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成绩： “创新周训练计划” 说明书 课题名称：

2 万吨超高功率石墨电极工厂总体方案设计 学生姓名：

学院名称：

专 学 业：

号： 孟凡亚 材料科学与工程学院 粉体材料科学与工程 1105050131 课题名称 学生姓名 指导教师姓名 孟凡亚 袁志刚 2 万吨超高功率石墨电极项目总体方案设计 学号 职称 1105050131 副教授 一、课题内容 一、课题背景 自上世纪九十年代以来，我国钢铁工业飞速发展，粗钢产量平均以每年 7.95%的速 度上升连续 13 年居世界第一。2008 年，中国大陆的钢产量为 50091 万吨，占世界钢产 量的 1/3 以上。在中国大陆钢铁生产结构中，转炉流程生产的钢产量占总钢产量的 90% 以上，电炉流程生产的只占总钢产量的 10%左右。在世界范围，各国电炉钢比例在 20 世纪八九十年代逐年增长，从 1995 至 2001 年，世界电炉钢比例从 32.6%提高到 35.1%， 而我国大陆的电炉钢比例却逐年下降，目前下降到 10%左右。

世界各国及我国台湾地区的电炉钢比例均较高， 提高电炉钢比例是实现钢铁工业可 持续发展的重要措施。生产一吨电炉钢比生产一吨转炉钢可以多循环利用废钢 500～ 600 公斤， 少消耗铁矿石 1.3 吨， 降低可比能耗 265 公斤标煤， 减少二氧化碳排放 1126.3 公斤。

炭素工业是我国重点支持的基础原材料产业， 其主导产品石墨电极是钢铁工业炼钢 过程中不可替代的高温、耐氧化导电材料。目前中国炭素企业已经超过 400 家，年产石 墨电极能力约 70 万吨，是世界上最大的石墨电极生产国之一，但工序配套，批量规模 生产的企业只有 50 多家，较之国外技术水平仍存在一定差距。目前中国石墨电极研制 的最大规格是Φ 700mm,而在 21 世纪初，世界上已经开始使用Φ 800mm 的石墨电极。近 年来，随着中国冶金产业结构的优化升级，落后生产装备的小电炉日渐被淘汰，高功率 和超高功率石墨电极迅速发展从而使普通功率中小规格的石墨电极市场供需大大萎缩， 产品严重过剩，高功率石墨电极需求逐年上升。

二、课题意义 我国目前电炉钢在钢总产量中的比例仅占 10%左右。随着下一轮钢铁工业的发展， 熔化周期短、能耗低、容量大的超高功率电炉炼钢必将成为现代炼钢工业的发展方向。

我国现已从国外引进或自行建设超高功率电炉逾 100 座， 我国大多数碳素厂生产的普通 电极难以应用在大电炉之中，取而代之的必然是 HP 和 UHP 石墨电极。本人建设 20kt HP 石墨电极生产线，对改变目前我国钢铁冶炼所用大规格 HP 石墨电极大部分依赖进口的 现状，将是非常有利的。

项目生产的 Φ 300mm～Φ 600mm 规格 HP 石墨电极， 属于国家产业政策中鼓励发展的 高新技术产品，具有非常良好的导电、导热性，机械强度高，高温下抗氧化、耐腐蚀性 能好，关系国计民生，已成为当代原材料工业的重要组成部分，在国民经济发展中具有 重要作用和影响。产品主要原料是石油、煤焦油炼制生产的废渣，经深加工再应用。因 此，开发生产本产品，不仅符合科学发展观和循环经济发展理念，而且符合我国产业结 构调整的需要。

三、国内情况 高功率石墨电极作为大型炼钢电弧炉必不可少的导电材料和冶炼消耗材料， 在国内 逐步得到大批量使用，国内目前有石墨电极生产企业近百家，但工序完备且有一定经济 规模的生产企业只有十几家。。由于装备水平和技术条件的制约，我国对高档次、高技 术含量、高附加值的大规格 HP 石墨电极产品的研发步伐严重滞后于钢铁行业的快速发 展，难以实现大规模、工业化生产，远远不能满足国内超高功率电炉炼钢的急需。2013 年市场缺口 Φ 650mm 以上大规格 HP 石墨电极 8 万吨。长期以来，国内所需大规格高功 率石墨电极主要靠进口解决。

我国炭素行业生产及供需现状是，NP石墨电极的生产能力和产量供大于求，HP石墨 电极供不应求，尤其是Φ 650mm以上大规格HP石墨电极产量十分有限，国内只有南通扬 子和开封碳素等少数企业组织生产，大部分依赖进口。对国内炭素企业来说，国内石墨 电极的主要问题不仅是增加产量，而且要调整产品结构，进行产品的升级换代。

预计到 2015 年前， 我国将再新投产 100～200 吨高功率大电炉 8～10 座 （包括新建、 改造等）、50～70 吨功率电炉 5-6 座，再加上黄磷电炉消耗增加的石墨电极，共需要 石墨电极约 800kt，其中 HP 石墨电极约为 300kt。因此，今后炭素行业面临产品结构调 整，即增加 HP 石墨电极产量，减少 NP 石墨电极产量，以适应市场的需要，此乃大势所 趋，势在必行。 四、国际情况 国外石墨电极主要用户是电炉炼钢的精炼炉。

2006年、2007年和2008年世界钢产 量分别为12.5亿吨、13.4亿吨和14.14亿吨，年均增长6.36%。其中电炉钢产量约占40%。

电炉钢产量的连年上升带动石墨电极需求量上升。

2008年全世界石墨电极生产能力2850kt，实际产量约2280kt。除我国外，主要生 产和出口国有美国、日本、德国，其产量占世界总产量50%以上，其中生产的大部分是 超高功率石墨电极。

我国最早开始出口石墨电极是1958年，近十年来我国石墨电极出口量每年以20%速 度递增。据统计，2013年我国出口石墨电极约130kt吨，其中大部分是质量较高的HP石 墨电极和中等规格UHP石墨电极，主要出口到东南亚、中东以及北美等地区。

加入世贸组织对我国石墨电极生产企业也起到了一定的推动作用。一是扩大了出 口空间，各国原来对我国的关税壁垒逐渐取消，为我国炭素制品开拓新市场、新领域， 形成多元化、多边化贸易格局提供了有利条件。二是我国炭素制品成本比发达国家低。

由于价格优势，我国炭素制品在国际市场的占有率不断提高。近几年我国石墨电极的出 口以20%的速度递增，每年能够增加出口高功率石墨电极4～5万吨。

五、课题主要内容 本次设计结合《炭素工艺学》以及《无机非金属工厂设计概论》设计出年产20000吨高 功率石墨电极工厂 六、课题研究方案 本次设计结合《炭素工艺学》以及《无机非金属工厂设计概论》设计出年产20000吨高 功率石墨电极工厂 主要步骤如下 1.工厂厂址的论证及选择 2.工厂总平面设计及布置 3.工厂工艺流程设计 4.工厂工艺设备选型及计算 5、辅助车间设计及辅助工程设计 6、工程经济效益分析 本次设计中以前人设计经验和在实习工厂中得到的资料为基础， 总结并和老师及相关 专家交流，设计出一个高效、环保、节能、现代化的工厂。 二、课题研究中使用的文献（含参阅的书籍和论文目录，使用的检索目录） 1、蒋文忠.炭素工艺学.冶金工业出版社.2009 2、蒋文忠.炭素机械设备.冶金工业出版社.2010 3、刘晓存. 无机非金属材料工厂工艺设计概论.中国建材工业出版社..2008 4、吴建峰. 无机非金属材料工厂工艺设计概论. 武汉理工大学出版社.2010 5、国洪,王浩,梁文春.石墨电极压型概论.碳素技术,2005 6、贾庆远，陈文来.超高功率石墨电极本体与接头工艺异同探讨之焙烧.2009 平煤集团 开封炭素有限责任公司 7、喻金平.石墨制品及碳素材料.新余钢铁有限责任公司 1997 8、瞿墅 ，瞿国瑞.石墨电极的研究与实践.长沙大学电子技术与应用物理系，湖南长沙 2005 9、宋正芳.碳石墨制品的性能及其应用. 机械版社．1987,291～301 10、李圣华.串接石墨化技术.吉林炭素有限公司 2005 年 11、王成勇.石墨电极的高速加工.广东工业大学机电工程学院出版 2002 年第三期 12、李平, 陈锐 .石墨电极改进办法.哈尔滨电碳研究所出版 2001 13、童芳森等.炭素材料生产问答.冶金工业出版杜．1991 五、项目指导教师意见 签 名： 年 月 日 

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