低碳高性能纳米级工业电瓷产业化项目可行性研究报告(编辑修改稿)

低碳高性能纳米级工业电瓷产业化项目可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

JB/T 静电除尘器用瓷绝缘子－支柱 JB/T 静电除尘器用瓷绝缘子－转轴 21 第四章 厂址选择及建设条件 项目建设地址 项目建设地址位于景德镇市高新技术产业园内，距市区 3 公里，距杭瑞高速公路入口处约 2 公里，距离景德镇市飞机场仅 8 公里，交通条件十分便利，基础设施完善。 建设条件 （ 1）基本市情 景德镇 市 为江西省直辖市。 位于江西东北部，居东经 116176。 57 ′ —117176。 42 ′ ，北纬 28176。 44 ′ — 29176。 56 ′ ，西北与安徽东至县交界，南 与万年县、西与波阳县接壤，东北与安徽祁门县、东偏南与婺源县毗连。 全市土地面积 5256 平方公里。 据统计全市总人口为 万人，其中非农业人口。 （ 2） 自然 条件 气候特点 ： 属亚热带季风气候，温和湿润。 全年光照充足，雨量充沛，四季分明，冬季多偏北风，春夏之交梅雨绵绵，夏秋之际晴热天多。 20xx 年，年降水总量 ，年日照 小时，极端最高气温为℃ ，极端最低气温为 — ℃ ，年平均气温 ℃ ，无霜期 269天 ，冰冻期短，气候宜人。 （ 3）基础设施条件 市域内电力供应充 足，属赣东北专线供电网络。 拟建场地电源来自 22 华东大电网。 所需电源由市供电局配送 ,可满足项目要求。 拟建场地水源由城市自来水网提供 ,能满足项目建设要求。 拟建场地中，将布置雨、污分流排水管道，排入市政管道中。 通讯发达，建有一个可无限增容的电信端局，并实现了中国移动和中国联通两个移动通讯的无缝覆盖。 拟建场址市政道路上现已全部架设开通全国直拨程控电话及移动通讯，可满足项目固定和移动通讯要求。 景德镇市乃至赣东北的一个交通枢纽，交通优势十分明显， 立体交通网络基本形成。 皖赣铁路南北纵贯境内， 公路 西通武汉约 3 小时车程；南到南 昌、北至黄山约 2 小时车程；西至庐山 1 小时车程。 景德镇机场已开通北京、上海、广州等航线，昌江水道经疏浚后可直通鄱阳湖达长江。 其他建设条件 该项目位于景德镇市高新技术产业园内，交通区位条件良好。 近年来，高新区坚持在以商招商发展项目、产业招商聚集项目、抢筑平台快上项目、诚信招商服务项目上下功夫，不断做大做强园区企业，发展壮大产业集群；在引进景德镇 LED 照明产业基地项目、汽车零部件工业生产基地的基础上，积极利用优惠政策吸引了一批相关优秀企业入园，为打造赣东北最大的光电产业基地奠定了有利的基础。 该项目总投资 1300万元，部分资金均已基本落实。 工程项目准备工作已到位，经立项审批后，开始启动，工期预计10 个月完成。 23 第五章 技术方案、设备方案及工程方案 工艺技术方案 选择 电瓷 生产工艺在我国属于成熟工艺。 本项目 生产工艺流程见图。 长石、粘土、石英、矾土 电瓷原料粉碎与其他陶瓷原料的制备工艺相近，主要采用传统的球磨机来细磨。 但随着我国超高压和特高压输变电工程的发展，对瓷绝缘材料的机 械强度和电气强度提出了更高的要求。 为提高电瓷材料的机械强度，通常的方法是在普通电瓷配方的基础上，添加机械强度和电气强度优异的刚玉颗粒，进行颗粒强化。 为降低成本，常用锻烧铝矾土替代工业氧化铝。 由于刚玉相颗粒强度高、硬度大，研磨破碎十分困难。 如果将硬质的刚玉颗粒与软质的粘土一起球磨，将导致刚玉相颗粒很难细球磨 筛分 除铁 筛分 高压滤泥 一次真空练泥 装窑 施釉浸釉 数控修坯 二次真空练泥 出厂 包装 切割 研磨 胶装 养护 机电检验 24 化，所需球磨时间长，研磨效率低。 为了提高球磨效率，在高强度电瓷制备中常采用二次球磨的工艺。 将铝矾土、长石等硬质原料与少量硬质粘土在球磨机中预先研磨 10h 以上，待物料达到细度要求后，再将易磨的粘土加入，球磨 35h，使粘土细化并与其他原料充分混合均匀后出料。 二次球磨工艺虽然能提高研磨效率，但在第一批原料的研磨中，球磨机内的填充系数低，球料比大，并不是球磨机工作的最佳状态，即球磨机的产能和能耗浪费较大。 因此，采用其他更高效的研磨工艺取代球磨，用于制备电瓷原 料，比其他陶瓷行业更具现实意义。 （ 1）不同球磨方式对矾土细度影响 电瓷工业中采用的铝矾土为经 1300℃以上高温锻烧的以刚玉相为主要矿物组成的锻烧特级或一级铝矾土粉，要求其 A12O3 含量 ≥ 85%，SiO28%， Fe2O32%， TiO24%。 因 煅 烧铝矾土中的主 晶相为莫氏硬度达9 级的刚玉相，属于电瓷原料中最难研磨的硬质原料。 因此项目试验选择以 325 目铝矾土为对象，采用球磨、行星磨和搅拌式砂磨三种 不同球磨方式 对矾土研磨效率的影响试验。 球磨每隔 4h 取样一次，最终研磨 40h。 行星磨每隔 取样一次，总研磨时间为 4h。 砂磨每隔 5min 取样一次，总研磨时间 lh。 表 5表 52 和表 53 分别为铝矾土经不同时间球磨、行星磨和砂磨后的粒度分析结果。 对比后不难发现，球磨 40h 后铝矾土的平均粒径与行星磨 3h 或砂磨 15min 后的效果相近，分别为 、 和。 25 表 51 球磨不同时间后铝矶土的粒度分析结果 表 52 行星磨 不同时间后铝矶土的粒度分析结果 26 表 53 砂磨 不同时间后铝矶土的粒度分析结果 值得注意的是，在 D50 粒径相近时，不同研磨方法对粗颗粒尺寸的影响较大。 铝矾土粉经 40h 球磨、 行星磨和 15min 砂磨后，其 D97粒径分别为 、 和 ，而最大粒径 (D100)分别为、 和。 图 51 为铝矾土粉分别经 40h 球磨、 行星磨和 15min 砂磨后的扫描电镜照 片。 用三种研磨方法所得物料的粒径大多数都在 10181。 m 左右，与用激光粒度仪分析的结果基本相符。 但是，图 51(a)显示出球磨 40h后的物料中仍有达 30181。 m的粗大颗粒，行星磨 后的铝矾土中也存在许多 1520181。 m 的粗颗粒，而砂磨 15min 后铝矾土粉的颗粒最均匀，以 510181。 m 的颗粒居多，粒径分布范围明显小于球磨和行 27 星磨的。 图 31 铝 矾土 的 SEM 照片 (a)球磨 40h (b)行星磨 (c)砂磨 15min 三种研磨方式在研磨效率和所得物料的粒径分布上产生如此大的差异，主要原因是这三种研磨设备的工 作原理、球石尺寸及球石与物料间的相对运动速度显著不同。 传统的滚筒式球磨机依靠筒体的转动带动研磨介质 (球石 )运动，通过球石抛落对物料的撞击作用和与物料间相对运动的研磨作用实现物料的研磨破碎。 与球磨和行星磨不同的是，搅拌式砂 28 磨机的筒体是静止不动的，球石和物料靠内置的高速旋转搅拌器带动，转速不受离心力限制，可达 5001500rpm。 高速运动着的研磨介质与物料颗粒发生强烈的撞击、磨擦和剪切等作用，强化了研磨效果。 因此，搅拌式砂磨机的研磨效率可以是球磨机的几十倍甚至更高，也数倍 于行星式球磨机，而且 对电瓷而言， 10181。 m 以下的颗粒是完全满足生产工艺要求的，而 20181。 m 以上的颗粒则会对产品的烧结和机电性能等带来不利的影响。 因此，用搅拌式砂磨能有效消除 20181。 m 以上的颗粒，从而 达到原料纳米级， 有利于提高电瓷产品的机械强度，改善产品的均匀性和可靠性。 （ 2） 不同球磨方式对瓷套坯料配方细度的影响 为了进一步验证搅拌式砂磨在电瓷原料 纳米级 中应用的可行性和实际效果 ，项目以景德镇瓷都电瓷电器有限公司瓷套 坯料配方 中 铝矾土 、粘土、熔剂性长石、星子高岭土等原料为试验配方。 公司正常生产中 采用 10t 球磨机，每次装原料干基 ，料 :球 :水 =l::1，一般球磨 14h，达到细度要求后放浆。 本 项目试验 是在正常工业生产的球磨机中取样，分别取球磨 6h、 8h 和 10h 的样品 100kg，再用搅拌式砂磨机进行研磨试 验，并与球磨 14h 的样品进行对比测试。 表 54 为分别球磨 6h、 8h、 10h、 14h 和球磨 8h 再砂磨 20min 的坯料样品的激光粒度分析结果。 对比球磨 6h 和 14h 的粒度分析结果不难发现，增加 8h 的球磨时间，浆料的平均粒径仅减小约 2181。 m，研磨效果主要体现在较大颗粒的细化，如 D97 从 31181。 m 降低到 左右， D99 从42181。 m 降低到 25181。 m。 三种条件 下的 D10 相差不大，但此时的平均粒径 29 D50 分别为 、 和 ， D90 分别为 、 和 ， 坯料球磨 14h 后的 D97 为 ，球磨 8h 后砂磨 20min的 D97 为 ，大于 10181。 m 的颗粒被完全消除。 表 54 球磨不同时间的 瓷套 坯料的粉体粒度参教 图 52(a)为坯料球磨 14h 后正常生产的普通瓷 瓷套 的 SEM 照片，图52(b)为坯料球磨 8h 后砂磨 20min 的原料按照正常生产工序所得瓷 套 的SEM 照片。 对比后不难发现，用球磨 8h 后砂磨 20min 的坯料所生产的瓷套 比正常生产中球磨 14h 坯料生产的 瓷套 结构更加均匀且致密。 说明通过砂磨获得的粉体因有效降低了大颗粒的尺寸，从而有利于材料微观结构的改善。 30 图 52 普通 瓷套 烧结后瓷体的 SEM 照片 (a)球磨 14h(b)球磨 8h 后砂磨 20min 通过以上两项基础性试验，项目通过选择砂磨替换传统球磨工艺，可以改善坯体颗粒细度，达到纳米级，降低球磨时间，降低烧成温度，节约能耗。 不同工艺对电瓷性能的影响 对用不同研磨方法制备的浆料，经过筛、除铁、榨泥、真空练泥、成型、干燥、施釉、烧成等 正常生产工序后烧制成瓷，测定了瓷样的体积密度、纯瓷和上白釉后的抗弯强度、电气绝缘强度等性能指标。 （ 1） 对坯料工艺性能的影响 用正常球磨工艺生产的坯料的干燥强度为 ，用砂磨 替换工艺 ，其干坯抗弯 强度 高达 ，提高幅度为 1015%。 证明采用 砂磨的新工艺，对所制备的高强度 电瓷 坯料的工艺性能改善有利。 （ 2） 对试样体积密度的影响 31 正常球磨生产料、砂磨的坯料烧成后的体积密度 分别为 和。 证明砂磨工艺能提高坯体致密性。 （ 3） 对试条抗弯强度的影响 正常 球磨 生产料 烧成后抗弯强度 为 ，经砂磨工艺的坯料烧成后抗弯强度达 Mpa,经砂磨后的试条强度比正常生产坯体的高1020%。 （ 4） 对电气绝缘强度的影响 按 GB/T77520xx 标准制备电气强度样品，测得不同样品的工频交流击穿强度。 结果表明， 正常球磨生产 击穿强度 kV/mm，砂磨工艺强度为 35 kV/mm，证明 砂磨工艺可提高材料的电气绝缘强度 510%。 （ 5）对烧成温度的影响 正常 球磨 生产料 在 1310℃烧成抗弯强度 Mpa，通过采用搅拌式砂磨工艺，原料纳米级后，烧成温度从 1310℃降低到 1150℃，抗弯强度为 Mpa。 证明原料纳米级后，促进烧结，大大节约能源。 设备方案 主要工艺设备的选择： 搅拌式砂磨机 （ 球磨机改造前为传统普通滚筒球磨机，改造后为搅拌式砂磨机） －除铁器－滤泥机－真空练泥机－ 数控修坯机 －烘房 （改造前未利用余热，改造后利用余热干燥） － 节能型梭式窑 炉－切割机－研磨车床－材料试验机 32 工程方案 本 项目 主要建筑构筑物一览表 55。 表 55 主要建筑构筑物一览表 序号 建（构）筑物名称 数量 备注 一 新 建工程 1 厂房 6000 ㎡ 生产 4000 ㎡，研发中心 20xx ㎡ 2 燃气梭式窑 8座 12m179。 3 原料纳米级加工成型生产线 2条 4 其他 1 基础设备设施 二 改造工程 1 烘房改造 1 200 ㎡ 33 第六章 主要原材料、燃料动力供应 原材料及燃料动力消耗 主要原料及辅助原料消耗 原料种类及年需要量： 种类：长石、石英、粘土及铝矾土。 年需量： 12750吨。 原料消耗情况见 技术经济 表。 主要原材料消耗表 原料名称 供应来源 备注 粘土 江西、福建 改造后原料总量保持不变，改造前合格品 80%，产量 20xx吨，改造后合格品 90%，产量7000 吨。 石英 江西 长石 湖南 矾土 河南 合计 燃料动力消耗： 本项目建成投产后燃料动力消耗情况如下： 天燃气 ： 248万 m3 电： 185 万 kwh 34 原材料及燃料动力供应能力 原料供应 本项目主要原料 全部外购。 主要产地为 江西、福建、湖南、河南 及本地等。 在目前市场经济条件下，各种原料均可保证供应，并且质量 能保证。 燃料动力供应 本项目主要为 原料纳米级生 产线改造 ， 项目主要用电 为原料加工 设备，公司设有降压配电所以供全厂使用。 且都是由城市配电。