Wraz z szybkim rozwojem nowych pojazdów energetycznych na całym świecie, zapotrzebowanie rynku na materiały anodowe do akumulatorów litowych znacznie wzrosło. Według statystyk w 2021 roku osiem największych w branży przedsiębiorstw zajmujących się anodami w zakresie baterii litowych planuje zwiększyć swoje moce produkcyjne do niemal miliona ton. Grafityzacja ma największy wpływ na indeks i koszt materiałów anodowych. Urządzenia do grafityzacji w Chinach charakteryzują się dużym zużyciem energii, dużym zanieczyszczeniem i niskim stopniem automatyzacji, co w pewnym stopniu ogranicza rozwój grafitowych materiałów anodowych. Jest to główny problem do pilnego rozwiązania w procesie produkcji materiałów anodowych.
1. Aktualna sytuacja i porównanie pieca do grafityzacji ujemnej
1.1 Piec do ujemnej grafityzacji Atchison
W zmodyfikowanym typie pieca, bazującym na tradycyjnym piecu do grafityzacji elektrodowej Aitchesona, oryginalny piec ładowany jest tyglem grafitowym jako nośnikiem materiału elektrody ujemnej (tygiel ładowany jest zwęglonym surowcem elektrody ujemnej), rdzeń pieca wypełniony jest materiałem grzewczym materiał oporowy, warstwa zewnętrzna jest wypełniona materiałem izolacyjnym i izolacją ścian pieca. Po elektryfikacji wysoka temperatura 2800 ~ 3000 ℃ jest generowana głównie przez ogrzewanie materiału rezystora, a materiał ujemny w tyglu jest podgrzewany pośrednio, aby uzyskać wysoką temperaturę atramentu kamiennego materiału negatywowego
1.2. Wewnętrzny piec do grafityzacji szeregowej
Model pieca nawiązuje do seryjnego pieca do grafityzacji stosowanego do produkcji elektrod grafitowych, w którym kilka tygli elektrodowych (obciążonych materiałem elektrody ujemnej) jest połączonych szeregowo wzdłużnie. Tygiel elektrodowy jest zarówno nośnikiem, jak i elementem grzewczym, a prąd przepływa przez tygiel elektrodowy, aby wytworzyć wysoką temperaturę i bezpośrednio ogrzać wewnętrzny materiał elektrody ujemnej. W procesie GRAFITyzacji nie wykorzystuje się materiału oporowego, co upraszcza proces ładowania i pieczenia oraz zmniejsza utratę ciepła w materiale oporowym, oszczędzając zużycie energii
1.3 Piec do grafityzacji typu kratowego
Zastosowanie nr 1 rośnie w ostatnich latach, najważniejsze jest poznanie pieca do grafityzacji serii Acheson i połączonych cech technologii pieca do grafityzacji, rdzenia pieca wykorzystującego wiele elementów konstrukcji skrzynkowej z materiału siatki płyty anodowej, materiału na katodę w surowcu, poprzez wszystkie połączenia szczelinowe między kolumną z płytą anodową są stałe, w każdym pojemniku stosuje się uszczelkę płyty anodowej z tego samego materiału. Kolumna i płyta anodowa konstrukcji skrzynkowej materiału tworzą razem korpus grzewczy. Energia elektryczna przepływa przez elektrodę głowicy pieca do korpusu grzejnego rdzenia pieca, a wytworzona wysoka temperatura bezpośrednio podgrzewa materiał anody w skrzynce, aby osiągnąć cel grafityzacji
1.4 Porównanie trzech typów pieców do grafityzacji
Wewnętrzny piec do grafityzacji szeregowej ma za zadanie bezpośrednio podgrzewać materiał poprzez ogrzewanie wydrążonej elektrody grafitowej. „Ciepło Joule’a” wytwarzane przez prąd płynący przez tygiel elektrodowy jest najczęściej wykorzystywane do podgrzewania materiału i tygla. Szybkość nagrzewania jest duża, rozkład temperatury jest równomierny, a sprawność cieplna jest wyższa niż w przypadku tradycyjnego pieca Atchison z ogrzewaniem materiału oporowego. Piec do grafityzacji z siatką czerpie korzyści z wewnętrznego pieca do grafityzacji szeregowej i przyjmuje wstępnie wypaloną płytę anodową o niższym koszcie jako element grzewczy. W porównaniu z seryjnym piecem do grafityzacji, ładowność pieca do grafityzacji typu grid-box jest większa, a zużycie energii na jednostkę produktu jest odpowiednio zmniejszone
2. Kierunki rozwoju pieca do grafityzacji ujemnej
2. 1 Zoptymalizuj konstrukcję ściany obwodowej
Obecnie warstwa termoizolacyjna kilku pieców do grafityzacji wypełniona jest głównie sadzą i koksem naftowym. Ta część materiału izolacyjnego podczas produkcji spala się w wyniku utleniania w wysokiej temperaturze, za każdym razem, gdy ładowanie wymaga wymiany lub uzupełnienia specjalnego materiału izolacyjnego, zastąpienie procesu w złym środowisku, wysoka pracochłonność.
Można rozważyć zastosowanie specjalnego kleju do muru cementowego o wysokiej wytrzymałości i wysokiej temperaturze, zwiększającego ogólną wytrzymałość, zapewniającego ścianom stabilność odkształcenia w całym cyklu operacyjnym, przy jednoczesnym uszczelnieniu szwów ceglanych, zapobiegającym nadmiernemu przepływowi powietrza przez ścianę ceglaną pęknięcia i szczeliny łączące w piecu, zmniejszają straty spowodowane utlenianiem materiału izolacyjnego i materiałów anodowych;
Drugim jest zainstalowanie ogólnej ruchomej warstwy izolacyjnej wiszącej na zewnątrz ściany pieca, na przykład przy użyciu płyty pilśniowej o wysokiej wytrzymałości lub płyty krzemianowo-wapniowej, etap nagrzewania odgrywa skuteczną rolę uszczelniającą i izolacyjną, etap zimny można wygodnie usunąć w celu szybkie chłodzenie; Po trzecie, kanał wentylacyjny jest umieszczony w dnie pieca i ścianie pieca. Kanał wentylacyjny przyjmuje prefabrykowaną konstrukcję z cegły kratowej z żeńskim wylotem pasa, podpierając jednocześnie mur cementowy o wysokiej temperaturze i uwzględniając chłodzenie wymuszonej wentylacji w fazie zimnej.
2. 2 Optymalizacja krzywej zasilania poprzez symulację numeryczną
Obecnie krzywa zasilania pieca do grafityzacji z elektrodą ujemną jest wykonywana zgodnie z doświadczeniem, a proces grafityzacji jest dostosowywany ręcznie w dowolnym momencie w zależności od temperatury i stanu pieca i nie ma jednolitego standardu. Optymalizacja krzywej grzewczej może oczywiście obniżyć wskaźnik poboru mocy i zapewnić bezpieczną pracę pieca. MODEL NUMERYCZNY ustawienia igły NALEŻY WYZNACZYĆ metodami naukowymi według różnych warunków brzegowych i parametrów fizycznych oraz przeanalizować zależność pomiędzy prądem, napięciem, mocą całkowitą i rozkładem temperatury przekroju poprzecznego w procesie grafityzacji, tak aby formułować odpowiednią krzywą grzania i na bieżąco ją dostosowywać w rzeczywistej pracy. Tak jak na wczesnym etapie przenoszenia mocy, stosuje się przenoszenie dużej mocy, następnie szybko zmniejsza się moc, a następnie powoli zwiększa się moc, a następnie zmniejsza moc aż do końca mocy
2. 3 Przedłuż żywotność tygla i korpusu grzewczego
Oprócz zużycia energii, żywotność tygla i grzejnika również bezpośrednio determinuje koszt ujemnej grafityzacji. W przypadku tygla grafitowego i grafitowego korpusu grzejnego, system zarządzania produkcją polegający na załadunku, rozsądna kontrola szybkości nagrzewania i chłodzenia, automatyczna linia do produkcji tygla, wzmocnienie uszczelnienia, aby zapobiec utlenianiu i inne środki wydłużające czas recyklingu tygla, skutecznie obniżające koszty grafitu tuszowanie. Oprócz powyższych środków, płyta grzewcza pieca do grafityzacji kratowej może być również stosowana jako materiał grzewczy wstępnie wypalonej anody, elektrody lub stałego materiału węglowego o wysokiej rezystywności, aby zaoszczędzić na kosztach grafityzacji.
2.4 Kontrola spalin i wykorzystanie ciepła odpadowego
Gazy spalinowe powstające podczas grafityzacji pochodzą głównie z substancji lotnych i produktów spalania materiałów anodowych, powierzchniowego spalania węgla, wycieków powietrza i tak dalej. Na początku rozruchu pieca wydzielają się duże ilości substancji lotnych i pyłu, środowisko warsztatowe jest złe, większość przedsiębiorstw nie posiada skutecznych środków oczyszczania, jest to największy problem wpływający na bezpieczeństwo i higienę pracy operatorów przy produkcji elektrod ujemnych. Należy dołożyć większych starań, aby kompleksowo rozważyć skuteczne gromadzenie i zarządzanie gazami spalinowymi i pyłem w warsztacie, a także podjąć rozsądne środki wentylacyjne w celu obniżenia temperatury w warsztacie i poprawy środowiska pracy w warsztacie grafityzacyjnym.
Po zebraniu gazów spalinowych przez przewód kominowy do komory spalania przy mieszanym spalaniu, usunięciu większości smoły i pyłu ze spalin, oczekuje się, że temperatura gazów spalinowych w komorze spalania będzie wyższa niż 800 ℃, a Ciepło odpadowe gazów spalinowych można odzyskać poprzez kocioł parowy na ciepło odpadowe lub płaszczowy wymiennik ciepła. Jako odniesienie można również zastosować technologię spalania RTO stosowaną w obróbce dymu z asfaltu węglowego, a asfaltowe gazy spalinowe podgrzewa się do temperatury 850 ~ 900 ℃. Poprzez spalanie z akumulacją ciepła asfalt i składniki lotne oraz inne wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne w gazach spalinowych są utleniane i ostatecznie rozkładane na CO2 i H2O, a efektywna skuteczność oczyszczania może osiągnąć ponad 99%. System charakteryzuje się stabilną pracą i dużą szybkością działania.
2.5 Pionowy piec do ciągłej grafityzacji ujemnej
Wyżej wymienione kilka rodzajów pieców do grafityzacji jest główną konstrukcją pieca do produkcji materiałów anodowych w Chinach, wspólnym punktem jest okresowa, przerywana produkcja, niska sprawność cieplna, załadunek opiera się głównie na obsłudze ręcznej, stopień automatyzacji nie jest wysoki. Podobny pionowy piec do ciągłej grafityzacji ujemnej można opracować nawiązując do modelu pieca do kalcynacji koksu naftowego i pieca szybowego do kalcynacji boksytu. Łuk oporowy jest używany jako źródło ciepła o wysokiej temperaturze, materiał jest w sposób ciągły rozładowywany pod wpływem własnej grawitacji, a konwencjonalna konstrukcja chłodząca wodą lub zgazowująca służy do chłodzenia materiału o wysokiej temperaturze w obszarze wylotowym oraz pneumatyczny system przenoszenia proszku służy do wyładunku i podawania materiału na zewnątrz pieca. Typ PIEC może realizować produkcję ciągłą, można zignorować straty ciepła w korpusie pieca, dzięki czemu wydajność cieplna jest znacznie poprawiona, zalety w zakresie wydajności i zużycia energii są oczywiste, a także można w pełni zrealizować w pełni automatyczne działanie. Głównymi problemami do rozwiązania są płynność proszku, równomierność stopnia grafityzacji, bezpieczeństwo, monitorowanie temperatury i chłodzenie itp. Uważa się, że pomyślny rozwój pieca do skali produkcji przemysłowej zapoczątkuje rewolucję w pole grafityzacji elektrody ujemnej.
3 język węzłów
Proces chemiczny grafitu jest największym problemem nękającym producentów materiałów anodowych do baterii litowych. Podstawowym powodem jest to, że nadal istnieją pewne problemy dotyczące zużycia energii, kosztów, ochrony środowiska, stopnia automatyzacji, bezpieczeństwa i innych aspektów szeroko stosowanego pieca do okresowej grafityzacji. Przyszły trend w branży zmierza w kierunku rozwoju w pełni zautomatyzowanej i zorganizowanej konstrukcji pieca do produkcji ciągłej z emisją oraz wspierania dojrzałych i niezawodnych pomocniczych obiektów technologicznych. W tym czasie problemy grafityzacji nękające przedsiębiorstwa zostaną znacząco złagodzone, a przemysł wejdzie w okres stabilnego rozwoju, stymulując szybki rozwój nowych gałęzi przemysłu związanych z energetyką
Czas publikacji: 19 sierpnia 2022 r