Odată cu dezvoltarea rapidă a vehiculelor cu energie nouă la nivel mondial, cererea de pe piață pentru materiale anodice pentru baterii cu litiu a crescut semnificativ. Conform statisticilor, în 2021, primele opt întreprinderi producătoare de anozi pentru baterii cu litiu din industrie intenționează să își extindă capacitatea de producție la aproape un milion de tone. Grafitizarea are cel mai mare impact asupra indicelui și costului materialelor anodice. Echipamentele de grafitizare din China sunt de multe tipuri, au un consum ridicat de energie, poluare puternică și un grad scăzut de automatizare, ceea ce limitează într-o anumită măsură dezvoltarea materialelor anodice din grafit. Aceasta este principala problemă care trebuie rezolvată urgent în procesul de producție a materialelor anodice.
1. Situația actuală și comparația cuptorului de grafitizare negativă
1.1 Cuptor de grafitizare negativă Atchison
În cuptorul modificat, bazat pe cuptorul tradițional de grafitizare cu electrod Aitcheson, cuptorul original este încărcat cu creuzet de grafit ca purtător de material pentru electrodul negativ (creuzetul este încărcat cu materie primă carbonizată pentru electrodul negativ), miezul cuptorului este umplut cu material de rezistență la încălzire, iar stratul exterior este umplut cu material izolant și izolație a pereților cuptorului. După electrificare, se generează o temperatură ridicată de 2800 ~ 3000 ℃ în principal prin încălzirea materialului rezistorului, iar materialul negativ din creuzet este încălzit indirect pentru a obține cerneala cu piatră la temperatură înaltă a materialului negativ.
1.2. Cuptor de grafitizare cu serie de căldură internă
Modelul cuptorului este o referință la cuptorul de grafitizare în serie utilizat pentru producerea de electrozi de grafit, iar mai mulți creuzeți electrozi (încărcați cu material pentru electrod negativ) sunt conectați în serie longitudinal. Creuzetul electrodului este atât un purtător, cât și un corp de încălzire, iar curentul trece prin creuzetul electrodului pentru a genera o temperatură ridicată și a încălzi direct materialul intern al electrodului negativ. Procesul de grafitizare nu utilizează material de rezistență, simplificând operațiunile de încărcare și coacere și reducând pierderile de căldură cauzate de stocarea materialului de rezistență, economisind consumul de energie.
1.3 Cuptor de grafitizare de tip cutie cu grilă
Aplicația numărul 1 este în creștere în ultimii ani, principala caracteristică a cuptorului de grafitizare din seria Acheson fiind cea a cuptorului de grafitizare combinat. Miezul cuptorului utilizează mai multe bucăți de anod cu o structură de casetă, materialul fiind introdus în catod în materia primă. Prin toate conexiunile cu fante dintre placa anodică și coloana sunt fixate, fiecare recipient utilizează o etanșare a plăcii anodice cu același material. Coloana și structura cutiei de material a plăcii anodice formează împreună corpul de încălzire. Electricitatea curge prin electrodul capului cuptorului în corpul de încălzire al miezului cuptorului, iar temperatura ridicată generată încălzește direct materialul anodic din cutie pentru a atinge scopul grafitizării.
1.4 Comparație între trei tipuri de cuptoare de grafitizare
Cuptorul de grafitizare în serie cu căldură internă are rolul de a încălzi direct materialul prin încălzirea electrodului gol de grafit. „Căldura Joule” produsă de curentul care trece prin creuzetul electrodului este utilizată în principal pentru încălzirea materialului și a creuzetului. Viteza de încălzire este rapidă, distribuția uniformă a temperaturii, iar eficiența termică este mai mare decât cea a cuptorului Atchison tradițional cu încălzire prin rezistență a materialului. Cuptorul de grafitizare cu grilă se bazează pe avantajele cuptorului de grafitizare în serie cu căldură internă și adoptă placa anodică pre-coaptă, cu un cost mai mic, ca corp de încălzire. Comparativ cu cuptorul de grafitizare în serie, capacitatea de încărcare a cuptorului de grafitizare cu grilă este mai mare, iar consumul de energie per unitate de produs este redus în mod corespunzător.
2. Direcția de dezvoltare a cuptorului de grafitizare negativă
2. 1 Optimizați structura peretelui perimetral
În prezent, stratul de izolație termică al mai multor cuptoare de grafitizare este umplut în principal cu negru de fum și cocs de petrol. Această parte a materialului izolant este oxidată la temperaturi înalte în timpul producției, de fiecare dată când este încărcată, este necesară înlocuirea sau completarea cu un material izolant special, procesul de înlocuire fiind afectat de medii precare și de intensitatea ridicată a muncii.
Se poate lua în considerare utilizarea unui bețișor special de zidărie din ciment de înaltă rezistență și temperatură înaltă, pentru a spori rezistența generală, a asigura stabilitatea peretelui la deformare pe întregul ciclu de funcționare, etanșarea îmbinărilor cărămizilor în același timp, pentru a preveni pătrunderea excesivă de aer prin crăpăturile peretelui de cărămidă și golurile îmbinărilor în cuptor, reducând pierderile prin oxidare și ardere a materialului izolant și a materialelor anodice;
În al doilea rând, se instalează stratul de izolație mobilă în vrac, suspendat în exteriorul peretelui cuptorului, cum ar fi utilizarea plăcilor fibrolemnoase de înaltă rezistență sau a plăcilor de silicat de calciu. Etapa de încălzire joacă un rol eficient de etanșare și izolare, iar etapa rece este ușor de îndepărtat pentru o răcire rapidă. În al treilea rând, canalul de ventilație este amplasat în partea de jos a cuptorului și în peretele cuptorului. Canalul de ventilație adoptă o structură prefabricată din cărămidă cu zăbrele, cu gura femelă a centurii, susținând în același timp zidăria de ciment la temperatură înaltă și luând în considerare răcirea prin ventilație forțată în faza rece.
2. 2 Optimizați curba de alimentare cu energie prin simulare numerică
În prezent, curba de alimentare a cuptorului de grafitizare cu electrod negativ este realizată conform experienței, iar procesul de grafitizare este ajustat manual în orice moment, în funcție de temperatură și de condițiile cuptorului, neexistând un standard unificat. Optimizarea curbei de încălzire poate reduce evident indicele de consum de energie și poate asigura funcționarea în siguranță a cuptorului. MODELUL NUMERIC AL ALINIERII ACULUI AR TREBUI STABILIT prin mijloace științifice în funcție de diverse condiții limită și parametri fizici, iar relația dintre curent, tensiune, puterea totală și distribuția temperaturii secțiunii transversale în procesul de grafitizare ar trebui analizată, astfel încât să se formuleze curba de încălzire adecvată și să se ajusteze continuu în funcționarea efectivă. De exemplu, în stadiul incipient al transmisiei de putere se utilizează o transmisie de putere mare, apoi se reduce rapid puterea și apoi se crește lent puterea, apoi se reduce puterea până la sfârșitul puterii.
2. 3 Prelungiți durata de viață a creuzetului și a corpului de încălzire
Pe lângă consumul de energie, durata de viață a creuzetului și a încălzitorului determină direct și costul grafitizării negative. Pentru creuzetul de grafit și corpul de încălzire din grafit, sistemul de management al producției pentru încărcare, controlul rezonabil al ratei de încălzire și răcire, linia automată de producție a creuzetului, consolidarea etanșării pentru a preveni oxidarea și alte măsuri pentru a crește timpii de reciclare a creuzetului, reduc eficient costul cernelării cu grafit. Pe lângă măsurile de mai sus, placa de încălzire a cuptorului de grafitizare cu grilă poate fi utilizată și ca material de încălzire pentru anod pre-copt, electrod sau material carbonic fix cu rezistivitate ridicată pentru a economisi costul grafitizării.
2.4 Controlul gazelor de ardere și utilizarea căldurii reziduale
Gazele de ardere generate în timpul grafitizării provin în principal din substanțe volatile și produse de ardere ale materialelor anodice, arderea suprafeței carbonului, scurgeri de aer și așa mai departe. La începutul pornirii cuptorului, substanțele volatile și praful scapă în număr mare, mediul din atelier este precar, majoritatea întreprinderilor nu au măsuri eficiente de tratare, aceasta fiind cea mai mare problemă care afectează sănătatea și securitatea în muncă a operatorilor din producția de electrozi negativi. Ar trebui depuse mai multe eforturi pentru a lua în considerare în mod cuprinzător colectarea și gestionarea eficientă a gazelor de ardere și a prafului în atelier și ar trebui luate măsuri rezonabile de ventilație pentru a reduce temperatura din atelier și a îmbunătăți mediul de lucru din atelierul de grafitizare.
După ce gazele de ardere pot fi colectate prin conducta de ardere în camera de ardere cu combustie mixtă, îndepărtând cea mai mare parte a gudronului și prafului din gazele de ardere, este de așteptat ca temperatura gazelor de ardere în camera de ardere să fie peste 800 ℃, iar căldura reziduală a gazelor de ardere să poată fi recuperată prin intermediul cazanului cu abur rezidual sau al schimbătorului de căldură cu manta. Tehnologia de incinerare RTO utilizată în tratarea fumului de asfalt carbon poate fi, de asemenea, utilizată ca referință, iar gazele de ardere din asfalt sunt încălzite la 850 ~ 900 ℃. Prin arderea prin stocarea căldurii, asfaltul și componentele volatile și alte hidrocarburi aromatice policiclice din gazele de ardere sunt oxidate și în final descompuse în CO2 și H2O, iar eficiența efectivă de purificare poate ajunge la peste 99%. Sistemul are o funcționare stabilă și o rată de funcționare ridicată.
2. 5 Cuptor vertical de grafitizare negativă continuă
Cele mai sus menționate tipuri de cuptoare de grafitizare reprezintă principala structură a cuptorului pentru producția de materiale anodice din China, având în comun producția periodică intermitentă, eficiența termică scăzută, încărcarea bazată în principal pe funcționare manuală și gradul de automatizare nefiind ridicat. Un cuptor similar de grafitizare negativă continuă verticală poate fi dezvoltat prin referire la modelul cuptorului de calcinare a cocsului de petrol și al cuptorului cu ax de calcinare a bauxitei. Arcul de rezistență este utilizat ca sursă de căldură la temperatură înaltă, materialul este descărcat continuu prin gravitație proprie, iar structura convențională de răcire cu apă sau gazificare este utilizată pentru a răci materialul la temperatură înaltă în zona de ieșire, iar sistemul de transport pneumatic al pulberii este utilizat pentru a descărca și alimenta materialul în afara cuptorului. Tipul CUPTOR poate realiza o producție continuă, pierderea de stocare a căldurii din corpul cuptorului poate fi ignorată, astfel încât eficiența termică este îmbunătățită semnificativ, avantajele de producție și consum de energie sunt evidente, iar funcționarea complet automată poate fi realizată pe deplin. Principalele probleme care trebuie rezolvate sunt fluiditatea pulberii, uniformitatea gradului de grafitizare, siguranța, monitorizarea temperaturii și răcirea etc. Se crede că, odată cu dezvoltarea cu succes a cuptorului pentru a extinde producția industrială, aceasta va declanșa o revoluție în domeniul grafitizării cu electrod negativ.
3 limbajul nodurilor
Procesul chimic al grafitului este cea mai mare problemă care afectează producătorii de materiale anodice pentru baterii cu litiu. Motivul fundamental este că încă există unele probleme legate de consumul de energie, costul, protecția mediului, gradul de automatizare, siguranța și alte aspecte ale cuptoarelor de grafitizare periodice utilizate pe scară largă. Tendința viitoare a industriei este spre dezvoltarea unei structuri de cuptoare de producție continuă cu emisie complet automatizate și organizate, precum și spre susținerea unor instalații auxiliare de proces mature și fiabile. În acel moment, problemele de grafitizare care afectează întreprinderile se vor îmbunătăți semnificativ, iar industria va intra într-o perioadă de dezvoltare stabilă, stimulând dezvoltarea rapidă a noilor industrii legate de energie.
Data publicării: 19 august 2022