开题报告-年产2万吨板状刚玉生产车间设计.doc

齐鲁工业大学毕业设计开题报告课题名称年产2万吨板状刚玉生产车间课题类型工程设计X导师姓名学生姓名材工12-21选题依据1.1选题的目的板状刚玉是一种纯净的、不添加MgO、B2O3等任何添加剂，在1925高温下快速烧成收缩彻底的烧结氧化铝。其晶粒是达到烧结完全的再结晶粗大、发育良好的-Al2O3，在反光显微镜下呈现出二维的平面板片状结构，同时在板片状结构中存在较多的晶体间或晶体内的圆形封闭气孔。因为这种材料由晶粒尺寸一般在30200um 1的六方板状-Al2O3晶体所组成，所以又称为板状氧化铝2-3。近几年，中国的经济进入新常态。经济增速虽然放缓，实际增量依然可观；经济增长更趋平稳，增长动力更为多元，新型工业化的发展有利于推进国家经济发展的要求；经济结构优化升级，发展前景更加稳定；政府大力简政放权，市场活力进一步释放。在工业时代的今天，耐火材料产业的发展空间更是不容小觑，中国进入新常态的经济发展以来，国内高新材料产业更是注入新的活力，板状刚玉的应用领域也得到了迅速扩展。板状刚玉是铝镁碳质、镁铝碳质、铝铬质耐火材料的主要成分，同时也可以加入到不定形耐火材料中，应用于陶瓷、钢铁等行业，板状刚玉市场会进一步扩大。目前国内板状刚玉全年产量约30万吨，并且随着产品质量的提高，产品已经融入国际市场，被美国、韩国、土耳其、印度等地区用户所认可。因此，板状刚玉的生产会给公司带来经济效益和社会效益。 1.2选题的意义山东中耐高温材料有限公司是一家专门研制生产及销售优质耐火原料及外加剂的高技术民营股份制企业。现年产高温氧化铝微粉12000吨、外加剂600余吨、富铝尖晶石微粉5000吨，年产值8000余万元。同时山东中耐高温材料有限公司是凯诺斯（中国）铝酸盐技术有限公司（原拉法基）、埃肯国际贸易（上海）有限公司和郑州菁华特种水泥有限公司、法国英格瓷红柱石公司等国内外知名耐火原料生产厂家在山东唯一的业务代理单位。山东中耐高温材料有限公司所产高温-氧化铝微粉系用山铝或进口氧化铝粉采用特殊高温煅烧后经过精细研磨制得。可按用户要求生产出不同Na2O含量（低钠、中钠）、不同原晶粒度(15 m)、不同粒度分布（单峰、双峰）的高温氧化铝微粉。并深入研究不同体系浇注料对高温-氧化铝微粉要求有针对性的开发不同的品种。所产微粉可以完全替代进口产品。2007年公司在滨州市邹平县临池镇开工建设了占地30000多平方米的新厂区。经过5年建设现已成为山东品种最全、规模最大的优质耐火原料基地。已建成高标准仓库3460平方米、加工车间10000多平方米。仓储办公条件好，工作人员全部实现电脑联网办公，为客户提供方便快捷的服务。加工车间有巴马克骨料破碎设备一套、球磨设备选粉设备一套、自动浇注料生产线2条，可为用户代加工各种不定形产品。为了进一步完善公司产品类型和提供高质量产品，拟建设年产2万吨的板状刚玉生产车间。板状刚玉的显微结构特征主要有：-Al2O3晶体内含有许多515um的圆形封闭气孔；而开口气孔则较少，一般2%-3%；-Al2O3结晶粗大，其晶体二维形貌呈平板状并互相穿插交错；由发育良好的-Al2O3晶体组成3。在超高温烧成对Al2O3晶粒形貌影响的研究之中发现，超高温(19001925 )烧成的-Al2O3确实具有清晰而明显的板片状晶粒形貌，即超高温烧成的-Al2O3的主导晶粒形貌呈板状或片状4-5。但是料的烧结程度不一，部分烧结程度较甚的料球，晶体异常长大，最大者可达500600 m。晶体内遍布封闭气孔。部分异常长大的晶体的自由表面呈阶梯生长形貌。烧结程度较轻的料球，晶体细小，一般50 m 6。因为板状刚玉具有上述的结构特征，因此具有以下的物理性能：耐化学侵蚀，除氢氟酸和磷酸以外，绝大多数碱与矿物酸对板状刚玉不起作用；晶粒的硬度大，莫氏硬度为9，努普硬度为2000；由于其不存在显微裂纹和较大的内部气孔，使得其强度较高；同时，耐冲击时其强度下降不多，因而，热震稳定性也比较好；熔点高，大约为2040；高导热性和高电阻率，在高温和高压下具有良好的电性能。在工业生产中，板状刚玉多做耐火骨料使用，也可以作为加入物进入基质，与其它耐火原料配合使用时具有以下优势：热负荷强度高、蠕变小；高的耐火度；热收缩率低；高密度、低透气性；纯度高，减少杂质对材料高温性能的影响2。由于板状刚玉的这一系列的特性，使它成为一种理想的耐火原料，既可以作为骨料用于Al2O3-C、Al2O3-SiO2-C和Al2O3-Cr2O3等耐火材料中，也可以添加到其它高铝质不定型耐火材料中。板状刚玉在钢铁工业中的应用几乎包括了从热风炉、高炉、鱼雷罐到转炉、二次精炼炉、中间包以及均热炉、模铸和连铸的盛钢桶等所有用氧化铝耐火材料的部位。在陶瓷工业生产中，板状刚玉用于窑具而是其性能得以明显改善7-9。如用在陶瓷辊棒可以改善其抗形变能力和抗热震稳定性；用作绝缘子，以及要求低气孔、高纯度和高强度的用于高温反应的催化剂载体。板状刚玉还可以用于制造氧化铝球、火花塞等高温陶瓷用的棚板，使用期限明显延长10。因此，板状刚玉的生产对耐火材料的进一步的研发有着深远的意义。1.3国内外研究现状板状刚玉是在1934年由Thomas S. Curtis在其发明的竖窑中烧结而得到的，在1935年经中间试验后便商业化生产。用作耐火材料和陶瓷行业窑炉的内衬材料。此后为了扩展板状刚玉在电力和电子工业的应用，Alcoa公司开展了一系列降低Na2O含量的研究工作，并生产出低苏打的致密的或多孔的产品T-60、T-61、和T-74、T-75系列产品。Tabular氧化铝是Alcoa公司(含欧洲、日本子公司)一种烧结氧化铝的专用名称。在50年代中期的资料中可查到Tabular alumina一词11-13。1958年，H.N. Baumann14研究了它的显微结构，称它是用Bayer氧化铝烧结的一个类型。60年代V.L.Burdic和D.E.Day15称T-60Tabular alumina为低钠烧结氧化铝。此后又研制了活性氧化铝A-17。到了八十年代相继开发出RealoxA-3000FL和A-100s0G等超细粉材料。90年代，Alcoa产品说明书16给tabular氧化铝下定义说：“AlcoaR Tabular alumina is pure，sintered alumina”。总之，Tabular氧化铝是一种烧结氧化铝，后来成了烧结氧化铝的代名词17。Alcoa A系列烧结氧化铝(A-11，A-14)在化学组成上与烧结氧化铝完全一样，但A系列产品为细晶质-Al2O318-20，大多数晶体5um。但板状氧化铝作为大多耐火材料骨料应用则始于五十年代中期。当时开发了新型结合剂，如高纯铝酸钙水泥CA-25(含Al2O380%)以及磷酸盐结合剂。这些结合剂的应用使板状氧化铝耐火材料的抗侵蚀性和耐磨性大大提高。如磷酸盐结合板状氧化铝捣打料和浇注料在其生产板状氧化铝的竖窑中应用，使用效果良好,比其它结合剂结合的同类产品使用寿命提高了4倍21。另外在这一期，Alcoa公司开始采用Furnas理论。该理论认为选择理想的颗粒尺寸分布能使耐火材料最紧密堆积以求性能最佳化。据档案，1979 年 1 月 10 日印有题目负责人罗玉长、科学技术研究成果申报表，“碱石灰烧结法生产氧化铝过程中硫的化合物的排除”，经冶金部推荐、国务院批准，1978 年 10 月，在希腊雅典举行的国际铝土矿、氧化铝、氢氧化铝学术会议第四届年会发表，并编入论文集。1979 年3月研究成果获山东省优秀科技成果一等奖22。自 1985 年起，冶金工业部，将板状氧化铝列为“八五”攻关项目，开展了超高温制备板状氧化铝的研究，因为板状氧化铝不仅对引进的新型窑炉、高温装置，实现耐火材料国产化有重要意义，也能与其他耐火原料组合形成配套产品23-25。1994 年以来，在中国这块土地上相继开展板状氧化铝试验、投产，中国人有了自己的板状氧化铝工业26。板状刚玉在国内的发展历程可基本分为四个阶段：初期接触阶段、了解发展阶段、尝试生产阶段、发展壮大阶段。1.3.1初期发展阶段20 世纪 70 年代，武钢 07 工程采用了以美国产板状刚玉为原料生产的高铝砖27-29，使国内耐火材料行业才接触到板状刚玉。随着宝钢的开工建设，引进了一些高档耐火材料制品的生产技术，如滑板、连铸三大件等，由于生产需要，必须从美国铝业公司进口板状刚玉作为其主要原料27-29。1.3.2了解发展阶段1992年美国铝业公司赠送给洛阳耐火材料研究院一批板状刚玉颗粒料。经过洛阳耐火材料研究院的深入剖析，对板状刚玉有了比较透彻的了解27。之后，美国铝业公司又将该产品引入中国并推广应用。由于受到美国铝业公司技术控制，国内的企业难以获得其生产技术。为促进民族工业发展，中国耐火材料行业协会对烧结刚玉的发展十分重视，“八五”、“九五”发展规划都作为重要课题攻关。20世纪90年代，天津大学沈继耀教授课题组与原梅河口砂轮厂技术人员进行了电熔法试验27-29，并通过了技术鉴定。但由于使用技术的限制，其试验未达到预期目的，产品性能、理化指标达不到使用要求，因而未形成市场供应。1.3.3尝试生产阶段与此同时，山东铝业公司建设1座直径200 mm的竖窑用来试验生产烧结板状刚玉。1996 年，济南市平阴鲁耐新型材料厂在山东铝业公司试验的基础上试建了1座直径为400 mm 的竖窑生产烧结板状刚玉。由于还没有探索出高温竖窑生产板状刚玉的技术诀窍，最终没有实现烧结刚玉的工业化生产，该产品依旧由美国铝业公司垄断。1999年，汉中秦元新材料有限公司在广泛考察研究的基础上，以洛阳耐火材料研究院和陕西冶金设计院为主，联合济南市平阴鲁耐新型材料厂的技术人员，于2001 年修建了1 条年产4000 t 烧结板状刚玉生产线，于 2002年9月生产出了满足用户使用要求的产品，揭开了烧结板状刚玉国产化大规模生产的序幕30。1.3.4发展壮大阶段汉中秦元新材料有限公司烧结板状刚玉生产调试成功后，2003 年10 月，淄博泰贝利尔铝镁有限公司烧结板状刚玉生产线开工建设。2005年，江苏扬州晶辉耐火材料有限公司开始建设烧结板状刚玉竖窑生产线； 浙江自立股份有限公司在 2009-2011 年三年间，每年投资建设1条板状刚玉生产线，目前公司板状刚玉产能每年达到4万吨。通过近十年的研发，实现了烧结板状刚玉的工业化、规模化、国产化30。参考文献1 张崇力. 板状刚玉焙烧控制系统的优化设计J. 化工自动化与仪表，2007，34（4）：85-86. 2 刘解华.板状氧化铝的生产、特性及应用J .耐火材料 ，1994，28（5）：286-288.3 朱海珠，余森.实用耐火原料手册M.2000年9月第一版.北京：中国建材工业出版社，2000：125-149.4 陈玉如，沈继耀，金玉俊，等.板状氧化铝和烧结氧化铝的显微结构J . 耐火材料，1994，28（1）：52-55.5 浙江自立氧化铝材料科技有限公司.一种体积密度高的板状刚玉的制备方法P .CN.A，201410276547.4，2014.10.01.6 高振昕.Tabular氧化铝的显微结构J.耐火材料.1994，28（5）：293-300.7 江苏新时高温材料有限公司.一种高密度烧结板状刚玉的加工工艺P.CN.A，201410207566.1，20 江苏市新晶辉特种耐火材料有限公司.以-Al2O3为原料生产烧结板状刚玉的工艺方法P.CN.A，02113098.1，2002.12.04.9 汉中秦元新材料有限公司.采用超高温竖窑生产烧结板状刚玉的工艺方法P.CN.A，200610042970.3，2000 王鸿雁. -A12O3在耐火材料中应用性能的研究J. 分析研究，2007，31(3) ：31-34.11 De Renzo D JCeramic Ya W materialsJNoyes Data Corporation (USA)，1987：102 -105.12 Dynys F W. Halloran J W. Alpha Alumina Formation in Alum-derived Gamma AluminaJ. JAm Ceram Soc，1982，65(9):442- 448.13 Prywal K. Kinetic Effects of Impurities on the Growth of Single Crystals from SolutionJ. Journal of Crystal Growth，1999，20(3):197-212.14 Gopienko G N，Zavaritskaya T A，Pashkevich L A. Effect of various mineralizers on formation of -Al2O3 from hydrargillite and boehmite J. svetn Metall，1970，43(4):53-55.15 Pashkevich L A，Gopienko G N，Zavaritskaya T A. Effect of mineralizer batcheson aluminum oxide transformation to modification J. Tsvetn Metall，1971，44(2):37-39.16 Kuklina VN，Levitskii EA，Plasova L M，et al.The role of amineralizer in the polymorphic transition of aluminumoxideJ.KinetKaral，1972，13(5):1269-1274.17 Daimon K，Kato E.Morphology of corundum crystallized by heating mixture of -Al2O3 and AlF3J. J Crystal Growth，1986，75:348-352.18 Dynys F W. Halloran J W. Alpha Alumina Formation in Alum-derived Gamma AluminaJ. J Am Ceram Soc，1982，65(9):442-448.19 James H Adair，Seung-Beom Cho，Nelson S Bell，et al. Recent developments in morphological control of -Al2O3 particles synthesized in 1，4-butanediol solutionJ.J Dispersion Science and Technology，2001，22(2-3):143-165.20 Dynys F W. Halloran J W. Alpha Alumina Formation in Alum-derived Gamma AluminaJ. J Am Ceram Soc，1982，65(9):442- 448.21 周建新，沈湘黔，景茂祥. 板状氧化铝制备过程中影响因素的研究J.矿冶工程， 2005，25(2) ：73-76.22 山东铝厂研究所.科学技术研究成果申报表Z.碱石灰烧结法氧化铝工程中硫的化合物的排除，1979.01.10.23 王泽田，储岩.耐火材料技术与发展( 第二集)M.北京：冶金工业出版社，1995.11.24 李庭寿孙险峰，张用宾.耐火材料科技进展M.北京：冶金工业出版社，1997. 07.25 沈继耀，陈玉如，谈加琪.论板状氧化铝的裂理结构A.1999 年全国不定形耐火材料学术会议C，长兴，1999. 04.26 罗玉长.特种氧化铝的开发A.轻金属创刊四十周年论文集C，2004 年增刊.27 沈继耀，杨德安，金玉俊，等.电熔法板状刚玉的技术开发J.河北冶金，1995，85(1) ：46-49.28 杨德安，陈玉如，谈家琪，等.电熔法板状刚玉的制备及其性能J.天津大学学报，1999，32( 1) ：118 -120.29 高振昕，王天仇，刘百宽，等.滑板组成与显微结构M.北京:冶金工业出版社，2007： 40 - 47.30 赵义，沈明科，李雪，等. 板状刚玉在中国的发展状况J.耐火材料，2013，4（1）：61-64.1.4设计内容本设计要求用合适的生产工艺完成年产2万吨板状刚玉生产车间的工艺设计，熟悉制图规范及要求；合理安排板状刚玉生产的各个环节；综合制图完成要求的任务，并撰写年产2万吨板状刚玉生产车间毕业设计说明书。1.5设计方法确定设计内容和方向，查阅板状刚玉生产工艺的相关文献，在图书馆借阅耐火材料工厂设计的参考书。了解板状刚玉相关知识后去工厂进行调研，了解实际生产现状及工艺流程。调研结束后进行初步设计。在初步设计中遇到问题后再进行调研。调研后在进行设计优化。1.6技术路线1.6.1设计依据、设计原则原料选取：工业氧化铝（工业氧化铝是将铝矾土原料经过化学处理，除去硅、铁、钛等的氧化物而制得，是纯度很高的氧化铝原料，Al2O3含量一般在99%以上。矿相是由40%76%的-Al2O3和24%60%的-Al2O3组成。-Al2O3于9501200可转变为-Al2O3(刚玉)，同时发生显著的体积收缩。）燃料来源：天然气废气利用：可利用竖窑余热进行对产品的烘干1.6.2产品品种、工厂规模和生产方法本设计拟利用竖窑作为主要设备生产年产2万吨的板状刚玉。表1 板状刚玉理化指