وضعیت کنونی و جهت فناوری گرافیت سازی منفی

با توسعه سریع وسایل نقلیه 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 این صنعت قصد دارند ظرفیت تولید خود را به نزدیک به یک میلیون تن افزایش دهند. گرافیت سازی بیشترین تاثیر را بر شاخص و هزینه مواد آند دارد. تجهیزات گرافیتی سازی در چین انواع مختلفی دارند، مصرف انرژی بالا، آلودگی شدید و درجه کم اتوماسیون، که توسعه مواد آند گرافیت را تا حدی محدود می کند. این مشکل اصلی است که باید فوری در فرآیند تولید مواد آندی حل شود.

1. وضعیت فعلی و مقایسه کوره گرافیتیزاسیون منفی

1.1 کوره گرافیتیزاسیون منفی آچیسون

در نوع کوره اصلاح شده بر اساس کوره گرافیتی سازی کوره ایچسون با الکترود سنتی، کوره اصلی با بوته گرافیتی به عنوان حامل مواد الکترود منفی بارگذاری می شود (بوته با مواد خام الکترود منفی کربنیزه شده بارگیری می شود)، هسته کوره با گرمایش پر می شود. مواد مقاومتی، لایه بیرونی با مواد عایق و عایق دیواره کوره پر شده است. پس از برق رسانی، دمای بالای 2800 ~ 3000 درجه سانتیگراد عمدتاً با گرم کردن ماده مقاومت ایجاد می شود و مواد منفی در بوته به طور غیر مستقیم گرم می شود تا به جوهر سنگ در دمای بالا از مواد منفی برسد.

1.2. کوره گرافیتیزاسیون سری حرارتی داخلی

مدل کوره اشاره‌ای به کوره گرافیتی‌سازی سریالی است که برای تولید الکترودهای گرافیتی استفاده می‌شود و چندین بوته الکترود (بارگذاری شده با مواد الکترود منفی) به صورت سری به‌صورت طولی به هم متصل شده‌اند. بوته الکترود هم حامل و هم بدنه گرم کننده است و جریان از بوته الکترود عبور می کند تا دمای بالا تولید کند و مستقیماً مواد الکترود منفی داخلی را گرم کند. فرآیند GRAPHItization از مواد مقاومتی استفاده نمی کند، عملیات فرآیند بارگیری و پخت را ساده می کند، و از دست دادن ذخیره حرارت مواد مقاومتی را کاهش می دهد و در مصرف انرژی صرفه جویی می کند.

1.3 کوره گرافیتیزاسیون نوع جعبه شبکه

کاربرد شماره 1 در سال های اخیر در حال افزایش است، اصلی ترین آموخته شده است کوره گرافیتی سازی سری آچسون و ویژگی های فن آوری پیوسته کوره گرافیتیزه کردن، هسته کوره با استفاده از چندین قطعه از ساختار جعبه مواد شبکه صفحه آند، مواد به کاتد در مواد خام، از طریق همه اتصالات شکاف بین ستون صفحه آند ثابت است، هر ظرف، استفاده از مهر و موم صفحه آند با همان مواد. ستون و صفحه آند ساختار جعبه مواد با هم بدنه گرمایش را تشکیل می دهند. الکتریسیته از طریق الکترود سر کوره به بدنه گرمایش هسته کوره جریان می یابد و دمای بالای تولید شده مستقیماً ماده آند را در جعبه گرم می کند تا به هدف گرافیتی شدن برسد.

1.4 مقایسه سه نوع کوره گرافیتی سازی

کوره گرافیتی سازی سری حرارتی داخلی برای گرم کردن مستقیم مواد با گرم کردن الکترود گرافیت توخالی است. گرمای ژول تولید شده توسط جریان از طریق بوته الکترود بیشتر برای گرم کردن مواد و بوته استفاده می شود. سرعت گرمایش سریع است، توزیع دما یکنواخت است و راندمان حرارتی بالاتر از کوره سنتی آچیسون با گرمایش مواد مقاوم است. کوره گرافیتی‌سازی با جعبه شبکه‌ای از مزایای کوره گرافیتی‌سازی سریال حرارتی داخلی استفاده می‌کند و از صفحه آند از پیش پخته شده با هزینه کمتر به عنوان بدنه گرمایش استفاده می‌کند. در مقایسه با کوره گرافیتی سازی سریال، ظرفیت بارگیری کوره گرافیتی باکس شبکه ای بزرگتر است و مصرف برق در هر واحد محصول بر این اساس کاهش می یابد.

2. جهت توسعه کوره گرافیتیزاسیون منفی

2. 1 ساختار دیوار محیطی را بهینه کنید

در حال حاضر، لایه عایق حرارتی چندین کوره گرافیتی سازی عمدتاً با کربن سیاه و کک نفتی پر شده است. این بخش از مواد عایق در طول تولید اکسیداسیون درجه حرارت بالا سوختن، هر بار بارگیری از نیاز به جایگزینی یا تکمیل یک ماده عایق خاص، جایگزینی فرآیند محیط ضعیف، شدت کار بالا است.

می توان این را در نظر گرفت که از چوب خشتی دیوار سنگ تراشی سیمانی با مقاومت بالا و درجه حرارت بالا استفاده کنید، استحکام کلی را افزایش دهید، اطمینان حاصل کنید که دیوار در کل چرخه عملیات پایداری در تغییر شکل، آب بندی درز آجری در همان زمان، جلوگیری از هوای بیش از حد از طریق دیوار آجری ترک ها و شکاف مشترک در کوره، کاهش سوخت اکسیداسیون از دست دادن مواد عایق و مواد آند.

دوم نصب لایه کلی عایق سیار فله ای که در خارج از دیوار کوره آویزان است، مانند استفاده از تخته فیبر با مقاومت بالا یا تخته سیلیکات کلسیم، مرحله گرمایش نقش مهر و موم و عایق موثری را ایفا می کند، مرحله سرد برای برداشتن راحت است. خنک کننده سریع؛ سوم، کانال تهویه در پایین کوره و دیواره کوره تنظیم شده است. کانال تهویه ساختار آجری مشبک پیش ساخته با دهانه زن کمربند را اتخاذ می کند، در حالی که از سنگ تراشی سیمانی با دمای بالا پشتیبانی می کند و خنک کننده تهویه اجباری در فاز سرد را در نظر می گیرد.

2. 2 منحنی منبع تغذیه را با شبیه سازی عددی بهینه کنید

در حال حاضر منحنی منبع تغذیه کوره گرافیتیزاسیون الکترود منفی بر اساس تجربه ساخته شده است و فرآیند گرافیتی شدن در هر زمان با توجه به دما و شرایط کوره به صورت دستی تنظیم می شود و استاندارد یکپارچه وجود ندارد. بهینه سازی منحنی گرمایش به وضوح می تواند شاخص مصرف برق را کاهش دهد و عملکرد ایمن کوره را تضمین کند. مدل عددی تراز سوزن باید با ابزارهای علمی با توجه به شرایط مرزی و پارامترهای فیزیکی مختلف ایجاد شود و رابطه بین جریان، ولتاژ، توان کل و توزیع دمای مقطع در فرآیند گرافیتی‌سازی باید مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. برای فرموله کردن منحنی گرمایش مناسب و تنظیم مداوم آن در عملیات واقعی. از جمله در مرحله اولیه انتقال قدرت استفاده از انتقال قدرت بالا است، سپس به سرعت قدرت را کاهش می دهد و سپس به آرامی افزایش می یابد، قدرت و سپس کاهش قدرت تا پایان قدرت

2. 3 عمر مفید بوته و بدنه گرمایشی را افزایش دهید

علاوه بر مصرف برق، عمر بوته و بخاری نیز مستقیماً هزینه گرافیتیزاسیون منفی را تعیین می کند. برای بوته گرافیتی و بدنه گرمایش گرافیتی، سیستم مدیریت تولید بارگیری، کنترل معقول نرخ گرمایش و سرمایش، خط تولید بوته اتوماتیک، تقویت آب بندی برای جلوگیری از اکسیداسیون و سایر اقدامات برای افزایش زمان بازیافت بوته، به طور موثر هزینه گرافیت را کاهش می دهد. مرکب زدن علاوه بر اقدامات فوق، صفحه گرمایش کوره گرافیتیزاسیون جعبه شبکه همچنین می تواند به عنوان ماده گرمایش آند، الکترود یا مواد کربنی ثابت با مقاومت بالا برای صرفه جویی در هزینه گرافیت سازی استفاده شود.

2.4 کنترل گازهای دودکش و استفاده از گرمای هدر رفته

گاز دودکش تولید شده در طول گرافیتی شدن عمدتا از مواد فرار و احتراق مواد آند، سوختن کربن سطحی، نشت هوا و غیره حاصل می شود. در ابتدای راه اندازی کوره، فرار و گرد و غبار تعداد زیادی فرار می کند، محیط کارگاه ضعیف است، اکثر شرکت ها اقدامات درمانی موثری ندارند، این بزرگترین مشکلی است که بر سلامت شغلی و ایمنی اپراتورها در تولید الکترود منفی تأثیر می گذارد. باید تلاش بیشتری صورت گیرد تا جمع آوری و مدیریت موثر گازهای دودکش و گرد و غبار در کارگاه به طور جامع مد نظر قرار گیرد و اقدامات تهویه مناسب برای کاهش دمای کارگاه و بهبود محیط کار کارگاه گرافیتی سازی انجام شود.

پس از اینکه گاز دودکش را می توان از طریق دودکش به داخل محفظه احتراق احتراق مخلوط جمع کرد، بیشتر قطران و گرد و غبار موجود در گاز دودکش را حذف کرد، انتظار می رود که دمای گاز دودکش در محفظه احتراق بالاتر از 800 درجه سانتیگراد باشد و گرمای اتلاف گاز دودکش را می توان از طریق دیگ بخار گرمای زباله یا مبدل حرارتی پوسته بازیابی کرد. فناوری سوزاندن RTO مورد استفاده در تصفیه دود آسفالت کربن نیز می تواند به عنوان مرجع مورد استفاده قرار گیرد و گاز دودکش آسفالت تا 850 ~ 900 ℃ گرم می شود. 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 موثر می‌تواند به بیش از 99٪ برسد. این سیستم دارای عملکرد پایدار و سرعت عملیات بالا است.

2. 5 کوره گرافیتیزاسیون منفی پیوسته عمودی

انواع مختلفی از کوره گرافیتی که در بالا ذکر شد، ساختار اصلی کوره تولید مواد آند در چین است، نقطه مشترک تولید متناوب دوره ای، راندمان حرارتی کم، بارگیری عمدتاً بر عملکرد دستی تکیه می کند، درجه اتوماسیون بالا نیست. یک کوره گرافیتیزاسیون منفی پیوسته عمودی مشابه را می توان با مراجعه به مدل کوره کلسیناسیون کک نفتی و کوره شفت کلسیناسیون بوکسیت توسعه داد. مقاومت ARC IS به عنوان منبع حرارت با دمای بالا استفاده می شود، مواد به طور مداوم توسط گرانش خود تخلیه می شود، و ساختار خنک کننده معمولی آب یا خنک کننده گازی سازی برای خنک کردن مواد با دمای بالا در ناحیه خروجی و سیستم انتقال پنوماتیک پودر استفاده می شود. برای تخلیه و تغذیه مواد در خارج از کوره استفاده می شود. نوع FURNACE می تواند تولید مداوم را تحقق بخشد، اتلاف ذخیره حرارت بدنه کوره را می توان نادیده گرفت، بنابراین راندمان حرارتی به طور قابل توجهی بهبود می یابد، مزایای خروجی و مصرف انرژی آشکار است و می توان عملکرد کامل اتوماتیک را به طور کامل تحقق بخشید. عمده ترین مشکلاتی که باید حل شود سیال بودن پودر، یکنواختی درجه گرافیتی شدن، ایمنی، نظارت بر دما و خنک کننده و غیره است. اعتقاد بر این است که با توسعه موفقیت آمیز کوره به مقیاس تولید صنعتی، انقلابی در زمینه گرافیت شدن الکترود منفی

3 زبان گره

فرآیند شیمیایی گرافیت بزرگترین مشکل سازندگان مواد آند باتری لیتیومی است. دلیل اساسی این است که هنوز مشکلاتی در مصرف برق، هزینه، حفاظت از محیط زیست، درجه اتوماسیون، ایمنی و سایر جنبه‌های کوره گرافیتی‌سازی دوره‌ای پرکاربرد وجود دارد. روند آینده صنعت به سمت توسعه ساختار کوره تولید پیوسته انتشار گازهای گلخانه ای کاملاً خودکار و سازمان یافته و پشتیبانی از تسهیلات فرآیند کمکی بالغ و قابل اعتماد است. در آن زمان، مشکلات گرافیتی که گریبانگیر شرکت‌ها می‌شود، به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد و صنعت وارد دوره توسعه پایدار می‌شود و توسعه سریع صنایع جدید مرتبط با انرژی را تقویت می‌کند.