负极材料试生产总结.docx
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负极材料试生产总结
试生产工艺总结
公司9月份试生产到2010年末,共送电生产7炉,其中死炉1炉、炉体倒塌1炉、其余5炉均正常完成送电。
加工产品134吨,生产总用电量166.8万KW·h。
各炉产品的质量逐步提高,现将单炉生产工艺、生产工艺分析、生产成本等几个方面做如下总结,为今后工作的开展做出指导。
一、单炉生产工艺及产品质量(按时间顺序)
1.八号炉(批次:
801)
送电时间及数量:
2010年9月23日9:
38-9月25日8:
00,送电时长约44小时。
用电量约为52000kW·h,由于电量计量表出现故障,所以该炉用电量是由累计功率61513kW·h×系数0.846计算得出的。
注:
系数0.846≈(2号炉用量+4号炉用量)÷(2号炉累计功率+4号炉累计功率)。
装炉:
炉底炭黑厚620mm,保温料厚150mm,炉芯宽2200mm,两侧保温料宽400mm,坩埚间距长70mm,上下两层坩埚电阻料厚100mm,炉头、炉尾电阻料长400mm,顶底保温料800mm。
坩埚排放为4排×27列,下层为108个,上层为107,共计坩埚数量为215个
辅料:
保温料用66吨,电阻料27.1吨。
测温管1个。
原料种类及数量:
全炉原料为2号粉,215个×120kg≈25.8吨
送电:
死炉功率没有上去.
产品质量:
死炉未出产品。
小结:
死炉原因为炉阻过大,功率无法上升,致使炉温无法上升。
解决办法是变压器应改为串联送电方式,其原理依据是增加电压,使电流提高。
2.一号炉
送电时间及时长:
2010年10月11日10:
10-10月15日19:
00,送电用时共105小时,中途停止送28小时,实际送电77小时。
总用电量约为36.8万kW·h,由于电量计量表出现故障,所以该炉用电量是由累计功率435280kW·h×系数0.846计算得出的。
注:
系数0.846≈(2号炉用量+4号炉用量)÷(2号炉累计功率+4号炉累计功率)。
装炉:
炉底炭黑厚620mm,保温料厚150mm,炉芯宽2200mm,两侧保温料宽400mm,坩埚间距长70mm,上下两层坩埚电阻料厚100mm,炉头、炉尾电阻料长400mm,顶底保温料800mm。
坩埚排放为4排×27列,下层为108个,上层为107,共计坩埚数量为215个
辅料:
保温料(生)用76.85吨,电阻料(生)32.50吨。
测温管1个。
原料种类及数量:
全炉原料为2号粉,215个×120kg≈25.8吨
送电:
总耗电量为36.8万kW·h,单耗为14273kW/t,最大功率8179KW,最大电流87400A,起始炉阻为0.013846154Ω,最小炉阻为0.000597190Ω,最终炉阻为0.000714286Ω。
电阻回升0.000597190Ω-0.000714286Ω共计9小时。
串倒并补5小时,使用电量约为23383.4kW·h;纯水故障补偿25小时,使用电量约为98269.7kW·h,共计约为121653.1kW·h,以上电量计算方法同共用电量。
炉温情况
2400-2480℃
23小时
2600-2760℃
4小时
2800-2880℃
5小时
2900-2940℃
4小时
2180-2300℃
52小时
产品质量:
取样含碳量均为99.99%以上。
小结:
由于化验室进行第一次产成品化验,取样重量均为1克,无法满足产品99.990%以上的含碳量测定,所以化验结果仅为99.99%。
建议取样重量采用5克以上,进行产成品化验。
炉墙倒塌事故是多种原因造成的,解决办法增加保温料的用料数量(加大保温层的厚度),缩短高温区送电时长,减少坩埚之间的距离。
一号炉与八号炉装炉工艺一样,但辅料装炉量差距很大,保温料差10.85吨,电阻料差为5.4吨。
差距原因可能为计量出现差错。
3.六号炉
a.送电时间及时长
2010年10月31日19:
10-11月2日19:
00,送电用时为40小时。
总用电量约为15.8万kW·h,由于电量计量表出现故障,所以该炉用电量是由累计功率187254.7kW·h×系数0.846计算得出的。
注:
系数0.846≈(2号炉用量+4号炉用量)÷(2号炉累计功率+4号炉累计功率)。
b.装炉
(1)炉底炭黑厚800mm,保温料厚200mm,电阻料厚150mm,依次向上覆盖。
(2)炉芯长1657mm×宽1800mm,两侧保温料宽700mm,坩埚间距长40mm,上下两层坩埚电阻料厚100mm。
坩埚排放为3排×29列,下层为87个,上层为86个,共计坩埚数量为173个
(3)炉头、炉尾电阻料长500mm,顶层电阻料250mm,保温料800mm。
c.辅料
行车的秤坏了,致使没有辅料的具体用料统计。
测温管1个。
d.原料种类及数量
全炉原料为2号粉,173个×120kg≈20.76吨
e.送电
总耗电量为15.8万kW·h,单耗为7611kW/t,最大功率8017.7kW,最大电流81600A。
f.炉温情况
G.产品质量
C含量范围
总数量
上层数量
下层数量
C<99.98%
55
42
13
99.98%≤C<99.99%
54
20
34
99.99%≤C<99.995%
26
6
20
C≥99.995%
38
18
20
小结
根椐客户对产品C含量(99.98%以上)要求,出炉产品成品率仅为67.429%,无法满足客户要求。
其主要原因由于1号炉炉墙倒塌事件的发生,送电工艺制定要求高温(2800℃以上)持续时间5小时以上,实际仅持续2个小时,并且炉阻值也未表现饱和状态。
建议增加高温持续时间。
浅论采用串联送电:
何时采用变压器串联送电,根据一号炉与六号炉送电日志情况,起始炉阻大即大于0.013Ω,应采用变压器串联。
并联中送电当在炉阻降至小于0.0042Ω,及可换为并联送电,这样可必免长时间串联送电,整流柜出水温度过高,烧坏其中元件。
4.三号炉(301)
a.送电时间及时长
2010年11月9日13:
00-11月12日5:
00,送电用时为64小时,中途停止送12小时,实际送电52小时,二次送电是由于六号炉化验结果合格率低,增加了高温区送电时长。
总用电量约为22万kW·h,由于电量计量表出现故障,所以该炉用电量是由累计功率264861.9kW·h×系数0.846计算得出的。
注:
系数0.846≈(2号炉用量+4号炉用量)÷(2号炉累计功率+4号炉累计功率)。
b.装炉
(1)炉底炭黑厚770mm,保温料厚200mm,电阻料(生)厚150mm,依次向上覆盖。
(2)炉芯长1657mm×宽1800mm,两侧保温料宽700mm,坩埚间距长无,上下两层坩埚电阻料(熟)厚50mm。
坩埚排放为3排×31列,下层为93个,上层为92个,共计坩埚数量为185个
(3)炉头、炉尾电阻料长500mm,顶层电阻料250mm,保温料800mm。
(4)俯视图如下
c.辅料
行车的秤坏了,致使没有辅料的具体用料统计。
测温管1个。
d.原料种类及数量
全炉原料为5号粉,185个×120kg≈22.2吨
e.送电
总耗电量为22万kW·h,单耗为10093kW/t,最大功率9346.0kW,最大电流86600A。
送电中2-7小时内出现炉阻异常,即电流有大幅度变化则表明炉阻出现异常,初判为坩埚破裂。
f.炉温情况
2800℃以上共计16个小时,3000℃以上2个小时,2800℃至3000℃14个小时。
G.产品质量
上层
下层
合计
数量
百分比
数量
百分比
数量
百分比
取样总量
44
47.83%
55
59.14%
99
53.51%
C<99.98%
0
0.00%
0
0.00%
0
0.00%
99.98%≤C<99.99%
14
31.82%
15
27.27%
29
29.29%
99.99%≤C<99.995%
16
36.36%
24
43.64%
40
40.40%
C≥99.995%
14
31.82%
16
29.09%
30
30.30%
石墨化度为93%。
满足客户C含量要求99.98%以上,炉温3000℃。
小结
(1)三号装炉的送电工艺均能满足产品3000℃,C含量99.98%要求。
如客户对此产品要求在此范围内可以继续延用此工艺。
(2)坩埚出现破裂现象,送电中2-7小时内出现炉阻异常,即电流有大幅度变化则表明炉阻出现异常。
5.五号炉(501)
a.送电时间及时长
2010年11月20日21:
00-11月23日9:
00,送电用时为44小时。
总用电量约为21.4万kW·h,由于电量计量表出现故障,所以该炉用电量是由累计功率252739.2kW·h×系数0.846计算得出的。
注:
系数0.846≈(2号炉用量+4号炉用量)÷(2号炉累计功率+4号炉累计功率)。
b.装炉
(1)炉底炭黑厚770mm,保温料厚200mm,电阻料(生)厚150mm,依次向上覆盖。
(2)炉芯长1657mm×宽1800mm,两侧保温料宽700mm,坩埚间距长无,上下两层坩埚电阻料(熟)厚50mm。
坩埚排放为3排×31列,下层为93个,上层为92个,共计坩埚数量为185个
(3)炉头、炉尾电阻料长500mm,顶层电阻料250mm,保温料800mm。
(4)俯视图如下
c.辅料
品名
重量(吨)
保温料(生)
18.5
保温料(熟)
92.88
电阻料(生)
10
电阻料(熟)
11
合计
132.38
行车的秤坏了,致使没有辅料的具体用料统计以上数据是根椐2号炉(批次:
201)推出。
测温管1个。
d.原料种类及数量
2号粉180个坩埚×120kg≈21.6吨,磷片石墨5个坩埚×120kg≈0.6吨。
共计加工原料约为22.2吨,其中还有三块圆形碳块。
e.送电
送电计划:
起始功率1500kW。
1.持续时长5小时,每小时300kW的上升功率,目标功率3000kW;2.持续时长20小时,每小时7000kW的上升功率,目标功率7000kW;3.持续时长25小时,自由上升。
4.送电范围为50个小时。
5.计划总用电量为25万kWh。
6.工艺温度为3000℃。
7.自由上升的25小时内,最大功率不得超过9000KW,最大电流不得超过85000A。
实际总耗电量为21.4万kW·h,单耗为9631.4kW/t,最大功率8519.4kW,最大电流84400A;炉阻起始值为0.00439189Ω,最小值0.00066748Ω,炉阻出现最小值后又连续送电11个小时。
f.炉温情况
2800℃以上共计15个小时,3000℃以上13个小时,2800℃至3000℃有2个小时。
G.产品质量
上层
下层
合计
数量
百分比
数量
百分比
数量
百分比
取样数量
74
80.43%
70
75.27%
144
77.84%
C<99.98%
4
5.41%
0
0.00%
4
2.78%
99.98%≤C<99.99%
35
47.30%
9
12.86%
44
30.56%
99.99%≤C<99.995%
23
31.08%
16
22.86%
39
27.08%
C≥99.995%
12
16.22%
45
64.29%
57
39.58%
上层15-1、15-2、15-3、16-2、16-3是天然鳞片石墨其C含量为分别为99.985%、99.976%、99.990%、99.995%、99.975%。
圆形碳块的C含量为99.998%。
小结
(1)相较3号炉(批次:
301)产品质量有略有提高,说明在同等的高温区(2800℃以上)送电时长和用电量,提升高温区炉芯平均温度可以提高产品质量(即C含量)。
(2)与3号炉(批次:
301)送电比较,说明送达高温区的时间越短就越省电。
送电时间太短,可能带来的坩埚使用寿命减少等其它问题,具体临界点(或称临界区域)及解决办法有待进一步求证。
(3)天然鳞片石墨原C含量为97%,经石墨化炉高温处理后其C含量均能达到99.95%以上,如经济指示能达到公司的预期,可进行批量生产。
由于本次试验天然鳞片石墨产品均放在上层,预计下层可能纯度更高,有待进一步试验。
(4)吴总试验的圆形碳块,经石墨化炉高温处理后其C含量均能达到99.998%以上,如增添压形及粉碎设备,并经济指示达到公司的预期,可进行批量生产。
6.四号炉(批次:
401)
a.送电时间及时长
2010年11月24日21:
00-11月27日3:
00,送电用时为54小时。
总用电量约为25.8万kW·h。
b.装炉
(1)炉底炭黑厚770mm,保温料厚200mm,电阻料(生)厚150mm,依次向上覆盖。
(2)炉芯长1657mm×宽1800mm,两侧保温料宽700mm,坩埚间距长无,上下两层坩埚电阻料(熟)厚50mm。
坩埚排放为3排×31列,下层为93个,上层为92个,共计坩埚数量为185个
(3)炉头、炉尾电阻料长500mm,顶层电阻料250mm,保温料800mm。
(4)俯视图如下
c.辅料
品名
重量(吨)
保温料(生)
18.5
保温料(熟)
92.88
电阻料(生)
10
电阻料(熟)
11
合计
132.38
行车的秤坏了,致使没有辅料的具体用料统计以上数据是根椐2号炉(批次:
201)推出。
测温管1个。
d.原料种类及数量
3号粉182个坩埚×120kg≈21.84吨,试验用途无编号粉3个坩埚×120kg≈0.36吨。
共计加工原料约为22.2吨。
e.送电
送电计划:
起始功率1500kW。
(1)持续时长30小时,每小时150kW的上升功率,目标功率6000kW;
(2)持续时长25小时,自由上升。
(3)送电范围为55个小时。
(4)计划总用电量为25.38万kWh。
(5)工艺温度为3000℃。
(6)自由上升的25小时内,最大功率不得超过9000KW,最大电流不得超过85000A。
实际总耗电量为25.8万kW·h,单耗为11636.2kW/t,最大功率8264.1kW,最大电流84800A;炉阻起始值为0.00496403Ω,最小值0.00065789Ω,炉阻出现最小值后又连续送电15个小时。
f.炉温情况
炉温
累计时长(小时)
2800℃~3000℃
12
3000℃以上(含3000℃)
5
合计
17
G.产品质量
含C量
上层
下层
合计
数量
百分比
数量
百分比
数量
百分比
C<99.98%
2
2.44%
0
0.00%
2
1.18%
99.98%≤C<99.99%
35
42.68%
8
9.09%
43
25.29%
99.99%≤C<99.995%
29
35.37%
24
27.27%
53
31.18%
C≥99.995%
16
19.51%
56
63.64%
72
42.35%
取样总量及百分比
82
89.13%
88
94.62%
170
91.89%
小结:
(1)较5号炉(批次:
501)产品品质略有提高,本次炉装工艺与5号炉一样,炉温最高没有5号炉高,只是延长了高温区时长即17个小时,说明延长高温区时长可以提高产品的C含量。
7.二号炉(批次:
201)
a.送电时间及时长
2010年12月4日21:
00-12月7日4:
00,送电用时为55小时。
总用电量约为27.6万kW·h。
b.装炉
(1)炉底炭黑厚770mm,保温料厚200mm,电阻料(生)厚150mm,依次向上覆盖。
(2)炉芯长1657mm×宽1800mm,两侧保温料宽700mm,坩埚间距长无,上下两层坩埚电阻料(熟)厚50mm。
坩埚排放为3排×31列,下层为93个,上层为92个,共计坩埚数量为185个
(3)炉头、炉尾电阻料长500mm,顶层电阻料250mm,保温料800mm。
(4)俯视图如下
c.辅料
品名
重量(吨)
保温料(生)
18.5
保温料(熟)
92.88
电阻料(生)
10
电阻料(熟)
11
合计
132.38
测温管1个。
d.原料种类及数量
2号粉86个坩埚(大)×120kg≈10.44吨,5号粉99个坩埚(小)×110kg≈10.89吨。
共计加工原料约为21.33吨。
e.送电
送电计划:
起始功率1500kW。
(1)持续时长30小时,每小时150kW的上升功率,目标功率6000kW;
(2)持续时长25小时,自由上升。
(3)送电范围为55个小时。
(4)计划总用电量为25.38万kWh。
(5)工艺温度为3000℃。
(6)自由上升的25小时内,最大功率不得超过9000KW,最大电流不得超过90000A。
实际总耗电量为27.6万kW·h,单耗为12927.71kW/t,最大功率8515.1kW,最大电流89600A;炉阻起始值为0.00493151Ω,最小值0.00064262Ω,炉阻出现最小值后又连续送电20个小时。
f.炉温情况
炉温
累计时长(小时)
2800℃~3000℃
3
3000℃以上(含3000℃)
14
合计
17
G.产品质量
含C量
上层
下层
合计
数量
百分比
数量
百分比
数量
百分比
C<99.98%
1
1.10%
0
0.00%
1
0.55%
99.98%≤C<99.99%
34
37.36%
0
0.00%
34
18.58%
99.99%≤C<99.995%
31
34.07%
11
11.96%
42
22.95%
C≥99.995%
25
27.47%
81
88.04%
106
57.92%
取样总量及百分比
91
98.91%
92
98.92%
183
98.92%
小结:
(1)本次送电炉温出现异常,2240℃持续了9个小时,可能造成此现象的原因为装炉时再生坩埚(即小坩埚),全部装入下层,至使纵向(即东-西)炉阻分部不均,导致炉芯电流产生偏流,使下层坩埚升温过快,使其产生坩埚裂损现象,所以测温孔观测的炉温才维持在2240℃。
解决办法:
a.尽量必免不同坩埚混装。
如需混装应必免纵方向相同坩埚摆放过长,应横向摆放相同坩埚穿插摆放。
摆放时再生坩埚应放在上层。
b.增加中间引流层厚度(原为50mm,改为100mm),减少偏流。
c.下层坩埚间的电阻料改为3-10mm熟料,减少下层坩埚的发热量。
d.送电时应注意炉温上升速度不宜过快。
e.在坩埚间或分组间增加电阻料也可必免偏流现象的出现。
(2)相较4号炉产品C含量略有提高,除3000℃以上高温区送电时长有差别以外,其它基本相同,说明3000℃以上对C含量是有帮助的。
具体参考办法,由于数据不足暂时无法得出。
(3)本炉出现大量坩埚损坏现象,应在以后工作中对损坏坩埚进行统计及分析,提出改进方案,以减公司的损失。
二、生产工艺分析
1.产品质量分析
各炉产品质量(C含量)
装炉批次
C含量
601
301
501
401
201
C<99.98%
31.79%
0.00%
2.78%
1.18%
0.55%
99.98%≤C<99.99%
31.21%
29.29%
30.56%
25.29%
18.58%
99.99%≤C<99.995%
15.03%
40.40%
27.08%
31.18%
22.95%
C≥99.995%
21.97%
30.30%
39.58%
42.35%
57.92%
从上表可以看出质量在逐步提高。
a.全面掌握全炉产品(C含量99.98%以上)的装炉与送电工艺(可参考301批次炉工艺);
b.初步掌握全炉产品(C含量99.99%以上)的装炉与送电工艺(可参考201批次炉工艺);
c.初步掌握下层产品(C含量99.995%以上)的装炉与送电工艺,但出现了坩埚损坏率加大现象,并在下次生产工艺中作了相应的小幅调整,待验证结果。
d.温炉可控范围2800℃~3000℃。
e.a~c均为负极材料的生产加工,暂无实际生产高纯石墨粉的工艺经验。
2.产能分析
生产环节产能最大化的实现,应以石墨化炉的运行为主,其它生产环节为辅。
现有生产环节如下图:
单台石墨化炉的生产操作是由清炉、小修、装炉、通电、冷却、出炉等几个步骤组成,并按此顺序进行循环生产。
单台石墨化炉一个生产周期一般为13天,而每次通电只有55个小时。
为了充分利用变压器的能力,每55个小时为一个石墨化炉送电周期,在这一炉通电完成55个小时后转接下一炉的母线,拆装母线所需要时间为5个小时,所以一个送电周期为60小时,其它石墨化炉应分别处于装炉、冷却、出炉、清炉及小修等操作中。
最大化生产应为30天/月×24小时/天÷60小时/炉=12炉/月,运行图表如下:
从上图可以看出实际上完全可以用6个石墨化炉循环通电达到每月生产12炉的目的。
只是“冷却及出炉”的生产环节时间完全被限制12.5天内完成。
用7或8个石墨化炉可以有效延长“冷却及出炉”生产环节用时,保证了炉体能充份冷却满足出炉要求。
生产环节产能最大化中,各班组所需达到的指标及现有情况如下:
名称
需达指标
一个周期所需工作日
依据
现有状况是否满足
较合理的解决方案
装出炉班
正常生产循环时,前一炉通电完成后在60个小时内完成后一炉的装炉工作,保证后一炉的正常送电。
同时完成其它石墨化炉冷却完成后的出炉工作。
31.5
装炉7人×2.5工作日/人=17.5工作日;
出炉7人×2工作日/人=14工作日
31.5工作日÷2.5工作日=12.6个工人。
现有7人无法满足。
1.分二个班组,一组装炉班7人,一组出炉班6人。
2.临时可采用晚上加一个班出炉方式。
3.改进装出炉工艺。
包装班
正常生产循环时,前一炉通电完成后在60个小时内完成后一炉的坩埚装料工作,保证后一炉的正常送电。
同时完成其它石墨化炉出炉产品的包装工作。
41.1
装料为185个坩埚,包装产品也为185个坩埚,共计370个坩埚,单人一个工作日为装料或包装产品能处理9个坩埚,所以370÷9=41.1个工作日。
41.1工作日÷2.5工作日=16.4个工人,现有情况无法满足。
1.增加一班组包装。
二个班组分别为8人和9人。
2.分别改进装料与产品包装工艺。
筛分班
正常生产循环时,每天必须筛出辅料不少于60吨,并确保一炉以上的辅料用量库存。
2人每个工作日完成20吨的工作量。
现有情况筛分设备只能完成20吨的工作量,无法满足。
更换大的筛分系统
护炉班
正常生产循环时,前一炉通电完成后在5个小时内完成后一炉的坩埚装料工作,保证后一炉的正常送电。
满足
配电班
满足
化验室
正常生产循环时,石墨化炉产品出炉后60个小时内完成这一炉化验结果。
现有人员实行大三班可以满足。
生产环节产能最大化月需产品原料22.2吨×12=266.4吨,电阻料月储备量=25×(1
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