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第一章总论1.1项目建设的意义1.2厂址选择拟建厂址位于宣威市来宾镇东10Km的凤凰山脚，食欲高原中低山岩溶地貌。厂址南侧紧邻326国道，可以引铁路专用线进入厂区，厂址所在地交通运输条件较好。本工程建设规模为600kt/a，总建筑面积186058m2.宣威市位于云南省东北部，处在滇东高原向黔西高原过渡地带，坐标为东经102°42′～105°50′，北纬24°19′～27°03′。曲靖市域东与贵州六盘水市、黔西南州和广西百色地区毗邻，南与云南文山、红河州接壤，西与昆明交界，北靠云南昭通地区和贵州毕节地区。地势东高、西北低。最高海拔2864米，最低海拔920米，总面积6069.88平方公里。境内最高点为东山主峰滑石板，海拔2868米，最低点清水河与末冬河交汇处的腊龙岔河，海拔920米，相对高差1948米。起主要气象参数如下：年降雨量980毫米，年平均气温13.3℃，年平均降水997.7mm,无霜期224天，最冷月平均5℃。极端最低温－4℃。冬无严赛，夏无酷暑。宣威多偏南风，年均风速3米/秒。由于海拔较高，且山脉多为南北走向，故多大风。1.3设计原则1)厂区总品面不知按年产石墨电极20Kt的规模进行统一规划。2)总图布置采用车间合并的方式以节约用地。3)厂区竖向设计应充分利用地形，减少土方工程量和支挡工程量。4)合理布局，保证工艺流程顺畅，生产方便，物料运输线路便捷。5)外部货物主要采用铁路运输，辅以道路运输，充分考虑厂区外母运输条件使厂内外物料运输合理、短暂、便捷、降低交通运输成本。6)满足各种安全、卫生、防火、防爆、防震间距的要求。7)尽量考虑人、货分流，厂区出入口尽量朝不同的方向开启。1.4设计主要内容及设计思路1.4.1设计主要内容1.4.2设计思路第二章生产工艺流程及主体设备选择2.1原料选择2.1.1针状焦针状焦是一种从宏观形态到微观结构都具有显著各向异性的焦炭，因其破碎后颗粒呈细长针状，故称为针状焦。针状焦具有明显的针状结构和纤维文理，主要用作炼钢中的高功率和超高功率石墨电极。由于针状焦在硫含量、灰分、挥发分和真魔都等方面都有严格质量指标要求，所以对针状焦的身材和原料都有特殊的要求。2.1.2针状焦的生产针状焦在1950年首先由美国大湖炭素公司用石油系原料研制成功。我国于1982年以大庆热裂化渣油为原料，进行了工业试验。针状焦的制造关键是原料的调制，以出去影响中间相小球体成长的原生喹啉不溶物（QI）。脱除QI的方法有（1)过滤分离法：采用加压加热过滤或真空过滤将QI除去(2)离心分离法：在离心力场中借离心力使煤焦油或沥青中QI除去(3)溶剂法：加入合适的溶剂，使QI颗粒凝聚成絮状，经静止后，用倾析法提取澄清液。(4)闪蒸分馏发：将原料通过真空闪蒸，提取合适的馏分，再经聚合，得到精致沥青。2.1.3针状焦的性质与质量指标针状焦热膨胀系数小，电阻率低，耐热震性能好，是生产超过功率石墨电极必需的原料。国际上根据针状焦品质高低分为：a(超级针状焦)；b(高级针状焦)：c(普通针状焦)；d(半针状焦)四个级别，其中超级和高级针状焦是生产朝贡功率石墨电极的理想原料，普通针状焦和部分半针状焦为生产高功率石墨电极的原料。高级针状焦质量指标：灰分不大于0.1%水分不大于1%馏分不大于0.2%真密度不小于2.12g/cm3钒含量不大于3*10-6热膨胀系数不大于1.0*10-6/°C2.2煅烧工艺及主体设备选择煅烧是生产炭素制品的第一道工序，煅后料的质量直接影响炭素产品的质量。炭质原料中由于氢以碳氢化合物的形式存在，且与碳原子的价电子结合。碳原子失去自由电子，这就使石油焦原料在煅烧前有较高的电阻率。但煅后焦的性能与其内部结构有直接关系，石墨层排列有序，点(层)堆积缺陷少，石墨化程度高，则电导率就高，质量就好。一般认为煅烧机理是，在煅烧初期，原料中挥发分逸出，氢含量降低，体积收缩，真密度提高；随煅烧温度的提高，虽然挥发分排除量减少，但热解反应加快，碳氢键断裂，氢排除，碳原子由结合状态解放出来，使煅烧原料导电性提高，电阻率降低，体积进一步收缩。而煅烧料真密度的提高，主要是由于煅烧料在高温下不断逸出挥发分并同时发生分解、缩聚反应，导致结构重排和体积收缩的结果。同样的生焦质量，煅烧温度越高，晶体缺陷越少，煅后焦挥发分越低，真密度越高。经煅烧能够除去生料中的水分，挥发份及部分的硫，同时经煅烧后原料的体积收缩稳定，各种物化性能指标大幅度改善、提高，对提高最终产品的质量起着十分重要的作用，煅烧后原料的质量指标见表一。表2-1燃烧料质量指标指标项目比电阻Ωmm2/m比重g/m3灰分%石油焦沥青焦无烟煤5.56.512.02.082.050.731.01.112.0适用于大型煅烧设备主要有回转窑和回转床。2.2.1煅烧原理炭素原料在隔绝空气的条件下进行高温（1200-1500℃）热处理的过程成为煅烧。煅烧是炭素生产的预处理工序。各种炭素原料在煅烧过程中冲元素组成到组织结构都发生一系列显著地变化。无烟煤、石油焦和延迟沥青胶都含有一定数量的挥发分，需要进行煅烧。冶金焦和焦炉生产沥青胶的成焦温度比较高（1000℃以上），相当于炭素厂的煅烧温度，可以不再煅烧，只需烘干水分即可。天然石墨为了提高其润湿性，也可以进行煅烧。一般来说，煅后料比较脆，便于破碎、磨粉和筛分。2.2.2煅烧的目的(1排除原料中的水分：是炭素原料的体积充分收缩，提高其热稳定性和物理化学性能。进仓原料的水分一般在3%-10%之间。原料如果含有较多的水分，不便于破碎等作业的进行，并影响原料颗粒对粘结剂的吸附性，难以成型，故一般要求煅后料水分不大于0.3%。(2)排除原料中的挥发分：如果原料的挥发分过高，则生制品在焙烧过程中，将发生过大的收缩，以至于变形，甚至导致生制品的断裂。多以必须排除原料中的挥发分。（油焦成焦500℃，V500～800℃快，800～1100℃较缓）(3)提高原料的密度和机械强度：经过煅烧原料体积收缩，密度增大，强度提高，同时获得了较好的热稳定性，从而减少制品在二次煅烧时产生二次收缩。(1000℃前缩聚反应，线性升；1000～1100平拐点，后体积收缩度继续升高)(4)改善原料的导电性能：原料经过煅烧后分子结构发生变化，电阻率降低从而提高了原料的导电性。电阻率的变化500～800℃，1230；800～1000℃缓变；1000～1300少量(5)提高原料的抗氧化性：原料经过煅烧，随着温度的提高，通过原料的热解和聚合过程，氢、氧、硫等杂质相继排除，化学活性下降，物理化学性质趋于稳定，从而提高了原料的抗氧化性。2.2.3煅烧前后焦炭结构的变化各种炭素原料在煅烧过程中，先后进行了热分解和热缩聚以及碳结构的重排。随着缩合反应的进行，发生了晶粒互相接近，导致原料因收缩而致密化。这种收缩知道挥发分排才结束。煅烧过程中，加热制度对煅烧料的晶体尺寸也有影响。表1所示为加热制度对石。焦晶体尺寸的影响。由表1可见，当加热到700℃保温1h后，再升温到1000℃，将使煅烧后焦炭的晶粒变小。这也说明，在700℃附近，焦炭晶格的层状结构正经历断裂HC二和重排。由于断裂，产生大量自由基，在此温度区间内保温，促使焦炭中交叉键增多，抑制了焦炭层面问的有序排列。2.2.4煅烧前后物理化学性质的变化在煅烧过程中，焦炭的物理化学性质发生了明显的变化。表2-2-1为我国各种原料在煅烧前后的理化性质指标图2-2-1中国各种炭素原料煅烧前后物理化学指标(1)煅烧前后焦炭氢含量的变化：随着热处理的进行，焦炭发生脱氢反应，氢含量降低。挥发分700℃大量H；1000℃挥发物中80～90％H；H与收缩、电阻相关，要求0.05％，适宜温度1230～1280℃。(2)煅烧前后焦炭硫含量的变化：因为高温可以出尽健谈结构重排，使C-S的化学键断裂，所以焦炭硫含量降低。。如图2-2-2所示，硫在煅烧温度达到1200--1500℃的范围内才能大量排出。在煅烧无烟煤时，含硫量可降低30％-50％。图2-2-2石油焦含硫量与煅烧温度的关系(3)煅烧前后焦炭的收缩和气孔结构的变化：煅烧时焦炭的体积收缩时挥发分排除所发生的毛细管张力以及结构的化学变化，使焦炭物质致密化。图2-2-3是石油焦和沥青焦煅烧时的线尺寸变化曲线。从图中可见，所有曲线都有两个拐点，第一拐点相应于焦炭生成时的温度，显示在该温度下焦炭是受热膨胀的，第二个拐点相应于焦炭的最大收缩期。它们收缩量的绝对值视焦炭品种和横向交联发展程度而定。对于气孔结构来说，在700～1200℃之间气孔的总体积大幅度增长，它与700℃时气体的大量析出有关。由于气体的析出产生了开口气孔。当温度提高到1200℃以上时，气孔的体积由于焦炭收缩而减小，大部分转变为连通的开口气孔。(700热解与缩聚，700～1000缓，1000微裂纹)图2-2-3石油焦和沥青焦煅烧时的收缩(4)煅烧前后焦炭导电性的变化：焦炭导电性的变化与其结构变化相关，它取决于共轭兀键的形成程度。煤和焦炭的导电性是碳原子网格中共轭丌键体系的离域电子的传导性的反映，它随六角网格层面的增大而提高。图2-2-4表示焦炭的电阻率与热处理温度的关系，曲线可分为四个温度区：500～700℃时，焦炭的电阻率最大；700～1200℃的范围内，焦炭的电阻率呈直线下降，从107Ω.cm降到10-2Ω.cm；1200～2100℃范围内，电阻率变化甚少；2100℃以上，电阻率随热处理温度升高而进一步降低，这时与焦炭的石墨化有关。由此可见，在煅烧过程中，焦炭的电阻率随煅烧温度提高而直线下降，到12001℃后转为平缓。图2-2-4石油焦的电阻率与热处理温度的关系2.2.5煅烧温度于煅烧质量指标(1)煅烧温度对焦炭性能的影响：煅烧温度对煅后焦的性能有十分重要的作用。一般情况下，煅烧温度应该高于焙烧温度。煅烧温度影响到压制半成品在焙烧和石墨化过程中的收缩率。如煅烧温度过低，炭素原料得不到充分收缩，其热解和缩聚反应深度不够，使生坯在焙烧和石墨化时收缩率增大，会造成半成品的变形或开裂，影响产品的工序成品率；煅烧温度过高(在电煅烧炉中是常见的)，则由此生产的生67如叫煅坯在焙烧和石墨化时收缩率减少，其收缩仅靠黏结剂提供，将使成品结构疏松，影响成品的体积密度和机械强度。但是为了使煅烧后石油焦收缩到较稳定的程度和晶体排列整齐，适当提高煅烧温度还是有重要意义的。(2)煅烧温度制度的确定：真密度可以直接反映原料的煅烧程度。真密度不合格者，需回炉重新煅烧。根据真密度可以确定煅烧温度。炭素原料的煅烧温度一般为1250～1350℃。但对于不同制品所用原料的煅烧温度是不同的。例如高功率和超高功率电极比普通石墨电极要求原料焦炭的真密度大，所以煅烧温度高，要达到1400℃或更高一些。而对于炼铝用阳极来说，原料焦炭煅烧温度应尽量接近于焙烧温度1150℃左右，以防止温度过高引起的选择性氧化。(3)各种原料煅烧的质量指标:原料的煅烧质量一般用粉末电阻率和真密度两项指标来控制。原料煅烧程度越高，煅后料的粉末电阻率越低，真密度越大。2.2.6煅烧设备焦炭煅烧工艺视所用煅烧设备不同而异，煅烧设备的不同也影响到煅后焦的质量。煅烧设备的选型要按照工厂的产品品种、年产量、原料质量、能源供应等情况中和决定。目前，国内外通用的煅烧炉有一下几种：罐式煅烧炉、回转窑、电煅烧炉。回转窑具有产能大，基建设投资小，维修费用低，产品质量容易控制，且容易实现自动化控制等特点。目前，国内炭素行业采用的回转窑有相对成熟的θ2.2×45m、θ2.6×50m及今年研发的θ3×60m会抓药，若选用成熟的小规格窑型、需要多台，所需设备太熟多，占地面积大，造作人员多。若采用大型回转窑，又没过metso生产的回转窑其煅后焦生产能力大，可达30t/h以上，占地面积及操作管理人员少。根据我厂的年产量为2万吨，以及各种因素，我厂的煅烧设备为回转窑（图2-2-5与2-2-6即为回转窑）。目前世界上太约有85%的煅后焦是回转炉生产的，是应用最广泛的煅烧设备。它既能生产阳极糊用焦，也能生产高功率及超高功率电极用焦。回转窑的工艺操作制度包括：1