С бързото развитие на превозните средства с нова енергия в световен мащаб, пазарното търсене на анодни материали за литиеви батерии се е увеличило значително. Според статистиката, през 2021 г. осемте най-големи предприятия за производство на аноди за литиеви батерии в индустрията планират да разширят производствения си капацитет до близо един милион тона. Графитизацията оказва най-голямо влияние върху индекса и цената на анодните материали. Оборудването за графитизация в Китай е многообразно, с висока консумация на енергия, силно замърсяване и ниска степен на автоматизация, което до известна степен ограничава развитието на графитни анодни материали. Това е основният проблем, който трябва да бъде решен спешно в производствения процес на анодни материали.
1. Текущо състояние и сравнение на пещта за негативна графитизация
1.1 Пещ за отрицателна графитизация на Ачисън
В модифицирания тип пещ, базиран на традиционната пещ за графитизация на Aitcheson с електроди, оригиналната пещ е заредена с графитен тигел като носител на материал за отрицателен електрод (тигелът е зареден с карбонизирана суровина за отрицателен електрод), сърцевината на пещта е запълнена с терморезисторен материал, външният слой е запълнен с изолационен материал, а стените на пещта са изолирани. След електрификацията, висока температура от 2800 ~ 3000℃ се генерира главно чрез нагряване на резисторния материал, а отрицателният материал в тигела се нагрява индиректно, за да се постигне високотемпературно нанасяне на отрицателния материал.
1.2. Пещ за графитизация с вътрешна термична серия
Моделът на пещта е препратка към серийната графитизираща пещ, използвана за производството на графитни електроди, като няколко електродни тигела (заредени с материал за отрицателен електрод) са свързани последователно надлъжно. Електродният тигел е едновременно носител и нагревателно тяло, а токът преминава през електродния тигел, за да генерира висока температура и директно да нагрява вътрешния материал на отрицателния електрод. Процесът на графитизация не използва резистивен материал, което опростява процеса на зареждане и печене и намалява загубите на топлина от резистивния материал, спестявайки консумация на енергия.
1.3 Пещ за графитизация тип решетка
Приложение номер 1 се увеличава през последните години, като се изучават основните характеристики на графитизиращата пещ Acheson от серията Acheson и конкатенираната технология. Ядрото на пещта използва множество анодни пластини като решетъчна структура, като материалът се подава в катода през шлицовата връзка между колоната и анодните пластини. Всеки контейнер е уплътнен с един и същ материал на анодните пластини. Колоната и анодната пластина в кутията заедно образуват нагревателното тяло. Електричеството протича през електрода на главата на пещта в нагревателното тяло на ядрото на пещта, а генерираната висока температура директно нагрява анодния материал в кутията, за да се постигне целта на графитизацията.
1.4 Сравнение на три вида графитизиращи пещи
Графитизиращата пещ с вътрешно нагряване нагрява директно материала чрез нагряване на кухия графитен електрод. „Джаулова топлина“, произведена от тока през тигела на електрода, се използва предимно за нагряване на материала и тигела. Скоростта на нагряване е бърза, разпределението на температурата е равномерно, а термичната ефективност е по-висока от тази на традиционната пещ Atchison с резистивно нагряване на материала. Графитизиращата пещ с решетка се възползва от предимствата на серийната графитизираща пещ с вътрешно нагряване и използва предварително изпечена анодна плоча с по-ниска цена като нагревателно тяло. В сравнение със серийната графитизираща пещ, капацитетът на графитизиращата пещ с решетка е по-голям и консумацията на енергия на единица продукт е съответно намалена.
2. Насока на развитие на пещта за негативна графитизация
2. 1 Оптимизирайте структурата на периметърната стена
В момента топлоизолационният слой на няколко графитизиращи пещи е запълнен главно със сажди и нефтен кокс. Тази част от изолационния материал изгаря по време на производството чрез високотемпературно окисление и при всяко зареждане е необходимо да се замени или допълни със специален изолационен материал. Процесът на замяна е в лоша среда и изисква висока трудоемкост.
Може да се обмисли използването на специален високоякостен и високотемпературен циментов зидарен кирпич за зидария, който подобрява общата здравина, осигурява стабилност на стената при деформация през целия оперативен цикъл, едновременно запечатване на тухлени шевове, предотвратяване на прекомерно проникване на въздух през пукнатините и фугите на тухлената стена в пещта, намаляване на загубите от окислително изгаряне на изолационни материали и анодни материали;
Второто е да се монтира цялостният обемен мобилен изолационен слой, окачен извън стената на пещта, например чрез използване на високоякостен фиброкартон или калциево-силикатен картон, като нагревателният етап играе ефективна уплътнителна и изолационна роля, а студеният етап е удобен за отстраняване за бързо охлаждане; Трето, вентилационният канал е разположен в дъното на пещта и стената на пещта. Вентилационният канал е изработен от сглобяема решетъчна тухлена конструкция с женски отвор на лентата, като същевременно поддържа високотемпературната циментова зидария и отчита принудителното вентилационно охлаждане в студената фаза.
2. 2 Оптимизиране на кривата на захранването чрез числена симулация
Понастоящем кривата на захранване на графитизиращата пещ с отрицателен електрод се изготвя според опита, а процесът на графитизация се регулира ръчно по всяко време в зависимост от температурата и състоянието на пещта и няма унифициран стандарт. Оптимизирането на кривата на нагряване очевидно може да намали индекса на консумация на енергия и да осигури безопасна работа на пещта. ЧИСЛЕНИЯТ МОДЕЛ НА ИЗРАВНЯВАНЕТО НА ИГЛИ ТРЯБВА ДА БЪДЕ УСТАНОВЕН по научен път, в съответствие с различни гранични условия и физически параметри, и връзката между тока, напрежението, общата мощност и разпределението на температурата в напречното сечение в процеса на графитизация трябва да бъде анализирана, за да се формулира подходяща крива на нагряване и непрекъснато да се коригира в реалната работа. Например, в ранния етап на пренос на енергия се използва предаване на висока мощност, след което бързо се намалява мощността и след това бавно се увеличава, мощността и след това се намалява до края на периода.
2. 3 Удължете експлоатационния живот на тигела и нагревателното тяло
В допълнение към консумацията на енергия, животът на тигела и нагревателя също определя пряко разходите за негативна графитизация. За графитния тигел и графитното нагревателно тяло, системата за управление на производството на товарене, разумният контрол на скоростта на нагряване и охлаждане, автоматичната производствена линия на тигелите, засилването на уплътненията за предотвратяване на окисляване и други мерки за увеличаване на времето за рециклиране на тигела, ефективно намаляват разходите за графитно мастило. В допълнение към горните мерки, нагревателната плоча на решетъчната графитизираща пещ може да се използва и като нагревателен материал от предварително изпечен анод, електрод или фиксиран въглероден материал с високо съпротивление, за да се спестят разходите за графитизация.
2.4 Контрол на димните газове и оползотворяване на отпадната топлина
Димните газове, генерирани по време на графитизацията, идват главно от летливи вещества и продукти от горенето на анодните материали, изгаряне на повърхностен въглерод, изтичане на въздух и т.н. В началото на пускането на пещта се отделят големи количества летливи вещества и прах, средата в цеха е лоша и повечето предприятия нямат ефективни мерки за третиране. Това е най-големият проблем, засягащ здравето и безопасността на операторите при производството на отрицателни електроди. Трябва да се положат повече усилия за цялостно разглеждане на ефективното събиране и управление на димните газове и праха в цеха, както и да се вземат разумни мерки за вентилация, за да се намали температурата в цеха и да се подобри работната среда в цеха за графитизация.
След като димните газове могат да бъдат събрани през димохода в горивната камера със смесено горене, като по-голямата част от катрана и праха в димните газове се отстранят, се очаква температурата на димните газове в горивната камера да е над 800℃, а отпадната топлина от димните газове да може да бъде оползотворена чрез парен котел за отпадна топлина или кожушен топлообменник. Технологията за изгаряне RTO, използвана при обработката на дим от въглероден асфалт, също може да се използва за справка, като асфалтовите димни газове се нагряват до 850 ~ 900℃. Чрез горене с акумулиране на топлина, асфалтът и летливите компоненти и други полициклични ароматни въглеводороди в димните газове се окисляват и накрая се разлагат на CO2 и H2O, като ефективната ефективност на пречистване може да достигне над 99%. Системата има стабилна работа и висока скорост на работа.
2. 5 Вертикална непрекъсната пещ за отрицателна графитизация
Гореспоменатите няколко вида графитизиращи пещи са основната структура на пещта за производство на анодни материали в Китай. Общата характеристика е периодично прекъсващо производство, ниска термична ефективност, зареждането се основава главно на ръчна работа и степента на автоматизация не е висока. Подобна вертикална непрекъсната отрицателна графитизираща пещ може да бъде разработена, като се обърнете към модела на пещ за калциниране на нефтен кокс и шахтова пещ за калциниране на боксит. Съпротивителната дъгова електрода се използва като високотемпературен източник на топлина, материалът се изхвърля непрекъснато от собствената си гравитация, а конвенционалната структура за водно охлаждане или газификация се използва за охлаждане на високотемпературния материал в изходната зона, а пневматичната транспортна система за прах се използва за изхвърляне и подаване на материала извън пещта. Типът ПЕЩ може да реализира непрекъснато производство, загубата на топлина от тялото на пещта може да бъде пренебрегната, така че термичната ефективност е значително подобрена, предимствата по отношение на производителността и консумацията на енергия са очевидни и може да се реализира напълно автоматична работа. Основните проблеми, които трябва да бъдат решени, са течливостта на праха, еднородността на степента на графитизация, безопасността, мониторингът на температурата и охлаждането и др. Смята се, че успешното развитие на пещта до мащабно промишлено производство ще даде тласък на революция в областта на графитизацията на отрицателните електроди.
3 езикът на възлите
Графитният химичен процес е най-големият проблем, който измъчва производителите на анодни материали за литиеви батерии. Основната причина е, че все още съществуват някои проблеми с консумацията на енергия, цената, опазването на околната среда, степента на автоматизация, безопасността и други аспекти на широко използваните пещи за периодична графитизация. Бъдещата тенденция на индустрията е към разработване на напълно автоматизирана и организирана структура на пещи за непрекъснато производство с емисии и поддържане на зрели и надеждни спомагателни технологични съоръжения. По това време проблемите с графитизацията, които измъчват предприятията, ще бъдат значително подобрени и индустрията ще навлезе в период на стабилно развитие, стимулирайки бързото развитие на нови индустрии, свързани с енергетиката.
Време на публикуване: 19 август 2022 г.