年产5500吨高纯石墨生产工艺流程教材.docx

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年产5500吨高纯石墨生产工艺流程教材

年产5500吨高纯石墨窑炉节能技术改造项目

可行性研究报告

第三章产品市场预测及改造规模

3.1石墨国内市场预测

3.1.1石墨级石墨制品的性质、用途及其制品

石墨是典型的层状结构物质，碳原子成层排列，每个碳原子与相邻碳原子之间等距相连，每一层中的碳原子按六方形环状排列，上下相邻层的碳六方环通过平行网面方向相互位移后再叠置形成层状结构，位移的方向和距离不同就导致不同的结构。

上下两层的碳原子之间距离比同一层内的碳之间的距离大（层内C-C间=0.142nm，层间C-C间距=0.340nm）。

石墨由于其结构而具有以下性质：

1、耐高温型：

石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失也很小。

其热膨胀系数很小，石墨强度随温度升高而加强，在2000℃时，石墨强度比提高一倍。

2、导电、导热性：

石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。

导热性超过钢、铁、铅等金属材料。

导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。

石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子之间只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。

3、润滑性：

石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能也就越好。

4、化学稳定性：

石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、碱有机溶剂的腐蚀。

5、可塑性：

石墨的韧性好，可碾成很薄的薄片。

6、抗热震性：

石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。

石墨因其独特的性能而广泛运用于冶金、机械、石油、化工、电子、建材、地质、轻工等领域，主要有以下用途：

1、作耐火材料：

石墨及其制品具有耐高温、高强度的性质，在冶金工业中主要用来制造石墨坩埚，在炼钢中常用石墨作钢锭保护剂、冶金炉的内衬。

2、作导电材料：

在电气工业上用来制造电刷、碳棒、碳管、水银整流器的正极、石墨垫圈、电话零件，电视机显像管的涂层等。

3、作耐磨润滑材料：

石墨在机械工业中常作为润滑剂。

润滑油往往不能在高速、高温、高压的条件下使用，而石墨耐磨材料可以在200-2000℃温度和很高的滑动速度下不使用润滑油工作。

许多输送腐蚀介质的设备广泛采用石墨材料制成的活塞环、密封圈和轴承，它们运转时不需要加入润滑油。

石墨乳也是许多金属加工（拔丝、拉管）时的良好润滑剂。

4、石墨具有良好的化学稳定性：

经过特殊加工的石墨，具有耐腐蚀、导热性好、渗透率低等特点，大量用于制作热交换器，反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备等，广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业领域，能够节省大量的金属材料。

5、作铸造、翻砂、压模及高温冶金材料：

由于石墨的热膨胀系数小，且能耐急冷急热的变化，可作为玻璃器的铸模，使用石墨后所得铸件尺寸精确，表面光洁，成品率高，不经加工或稍作加工就可使用，因而节省了大量金属。

生产硬质合金等粉末冶金工艺，通常用石墨材料制成压模和烧结用的瓷舟。

单晶硅的晶体生长坩埚，区域精炼容器，支架夹具，感应加热器等都是用高纯石墨加工而成的。

此外石墨还可作真空冶炼的石墨隔热板、底座、高温电阻炉炉管和棒、板、格棚等元件。

6、用于原子能工业和国防工业：

石墨是良好的中子减速剂，可用于原子反应堆中，铀—石墨反应堆是目前应用较多的一种原子反应堆。

作为动力用的原子能反应堆中的减速材料应当具有高熔点、稳定性、耐腐蚀性，石墨完全可以满足上述要求。

原子反应堆用的石墨，纯度要求很高，杂质含量不应超过几十个PPM，特别是其中硼含量应少于0.5PPM。

在国防工业中还用石墨制造固体燃料火箭的喷嘴、导弹的鼻锥、宇宙航行设备的零件、隔热材料和防射线材料。

随着科学技术的不断发展，人类也开发了许多石墨的新用途。

如柔性石墨密封材料，解决了原子能阀门泄漏问题，石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂，是制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石、钻石不可缺少的原料。

它是一种很好的节能环保材料，美国已用它做为汽车电池。

随着现代科学技术和工业的不断发展，石墨的应用领域还在不断拓宽，已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料，在国民经济发展中具有重要的作用。

3.1.2国内石墨及石墨制品市场及其发展趋势

中国是世界上最主要的石墨生产国，生产量占世界水平的75%，其储量和产量均居世界首位。

石墨所特有的金属和非金属双重工艺技术特性决定了石墨产品的重要性和不可替代性，石墨可广泛应用于电子、军事、航天、国防、核工业等领域，是我国继稀土之外的又一优势矿产。

我国正处在工业化、城市化、现代化加速发展的进程中，钢铁以及有色金属、电子、机械、化工、核能、航空航天等国民经济各部门的持续、快速发展和产业结构的优化升级对石墨制品的数量、品种和质量提出了更高的要求。

过去十年我国石墨工业得到了较全面的发展。

但是，与科学发展观和新型工业化道路的要求相比，我国石墨工业还存在增长方式粗放、企业创新能力偏弱、产品结构不合理、产能扩张速度过快、企业竞争力不强等一系列突出问题。

要解决我国石墨工业发展中存在的诸多问题，使石墨工业更好地满足我国国民经济发展的需要，就必须全面贯彻落实科学发展观、提高技术创新能力、转变增长方式，把过去注重数量的粗放发展模式转为节约能源、提高资源利用率、减少污染、增加品种、提高质量、注重效益的集约型发展模式，走持续、稳定、协调的发展之路。

目前石墨发展具有以下趋势：

1、加大企业技术开发投入力度，提高技术创新能力，提高企业科技进步水平。

当前我国石墨工业发展中，一方面低端产品如普通功率石墨电极、电极糊、铝用阴阳极炭块等产能过剩、市场供大于求；另一方面高技术含量、高附加值的产品如大规格超高功率石墨电极、核石墨、航空航天用石墨和各领域用特种石墨及碳石墨复合材料等在数量上又有相当大的缺口，需要依靠部分进口才能解决。

这一问题虽然表现为石墨产品结构不合理，但其深层原因在于技术开发投入不足，产业自主创新和技术集成创新能力弱，产品结构的优化升级缺乏强有力的技术支撑。

因此，加大研发投入，提高技术创新能力，在品种、质量、成本、服务上全面提高竞争力，已成为解决我国石墨工业结构性矛盾的主要出路。

首先，加大研发投入，提高技术创新能力，是作为微观经济主体的石墨企业的内在要求。

在市场经济条件下，企业是技术投入和技术创新的主体。

把技术创新纳入到企业的发展规划中去，结合企业自身技术装备和产品定位情况，确定技术创新的主攻方向、重点内容；建立符合企业自身发展实际的创新机制和与高校、科研单位相联合的创新体系。

其次要发挥政府的积极作用。

对于重大的技术攻关项目，企业往往没有动力也没有能力独自承担，因此需要政府的支持，支持的方式除政府直接拨款外，还可采取政府为之提供财政税收与信贷方面优惠政策的方式，行业协会可以在这方面协助企业争取政府的支持。

2、把节能降耗、改善环保水平作为企业发展的前提，重塑绿色石墨。

要最大限度地实现生产过程中资源循环利用，最大限度地减少废弃物排放，使石墨工业成为资源节约型和环境友好型产业。

为此，一是要淘汰落后生产设备。

要坚决按照国家发改委颁布的《产业结构调整指导目录（2013修正本）》淘汰能耗高、污染大的蒸汽加热混捏、交流石墨化炉、3340KVA石墨化炉及其并联机组、最大输出电流5万安以下的石墨化炉。

二是要树立清洁生产观念和意识，树立生产全过程中的污染预防思想，把清洁生产作为提高企业整体形象、增强企业竞争力的重要手段来对待。

三是要强化科学管理，改进操作。

实践证明，资源浪费和工业污染有相当一部分是由于生产过程管理不善造成的。

只要改善管理，改进操作，不需花费很大的经济代价，便可获得明显的避免浪费和减少污染的效果。

主要方法是：

落实岗位责任制，杜绝跑冒滴漏，防止生产事故，使人为的资源浪费和污染减至最小；加强设备管理，提高设备完好率和运行率；开展物料、能量流程审核等，减少石墨生产过程中的资源和能源消耗，减轻环境污染。

江西……碳素有限公司是一家专业从事石墨制品生产的企业，公司拥有先进的生产设备及加工中心，生产技术精湛，检测手段完备。

公司的产品销往世界各地，由于产品性能优异、质量稳定，受到国内外用户的一致好评。

公司目前拥有高纯石墨材料生产线，由于高纯石墨是一种耐高温、耐腐蚀的材料，目前在市场上还没有可以替代的产品，市场需求量十分大，加上其它高纯石墨生产企业生产的高纯石墨数量有限，最近几年高纯石墨市场都是供不应求。

随着产业结构的升级，高新技术对特种材料的产量、质量都会有所提升，高纯石墨的的需求量将会快速增加。

江西……碳素有限公司年产5500吨高纯石墨窑炉节能技术改造项目针对的产品为特种（高纯）石墨，产品市场前景好，符合特种石墨的发展趋势。

节能技术改造将淘汰高耗能、污染大的4座6室环式炉，将采用高效率、低污染的18室环式焙烧炉，这符合国家的要求，也符合石墨低耗能、低污染、绿色石墨的发展趋势。

3.2改造规模

本项目为技能技术改造项目，旨在为企业节约能源消耗，减少环境污染。

江西……碳素有限公司目前年生产能力为5500吨高纯石墨，公司的加工设备中主要耗能设备为4座6室环式炉，该窑主要用于石墨焙烧，由于高纯石墨在生产中需要三次焙烧，每次焙烧后需要将6室环式炉完全冷却后取出，并且6室环式炉在焙烧时主要依靠烟气的温度加热石墨块，烟气的热量在窑炉里面利用率很低，排烟时烟气温度有时能达到一千摄氏度，能量损失很大，这使得窑炉热效率特别低，由于6室环式炉建设时间比较早，建设时受技术、资金等各方面限制，6室环式炉燃烧不完全，会产生大量的烟气，环境污染特别大。

根据同行业的一些新窑炉使用情况，结合江西……碳素有限公司目前的工艺及产量情况，详细对比后，决定使用1座新型18室环式焙烧炉代替原有的6室环式炉。

第四章生产工艺技术和节能技术改造

4.1生产工艺技术

4.1.1技术方案概述

本项目主要针对的产品为高纯石墨，主要是淘汰江西……碳素有限公司目前使用的4座6室环式炉，建设1座新型的18室环式焙烧炉作为焙烧窑炉。

高纯石墨完整的生产工序主要包括煅烧、破碎、配料、混捏、压型、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工、检验等，在高纯石墨的生产中，需要进行三次焙烧、两次浸渍才能完成整套工序。

江西……碳素有限公司目前的生产主要是从混捏开始，采购的原料就是已经通过煅烧、破碎、配料等工序的材料。

由于石墨化工序需要的投资比较大，一次性投入需近亿元，考虑到投入成本和效益等各方面因素，结合公司建设时的财务情况及周边地区石墨生产企业的情况，江西……碳素有限公司并未在自己厂区进行石墨化工序的加工，主要是通过外协加工完成，目前主要是将焙烧完全但未进行石墨化的产品由江西新卡奔科技有限公司进行石墨化处理。

江西新卡奔科技有限公司是专业生产加工石墨细结构产品、石墨提纯产品、锂电池负极材料的专业企业，拥有先进的石墨化设备，完全能够完成江西……碳素有限公司产品石墨化工序的加工工作。

江西……碳素有限公司高纯石墨的生产焙烧工序目前使用4座6室环式炉，本项目实施后采用先进的18室不带盖式环式焙烧炉。

4.1.2工艺流程简述

工艺过程详述如下：

1、磨粉

原料为已经通过配料的各种粒度料，需要经过两次磨粉达到粒度要求，再和雷蒙磨加工出的粉料按一定比例配制成干混合料。

2、混捏、压型

原料经过磨粉，变成不同粒级的焦炭颗粒，分别进入指定的料仓，再根据配方分别从各种料仓提取不同粒级原料进入混捏锅，注入一定量的粘结剂沥青，加温至160～180℃后搅拌，达到要求后用成型机或挤压机挤压成型。

大部分过程将由电脑操作控制，基本实现自动化，这样能够使配料温度的控制更加准确。

3、焙烧

焙烧工序主要是将成型后的石墨坯在隔绝空气的条件下加热，按一定的升温曲线加热，在1250℃的温度下，使粘结剂完全焦化，以增强石墨的强度，提高石墨的导电能力。

将不同型号的石墨毛坯放入18室环式焙烧炉内，每室由5个焙烧箱和烟道组