Co rápido desenvolvemento dos vehículos de novas enerxías en todo o mundo, a demanda do mercado de materiais para ánodos de baterías de litio aumentou significativamente. Segundo as estatísticas, en 2021, as oito principais empresas de ánodos de baterías de litio da industria planean ampliar a súa capacidade de produción a case un millón de toneladas. A grafitización ten o maior impacto no índice e no custo dos materiais para ánodos. Os equipos de grafitización en China teñen moitos tipos, un alto consumo de enerxía, unha forte contaminación e un baixo grao de automatización, o que limita o desenvolvemento de materiais para ánodos de grafito ata certo punto. É o principal problema que se debe resolver con urxencia no proceso de produción de materiais para ánodos.
1. Situación actual e comparación do forno de grafitización negativa
1.1 Forno de grafitización negativa de Atchison
No tipo de forno modificado baseado no forno de grafitización de eléctrodos tradicional Aitcheson, o forno orixinal cárgase cun crisol de grafito como portador de material de eléctrodo negativo (o crisol cárgase con materia prima de eléctrodo negativo carbonizado), o núcleo do forno énchese con material de resistencia á quecemento e a capa exterior énchese con material illante e illamento da parede do forno. Despois da electrificación, xérase unha temperatura alta de 2800 ~ 3000 ℃ principalmente polo quecemento do material da resistencia, e o material negativo do crisol quéntase indirectamente para lograr a tinta de pedra a alta temperatura do material negativo.
1.2. Forno de grafitización en serie de calor interno
O modelo de forno é unha referencia ao forno de grafitización en serie empregado para a produción de eléctrodos de grafito, e varios crisols de eléctrodos (cargados con material de eléctrodo negativo) están conectados en serie lonxitudinalmente. O crisol de eléctrodos é á vez un corpo portador e un corpo de quecemento, e a corrente pasa a través do crisol de eléctrodos para xerar altas temperaturas e quentar directamente o material interno do eléctrodo negativo. O proceso de GRAFItización non usa material de resistencia, o que simplifica a operación do proceso de carga e cocción e reduce a perda de almacenamento de calor do material de resistencia, aforrando consumo de enerxía.
1.3 Forno de grafitización tipo caixa de grella
A aplicación número 1 está a aumentar nos últimos anos, a principal é a serie de fornos de grafitización Acheson aprendida e as características da tecnoloxía concatenada do forno de grafitización. O núcleo do forno utiliza varias pezas de estrutura de caixa de material de grella de placa de ánodo, o material entra no cátodo na materia prima, a través de todas as conexións ranuradas entre a placa do ánodo e a columna están fixadas, cada recipiente, o uso de selo de placa de ánodo co mesmo material. A columna e a estrutura da caixa de material da placa do ánodo constitúen xuntos o corpo de calefacción. A electricidade flúe a través do eléctrodo da cabeza do forno cara ao corpo de calefacción do núcleo do forno, e a alta temperatura xerada quenta directamente o material do ánodo na caixa para lograr o propósito de grafitización.
1.4 Comparación de tres tipos de fornos de grafitización
O forno de grafitización en serie por calor interno serve para quentar directamente o material quentando o eléctrodo de grafito oco. A "calor Joule" producida pola corrente a través do crisol do eléctrodo úsase principalmente para quentar o material e o crisol. A velocidade de quecemento é rápida, a distribución da temperatura é uniforme e a eficiencia térmica é maior que a do forno Atchison tradicional con quecemento de material por resistencia. O forno de grafitización de caixa de grella aproveita as vantaxes do forno de grafitización en serie por calor interno e adopta a placa de ánodo precocida de menor custo como corpo de quecemento. En comparación co forno de grafitización en serie, a capacidade de carga do forno de grafitización de caixa de grella é maior e o consumo de enerxía por unidade de produto redúcese en consecuencia.
2. Dirección de desenvolvemento do forno de grafitización negativa
2. 1 Optimizar a estrutura do muro perimetral
Na actualidade, a capa de illamento térmico de varios fornos de grafitización está chea principalmente de negro de carbono e coque de petróleo. Esta parte do material illante quéimase por oxidación a alta temperatura durante a produción, polo que cada vez que se carga, é necesario substituír ou complementar un material illante especial, o que provoca un proceso de substitución en condicións deficientes e unha alta intensidade de traballo.
Pódese considerar o uso de adobe de cemento especial de alta resistencia e alta temperatura para muros de albanelaría, mellorando a resistencia xeral, garantindo a estabilidade da parede en todo o ciclo de operación na deformación, selando as xuntas dos ladrillos ao mesmo tempo, evitando o exceso de aire a través das gretas da parede de ladrillo e o oco das xuntas no forno, reducindo a perda por oxidación e combustión do material illante e dos materiais do ánodo;
O segundo é instalar a capa de illamento móbil a granel xeral que colga fóra da parede do forno, como o uso de taboleiro de fibra de alta resistencia ou taboleiro de silicato de calcio, a etapa de quecemento desempeña un papel eficaz de selado e illamento, a etapa fría é conveniente de retirar para un arrefriamento rápido; En terceiro lugar, o canal de ventilación está instalado na parte inferior do forno e na parede do forno. O canal de ventilación adopta a estrutura de ladrillo de celosía prefabricada coa boca femia da correa, ao tempo que soporta a cachotaría de cemento de alta temperatura e ten en conta o arrefriamento por ventilación forzada na fase fría.
2. 2 Optimizar a curva de subministración de enerxía mediante simulación numérica
Na actualidade, a curva de subministración de enerxía do forno de grafitización de eléctrodo negativo faise segundo a experiencia, e o proceso de grafitización axústase manualmente en calquera momento segundo a temperatura e as condicións do forno, e non existe un estándar unificado. A optimización da curva de quecemento pode reducir obviamente o índice de consumo de enerxía e garantir o funcionamento seguro do forno. O MODELO NUMÉRICO DE aliñamento de agullas DEBE ESTABLECERSE por medios científicos segundo varias condicións límite e parámetros físicos, e a relación entre a corrente, a tensión, a potencia total e a distribución da temperatura da sección transversal no proceso de grafitización debe analizarse, para formular a curva de quecemento axeitada e axustala continuamente no funcionamento real. Por exemplo, na fase inicial da transmisión de potencia, úsase unha transmisión de alta potencia, logo redúcese rapidamente a potencia e logo sube lentamente, a potencia e logo redúcese a potencia ata o final da potencia.
2. 3 Prolongar a vida útil do crisol e do corpo de calefacción
Ademais do consumo de enerxía, a vida útil do crisol e do quentador tamén determina directamente o custo da grafitización negativa. Para o crisol de grafito e o corpo de quentamento de grafito, o sistema de xestión da produción de carga, o control razoable da velocidade de quentamento e arrefriamento, a liña de produción automática do crisol, o fortalecemento do selado para evitar a oxidación e outras medidas para aumentar os tempos de reciclaxe do crisol, reducen eficazmente o custo da tintaxe de grafito. Ademais das medidas anteriores, a placa de quentamento do forno de grafitización da caixa de grella tamén se pode usar como material de quentamento de ánodo precocido, eléctrodo ou material carbonoso fixo con alta resistividade para aforrar o custo da grafitización.
2.4 Control dos gases de combustión e aproveitamento da calor residual
Os gases de combustión xerados durante a grafitización proceden principalmente de volátiles e produtos de combustión de materiais do ánodo, queima de carbono superficial, fugas de aire, etc. Ao comezo do arranque do forno, escapan unha gran cantidade de volátiles e po, o ambiente do taller é deficiente e a maioría das empresas non dispoñen de medidas de tratamento eficaces, o que supón o maior problema que afecta á saúde e á seguridade laboral dos operadores na produción de eléctrodos negativos. Débense facer máis esforzos para considerar de forma exhaustiva a recollida e xestión eficaz dos gases de combustión e o po no taller, e débense tomar medidas de ventilación razoables para reducir a temperatura do taller e mellorar o ambiente de traballo do taller de grafitización.
Despois de que os gases de combustión se poidan recoller a través do conduto de combustión cara á cámara de combustión para obter unha combustión mixta, eliminando a maior parte do alcatrán e o po dos gases de combustión. Espérase que a temperatura dos gases de combustión na cámara de combustión sexa superior a 800 ℃ e que a calor residual dos gases de combustión se poida recuperar a través da caldeira de vapor de calor residual ou do intercambiador de calor de casca. A tecnoloxía de incineración RTO utilizada no tratamento do fume de asfalto de carbono tamén se pode usar como referencia, e os gases de combustión de asfalto quéntanse a 850 ~ 900 ℃. Mediante a combustión por almacenamento de calor, o asfalto e os compoñentes volátiles e outros hidrocarburos aromáticos policíclicos dos gases de combustión oxídanse e finalmente descomponse en CO2 e H2O, e a eficiencia de purificación efectiva pode alcanzar máis do 99 %. O sistema ten un funcionamento estable e unha alta taxa de funcionamento.
2. 5 Forno de grafitización negativa continua vertical
Os varios tipos de forno de grafitización mencionados anteriormente son a principal estrutura de forno para a produción de materiais ánodos en China. O punto común é a produción intermitente periódica, a baixa eficiencia térmica, a carga baséase principalmente no funcionamento manual e o grao de automatización non é alto. Pódese desenvolver un forno de grafitización negativa continua vertical similar facendo referencia ao modelo de forno de calcinación de coque de petróleo e forno de eixe de calcinación de bauxita. O ARC de resistencia utilízase como fonte de calor de alta temperatura, o material descárgase continuamente pola súa propia gravidade e a estrutura convencional de refrixeración por auga ou gasificación utilízase para arrefriar o material de alta temperatura na zona de saída e o sistema de transporte pneumático de po utilízase para descargar e alimentar o material fóra do forno. O tipo FORNO pode realizar unha produción continua, a perda de almacenamento de calor do corpo do forno pódese ignorar, polo que a eficiencia térmica mellora significativamente, as vantaxes de saída e consumo de enerxía son obvias e o funcionamento totalmente automático pódese realizar. Os principais problemas a resolver son a fluidez do po, a uniformidade do grao de grafitización, a seguridade, a monitorización da temperatura e o arrefriamento, etc. Crese que co desenvolvemento exitoso do forno para escalar a produción industrial, desencadeará unha revolución no campo da grafitización de eléctrodos negativos.
3 a linguaxe dos nós
O proceso químico do grafito é o maior problema que afecta aos fabricantes de materiais de ánodo de baterías de litio. A razón fundamental é que aínda existen algúns problemas no consumo de enerxía, custo, protección ambiental, grao de automatización, seguridade e outros aspectos do forno de grafitización periódico amplamente utilizado. A tendencia futura da industria é cara ao desenvolvemento dunha estrutura de forno de produción continua de emisión totalmente automatizada e organizada, e ao apoio de instalacións de proceso auxiliares maduras e fiables. Nese momento, os problemas de grafitización que afectan ás empresas mellorarán significativamente e a industria entrará nun período de desenvolvemento estable, impulsando o rápido desenvolvemento de novas industrias relacionadas coa enerxía.
Data de publicación: 19 de agosto de 2022