В связи с быстрым развитием новых энергетических транспортных средств во всем мире рыночный спрос на анодные материалы для литиевых батарей значительно увеличился. Согласно статистике, в 2021 году восемь крупнейших предприятий отрасли по производству литиевых анодов планируют расширить свои производственные мощности почти до одного миллиона тонн. Графитизация оказывает наибольшее влияние на индекс и стоимость анодных материалов. Оборудование для графитации в Китае имеет множество видов, высокое энергопотребление, сильное загрязнение окружающей среды 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 отрицательной графитации Атчисона
В модифицированном типе печи, основанном на традиционной электродной печи графитации печи Эйтчесона, исходная печь загружается графитовым тиглем в качестве носителя материала отрицательного электрода (тигель загружается карбонизированным сырьем отрицательного электрода), сердцевина печи заполняется нагреванием. материал сопротивления, внешний слой заполнен изоляционным материалом и изоляцией стенок печи. После электрификации высокая температура 2800 ~ 3000 ℃ создается в основном за счет нагрева материала резистора, а отрицательный материал в тигле нагревается косвенно, чтобы добиться высокотемпературной печати камня на отрицательном материале.
1.2. Печь для графитации с внутренним нагревом
Модель печи является отсылкой к серийной печи графитации, используемой для производства графитовых электродов, и несколько электродных тиглей (загруженных материалом отрицательного электрода) соединены последовательно в продольном направлении. Электродный тигель является одновременно носителем и нагревательным телом, и ток проходит через электродный тигель, создавая высокую температуру и непосредственно нагревая материал внутреннего отрицательного электрода. В процессе графитизации не используется резистивный материал, что упрощает процесс загрузки и выпечки, а также снижает потери тепла при накоплении резистивного материала, экономя энергопотребление.
1.3 Печь графитации коробчатого типа с решеткой
Применение № 1 в последние годы растет, основное изучение печи графитации серии Ачесона и объединенных технологических характеристик печи графитации, сердечника печи с использованием нескольких частей структуры коробки материала анодной пластины, материала в катод в сырье, через Все щелевые соединения между колонной анодной пластины фиксированы, в каждом контейнере используется уплотнение анодной пластины из того же материала. Колонна и анодная пластина коробчатой конструкции вместе образуют нагревательный элемент. Электричество течет через электрод головки печи в нагревательный элемент активной зоны печи, а создаваемая высокая температура непосредственно нагревает анодный материал в коробке для достижения цели графитизации.
1.4 Сравнение трех типов печей графитации
Печь для графитизации с внутренним нагревом предназначена для непосредственного нагрева материала путем нагрева полого графитового электрода. «Джоулево тепло», производимое током через электродный тигель, в основном используется для нагрева материала и тигля. Скорость нагрева высокая, распределение температуры равномерное, а термический КПД выше, чем у традиционной печи Атчисона с нагревом резистивного материала. Печь для графитизации с решетчатым корпусом использует преимущества печи для графитизации с внутренним нагревом и использует предварительно обожженную анодную пластину с более низкой стоимостью в качестве нагревательного тела. По сравнению с серийной печью графитации емкость печи графитации с решетчатым ящиком больше, и соответственно снижается энергопотребление на единицу продукции.
2. Направление развития печи отрицательной графитации.
2.1 Оптимизация конструкции стены по периметру
В настоящее время теплоизоляционный слой нескольких печей графитации в основном заполнен техническим углеродом и нефтяным коксом. Эта часть изоляционного материала во время производства подвергается высокотемпературному окислению, каждый раз при загрузке возникает необходимость замены или дополнения специальным изоляционным материалом, процесс замены в условиях плохой окружающей среды, высокой трудоемкости.
Можно рассмотреть возможность использования специального высокопрочного и высокотемпературного цементного кирпича для наклеивания на стену самана, повышения общей прочности, обеспечения устойчивости стены в течение всего рабочего цикла при деформации, одновременной герметизации кирпичных швов, предотвращения чрезмерного проветривания через кирпичную стену. трещины и зазоры в печи уменьшают потери при окислении изоляционного материала и анодных материалов;
Во-вторых, установить общий объемный мобильный изоляционный слой, висящий снаружи стены печи, например, с использованием высокопрочной древесноволокнистой плиты или плиты из силиката кальция, этап нагрева играет эффективную роль уплотнения и изоляции, холодный этап удобно снимать для быстрое охлаждение; В-третьих, в нижней части печи и в стенке печи устанавливается вентиляционный канал. Вентиляционный канал представляет собой сборную решетчатую кирпичную конструкцию с охватывающим устьем пояса, поддерживая при этом высокотемпературную цементную кладку и учитывая принудительное вентиляционное охлаждение в холодной фазе.
2.2 Оптимизация кривой электропитания путем численного моделирования
В настоящее время кривая электропитания печи графитации отрицательного электрода составляется в соответствии с опытом, а процесс графитации регулируется вручную в любое время в зависимости от температуры и состояния печи, и единого стандарта не существует. Оптимизация кривой нагрева, очевидно, может снизить показатель энергопотребления и обеспечить безопасную работу печи. ЧИСЛЕННУЮ МОДЕЛЬ юстировки иглы ДОЛЖНА быть УСТАНОВЛЕНА научными методами в соответствии с различными граничными условиями и физическими параметрами, а также должна быть проанализирована связь между током, напряжением, полной мощностью и распределением температуры поперечного сечения в процессе графитизации, чтобы сформулировать соответствующую кривую нагрева и постоянно корректировать ее в реальном режиме работы. Например, на ранней стадии передачи мощности используется передача высокой мощности, затем быстро уменьшайте мощность, а затем медленно увеличивайте мощность, а затем уменьшайте мощность до конца мощности.
2. 3. Продлите срок службы тигля и нагревательного тела.
Помимо потребляемой мощности, срок службы тигля и нагревателя также напрямую определяет стоимость отрицательной графитации. Для графитового тигля и графитового нагревательного тела система управления производством разгрузки, разумный контроль скорости нагрева и охлаждения, автоматическая линия по производству тиглей, усиление герметизации для предотвращения окисления и другие меры по увеличению времени переработки тигля, эффективное снижение стоимости графита. чернила. В дополнение к вышеуказанным мерам, нагревательная пластина печи графитации с решетчатым ящиком также может использоваться в качестве нагревательного материала предварительно обожженного анода, электрода или фиксированного углеродистого материала с высоким удельным сопротивлением для экономии затрат на графитацию.
2.4 Контроль дымовых газов и утилизация отходящего тепла
Дымовые газы, образующиеся при графитизации, в основном образуются из летучих веществ и продуктов сгорания анодных материалов, сгорания поверхностного углерода, утечки воздуха и т. д. В начале запуска печи выделяется большое количество летучих веществ и пыли, условия в цехах плохие, на большинстве предприятий нет эффективных мер по очистке, это самая большая проблема, влияющая на охрану труда и безопасность операторов при производстве отрицательных электродов. Необходимо приложить больше усилий для всестороннего рассмотрения эффективного сбора и управления дымовыми газами и пылью в цехе, а также следует принять разумные меры по вентиляции, чтобы снизить температуру в цехе и улучшить рабочую среду цеха графитации.
После того, как дымовой газ может быть собран через дымоход в камеру сгорания смешанного сгорания, удалена большая часть смолы и пыли из дымового газа, ожидается, что температура дымового газа в камере сгорания будет выше 800 ℃, и Отходящее тепло дымовых газов можно утилизировать через паровой котел-утилизатор или кожуховый теплообменник. Для справки также можно использовать технологию сжигания RTO, используемую при очистке дыма углеродистого асфальта, а дымовые газы асфальта нагреваются до 850 ~ 900 ℃. В результате сгорания с накоплением тепла асфальт, летучие компоненты и другие полициклические ароматические углеводороды в дымовых газах окисляются и, наконец, разлагаются на CO2 и H2O, а эффективная эффективность очистки может достигать более 99%. Система имеет стабильную работу и высокую скорость работы.
2.5 Вертикальная печь непрерывной негативной графитации
Вышеупомянутые несколько типов печей графитации являются основной конструкцией печи для производства анодных материалов в Китае, общей точкой является периодическое прерывистое производство, низкий термический КПД, загрузка в основном осуществляется вручную, степень автоматизации невысока. Аналогичную вертикальную печь непрерывной негативной графитации можно разработать, взяв за основу модель печи для обжига нефтяного кокса и шахтной печи для обжига бокситов. Сопротивление ARC используется в качестве высокотемпературного источника тепла, материал непрерывно выгружается под действием собственной силы тяжести, а для охлаждения высокотемпературного материала в зоне выхода используется обычная конструкция водяного охлаждения или газификации, а также система пневматической транспортировки порошка. используется для выгрузки и подачи материала за пределы печи. Тип ПЕЧИ может обеспечить непрерывное производство, потери тепла при накоплении корпуса печи можно игнорировать, поэтому термический КПД значительно улучшается, преимущества в производительности и потреблении энергии очевидны, и может быть полностью реализована полностью автоматическая работа. Основными проблемами, которые предстоит решить, являются текучесть порошка, однородность степени графитации, безопасность, контроль температуры и охлаждения и т. д. Считается, что при успешном развитии печи для масштабирования промышленного производства она положит начало революции в область графитизации отрицательного электрода.
3 язык узла
Химический процесс производства графита является самой большой проблемой, с которой сталкиваются производители 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 печи периодической графитации. Будущая тенденция отрасли направлена на разработку полностью автоматизированной и организованной структуры печи непрерывного производства с выбросами, а также на поддержку зрелых и надежных вспомогательных технологических объектов. В это время проблемы графитизации, от которых страдают предприятия, будут значительно решены, и отрасль вступит в период стабильного развития, что будет способствовать быстрому развитию новых отраслей, связанных с энергетикой.
Время публикации: 19 августа 2022 г.