С быстрым развитием новых энергетических транспортных средств во всем мире рыночный спрос на анодные материалы для литиевых аккумуляторов значительно возрос. Согласно статистике, в 2021 году восемь крупнейших предприятий отрасли по производству анодов для литиевых аккумуляторов планируют расширить свои производственные мощности почти до одного миллиона тонн. Графитизация оказывает наибольшее влияние на индекс и стоимость анодных материалов. Графитирующее оборудование в Китае имеет много видов, высокое энергопотребление, сильное загрязнение и низкую степень автоматизации, что в определенной степени ограничивает разработку графитовых анодных материалов. Это основная проблема, которую необходимо срочно решить в процессе производства анодных материалов.
1. Текущая ситуация и сравнение печи отрицательной графитации
1.1 Печь для негативной графитации Атчисона
В модифицированном типе печи на основе традиционной электродной печи графитизации Aitcheson, исходная печь загружается графитовым тиглем в качестве носителя материала отрицательного электрода (тигель загружается карбонизированным сырьем отрицательного электрода), ядро печи заполняется материалом нагревательного сопротивления, внешний слой заполняется изоляционным материалом и изоляцией стенок печи. После электрификации высокая температура 2800 ~ 3000 ℃ создается в основном за счет нагрева материала сопротивления, а отрицательный материал в тигле нагревается косвенно для достижения высокотемпературной каменной краски отрицательного материала.
1.2.Внутренняя нагревательная печь графитации
Модель печи является ссылкой на серийную печь графитизации, используемую для производства графитовых электродов, и несколько электродных тиглей (загруженных отрицательным электродным материалом) соединены последовательно продольно. Электродный тигель является как носителем, так и нагревательным телом, а ток проходит через электродный тигель для создания высокой температуры и непосредственного нагрева внутреннего отрицательного электродного материала. Процесс GRAPHItization не использует резистивный материал, что упрощает процесс загрузки и обжига и снижает потери тепла резистивного материала, экономя потребление энергии.
1.3 Печь графитации коробчатого типа
Применение № 1 увеличивается в последние годы, основное изучают серию печи графитизации Ачесона и конкатенированные технологические характеристики печи графитизации, сердечник печи с использованием нескольких частей анодной пластины сетки материала коробки структуры, материал в катоде в сырье, через все щелевые соединения между анодной пластиной колонны фиксируется, каждый контейнер, использование анодной пластины уплотнения с тем же материалом. Колонна и анодная пластина материала коробки структуры вместе составляют нагревательный элемент. Электричество течет через электрод головки печи в нагревательный элемент сердечника печи, и высокая температура, генерируемая непосредственно нагревает анодный материал в коробке для достижения цели графитизации
1.4 Сравнение трех типов печей графитации
Печь графитизации с внутренним нагревом предназначена для непосредственного нагрева материала путем нагрева полого графитового электрода. «Джоулево тепло», выделяемое током через тигель электрода, в основном используется для нагрева материала и тигля. Скорость нагрева высокая, распределение температуры равномерное, а тепловой КПД выше, чем у традиционной печи Атчисона с нагревом резистивного материала. Печь графитизации с решетчатым коробом использует преимущества печи графитизации с внутренним нагревом и использует предварительно обожженную анодную пластину с более низкой стоимостью в качестве нагревательного элемента. По сравнению с печью графитизации с последовательным нагревом загрузочная способность печи графитизации с решетчатым коробом больше, а потребление энергии на единицу продукции соответственно снижается.
2. Направление развития печи негативной графитации
2. 1 Оптимизация конструкции периметральной стены
В настоящее время теплоизоляционный слой нескольких графитационных печей в основном заполнен техническим углеродом и нефтяным коксом. Эта часть изоляционного материала во время производства высокотемпературного окисления сгорает, каждый раз при загрузке необходимо заменять или дополнять специальный изоляционный материал, замена процесса плохая окружающая среда, высокая трудоемкость.
Можно рассмотреть возможность использования специальной высокопрочной и высокотемпературной цементной кладки из самана, повысить общую прочность, обеспечить устойчивость стены к деформации на протяжении всего цикла эксплуатации, одновременно герметизировать швы кирпича, предотвратить попадание чрезмерного воздуха через трещины кирпичной стены и зазоры в печь, снизить потери при окислении изоляционного материала и анодных материалов;
Во-вторых, установить общий объемный подвижный изоляционный слой, подвешенный снаружи стенки печи, например, использовать высокопрочную древесноволокнистую плиту или плиту из силиката кальция, нагревательная стадия играет эффективную герметизирующую и изоляционную роль, холодную стадию удобно снимать для быстрого охлаждения; В-третьих, вентиляционный канал устанавливается в нижней части печи и стенке печи. Вентиляционный канал принимает сборную решетчатую кирпичную конструкцию с женским устьем пояса, при этом поддерживая высокотемпературную цементную кладку и учитывая принудительное вентиляционное охлаждение в холодной фазе.
2. 2 Оптимизация кривой электропитания с помощью численного моделирования
В настоящее время кривая электропитания печи графитизации отрицательного электрода создается в соответствии с опытом, а процесс графитизации регулируется вручную в любое время в соответствии с температурой и состоянием печи, и нет единого стандарта. Оптимизация кривой нагрева, очевидно, может снизить индекс энергопотребления и обеспечить безопасную работу печи. ЧИСЛЕННАЯ МОДЕЛЬ выравнивания иглы ДОЛЖНА БЫТЬ УСТАНОВЛЕНА научными средствами в соответствии с различными граничными условиями и физическими параметрами, а также следует проанализировать соотношение между током, напряжением, полной мощностью и распределением температуры поперечного сечения в процессе графитизации, чтобы сформулировать соответствующую кривую нагрева и непрерывно корректировать ее в реальной работе. Например, на ранней стадии передачи мощности используется передача высокой мощности, затем быстро уменьшают мощность, а затем медленно повышают, мощность и затем уменьшают мощность до конца мощности
2. 3 Продлить срок службы тигля и нагревательного элемента
В дополнение к энергопотреблению, срок службы тигля и нагревателя также напрямую определяет стоимость отрицательной графитизации. Для графитового тигля и графитового нагревательного элемента, система управления производством выгрузки, разумный контроль скорости нагрева и охлаждения, автоматическая линия производства тигля, усиленная герметизация для предотвращения окисления и другие меры для увеличения времени переработки тигля, эффективно снижают стоимость графитовой краски. В дополнение к вышеуказанным мерам нагревательная пластина печи графитации с решетчатым коробом также может использоваться в качестве нагревательного материала предварительно обожженного анода, электрода или фиксированного углеродистого материала с высоким удельным сопротивлением для экономии стоимости графитизации.
2.4 Контроль дымовых газов и утилизация отходящего тепла
Дымовой газ, образующийся во время графитации, в основном состоит из летучих веществ и продуктов сгорания анодных материалов, поверхностного сгорания углерода, утечки воздуха и т. д. В начале запуска печи летучие вещества и пыль выбрасываются в большом количестве, окружающая среда в цехе плохая, на большинстве предприятий нет эффективных мер очистки, это самая большая проблема, влияющая на охрану труда и безопасность операторов в производстве отрицательных электродов. Следует приложить больше усилий для всестороннего рассмотрения эффективного сбора и управления дымовыми газами и пылью в цехе, а также следует принять разумные меры вентиляции для снижения температуры в цехе и улучшения рабочей среды в цехе графитации.
После того, как дымовой газ может быть собран через дымоход в камеру сгорания смешанного сгорания, удалить большую часть смолы и пыли в дымовом газе, ожидается, что температура дымового газа в камере сгорания будет выше 800 ℃, и отходящее тепло дымового газа может быть восстановлено через паровой котел-утилизатор или кожухотрубчатый теплообменник. Технология сжигания RTO, используемая при обработке дыма углеродного асфальта, также может быть использована для справки, и дымовой газ асфальта нагревается до 850 ~ 900 ℃. За счет сгорания с накоплением тепла асфальт и летучие компоненты, а также другие полициклические ароматические углеводороды в дымовом газе окисляются и в конечном итоге разлагаются на CO2 и H2O, а эффективная эффективность очистки может достигать более 99%. Система имеет стабильную работу и высокую скорость работы.
2. 5 Вертикальная непрерывная негативная графитационная печь
Вышеупомянутые несколько видов графитационной печи являются основной структурой печи производства анодного материала в Китае, общей точкой является периодическое прерывистое производство, низкая тепловая эффективность, загрузка в основном зависит от ручного управления, степень автоматизации не высока. Подобная вертикальная непрерывная отрицательная графитационная печь может быть разработана на основе модели печи для прокалки нефтяного кокса и шахтной печи для прокалки бокситов. Резистивная дуга используется в качестве источника тепла высокой температуры, материал непрерывно выгружается под действием собственной силы тяжести, а обычная структура охлаждения водой или газификацией используется для охлаждения высокотемпературного материала в зоне выхода, а система пневматической транспортировки порошка используется для выгрузки и подачи материала за пределы печи. Тип ПЕЧИ может осуществлять непрерывное производство, потери тепла при аккумулировании корпуса печи можно игнорировать, поэтому тепловая эффективность значительно улучшается, преимущества производительности и потребления энергии очевидны, и полностью автоматическая работа может быть полностью реализована. Основными проблемами, которые предстоит решить, являются текучесть порошка, равномерность степени графитации, безопасность, контроль температуры и охлаждение и т. д. Считается, что при успешном развитии печи до масштабов промышленного производства она произведет революцию в области графитации отрицательных электродов.
3 язык узлов
Графитовый химический процесс является самой большой проблемой, преследующей производителей анодных материалов для литиевых батарей. Основная причина заключается в том, что все еще существуют некоторые проблемы с энергопотреблением, стоимостью, защитой окружающей среды, степенью автоматизации, безопасностью и другими аспектами широко используемой периодической печи графитации. Будущая тенденция отрасли заключается в разработке полностью автоматизированной и организованной структуры печи непрерывного производства выбросов и поддержке зрелых и надежных вспомогательных технологических установок. В то время проблемы графитации, преследующие предприятия, будут значительно решены, и отрасль вступит в период стабильного развития, стимулируя быстрое развитие новых отраслей, связанных с энергетикой.
Время публикации: 19-авг-2022