S rýchlym rozvojom nových energetických vozidiel na celom svete sa výrazne zvýšil dopyt po anódových materiáloch pre lítiové batérie na trhu. Podľa štatistík plánovalo osem najväčších podnikov v odvetví výroby lítiových batérií rozšíriť svoju výrobnú kapacitu na takmer jeden milión ton. Grafitizácia má najväčší vplyv na index a cenu anódových materiálov. Grafitizačné zariadenia v Číne majú mnoho druhov, vysokú spotrebu energie, silné znečistenie a nízky stupeň automatizácie, čo do určitej miery obmedzuje vývoj grafitových anódových materiálov. Je to hlavný problém, ktorý treba urýchlene vyriešiť vo výrobnom procese anódových materiálov.
1. Súčasná situácia a porovnanie pece s negatívnou grafitizáciou
1.1 Atchisonova negatívna grafitizačná pec
V upravenom type pece založenom na tradičnej grafitizačnej peci Aitcheson s elektródami je pôvodná pec naplnená grafitovým téglikom ako nosičom materiálu zápornej elektródy (téglik je naplnený karbonizovanou surovinou pre zápornú elektródu), jadro pece je naplnené tepelne odporovým materiálom, vonkajšia vrstva je vyplnená izolačným materiálom a izoláciou steny pece. Po elektrifikácii sa vysoká teplota 2800 ~ 3000 ℃ vytvára najmä ohrevom materiálu rezistora a záporný materiál v tégliku sa nepriamo zahrieva, aby sa dosiahlo vysokoteplotné nanesenie farbiva na kameň v negatívnom materiáli.
1.2. Grafitizačná pec s vnútorným ohrevom
Model pece je odkazom na sériovú grafitizačnú pec používanú na výrobu grafitových elektród a niekoľko elektródových téglikov (naplnených materiálom zápornej elektródy) je pozdĺžne zapojených do série. Elektródový téglik slúži ako nosič aj vykurovacie teleso a prúd prechádza cez elektródový téglik, čím vytvára vysokú teplotu a priamo ohrieva vnútorný materiál zápornej elektródy. Proces GRAFITIZÁCIE nepoužíva odporový materiál, čo zjednodušuje proces napĺňania a vypaľovania a znižuje straty tepla akumuláciou odporového materiálu, čím sa šetrí spotreba energie.
1.3 Grafitizačná pec mriežkového typu
Aplikácia č. 1 v posledných rokoch narastá, hlavným poznatkom je séria Achesonových grafitizačných pecí a ich technologické charakteristiky. Jadro pece využíva viacero kusov mriežkovaného materiálu anódovej dosky v krabicovej štruktúre. Materiál vstupuje do katódy cez všetky drážkované spojenia medzi stĺpcami anódovej dosky a každá nádoba je utesnená rovnakým materiálom pomocou anódovej dosky. Stĺpec a anódová doska v krabicovej štruktúre materiálu spolu tvoria vykurovacie teleso. Elektrina preteká cez elektródu hlavy pece do vykurovacieho telesa jadra pece a generovaná vysoká teplota priamo ohrieva anódový materiál v krabici, čím sa dosahuje účel grafitizácie.
1.4 Porovnanie troch typov grafitizačných pecí
Vnútorná sériová grafitizačná pec slúži na priame ohrievanie materiálu ohrevom dutej grafitovej elektródy. „Jouleovo teplo“ produkované prúdom prechádzajúcim elektródovým téglikom sa väčšinou používa na ohrev materiálu a téglika. Rýchlosť ohrevu je vysoká, rozloženie teploty je rovnomerné a tepelná účinnosť je vyššia ako pri tradičnej Atchisonovej peci s odporovým ohrevom materiálu. Mriežková grafitizačná pec využíva výhody sériovej grafitizačnej pece s vnútorným ohrevom a ako vykurovacie teleso používa predpálenú anódovú dosku s nižšími nákladmi. V porovnaní so sériovou grafitizačnou pecou je nosnosť mriežkovej grafitizačnej pece väčšia a spotreba energie na jednotku produktu je zodpovedajúcim spôsobom znížená.
2. Smer vývoja negatívnej grafitizačnej pece
2. 1 Optimalizujte štruktúru obvodovej steny
V súčasnosti je tepelnoizolačná vrstva niekoľkých grafitizačných pecí vyplnená hlavne sadzami a ropným koksom. Táto časť izolačného materiálu sa počas výroby oxiduje pri vysokej teplote a pri každom nakladaní je potrebné ju vymeniť alebo doplniť špeciálnym izolačným materiálom. Proces výmeny je zlý, pracovná náročnosť je vysoká.
Možno zvážiť použitie špeciálnej vysokopevnostnej a vysokoteplotnej cementovej murivej tyčinky, ktorá zvyšuje celkovú pevnosť, zabezpečuje stabilitu steny v deformáciách počas celého prevádzkového cyklu a zároveň utesňuje tehlové švy, zabraňuje nadmernému prenikaniu vzduchu cez trhliny a škáry v tehlovej stene do pece a znižuje straty izolačného materiálu a anódových materiálov spôsobené oxidáciou a spaľovaním.
Druhým je inštalácia celkovej objemovej mobilnej izolačnej vrstvy visiacej mimo steny pece, napríklad použitím vysokopevnostnej drevovláknitej dosky alebo dosky z kremičitanu vápenatého, pričom vykurovací stupeň zohráva účinnú úlohu tesnenia a izolácie, zatiaľ čo studený stupeň sa dá ľahko odstrániť pre rýchle ochladenie; Po tretie, vetrací kanál je umiestnený v spodnej časti pece a stene pece. Vetrací kanál využíva prefabrikovanú mriežkovú tehlovú konštrukciu so samičím hrdlom pásu, pričom podopiera vysokoteplotné cementové murivo a berie do úvahy nútené vetranie pre chladenie v studenej fáze.
2. 2 Optimalizujte krivku napájania numerickou simuláciou
V súčasnosti sa krivka napájania grafitizačnej pece so zápornou elektródou vytvára podľa skúseností a proces grafitizácie sa manuálne upravuje kedykoľvek podľa teploty a stavu pece, pričom neexistuje jednotný štandard. Optimalizácia krivky ohrevu môže zjavne znížiť index spotreby energie a zabezpečiť bezpečnú prevádzku pece. NUMERICKÝ MODEL zarovnania ihiel by mal byť stanovený vedeckými prostriedkami podľa rôznych okrajových podmienok a fyzikálnych parametrov a mal by sa analyzovať vzťah medzi prúdom, napätím, celkovým výkonom a rozložením teploty prierezu v procese grafitizácie, aby sa formulovala vhodná krivka ohrevu a priebežne sa upravovala v skutočnej prevádzke. Napríklad v počiatočnej fáze prenosu výkonu sa používa prenos vysokého výkonu, potom sa výkon rýchlo znižuje a potom pomaly zvyšuje, potom sa výkon znižuje až do konca.
2. 3 Predĺžte životnosť téglika a vykurovacieho telesa
Okrem spotreby energie priamo ovplyvňuje náklady na negatívnu grafitizáciu aj životnosť téglika a ohrievača. V prípade grafitového téglika a grafitového ohrievacieho telesa systém riadenia výroby pri vykladaní, primeraná kontrola rýchlosti ohrevu a chladenia, automatická výrobná linka téglikov, posilnenie tesnenia na zabránenie oxidácii a ďalšie opatrenia na predĺženie doby recyklácie téglikov účinne znižujú náklady na grafitové farby. Okrem vyššie uvedených opatrení sa ako vykurovací materiál môže použiť aj vyhrievacia doska mriežkovej grafitizačnej pece z predpálenej anódy, elektródy alebo pevného uhlíkového materiálu s vysokým odporom, aby sa ušetrili náklady na grafitizáciu.
2.4 Regulácia spalín a využitie odpadového tepla
Dymové plyny vznikajúce počas grafitizácie pochádzajú prevažne z prchavých látok a produktov spaľovania anódových materiálov, spaľovania povrchového uhlíka, úniku vzduchu atď. Na začiatku spúšťania pece uniká veľké množstvo prchavých látok a prachu, prostredie v dielni je zlé a väčšina podnikov nemá účinné opatrenia na čistenie, čo je najväčší problém ovplyvňujúci bezpečnosť a ochranu zdravia pri práci obsluhy pri výrobe negatívnych elektród. Malo by sa vynaložiť väčšie úsilie na komplexné zváženie efektívneho zberu a riadenia dymových plynov a prachu v dielni a mali by sa prijať primerané vetracie opatrenia na zníženie teploty v dielni a zlepšenie pracovného prostredia v grafitizačnej dielni.
Po zachytení spalín cez dymovod do spaľovacej komory so zmiešaným spaľovaním, čím sa odstráni väčšina dechtu a prachu v spalinách, sa očakáva, že teplota spalín v spaľovacej komore bude nad 800 ℃ a odpadové teplo zo spalín bude možné rekuperovať pomocou parného kotla na odpadové teplo alebo plášťového výmenníka tepla. Ako referencia možno použiť aj technológiu spaľovania RTO používanú pri spracovaní uhlíkového asfaltového dymu, pričom asfaltové spaliny sa zahrejú na 850 ~ 900 ℃. Prostredníctvom spaľovania s akumuláciou tepla sa asfalt, prchavé zložky a ďalšie polycyklické aromatické uhľovodíky v spalinách oxidujú a nakoniec sa rozkladajú na CO2 a H2O, pričom efektívna účinnosť čistenia môže dosiahnuť viac ako 99 %. Systém má stabilnú prevádzku a vysokú prevádzkovú rýchlosť.
2. 5 Vertikálna kontinuálna negatívna grafitizačná pec
Vyššie uvedených niekoľko druhov grafitizačných pecí je hlavnou štruktúrou pece na výrobu anódových materiálov v Číne. Spoločným znakom je periodická prerušovaná výroba, nízka tepelná účinnosť, vykladanie sa spolieha prevažne na manuálnu prevádzku a stupeň automatizácie nie je vysoký. Podobnú vertikálnu kontinuálnu negatívnu grafitizačnú pec možno vyvinúť s odkazom na model pece na kalcináciu ropného koksu a šachtovej pece na kalcináciu bauxitu. Ako zdroj tepla s vysokou teplotou sa používa odporový oblúk, materiál sa kontinuálne vypúšťa vlastnou gravitáciou a na chladenie materiálu s vysokou teplotou vo výstupnej oblasti sa používa konvenčné vodné chladenie alebo splyňovacie chladenie a na vypúšťanie a privádzanie materiálu mimo pece sa používa pneumatický dopravný systém prášku. Typ PEC umožňuje realizovať kontinuálnu výrobu, straty tepla z telesa pece sa dajú ignorovať, čím sa výrazne zlepšuje tepelná účinnosť, výhody výkonu a spotreby energie sú zrejmé a je možné plne realizovať plne automatickú prevádzku. Hlavnými problémami, ktoré je potrebné vyriešiť, sú tekutosť prášku, rovnomernosť stupňa grafitizácie, bezpečnosť, monitorovanie teploty a chladenie atď. Predpokladá sa, že úspešný vývoj pece do priemyselnej výroby spustí revolúciu v oblasti grafitizácie negatívnych elektród.
3 jazyk uzlov
Chemický proces výroby grafitu je najväčším problémom, ktorý trápi výrobcov anódových materiálov pre lítiové batérie. Základným dôvodom sú stále určité problémy so spotrebou energie, nákladmi, ochranou životného prostredia, stupňom automatizácie, bezpečnosťou a ďalšími aspektmi široko používanej periodickej grafitizačnej pece. Budúci trend odvetvia smeruje k vývoju plne automatizovanej a organizovanej štruktúry pecí s kontinuálnou produkciou emisií a k podpore vyspelých a spoľahlivých pomocných procesných zariadení. V tom čase sa problémy s grafitizáciou, ktoré trápia podniky, výrazne zlepšia a odvetvie vstúpi do obdobia stabilného rozvoja, čo podporí rýchly rozvoj nových odvetví súvisiacich s energetikou.
Čas uverejnenia: 19. augusta 2022