Con il rapido sviluppo di veicoli a nuova energia in tutto il mondo, la domanda del mercato di materiali anodici per batterie al litio è aumentata in modo significativo. Secondo le statistiche, nel 2021, le otto principali aziende di anodi di batterie al litio del settore prevedono di espandere la propria capacità produttiva a quasi un milione di tonnellate. La grafitizzazione ha il maggiore impatto sull'indice e sul costo dei materiali anodici. Le apparecchiature di grafitizzazione in Cina sono di vario tipo, presentano un elevato consumo di energia, un forte inquinamento e un basso grado di automazione, che limita in una certa misura lo sviluppo di materiali anodici di grafite. È il problema principale da risolvere con urgenza nel processo di produzione dei materiali anodici.
1. Situazione attuale e confronto del forno di grafitizzazione negativa
1.1 Forno di grafitizzazione negativa Atchison
Nel tipo di forno modificato basato sul tradizionale forno di grafitizzazione del forno Aitcheson con elettrodo, il forno originale è caricato con crogiolo di grafite come supporto del materiale dell'elettrodo negativo (il crogiolo è caricato con materia prima dell'elettrodo negativo carbonizzato), il nucleo del forno è riempito con materiale riscaldante materiale resistente, lo strato esterno è riempito con materiale isolante e isolamento della parete del forno. Dopo l'elettrificazione, un'alta temperatura di 2800 ~ 3000 ℃ viene generata principalmente dal riscaldamento del materiale del resistore e il materiale negativo nel crogiolo viene riscaldato indirettamente per ottenere l'inchiostrazione della pietra ad alta temperatura del materiale negativo
1.2. Forno di grafitizzazione in serie a calore interno
Il modello del forno è un riferimento al forno di grafitizzazione seriale utilizzato per la produzione di elettrodi di grafite e diversi crogioli di elettrodi (caricati con materiale dell'elettrodo negativo) sono collegati in serie longitudinalmente. Il crogiolo dell'elettrodo è sia un supporto che un corpo riscaldante e la corrente passa attraverso il crogiolo dell'elettrodo per generare alta temperatura e riscaldare direttamente il materiale dell'elettrodo negativo interno. Il processo di GRAPHItizzazione non utilizza materiale di resistenza, semplificando le operazioni di caricamento e cottura e riducendo la perdita di accumulo di calore del materiale di resistenza, risparmiando il consumo energetico
1.3 Forno di grafitizzazione del tipo a scatola di griglia
L'applicazione n. 1 è in aumento negli ultimi anni, l'aspetto principale è quello appreso Serie acheson forno di grafitizzazione e caratteristiche tecnologiche concatenate del forno di grafitizzazione, nucleo del forno che utilizza più pezzi di struttura a scatola di materiale a griglia di piastre anodiche, materiale nel catodo nella materia prima, attraverso tutti i collegamenti scanalati tra la colonna della piastra anodica sono fissi, ciascun contenitore, l'uso della guarnizione della piastra anodica con lo stesso materiale. La colonna e la piastra anodica della struttura scatolare del materiale costituiscono insieme il corpo scaldante. L'elettricità scorre attraverso l'elettrodo della testa del forno nel corpo riscaldante del nucleo del forno e l'alta temperatura generata riscalda direttamente il materiale dell'anodo nella scatola per raggiungere lo scopo della grafitizzazione
1.4 Confronto tra tre tipi di forni di grafitizzazione
Il forno di grafitizzazione in serie termica interna serve a riscaldare direttamente il materiale riscaldando l'elettrodo cavo di grafite. Il "calore Joule" prodotto dalla corrente attraverso il crogiolo dell'elettrodo viene utilizzato principalmente per riscaldare il materiale e il crogiolo. La velocità di riscaldamento è elevata, la distribuzione della temperatura è uniforme e l'efficienza termica è superiore rispetto al tradizionale forno Atchison con riscaldamento del materiale resistivo. Il forno di grafitizzazione a griglia sfrutta i vantaggi del forno di grafitizzazione seriale a calore interno e adotta la piastra anodica precotta con un costo inferiore come corpo riscaldante. Rispetto al forno di grafitizzazione seriale, la capacità di carico del forno di grafitizzazione a griglia è maggiore e il consumo energetico per unità di prodotto viene ridotto di conseguenza
2. Direzione di sviluppo del forno di grafitizzazione negativa
2. 1 Ottimizzare la struttura del muro perimetrale
Allo stato attuale, lo strato di isolamento termico di diversi forni di grafitizzazione è riempito principalmente con nerofumo e coke di petrolio. Questa parte del materiale isolante durante la produzione di ossidazione ad alta temperatura brucia, ogni volta che viene caricato la necessità di sostituire o integrare un materiale isolante speciale, la sostituzione del processo di ambiente inadeguato, alta intensità di lavoro.
Si può prendere in considerazione l'uso di mattoni speciali in muratura di cemento ad alta resistenza e alta temperatura, migliorare la resistenza complessiva, garantire la stabilità del muro durante l'intero ciclo operativo nella deformazione, sigillare le giunture dei mattoni allo stesso tempo, prevenire l'aria eccessiva attraverso il muro di mattoni crepe e giunture nel forno, riducono la perdita di combustione per ossidazione del materiale isolante e dei materiali anodici;
Il secondo è installare lo strato isolante mobile complessivo appeso all'esterno della parete del forno, come l'uso di pannelli di fibra ad alta resistenza o pannelli di silicato di calcio, la fase di riscaldamento svolge un ruolo di sigillatura e isolamento efficace, la fase fredda è comoda da rimuovere per raffreddamento rapido; In terzo luogo, il canale di ventilazione è posizionato sul fondo del forno e sulla parete del forno. Il canale di ventilazione adotta la struttura prefabbricata in mattoni reticolari con l'imboccatura femmina del nastro, pur sostenendo la muratura in cemento ad alta temperatura, e considerando il raffreddamento a ventilazione forzata nella fase fredda.
2. 2 Ottimizzare la curva di alimentazione mediante simulazione numerica
Allo stato attuale, la curva di alimentazione del forno di grafitizzazione dell'elettrodo negativo è realizzata in base all'esperienza e il processo di grafitizzazione viene regolato manualmente in qualsiasi momento in base alla temperatura e alle condizioni del forno e non esiste uno standard unificato. L'ottimizzazione della curva di riscaldamento può ovviamente ridurre l'indice di consumo energetico e garantire il funzionamento sicuro del forno. Il MODELLO NUMERICO DI allineamento dell'ago DOVREBBE essere STABILITO con mezzi scientifici in base a varie condizioni al contorno e parametri fisici, e la relazione tra corrente, tensione, potenza totale e distribuzione della temperatura della sezione trasversale nel processo di graphitizzazione dovrebbe essere analizzata, in modo da per formulare la curva di riscaldamento appropriata e regolarla continuamente durante il funzionamento reale. Ad esempio, nella fase iniziale della trasmissione di potenza si utilizza la trasmissione ad alta potenza, quindi ridurre rapidamente la potenza e quindi aumentare lentamente, alimentare e quindi ridurre la potenza fino alla fine della potenza
2. 3 Prolungare la durata del crogiolo e del corpo riscaldante
Oltre al consumo energetico, anche la durata del crogiolo e del riscaldatore determina direttamente il costo della grafitizzazione negativa. Per il crogiolo di grafite e il corpo riscaldante in grafite, il sistema di gestione della produzione di carico, controllo ragionevole della velocità di riscaldamento e raffreddamento, linea di produzione automatica del crogiolo, rafforzamento della tenuta per prevenire l'ossidazione e altre misure per aumentare i tempi di riciclaggio del crogiolo, ridurre efficacemente il costo della grafite inchiostrazione. Oltre alle misure di cui sopra, la piastra riscaldante del forno di grafitizzazione a griglia può essere utilizzata anche come materiale riscaldante di anodo precotto, elettrodo o materiale carbonioso fisso con elevata resistività per risparmiare sui costi di grafitizzazione.
2.4 Controllo dei fumi e utilizzo del calore di scarto
I gas di combustione generati durante la grafitizzazione provengono principalmente da sostanze volatili e prodotti di combustione di materiali anodici, combustione di carbonio superficiale, perdite d'aria e così via. All'inizio dell'avvio del forno, sostanze volatili e polvere fuoriescono in gran numero, l'ambiente dell'officina è scadente, la maggior parte delle aziende non dispone di misure di trattamento efficaci, questo è il problema più grande che influisce sulla salute e sulla sicurezza sul lavoro degli operatori nella produzione di elettrodi negativi. Dovrebbero essere compiuti maggiori sforzi per considerare in modo globale la raccolta e la gestione efficaci dei gas di scarico e delle polveri in officina, e dovrebbero essere adottate ragionevoli misure di ventilazione per ridurre la temperatura dell’officina e migliorare l’ambiente di lavoro dell’officina di grafitizzazione.
Dopo che il gas di combustione può essere raccolto attraverso la canna fumaria nella camera di combustione mista, rimuovere la maggior parte del catrame e della polvere nel gas di combustione, si prevede che la temperatura del gas di combustione nella camera di combustione sia superiore a 800 ℃ e il calore di scarto dei gas di combustione può essere recuperato attraverso la caldaia a vapore con calore di scarto o lo scambiatore di calore a mantello. La tecnologia di incenerimento RTO utilizzata nel trattamento del fumo dell'asfalto al carbonio può essere utilizzata anche come riferimento e i gas di scarico dell'asfalto vengono riscaldati a 850 ~ 900 ℃. Attraverso la combustione con accumulo di calore, l'asfalto, i componenti volatili e altri idrocarburi policiclici aromatici presenti nei gas di scarico vengono ossidati e infine decomposti in CO2 e H2O e l'efficienza di purificazione effettiva può raggiungere oltre il 99%. Il sistema ha un funzionamento stabile e un'elevata velocità operativa.
2. 5 Forno verticale di grafitizzazione negativa continua
I diversi tipi di forni di grafitizzazione sopra menzionati sono la struttura principale del forno per la produzione di materiale anodico in Cina, il punto comune è la produzione intermittente periodica, la bassa efficienza termica, il caricamento si basa principalmente sul funzionamento manuale, il grado di automazione non è elevato. Un forno verticale simile a grafitizzazione negativa continua può essere sviluppato facendo riferimento al modello del forno di calcinazione del coke di petrolio e del forno a pozzo di calcinazione della bauxite. La resistenza ARC viene utilizzata come fonte di calore ad alta temperatura, il materiale viene continuamente scaricato dalla sua stessa gravità e la struttura convenzionale di raffreddamento ad acqua o gassificazione viene utilizzata per raffreddare il materiale ad alta temperatura nell'area di uscita e il sistema di trasporto pneumatico della polvere viene utilizzato per scaricare e alimentare il materiale all'esterno del forno. Il tipo FORNO può realizzare una produzione continua, la perdita di accumulo di calore del corpo del forno può essere ignorata, quindi l'efficienza termica è notevolmente migliorata, i vantaggi in termini di rendimento e consumo energetico sono evidenti e il funzionamento completamente automatico può essere completamente realizzato. I principali problemi da risolvere sono la fluidità della polvere, l'uniformità del grado di grafitizzazione, la sicurezza, il monitoraggio e il raffreddamento della temperatura, ecc. Si ritiene che con il successo dello sviluppo del forno per la produzione industriale su scala, si avvierà una rivoluzione nel il campo della grafitizzazione dell’elettrodo negativo.
3 il linguaggio dei nodi
Il processo chimico della grafite è il problema più grande che affligge i produttori di materiali anodici per batterie al litio. La ragione fondamentale è che ci sono ancora alcuni problemi in termini di consumo energetico, costi, protezione ambientale, grado di automazione, sicurezza e altri aspetti del forno di grafitizzazione periodica ampiamente utilizzato. La tendenza futura del settore è verso lo sviluppo di strutture di forni di produzione continua a emissione completamente automatizzate e organizzate e il supporto di strutture di processo ausiliarie mature e affidabili. A quel punto, i problemi di grafitizzazione che affliggono le imprese saranno significativamente migliorati e l’industria entrerà in un periodo di sviluppo stabile, stimolando il rapido sviluppo di nuove industrie legate all’energia
Orario di pubblicazione: 19 agosto 2022