第二章工程分析

第二章工程分析

2.1工程概况

2.1.1工程基本概况

项目名称：新材料产业园项目

建设性质：新建

建设单位：偃师市伊洛投资有限公司

建设地点：河南省偃师市产业集聚区（厂中心地理坐标：

东经112°45′15.18〞、北纬34°44′55.88〞）

偃师市伊洛投资有限公司新材料产业园项目位于河南省偃师市产业集聚区，工程总投资11000万元，占地面积171492m2。主要生产设施由铝钛硼线杆车间、铝中间合金车间和高钛铁包芯线车间等组成，公辅设施有供配电站、空压站、液氮气化站、换热站、天然气调压站、循环水泵站和机修间、办公楼（含检测中心）、值班宿舍等。预计建设工期1年，2018年8月开工建设，2019年8月建成投产。

项目基本情况见下表：

表2-1 工程基本概况

2.1.2总平面布置

总平面布置的原则是在满足生产工艺流程的前提下，为生产的机械化、自动化、智能化创造条件，选择合理、有效的运输方式，布置直接、简便的运输线路，使人、货分流，尽量避免交叉，以保证生产的安全，并尽可能地减少动力设施能量输送的损失，各种动力供应设备尽量靠近负荷中心。

本项目根据生产工艺要求，并结合建设用地地形及外部建设条件进行总图设计。按照建、构筑物的生产性质和使用功能，整个厂区划分为生产区、生活区、公辅设施区三个基本功能分区。

本项目生产车间并列布置在厂区东侧，生活区布置在厂区西侧，车间四周设置环行道路，以满足消防和运输的要求。

动力辅助设施包括净循环水泵站、消防泵站、废水站、压缩空气站布置在厂区中部形成公辅设施区，这样不仅使辅助设施靠近主要负荷，而且减少了管线长度，节约了用地。另外将天然气调压站布置在厂区西南角，换热站布置厂前区以便天然气管道和供热管线的进线敷设。

由食堂、倒班宿舍、办公楼共同形成本项目的厂前办公区，位于主要厂区西侧，厂前区建筑有一定的体量并邻靠市政道路方便人流出入，并且更能体现企业的形象。

整个厂区在南侧西部设置一个出入口，在出入口处布置汽车衡站，

有利于进出厂货物的计量。

总平面布置根据厂地的自然条件，生产要求与功能以及行业、专业的设计规范进行安排。在结合场地基本技术条件和工艺流程，满足防火、安全、卫生、环保要求的前提下，综合考虑各项辅助设施的功能，合理进行布置。力求做到功能分区明确，工艺流程通顺，运输方便，管线短捷，节约用地，减少投资。确保安全生产与环境美观相结合。

2.1.3生产规模和产品方案

本项目设计规模为年产铝钛硼线杆、铝中间合金和高钛铁包芯线12万吨。详细生产规模见下表。

表2-2 产品方案表

2.1.4主要技术经济指标

本工程主要技术经济指标详见下表。

表2-3 综合技术经济指标表

2.1.5本项目与集聚区依托关系

表2-4 本工程与集聚区的依托关系

2.1.6工程主要原辅材料消耗

本工程主要原辅材料消耗见下表。

表2-5 本工程主要原辅材料消耗表

表2-6 重熔用铝锭主要元素分析一览表单位：%

表2-7 精炼剂主要元素分析一览表

表2-8 覆盖剂主要元素分析一览表

2.1.7燃料及动力消耗

本工程燃料及动力消耗见下表。

表2-9 本工程燃料及动力消耗

本工程熔铝炉以天然气为燃料，天然气成分见下表。

表2-10 天然气成分一览表

2.1.8项目组成

项目组成见下表。

表2-11 项目组成及建设情况一览表

2.1.9主要生产设备

工程主要生产设备见下表：

表2-12 主要生产设备一览表

2.1.10辅助设施

2.1.10.1供配电

本项目供电电源由偃师市产业集聚区北园现有220KV变电站提供，建设规模主变压器3×240MV A，220/110/10KV出线。本项目新建3座10kV 配电站，每个10kV配电站均采用两回路电源进线，可以满足本项目用电需求。

2.1.10.2给水系统

本项目给水系统分为生产生活给水系统、消防给水系统、净循环水系统。净循环水系统与消防给水系统合建泵站，占地90.0m×50.0m。

净循环水系统主要供铝钛硼线杆车间、铝中间合金车间以及压缩空气站内设备的冷却用水，设计供水能力为9000m3/h，供水压力为0.4MPa。

该系统由冷水池、热水池、水处理设施和净循环水管网等组成。冷水池有效容积为5800m3，热水池有效容积为3200m3。主要水处理设施如下：冷水泵6台（5用1备），热水泵6台（5用1备），旁冷泵1台，玻璃钢冷却塔10台，反洗水泵2台，过滤水泵2台，纤维球过滤器2台，自清洗过滤器6台等。净循环供回水干管管径均为DN1000。

本项目供水由产业集聚区偃师市第二水厂（现有、位于城关镇后纸庄，供水能力5万t/d）提供，供水水质、水量、水压均可以满足本项目生产及生活用水要求。

2.1.10.3排水系统

排水系统分为生活排水系统、生产废水系统和雨排水系统。本厂区采用雨污分流的排水体制。

⑴生活排水系统：生活排水主要为生活间排出的盥洗及粪便污水，经化粪池处理后符合《污水综合排放标准（GB8978-1996）》三级标准，经市政污水管网排至偃师市第一污水处理厂。

⑵生产废水系统：生产废水主要为净循环水系统排污水和碱液喷淋废水，净循环水系统排污水为洁净下水，排至市政污水管网。碱液喷淋废水经中和、絮凝沉淀达标后排至市政污水管网。生产废水和生活污水共用1个排口。

⑶雨排水系统：屋面及路面雨水经厂区雨水管道（渠）收集后排至市政雨水管网。

偃师市第一污水处理厂，坐落于偃师市市区文化南路与东明路交叉点西南，设计处理能力为日处理污水4万m3。污水厂自2006年7月正式投入运行，出水水质指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。

2.1.10.4供暖

本项目采暖热水用户为办公楼、宿舍等办公生活设施、车间辅跨及辅助站房等，采暖热负荷为2.26 MW，采暖热媒为85℃/60℃热水。为满足厂区采暖用热水要求，本工程新建换热站1座。本项目供暖热水来自河南华润电力首阳山公司。

2.1.10.5供气

⑴压缩空气及氮气供应

压缩空气用户包括高钛铁包芯线车间、铝钛硼线杆车间、铝中间合金车间和机修车间，设备压缩空气消耗量为110.6 m3/min，用气压力为≥0.6MPa。根据压缩空气计算消耗量、用气压力及质量要求，新建压缩空气站一座。站内设4台45m3/min螺杆式空压机及配套微热再生干燥装置，3台运行1台备用，空压机额定排气压力为0.85MPa。

空压站的工作流程图如下：

图2-1 空压机工作流程图

⑵氮气

氮气主要供应铝钛硼线杆车间和铝中间合金车间设备使用，氮气最大消耗量756 m3/h，平均消耗量283.5m3/h，日耗量6804m3。

设备用气压力0.4～0.6MPa，纯度≥99.9995%。

根据氮气消耗量，液氮气化站选用50m3液氮储槽2个，1000m3/h 液氮气化器2台，减压稳压阀组1套。

液氮气化站独立建站，与压缩空气站毗邻，露天布置，四周设栏杆，站房占地15m×9m。

⑶天然气供应

本工程天然气主要供铝钛硼线杆车间和铝中间合金车间设备使用。天然气最大消耗量4050m3/h，用气压力0.1～0.15MPa。

天然气由市政天然气管网供应（西气东输二线工程），供气压力0.3MPa。

为满足设备用气要求，本工程设天然气调压站1座，站内设整体式天然气调压计量装置1台。调压计量箱额定流量为4500 m3/h（2路，1用1备），调压至0.1～0.15MPa。

天然气调压站露天布置，四周设防护栏杆，占地7.5m×12m。

2.1.10.6实验室

试验室的任务是承担本项目的相关分析检测，检测项目包括原料及成品或半成品的化学成分、金相组织、力学性能等。

2.1.10.7机修间

机修间的任务是承担本项目设备小修、简易生产工具的制作与修理。

2.2生产工艺

2.2.1铝钛硼线杆生产线

铝钛硼车间生产工艺流程简述如下：

⑴熔化

将重熔用铝锭加入燃气矩形熔铝炉中，加入覆盖剂进行快速熔化，铝熔体温度690-760℃，熔化能力≥6t/h。熔池内铝液通过电磁搅拌装置进行充分搅拌，使得后加入冷料直接卷入铝液漩涡，加快熔化速度并使成分及温度均匀，待温度、成分符合工艺要求后，将铝熔体由铝液包转入合金化感应炉。浮渣机械扒出后转入铝渣灰搅拌设备，熔融态铝灰渣经搅拌分层以后，下层回收铝返回熔铝炉。

⑵合金精炼

铝熔体由铝液包转入合金化无芯感应炉以后，加入事先混合好的氟

硼酸钾和氟钛酸钾进行合金化，合金化温度690~760℃，时间约1小时。合金化过程中生成氟铝酸钾扒渣转移至氟铝酸钾处理炉，经感应加热至700℃左右并搅拌后，上层氟铝酸钾作为副产物外售，底层由于高含铝合金，返回合金炉。

合金化后的熔体由浇包转入保温感应炉，通过氮气将精炼剂吹入熔体内部并缓缓移动，同时，精炼剂在铝液表面形成覆盖层，防止氧化铝在表面成膜，便于排除铝液中氢气，控制氮气压力使波纹高度在200-300mm，以防氧化膜卷入熔体中，保证每一部分熔体都精炼到位，精炼剂主要用来去除熔体中的氢气和非金属夹杂物。铝液中氢主要来自投料时带入水分，在高温下，水中的氧元素与铝反应生成氧化铝，同时释放出氢。

⑶在线处理

在线处理主要是对铝液中的氢气和氧化物夹杂进一步的去除，项目采用氮气除氢，铝液再经陶瓷过滤板过滤以后进入连铸连轧机。

铝钛硼熔体的质量在很大程度上决定着成品铝钛硼线杆的质量。熔体在加热和转炉过程中会产生氧化物并吸收氢，所以在铸造前必须对熔体进行精炼处理。熔体中含有大量可溶性气体（主要是H2）和非金属夹渣物，在铸造前必须对熔体进行净化处理。本项目在线精炼装置采用N2进行除氢，进一步提高熔体的纯净度，提高产品的质量和成品率。

N2除氢原理：工作中旋转的转子将吹入铝液中的惰性气体破碎成大量的弥散气泡，并使其分散在铝液中；气泡在熔液中靠气体分压差和表面吸附原理，吸收熔液中的氢，吸附氧化夹渣，并随气泡上升而被带出熔液表面，使熔液得以净化；由于气泡细小弥散，与旋转熔液均匀混合，并随之转动呈螺旋形缓慢上浮，与熔液接触时不会形成连续直线上升产生的气流，从而显著提高了净化效果。

⑷铸扎

将除气精炼后的合金液送至连铸连轧机铸造出梯形线杆，再送至连轧机进行连续轧制，卷取得到铝钛硼线卷。线卷经过复绕机重新排线，得到180kg重的成品。经检查质量合格的产品包装后外售。

铝钛硼晶核的成核由以下反应完成：

Al+K2TiF6+KBF4→Al（TiB2.TiAl3）+mKF.nAlF3

初始的晶核在熔体中形成后会随时间延长逐渐团聚成较大晶核，直到达到某一平衡点才能够停止。这种现象会造成晶核长大和分布不均。通过不断提高外加线圈的频率，可以有效控制晶核的长大，铝钛硼车间生产工艺流程及污染因素分析见下图。

废乳液

、HCl 粉尘

图2-2 铝钛硼车间生产工艺流程及产污分析图

2.2.2 铝合金车间

铝合金车间生产工艺流程简述如下：

将重熔用铝锭加入矩形熔铝炉中，加入覆盖剂进行快速熔化，铝熔体温度 690—760℃，熔化能力≥6t/h 。然后静置保温，再加入精炼剂进行精炼，经扒渣、搅拌，待温度符合工艺要求后，将铝熔体由铝液包转入合金化感应炉，加入氟硼酸钾和氟钛酸钾进行合金化。然后再将合金

化后的熔体由浇包转入保温感应炉，经熔体除气精炼装置，去除熔体中的气体和非金属夹杂物，送至连铸连轧机铸造出梯形线杆，再送至连轧机进行连续轧制，卷取得到铝钛硼线卷。线卷经过复绕机重新排线，得到180kg重的成品。经检查质量合格的产品包装后外售。

铝钛和铝硼晶核的成核由以下反应完成：

Al+K2TiF6→Al（AlTi10）+mKF.nAlF3

Al+ KBF4→Al（AlB3）+mKF.nAlF3

合金线杆车间生产工艺流程及污染因素分析见下图。

铝钛或铝硼

合金线杆

图2-3 铝合金车间生产工艺流程及污染因素图

2.2.3高钛铁包芯线车间

高钛铁包芯车间生产工艺流程简述如下：

高钛铁合金通过破碎、筛粉、混料等工序制得粒径符合要求的钛铁粉，并置于包芯线机组的料仓中待用，低碳冷轧钢带在包芯线机组上通过开卷、预成型，同时将料仓中的钛铁粉通过加料系统加入钢带的型腔

中，然后经锁口、压实、排线、卷取等工序得到符合要求的高钛铁包芯

线。

咬口式包芯线是指包芯线钢带接口通过机械咬合的方式成型。其工艺特点是成型工艺简单，密封性好，粉剂充填紧密，单位长度上的粉剂质量误差小。

综合考虑炉外精炼的要求、成形工艺以及装备的研制，目前国产包芯线多采用咬口式工艺进行生产。

综上所述，本车间采用目前成熟可靠的咬口式工艺生产高钛铁包芯线。

高钛铁车间生产工艺流程及污染因素分析见下图。

粉尘

高钛铁包芯线粉尘粉尘

粉尘粉尘粉尘粉尘

图2-4 高钛铁包芯线车间生产工艺流程及产污分析图