Зі швидким розвитком транспортних засобів на нових джерелах енергії в усьому світі, попит на літієві анодні матеріали значно зріс. Згідно зі статистикою, у 2021 році вісім провідних підприємств галузі з виробництва літієвих анодних матеріалів планують розширити свої виробничі потужності майже до одного мільйона тонн. Графітизація має найбільший вплив на показники та вартість анодних матеріалів. Обладнання для графітизації в Китаї має багато видів, високе енергоспоживання, сильне забруднення та низький ступінь автоматизації, що певною мірою обмежує розвиток графітових анодних матеріалів. Це основна проблема, яку необхідно терміново вирішити у процесі виробництва анодних матеріалів.
1. Поточна ситуація та порівняння печі негативної графітизації
1.1 Піч для негативної графітизації Атчісона
У модифікованому типі печі, що базується на традиційній печі графітизації електродів Айтчесона, оригінальна піч завантажується графітовим тиглем як носієм матеріалу негативного електрода (тигель завантажується карбонізованою сировиною для негативного електрода), серцевина печі заповнюється терморезисторним матеріалом, зовнішній шар заповнюється ізоляційним матеріалом, а стінки печі ізолюються. Після електрифікації висока температура 2800 ~ 3000℃ створюється переважно нагріванням матеріалу резистора, а негативний матеріал у тиглі нагрівається опосередковано для досягнення високотемпературного покриття негативного матеріалу каменем.
1.2. Піч для графітизації внутрішнього нагрівання серії
Модель печі є посиланням на серійну піч графітизації, яка використовується для виробництва графітових електродів, і кілька електродних тиглей (завантажених матеріалом негативного електрода) з'єднані послідовно поздовжньо. Електродний тигель є одночасно носієм і нагрівальним тілом, і струм проходить через електродний тигель для створення високої температури та безпосереднього нагрівання внутрішнього матеріалу негативного електрода. Процес графітизації не використовує резистивний матеріал, що спрощує процес завантаження та випікання, а також зменшує втрати тепла резистивним матеріалом, заощаджуючи енергоспоживання.
1.3 Піч для графітизації коробчастого типу з ґраткою
Застосування №1 зростає в останні роки, основним є вивчення характеристик графітизаційної печі серії Ачесон та її об'єднаної технології. Серцевина печі використовує кілька частин анодної пластини з сітки, матеріал подається в катод через щілини між колоною анодних пластин, кожен контейнер ущільнюється тим самим матеріалом. Колонка та анодна пластина разом утворюють нагрівальний елемент. Електрика протікає через електрод головки печі до нагрівального елемента серцевини печі, а висока температура, що утворюється, безпосередньо нагріває анодний матеріал у коробці для досягнення мети графітизації.
1.4 Порівняння трьох типів печей графітизації
Піч для графітизації з внутрішнім нагріванням призначена для безпосереднього нагрівання матеріалу шляхом нагрівання порожнистого графітового електрода. «Джоулево тепло», що утворюється струмом через тигель електрода, здебільшого використовується для нагрівання матеріалу та тигля. Швидкість нагрівання висока, розподіл температури рівномірний, а тепловий ККД вищий, ніж у традиційної печі Атчісона з резистивним нагріванням матеріалу. Піч для графітизації з сітчастою коробкою використовує переваги печі для серійної графітизації з внутрішнім нагріванням і використовує попередньо випалену анодну пластину з нижчою вартістю як нагрівальний елемент. Порівняно з піччю для серійної графітизації, вантажопідйомність печі для графітизації з сітчастою коробкою більша, а споживання енергії на одиницю продукції відповідно зменшується.
2. Напрямок розвитку печі негативної графітизації
2. 1 Оптимізуйте структуру периметральної стіни
Наразі теплоізоляційний шар кількох печей графітизації в основному заповнюється сажею та нафтовим коксом. Ця частина ізоляційного матеріалу випалюється під час виробництва за високої температури окисленням, і кожного разу при завантаженні необхідно замінити або доповнити спеціальним ізоляційним матеріалом, що призводить до несприятливого середовища та високої трудомісткості процесу заміни.
Можна розглянути можливість використання спеціального високоміцного та високотемпературного цементного клею для стін кладки, що підвищує загальну міцність, забезпечує стійкість стіни до деформацій протягом усього робочого циклу, одночасно герметизуючи шви цегли, запобігаючи надмірному потраплянню повітря через тріщини та щілини в цегляній стіні в піч, зменшуючи втрати ізоляційного матеріалу та анодних матеріалів внаслідок окислення та горіння;
По-друге, встановлення загального об'ємного рухомого ізоляційного шару, що висить зовні стінки печі, наприклад, використання високоміцної деревоволокнистої плити або плити з силікату кальцію, що забезпечує ефективну герметизацію та ізоляцію, а холодну фазу зручно знімати для швидкого охолодження; по-третє, вентиляційний канал встановлюється в нижній частині печі та стінці печі. Вентиляційний канал має збірну ґратчасту цегляну конструкцію з жіночим отвором стрічки, підтримує високотемпературну цементну кладку та враховує примусове вентиляційне охолодження в холодній фазі.
2. 2 Оптимізація кривої живлення за допомогою числового моделювання
Наразі крива живлення печі графітизації з негативним електродом формується відповідно до досвіду, а процес графітизації регулюється вручну в будь-який час залежно від температури та стану печі, і єдиного стандарту не існує. Оптимізація кривої нагріву, очевидно, може зменшити індекс споживання енергії та забезпечити безпечну роботу печі. ЧИСЛОВА МОДЕЛЬ вирівнювання голки ПОВИННА бути ВСТАНОВЛЕНА науковим шляхом відповідно до різних граничних умов та фізичних параметрів, а також слід проаналізувати зв'язок між струмом, напругою, загальною потужністю та розподілом температури поперечного перерізу в процесі графітизації, щоб сформулювати відповідну криву нагріву та постійно коригувати її в реальній роботі. Наприклад, на ранній стадії передачі енергії використовується передача високої потужності, потім швидке зменшення потужності, а потім повільне її збільшення, а потім зменшення потужності до кінця періоду передачі.
2. 3 Збільшення терміну служби тигля та нагрівального елемента
Окрім споживання енергії, термін служби тигля та нагрівача також безпосередньо визначає вартість негативної графітизації. Для графітового тигля та графітового нагрівального елемента система управління виробництвом та завантаження, розумний контроль швидкості нагрівання та охолодження, автоматична лінія виробництва тиглів, посилення герметизації для запобігання окисленню та інші заходи для збільшення часу переробки тиглів ефективно знижують вартість графітового барвника. Окрім вищезазначених заходів, нагрівальна пластина печі для графітизації з сітчастою коробкою також може використовуватися як нагрівальний матеріал для попередньо випаленого анода, електрода або фіксованого вуглецевого матеріалу з високим опором, що дозволяє заощадити витрати на графітизацію.
2.4 Контроль димових газів та використання відхідного тепла
Димовий газ, що утворюється під час графітизації, в основному походить від летких речовин та продуктів згоряння анодних матеріалів, спалювання поверхневого вуглецю, витоків повітря тощо. На початку запуску печі виділяється велика кількість летких речовин та пилу, середовище в цеху погане, більшість підприємств не мають ефективних заходів очищення, що є найбільшою проблемою, що впливає на здоров'я та безпеку праці операторів у виробництві негативних електродів. Слід докласти більше зусиль для комплексного розгляду ефективного збору та управління димовими газами та пилом у цеху, а також слід вжити розумних заходів вентиляції для зниження температури в цеху та покращення робочого середовища в цеху графітизації.
Після того, як димовий газ буде зібрано через димохід у камеру згоряння змішаного згоряння, що призведе до видалення більшої частини смол та пилу з димового газу, очікується, що температура димового газу в камері згоряння буде вище 800℃, а відпрацьоване тепло димового газу може бути рекуперовано за допомогою парового котла-відпрацьовувача або кожухотробного теплообмінника. Для довідки також можна використовувати технологію спалювання RTO, що використовується в обробці вуглецевого асфальту димом, і асфальтовий димовий газ нагрівається до 850~900℃. Завдяки акумулюванню тепла, асфальт, леткі компоненти та інші поліциклічні ароматичні вуглеводні в димовому газі окислюються та, зрештою, розкладаються на CO2 та H2O, а ефективна ефективність очищення може сягати понад 99%. Система має стабільну роботу та високу продуктивність.
2.5 Вертикальна піч безперервної негативної графітизації
Вищезгадані кілька типів печей графітизації є основною структурою печей для виробництва анодних матеріалів у Китаї, спільною рисою яких є періодичне переривчасте виробництво, низька теплова ефективність, завантаження переважно залежить від ручного керування, ступінь автоматизації невисокий. Подібну вертикальну піч безперервної негативної графітизації можна розробити, звернувшись до моделі печі для кальцинації нафтового коксу та шахтної печі для кальцинації бокситів. Як джерело високотемпературного тепла використовується дуговий розряд опору, матеріал безперервно вивантажується під дією власної сили тяжіння, а для охолодження високотемпературного матеріалу в зоні виходу використовується звичайна система водяного охолодження або газифікаційного охолодження, а для вивантаження та подачі матеріалу за межі печі використовується система пневматичного транспортування порошку. Печовий тип дозволяє реалізувати безперервне виробництво, втрати тепла в корпусі печі можна знехтувати, тому теплова ефективність значно покращується, переваги у виробництві та споживанні енергії очевидні, а також може бути повністю реалізована повністю автоматична робота. Основними проблемами, які необхідно вирішити, є плинність порошку, однорідність ступеня графітизації, безпека, контроль температури та охолодження тощо. Вважається, що успішний розвиток печі для масштабного промислового виробництва призведе до революції в галузі графітизації негативних електродів.
3 мова вузлів
Хімічний процес графітизації є найбільшою проблемою, що переслідує виробників анодних матеріалів для літієвих акумуляторів. Основна причина полягає в тому, що все ще існують деякі проблеми щодо споживання енергії, вартості, захисту навколишнього середовища, ступеня автоматизації, безпеки та інших аспектів широко використовуваних печей періодичної графітизації. Майбутня тенденція галузі спрямована на розробку повністю автоматизованої та організованої структури печей безперервного виробництва з викидами, а також на підтримку зрілого та надійного допоміжного технологічного обладнання. У цей час проблеми графітизації, які турбують підприємства, будуть значно вирішені, і галузь вступить у період стабільного розвитку, що сприятиме швидкому розвитку нових галузей, пов'язаних з енергетикою.
Час публікації: 19 серпня 2022 р.