با توسعه سریع وسایل نقلیه با انرژی جدید در سراسر جهان، تقاضای بازار برای مواد آند باتری لیتیومی به طور قابل توجهی افزایش یافته است. طبق آمار، در سال 2021، هشت شرکت برتر آند باتری لیتیومی در صنعت قصد دارند ظرفیت تولید خود را به نزدیک به یک میلیون تن افزایش دهند. گرافیتی شدن بیشترین تأثیر را بر شاخص و هزینه مواد آند دارد. تجهیزات گرافیتی شدن در چین انواع مختلفی دارند، مصرف انرژی بالایی دارند، آلودگی زیادی دارند و درجه اتوماسیون آنها پایین است که توسعه مواد آند گرافیتی را تا حدی محدود می‌کند. این مشکل اصلی است که باید فوراً در فرآیند تولید مواد آند حل شود.
۱. وضعیت فعلی و مقایسه کوره گرافیت‌سازی منفی
۱.۱ کوره گرافیت‌سازی منفی اچیسون
در نوع کوره اصلاح‌شده مبتنی بر کوره گرافیتی‌سازی کوره الکترود سنتی آیتچسون، کوره اصلی با بوته گرافیتی به عنوان حامل ماده الکترود منفی بارگذاری می‌شود (بوته با ماده خام الکترود منفی کربنیزه بارگذاری می‌شود)، هسته کوره با ماده مقاوم در برابر حرارت پر می‌شود، لایه بیرونی با ماده عایق و عایق دیواره کوره پر می‌شود. پس از برق‌رسانی، دمای بالای 2800 تا 3000 درجه سانتیگراد عمدتاً با گرم کردن ماده مقاومت ایجاد می‌شود و ماده منفی در بوته به طور غیرمستقیم گرم می‌شود تا به جوهر سنگی با دمای بالا روی ماده منفی دست یابد.
۱.۲ کوره گرافیتی‌سازی سری حرارتی داخلی
مدل کوره، مرجعی برای کوره گرافیت‌سازی سریالی است که برای تولید الکترودهای گرافیتی استفاده می‌شود و چندین بوته الکترود (بارگذاری شده با ماده الکترود منفی) به صورت طولی و سری به هم متصل شده‌اند. بوته الکترود هم یک حامل و هم یک بدنه گرمایشی است و جریان از بوته الکترود عبور می‌کند تا دمای بالا تولید کند و مستقیماً ماده الکترود منفی داخلی را گرم کند. فرآیند گرافیت‌سازی از مواد مقاومتی استفاده نمی‌کند، که عملیات فرآیند بارگذاری و پخت را ساده می‌کند و اتلاف ذخیره حرارتی ماده مقاومتی را کاهش می‌دهد و در مصرف برق صرفه‌جویی می‌کند.
۱.۳ کوره گرافیتی سازی از نوع جعبه شبکه ای
کاربرد شماره ۱ در سال‌های اخیر رو به افزایش است، نکته اصلی کوره گرافیتی سری آچسون و ویژگی‌های فناوری به هم پیوسته کوره گرافیتی است. هسته کوره از چندین قطعه شبکه صفحه آند در ساختار جعبه‌ای مواد تشکیل شده است، مواد به کاتد در مواد خام منتقل می‌شوند، از طریق تمام اتصالات شکاف‌دار بین ستون صفحه آند ثابت می‌شود، هر ظرف، از مهر و موم صفحه آند با همان ماده استفاده می‌کند. ستون و صفحه آند در ساختار جعبه‌ای مواد با هم بدنه گرمایشی را تشکیل می‌دهند. برق از طریق الکترود سر کوره به بدنه گرمایشی هسته کوره جریان می‌یابد و دمای بالای تولید شده مستقیماً مواد آند را در جعبه گرم می‌کند تا به هدف گرافیتی شدن برسد.
۱.۴ مقایسه سه نوع کوره گرافیتی سازی
کوره گرافیت‌سازی سری حرارتی داخلی برای گرم کردن مستقیم مواد با گرم کردن الکترود گرافیتی توخالی است. "گرمای ژول" تولید شده توسط جریان از طریق بوته الکترود، بیشتر برای گرم کردن مواد و بوته استفاده می‌شود. سرعت گرمایش سریع، توزیع دما یکنواخت و راندمان حرارتی بالاتر از کوره سنتی Atchison با گرمایش مواد مقاوم است. کوره گرافیت‌سازی جعبه‌ای شبکه‌ای از مزایای کوره گرافیت‌سازی سری حرارتی داخلی بهره می‌برد و صفحه آند از پیش پخته شده را با هزینه کمتر به عنوان بدنه گرمایشی انتخاب می‌کند. در مقایسه با کوره گرافیت‌سازی سری، ظرفیت بارگیری کوره گرافیت‌سازی جعبه‌ای شبکه‌ای بیشتر است و مصرف برق به ازای هر واحد محصول به طور متناسب کاهش می‌یابد.
2. جهت توسعه کوره گرافیتی منفی
۲. ۱ بهینه سازی ساختار دیوار پیرامونی
در حال حاضر، لایه عایق حرارتی چندین کوره گرافیتی عمدتاً با کربن سیاه و کک نفتی پر شده است. این بخش از مواد عایق در طول تولید در دمای بالا اکسید می‌شود و هر بار که بارگیری انجام می‌شود، نیاز به جایگزینی یا تکمیل یک ماده عایق خاص وجود دارد، جایگزینی فرآیند در شرایط محیطی نامناسب و شدت کار بالا.
می‌توان یکی از مواردی را که می‌توان در نظر گرفت، استفاده از خشت مخصوص دیوارکوب سیمانی با مقاومت بالا و دمای بالا است که استحکام کلی را افزایش می‌دهد، پایداری تغییر شکل دیوار را در کل چرخه عملیات تضمین می‌کند، درز آجر را همزمان آب‌بندی می‌کند، از ورود هوای اضافی از طریق ترک‌های دیوار آجری و شکاف درز به داخل کوره جلوگیری می‌کند، اتلاف ناشی از اکسیداسیون و سوختن مواد عایق و مواد آند را کاهش می‌دهد.
دوم، نصب لایه عایق متحرک حجیم کلی که در خارج از دیواره کوره آویزان است، مانند استفاده از تخته فیبر با مقاومت بالا یا تخته سیلیکات کلسیم، مرحله گرمایش نقش آب‌بندی و عایق‌بندی مؤثری را ایفا می‌کند، مرحله سرد برای خنک‌سازی سریع به راحتی قابل برداشتن است؛ سوم، کانال تهویه در کف کوره و دیواره کوره قرار می‌گیرد. کانال تهویه از ساختار آجری مشبک پیش‌ساخته با دهانه مادگی کمربند استفاده می‌کند، در حالی که از مصالح سیمانی با دمای بالا پشتیبانی می‌کند و خنک‌سازی تهویه اجباری را در مرحله سرد در نظر می‌گیرد.
۲. ۲ بهینه سازی منحنی منبع تغذیه با شبیه سازی عددی
در حال حاضر، منحنی تغذیه کوره گرافیتی‌سازی با الکترود منفی طبق تجربه ساخته می‌شود و فرآیند گرافیتی‌سازی در هر زمان با توجه به دما و شرایط کوره به صورت دستی تنظیم می‌شود و هیچ استاندارد واحدی وجود ندارد. بهینه‌سازی منحنی گرمایش می‌تواند به طور واضح شاخص مصرف برق را کاهش داده و عملکرد ایمن کوره را تضمین کند. مدل عددی تراز سوزن باید با روش‌های علمی و با توجه به شرایط مرزی مختلف و پارامترهای فیزیکی ایجاد شود و رابطه بین جریان، ولتاژ، توان کل و توزیع دمای سطح مقطع در فرآیند گرافیتی‌سازی باید تجزیه و تحلیل شود تا منحنی گرمایش مناسب تدوین و به طور مداوم در عملکرد واقعی تنظیم شود. مانند مرحله اولیه انتقال نیرو، استفاده از انتقال توان بالا است، سپس به سرعت توان را کاهش داده و سپس به آرامی افزایش دهید، توان را کم کنید و سپس تا پایان توان، توان را کاهش دهید.
۲. ۳ افزایش طول عمر بوته و بدنه گرمایشی
علاوه بر مصرف برق، عمر بوته و گرمکن نیز مستقیماً هزینه گرافیتی‌سازی منفی را تعیین می‌کند. برای بوته گرافیتی و بدنه گرمایش گرافیتی، سیستم مدیریت تولید بارگیری، کنترل معقول نرخ گرمایش و سرمایش، خط تولید اتوماتیک بوته، تقویت آب‌بندی برای جلوگیری از اکسیداسیون و سایر اقدامات برای افزایش زمان بازیافت بوته، به طور موثر هزینه جوهر گرافیتی را کاهش می‌دهد. علاوه بر اقدامات فوق، صفحه گرمایش کوره گرافیتی‌سازی جعبه‌ای شبکه‌ای همچنین می‌تواند به عنوان ماده گرمایشی آند، الکترود یا ماده کربنی ثابت با مقاومت بالا برای صرفه‌جویی در هزینه گرافیتی‌سازی استفاده شود.
۲.۴ کنترل گاز دودکش و استفاده از گرمای تلف شده
گاز دودکش تولید شده در طول گرافیته کردن عمدتاً از مواد فرار و محصولات احتراق مواد آند، سوختن کربن سطحی، نشت هوا و غیره ناشی می‌شود. در ابتدای راه‌اندازی کوره، مواد فرار و گرد و غبار به مقدار زیادی خارج می‌شوند، محیط کارگاه نامناسب است، اکثر شرکت‌ها اقدامات تصفیه مؤثری ندارند، این بزرگترین مشکل مؤثر بر سلامت و ایمنی شغلی اپراتورها در تولید الکترود منفی است. باید تلاش‌های بیشتری برای بررسی جامع جمع‌آوری و مدیریت مؤثر گاز دودکش و گرد و غبار در کارگاه انجام شود و اقدامات تهویه معقولی برای کاهش دمای کارگاه و بهبود محیط کار کارگاه گرافیته کردن انجام شود.
پس از اینکه گاز دودکش از طریق دودکش به محفظه احتراق منتقل شد، احتراق مخلوط انجام می‌شود و بیشتر قیر و گرد و غبار موجود در گاز دودکش حذف می‌شود. انتظار می‌رود دمای گاز دودکش در محفظه احتراق بالاتر از ۸۰۰ درجه سانتیگراد باشد و گرمای زائد گاز دودکش از طریق دیگ بخار گرمای زائد یا مبدل حرارتی پوسته بازیابی شود. فناوری سوزاندن RTO که در تصفیه دود آسفالت کربنی استفاده می‌شود نیز می‌تواند به عنوان مرجع مورد استفاده قرار گیرد و گاز دودکش آسفالت تا ۸۵۰ تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد گرم می‌شود. از طریق احتراق ذخیره گرما، آسفالت و اجزای فرار و سایر هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای موجود در گاز دودکش اکسید شده و در نهایت به CO2 و H2O تجزیه می‌شوند و راندمان تصفیه مؤثر می‌تواند به بیش از ۹۹٪ برسد. این سیستم دارای عملکرد پایدار و سرعت عملکرد بالایی است.
۲. ۵ کوره گرافیتیزاسیون منفی پیوسته عمودی
انواع مختلف کوره گرافیتی‌سازی ذکر شده در بالا، ساختار اصلی کوره برای تولید مواد آندی در چین است، نقطه مشترک آنها تولید متناوب دوره‌ای، راندمان حرارتی پایین، بارگیری عمدتاً متکی به عملکرد دستی و درجه اتوماسیون پایین است. یک کوره گرافیتی‌سازی منفی عمودی پیوسته مشابه را می‌توان با مراجعه به مدل کوره کلسیناسیون کک نفتی و کوره شفت کلسیناسیون بوکسیت توسعه داد. از مقاومت ARC IS به عنوان منبع حرارت دمای بالا استفاده می‌شود، مواد به طور مداوم توسط نیروی جاذبه خود تخلیه می‌شوند و از ساختار خنک‌کننده آب یا خنک‌کننده گازسازی معمولی برای خنک کردن مواد دمای بالا در ناحیه خروجی استفاده می‌شود و از سیستم انتقال پنوماتیک پودر برای تخلیه و تغذیه مواد به خارج از کوره استفاده می‌شود. نوع FURNACE می‌تواند تولید مداوم را محقق کند، می‌توان از اتلاف ذخیره حرارتی بدنه کوره چشم‌پوشی کرد، بنابراین راندمان حرارتی به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد، مزایای خروجی و مصرف انرژی آشکار است و عملکرد کاملاً خودکار را می‌توان به طور کامل محقق کرد. مشکلات اصلی که باید حل شوند عبارتند از سیالیت پودر، یکنواختی درجه گرافیتی شدن، ایمنی، نظارت بر دما و خنک‌سازی و غیره. اعتقاد بر این است که با توسعه موفقیت‌آمیز کوره برای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ، انقلابی در زمینه گرافیتی شدن الکترود منفی ایجاد خواهد شد.
۳ زبان گره
فرآیند شیمیایی گرافیت بزرگترین مشکل تولیدکنندگان مواد آند باتری لیتیومی است. دلیل اصلی این است که هنوز مشکلاتی در مصرف برق، هزینه، حفاظت از محیط زیست، درجه اتوماسیون، ایمنی و سایر جنبه‌های کوره گرافیتی‌سازی دوره‌ای که به طور گسترده استفاده می‌شود، وجود دارد. روند آینده صنعت به سمت توسعه ساختار کوره تولید مداوم با انتشار کاملاً خودکار و سازمان‌یافته و پشتیبانی از تأسیسات فرآیند کمکی بالغ و قابل اعتماد است. در آن زمان، مشکلات گرافیتی‌سازی که شرکت‌ها را آزار می‌دهد، به طور قابل توجهی بهبود خواهد یافت و صنعت وارد دوره توسعه پایدار خواهد شد و توسعه سریع صنایع جدید مرتبط با انرژی را تقویت می‌کند.
زمان ارسال: ۱۹ آگوست ۲۰۲۲