Z naglim razvojem vozil z novimi viri energije po vsem svetu se je povpraševanje na trgu po anodnih materialih za litijeve baterije znatno povečalo. Po statističnih podatkih osem največjih podjetij za proizvodnjo anod za litijeve baterije v industriji leta 2021 načrtuje povečanje proizvodnih zmogljivosti na skoraj milijon ton. Grafitizacija ima največji vpliv na indeks in stroške anodnih materialov. Kitajska ima veliko vrst opreme za grafitizacijo, visoko porabo energije, močno onesnaženje in nizko stopnjo avtomatizacije, kar do neke mere omejuje razvoj grafitnih anodnih materialov. To je glavni problem, ki ga je treba nujno rešiti v proizvodnem procesu anodnih materialov.
1. Trenutno stanje in primerjava peči za negativno grafitizacijo
1.1 Atchisonova peč za negativno grafitizacijo
V modificiranem tipu peči, ki temelji na tradicionalni Aitchesonovi peči za grafitizacijo elektrod, je originalna peč napolnjena z grafitnim lončkom kot nosilcem materiala negativne elektrode (lonček je napolnjen z ogljenim materialom negativne elektrode), jedro peči je napolnjeno z materialom za toplotno odpornost, zunanja plast pa z izolacijskim materialom in izolacijo sten peči. Po elektrifikaciji se visoka temperatura 2800 ~ 3000 ℃ ustvari predvsem z segrevanjem materiala upora, negativni material v lončku pa se posredno segreje, da se doseže visokotemperaturno obarvanje negativnega materiala.
1.2. Notranja peč za grafitizacijo serije toplote
Model peči se nanaša na serijsko grafitizacijsko peč, ki se uporablja za proizvodnjo grafitnih elektrod, pri čemer je več elektrodnih lončkov (napolnjenih z materialom negativne elektrode) zaporedno vzdolžno povezanih. Elektrodni lonček je hkrati nosilec in grelno telo, tok pa teče skozi elektrodni lonček, da ustvari visoko temperaturo in neposredno segreje notranji material negativne elektrode. Postopek GRAFITIZACIJE ne uporablja uporovnega materiala, kar poenostavlja postopek nalaganja in pečenja ter zmanjšuje izgubo toplote uporovnega materiala, kar prihrani porabo energije.
1.3 Peč za grafitizacijo tipa mrežne škatle
Uporaba št. 1 se v zadnjih letih povečuje, glavna značilnost grafitizacijske peči serije Acheson in povezane tehnologije je, da jedro peči uporablja več kosov anodnih plošč v obliki škatle, material pa se dovaja v katodo v surovini, skozi vse reže med stebri anodnih plošč pa je pritrjen, vsaka posoda pa je zatesnjena z uporabo anodnih plošč iz istega materiala. Steber in anodna plošča v škatli skupaj tvorita grelno telo. Elektrika teče skozi elektrodo glave peči v grelno telo jedra peči, visoka temperatura pa neposredno segreva anodni material v škatli, da se doseže namen grafitizacije.
1.4 Primerjava treh tipov grafitizacijskih peči
Peč za grafitizacijo z notranjim segrevanjem segreva material neposredno s segrevanjem votle grafitne elektrode. "Jouleova toplota", ki jo proizvaja tok skozi lonček elektrode, se večinoma uporablja za segrevanje materiala in lončka. Hitrost segrevanja je visoka, porazdelitev temperature enakomerna, toplotna učinkovitost pa je višja kot pri tradicionalni Atchisonovi peči z uporovnim segrevanjem materiala. Peč za grafitizacijo z mrežnim ohišjem izkorišča prednosti serijske peči za grafitizacijo z notranjim segrevanjem in kot grelno telo uporablja predhodno pečeno anodno ploščo z nižjimi stroški. V primerjavi s serijsko pečjo za grafitizacijo je nosilnost peči za grafitizacijo z mrežnim ohišjem večja, poraba energije na enoto izdelka pa se ustrezno zmanjša.
2. Smer razvoja peči za negativno grafitizacijo
2. 1 Optimizirajte strukturo obodne stene
Trenutno je toplotnoizolacijska plast več grafitizacijskih peči napolnjena predvsem s sajami in petrokoksom. Ta del izolacijskega materiala se med proizvodnjo oksidira pri visoki temperaturi, zato ga je treba vsakič, ko se naloži, zamenjati ali dopolniti s posebnim izolacijskim materialom, kar je posledica slabega okolja in visoke delovne intenzivnosti postopka.
Lahko se odločite za uporabo posebne visoko trdne in visokotemperaturne cementne zidarske palice za zidanje, ki poveča splošno trdnost, zagotovi stabilnost stene pri deformacijah v celotnem obratovalnem ciklu, hkrati pa zatesni opečne šive, prepreči prekomerno vdiranje zraka skozi razpoke in spoje v opečno steno v peč ter zmanjša izgubo izolacijskega materiala in anod zaradi oksidacije in gorenja;
Drugič, namestitev celotnega mobilnega izolacijskega sloja, ki visi zunaj stene peči, na primer z uporabo visoko trdnih vlaknenih plošč ali kalcijevega silikata, pri čemer ogrevalna faza igra učinkovito tesnilno in izolacijsko vlogo, hladna faza pa je enostavna za odstranitev za hitro hlajenje; tretjič, prezračevalni kanal je nameščen na dnu peči in steni peči. Prezračevalni kanal ima montažno rešetkasto opečno konstrukcijo z ženskim ustjem pasu, hkrati pa podpira visokotemperaturno cementno zidavo in upošteva prisilno prezračevanje za hlajenje v hladni fazi.
2. 2 Optimizirajte krivuljo napajanja z numerično simulacijo
Trenutno se krivulja napajanja peči za grafitizacijo z negativno elektrodo izdeluje glede na izkušnje, postopek grafitizacije pa se lahko kadar koli ročno prilagaja glede na temperaturo in stanje peči, pri čemer ni enotnega standarda. Optimizacija ogrevalne krivulje lahko očitno zmanjša indeks porabe energije in zagotovi varno delovanje peči. NUMERIČNI MODEL poravnave igel JE TREBA ZNANSTVENO DOLOČITI glede na različne robne pogoje in fizikalne parametre ter analizirati razmerje med tokom, napetostjo, skupno močjo in porazdelitvijo temperature prečnega prereza v procesu grafitizacije, da se oblikuje ustrezna ogrevalna krivulja in se nenehno prilagaja med dejanskim delovanjem. Na primer, v zgodnji fazi prenosa moči se uporablja prenos z veliko močjo, nato hitro zmanjšanje moči in nato počasno povečanje moči, nato zmanjšanje moči do konca prenosa moči.
2. 3 Podaljšajte življenjsko dobo lončka in grelnega telesa
Poleg porabe energije življenjska doba lončka in grelnika neposredno določa tudi stroške negativne grafitizacije. Pri grafitnem lončku in grafitnem grelnem telesu sistem upravljanja proizvodnje za odlaganje, razumen nadzor hitrosti segrevanja in hlajenja, avtomatska proizvodna linija lončkov, okrepljeno tesnjenje za preprečevanje oksidacije in drugi ukrepi za podaljšanje časa recikliranja lončkov učinkovito zmanjšujejo stroške nanašanja grafita. Poleg zgoraj navedenih ukrepov se lahko grelna plošča peči za grafitizacijo z rešetkasto škatlo uporablja tudi kot grelni material za predhodno pečeno anodo, elektrodo ali fiksni ogljikov material z visoko upornostjo, da se prihranijo stroški grafitizacije.
2.4 Nadzor dimnih plinov in izkoriščanje odpadne toplote
Dimni plini, ki nastanejo med grafitizacijo, izvirajo predvsem iz hlapnih snovi in produktov zgorevanja anodnih materialov, površinskega zgorevanja ogljika, uhajanja zraka in tako naprej. Na začetku zagona peči uhaja veliko hlapnih snovi in prahu, okolje v delavnici je slabo in večina podjetij nima učinkovitih ukrepov za čiščenje, kar je največji problem, ki vpliva na zdravje in varnost delavcev pri proizvodnji negativnih elektrod. Več truda bi si bilo treba vložiti v celovito obravnavo učinkovitega zbiranja in ravnanja z dimnimi plini in prahom v delavnici ter sprejeti ustrezne prezračevalne ukrepe za znižanje temperature v delavnici in izboljšanje delovnega okolja v delavnici za grafitizacijo.
Ko se dimni plini zberejo skozi dimnik v zgorevalno komoro z mešanim zgorevanjem, se odstrani večina katrana in prahu v dimnih plinih, se pričakuje, da bo temperatura dimnih plinov v zgorevalni komori nad 800 ℃, odpadna toplota dimnih plinov pa se lahko rekuperira prek parnega kotla na odpadno toploto ali toplotnega izmenjevalnika z lupino. Za referenco se lahko uporabi tudi tehnologija sežiganja RTO, ki se uporablja pri obdelavi ogljikovega asfaltnega dima, pri čemer se asfaltni dimni plini segrejejo na 850 ~ 900 ℃. Z zgorevanjem s shranjevanjem toplote se asfalt in hlapne komponente ter drugi policiklični aromatski ogljikovodiki v dimnih plinih oksidirajo in končno razgradijo na CO2 in H2O, učinkovita učinkovitost čiščenja pa lahko doseže več kot 99 %. Sistem ima stabilno delovanje in visoko stopnjo delovanja.
2. 5 Vertikalna kontinuirna peč za negativno grafitizacijo
Zgoraj omenjenih več vrst grafitizacijskih peči je glavna struktura peči za proizvodnjo anodnih materialov na Kitajskem. Skupna točka je periodična prekinitvena proizvodnja, nizek toplotni izkoristek, odlaganje je večinoma ročno, stopnja avtomatizacije pa ni visoka. Podobno vertikalno kontinuirno negativno grafitizacijsko peč je mogoče razviti s sklicevanjem na model peči za kalcinacijo naftnega koksa in jaškovne peči za kalcinacijo boksita. Kot visokotemperaturni vir toplote se uporablja uporovni obločni plamen, material se neprekinjeno izprazni z lastno gravitacijo, za hlajenje visokotemperaturnega materiala v izhodnem območju pa se uporablja konvencionalna vodna hladilna struktura ali struktura za uplinjanje, za izpust in dovajanje materiala zunaj peči pa se uporablja pnevmatski transportni sistem prahu. Tip PEČI omogoča neprekinjeno proizvodnjo, izgubo toplote zaradi shranjevanja telesa peči je mogoče zanemariti, zato se toplotni izkoristek znatno izboljša, prednosti pri proizvodnji in porabi energije so očitne, v celoti pa se lahko doseže popolnoma avtomatsko delovanje. Glavne težave, ki jih je treba rešiti, so fluidnost prahu, enakomernost stopnje grafitizacije, varnost, spremljanje temperature in hlajenje itd. Menijo, da bo uspešen razvoj peči za industrijsko proizvodnjo v velikem obsegu sprožil revolucijo na področju grafitizacije negativnih elektrod.
3 jezik vozlov
Kemični postopek obdelave grafita je največji problem, ki pesti proizvajalce anod za litijeve baterije. Temeljni razlog je, da še vedno obstajajo nekatere težave s porabo energije, stroški, varstvom okolja, stopnjo avtomatizacije, varnostjo in drugimi vidiki široko uporabljene peči za periodično grafitizacijo. Prihodnji trend industrije je v smeri razvoja popolnoma avtomatizirane in organizirane strukture peči za neprekinjeno proizvodnjo emisij ter podpore zrelim in zanesljivim pomožnim procesnim objektom. Takrat se bodo težave z grafitizacijo, ki pestijo podjetja, znatno izboljšale in industrija bo vstopila v obdobje stabilnega razvoja, kar bo spodbudilo hiter razvoj novih industrij, povezanih z energijo.
Čas objave: 19. avg. 2022