Amb el ràpid desenvolupament dels vehicles de nova energia a tot el món, la demanda del mercat de materials d'ànode de bateries de liti ha augmentat significativament. Segons les estadístiques, el 2021, les vuit principals empreses d'ànode de bateries de liti de la indústria planegen ampliar la seva capacitat de producció a gairebé un milió de tones. La grafitització té el major impacte en l'índex i el cost dels materials d'ànode. Els equips de grafitització a la Xina tenen molts tipus, un alt consum d'energia, una forta contaminació i un baix grau d'automatització, cosa que limita el desenvolupament de materials d'ànode de grafit fins a cert punt. És el principal problema que s'ha de resoldre urgentment en el procés de producció de materials d'ànode.
1. Situació actual i comparació del forn de grafitització negativa
1.1 Forn de grafitització negativa d'Atchison
En el tipus de forn modificat basat en el forn de grafitització d'elèctrode tradicional Aitcheson, el forn original es carrega amb un gresol de grafit com a portador de material d'elèctrode negatiu (el gresol es carrega amb matèria primera d'elèctrode negatiu carbonitzat), el nucli del forn s'omple amb material de resistència a la calefacció, la capa exterior s'omple amb material aïllant i aïllament de la paret del forn. Després de l'electrificació, es genera una temperatura alta de 2800 ~ 3000 ℃ principalment per l'escalfament del material de la resistència, i el material negatiu del gresol s'escalfa indirectament per aconseguir l'entintat de pedra d'alta temperatura del material negatiu.
1.2. Forn de grafitització en sèrie de calor intern
El model de forn és una referència al forn de grafitització en sèrie utilitzat per a la producció d'elèctrodes de grafit, i diversos gresols d'elèctrodes (carregats amb material d'elèctrode negatiu) estan connectats en sèrie longitudinalment. El gresol d'elèctrode és alhora un portador i un cos de calefacció, i el corrent passa a través del gresol d'elèctrode per generar una temperatura elevada i escalfar directament el material d'elèctrode negatiu intern. El procés de GRAFItització no utilitza material de resistència, simplificant l'operació del procés de càrrega i cocció i reduint la pèrdua d'emmagatzematge de calor del material de resistència, estalviant consum d'energia.
1.3 Forn de grafitització tipus caixa de quadrícula
L'aplicació número 1 ha anat augmentant en els darrers anys. La principal característica de la sèrie de forns de grafitització Acheson i la tecnologia concatenada del forn de grafitització s'aprèn. El nucli del forn utilitza diverses peces d'estructura de caixa de material de reixeta de placa ànode, el material entra al càtode a la matèria primera, a través de totes les connexions ranuradas entre la placa ànode i la columna, i cada contenidor utilitza un segellat de placa ànode amb el mateix material. La columna i l'estructura de la caixa de material de la placa ànode junts constitueixen el cos de calefacció. L'electricitat flueix a través de l'elèctrode del capçal del forn cap al cos de calefacció del nucli del forn, i l'alta temperatura generada escalfa directament el material de l'ànode a la caixa per aconseguir el propòsit de grafitització.
1.4 Comparació de tres tipus de forns de grafitització
El forn de grafitització en sèrie de calor interna escalfa directament el material escalfant l'elèctrode de grafit buit. La "calor Joule" produïda pel corrent a través del gresol d'elèctrode s'utilitza principalment per escalfar el material i el gresol. La velocitat d'escalfament és ràpida, la distribució de la temperatura és uniforme i l'eficiència tèrmica és superior a la del forn Atchison tradicional amb escalfament de material de resistència. El forn de grafitització de caixa de reixeta aprofita els avantatges del forn de grafitització en sèrie de calor interna i adopta la placa d'ànode precuinada amb un cost més baix com a cos de calefacció. En comparació amb el forn de grafitització en sèrie, la capacitat de càrrega del forn de grafitització de caixa de reixeta és més gran i el consum d'energia per unitat de producte es redueix en conseqüència.
2. Direcció de desenvolupament del forn de grafitització negativa
2. 1 Optimitzar l'estructura del mur perimetral
Actualment, la capa d'aïllament tèrmic de diversos forns de grafitització s'omple principalment de negre de carboni i coc de petroli. Aquesta part del material aïllant es crema per oxidació a alta temperatura durant la producció, i cada vegada que es carrega cal substituir o complementar un material aïllant especial, cosa que fa que el procés de substitució tingui un entorn deficient i una alta intensitat de treball.
Es pot considerar l'ús d'adob especial de ciment de maçoneria d'alta resistència i alta temperatura, per millorar la resistència general, garantir l'estabilitat de la paret en tot el cicle d'operació en la deformació, segellar les juntes de maó alhora, evitar l'excés d'aire a través de les esquerdes de la paret de maó i l'espai entre les juntes al forn, reduir la pèrdua per oxidació i combustió del material aïllant i els materials de l'ànode;
El segon és instal·lar la capa d'aïllament mòbil a granel general que penja fora de la paret del forn, com ara l'ús de taulers de fibra d'alta resistència o taulers de silicat de calci, l'etapa d'escalfament juga un paper eficaç de segellat i aïllament, l'etapa freda és convenient de treure per a un refredament ràpid; En tercer lloc, el canal de ventilació es col·loca a la part inferior del forn i a la paret del forn. El canal de ventilació adopta l'estructura de maó de gelosia prefabricada amb la boca femella del cinturó, alhora que suporta la maçoneria de ciment d'alta temperatura i considera el refredament per ventilació forçada en la fase freda.
2. 2 Optimitzar la corba de subministrament de potència mitjançant simulació numèrica
Actualment, la corba de subministrament de potència del forn de grafitització d'elèctrode negatiu es fa segons l'experiència, i el procés de grafitització s'ajusta manualment en qualsevol moment segons la temperatura i les condicions del forn, i no hi ha cap estàndard unificat. L'optimització de la corba d'escalfament pot reduir òbviament l'índex de consum d'energia i garantir el funcionament segur del forn. El MODEL NUMÈRIC D'ALINEACIÓ DE L'AGUJA S'HA D'ESTABLIR per mitjans científics segons diverses condicions de contorn i paràmetres físics, i s'ha d'analitzar la relació entre el corrent, el voltatge, la potència total i la distribució de la temperatura de la secció transversal en el procés de grafitització, per tal de formular la corba d'escalfament adequada i ajustar-la contínuament en el funcionament real. Per exemple, en la fase inicial de la transmissió de potència, s'utilitza una transmissió d'alta potència, després es redueix ràpidament la potència i després s'augmenta lentament, la potència i després es redueix la potència fins al final de la potència.
2. 3 Allargar la vida útil del gresol i del cos de calefacció
A més del consum d'energia, la vida útil del gresol i l'escalfador també determina directament el cost de la grafitització negativa. Per al gresol de grafit i el cos de calefacció de grafit, el sistema de gestió de la producció de càrrega, el control raonable de la velocitat de calefacció i refredament, la línia de producció automàtica del gresol, el reforç del segellat per evitar l'oxidació i altres mesures per augmentar els temps de reciclatge del gresol, redueixen eficaçment el cost de l'entintat de grafit. A més de les mesures anteriors, la placa calefactora del forn de grafitització de caixa de reixeta també es pot utilitzar com a material calefactor d'ànode precuit, elèctrode o material carbonos fix amb alta resistivitat per estalviar el cost de la grafitització.
2.4 Control de gasos de combustió i aprofitament de la calor residual
Els gasos de combustió generats durant la grafitització provenen principalment de volàtils i productes de combustió de materials ànòdics, crema de carboni superficial, fuites d'aire, etc. Al començament de l'arrencada del forn, s'escapen una gran quantitat de volàtils i pols, l'entorn del taller és deficient i la majoria de les empreses no disposen de mesures de tractament efectives, aquest és el problema més gran que afecta la salut i la seguretat laboral dels operadors en la producció d'elèctrodes negatius. Cal fer més esforços per considerar de manera exhaustiva la recollida i gestió eficaç dels gasos de combustió i la pols al taller, i s'han de prendre mesures de ventilació raonables per reduir la temperatura del taller i millorar l'entorn de treball del taller de grafitització.
Després que els gasos de combustió es puguin recollir a través del conducte de combustió fins a la cambra de combustió per a una combustió mixta, eliminant la major part del quitrà i la pols dels gasos de combustió, s'espera que la temperatura dels gasos de combustió a la cambra de combustió sigui superior a 800 ℃, i la calor residual dels gasos de combustió es pugui recuperar a través de la caldera de vapor de calor residual o l'intercanviador de calor de la closca. La tecnologia d'incineració RTO utilitzada en el tractament del fum d'asfalt de carboni també es pot utilitzar com a referència, i els gasos de combustió d'asfalt s'escalfen a 850 ~ 900 ℃. Mitjançant la combustió per emmagatzematge de calor, l'asfalt i els components volàtils i altres hidrocarburs aromàtics policíclics dels gasos de combustió s'oxiden i finalment es descomponen en CO2 i H2O, i l'eficiència de purificació efectiva pot arribar a superar el 99%. El sistema té un funcionament estable i una alta velocitat de funcionament.
2. 5 Forn de grafitització negativa contínua vertical
Els diversos tipus de forn de grafitització esmentats anteriorment són la principal estructura de forn per a la producció de materials ànode a la Xina. El punt comú és la producció intermitent periòdica, la baixa eficiència tèrmica, la càrrega que es basa principalment en el funcionament manual i el grau d'automatització no és alt. Es pot desenvolupar un forn de grafitització negativa contínua vertical similar fent referència al model de forn de calcinació de coc de petroli i forn d'eix de calcinació de bauxita. L'ARC de resistència s'utilitza com a font de calor d'alta temperatura, el material es descarrega contínuament per la seva pròpia gravetat i l'estructura convencional de refrigeració per aigua o gasificació s'utilitza per refredar el material d'alta temperatura a la zona de sortida, i el sistema de transport pneumàtic de pols s'utilitza per descarregar i alimentar el material fora del forn. El tipus de FORN pot realitzar una producció contínua, es pot ignorar la pèrdua d'emmagatzematge de calor del cos del forn, de manera que l'eficiència tèrmica millora significativament, els avantatges de producció i consum d'energia són evidents i el funcionament completament automàtic es pot realitzar completament. Els principals problemes a resoldre són la fluïdesa de la pols, la uniformitat del grau de grafitització, la seguretat, el control de la temperatura i el refredament, etc. Es creu que amb el desenvolupament reeixit del forn per escalar la producció industrial, es desencadenarà una revolució en el camp de la grafitització d'elèctrodes negatius.
3 el llenguatge dels nusos
El procés químic del grafit és el problema més gran que afecta els fabricants de materials d'ànode de bateries de liti. La raó fonamental és que encara hi ha alguns problemes en el consum d'energia, el cost, la protecció del medi ambient, el grau d'automatització, la seguretat i altres aspectes del forn de grafitització periòdic àmpliament utilitzat. La tendència futura de la indústria és cap al desenvolupament d'una estructura de forn de producció contínua d'emissió totalment automatitzada i organitzada, i el suport a instal·lacions de procés auxiliars madures i fiables. En aquest moment, els problemes de grafitització que afecten les empreses milloraran significativament i la indústria entrarà en un període de desenvolupament estable, impulsant el ràpid desenvolupament de noves indústries relacionades amb l'energia.
Data de publicació: 19 d'agost de 2022