Con el rápido desarrollo de vehículos de nueva energía en todo el mundo, la demanda del mercado de materiales para ánodos de baterías de litio ha aumentado significativamente. Según las estadísticas, en 2021, las ocho principales empresas de ánodos de baterías de litio de la industria planean ampliar su capacidad de producción a casi un millón de toneladas. La grafitización tiene el mayor impacto en el índice y el costo de los materiales anódicos. Los equipos de grafitización en China tienen muchos tipos, un alto consumo de energía, una gran contaminación y un bajo grado de automatización, lo que limita hasta cierto punto el desarrollo de materiales de ánodo de grafito. Es el principal problema a resolver urgentemente en el proceso de producción de materiales anódicos.
1. Situación actual y comparación del horno de grafitización negativa.
1.1 Horno de grafitización negativa Atchison
En el tipo de horno modificado basado en el horno de grafitización de electrodo tradicional Aitcheson, el horno original se carga con un crisol de grafito como portador del material del electrodo negativo (el crisol se carga con materia prima carbonizada del electrodo negativo), el núcleo del horno se llena con calefacción. Material de resistencia, la capa exterior se rellena con material aislante y aislamiento de la pared del horno. Después de la electrificación, se genera una temperatura alta de 2800 ~ 3000 ℃ principalmente mediante el calentamiento del material de resistencia, y el material negativo en el crisol se calienta indirectamente para lograr el entintado de piedra de alta temperatura del material negativo.
1.2. Horno de grafitización de serie de calor interno.
El modelo del horno es una referencia al horno de grafitización en serie utilizado para la producción de electrodos de grafito, y varios crisoles de electrodos (cargados con material de electrodo negativo) están conectados en serie longitudinalmente. El crisol del electrodo es a la vez un portador y un cuerpo calefactor, y la corriente pasa a través del crisol del electrodo para generar alta temperatura y calentar directamente el material interno del electrodo negativo. El proceso de GRAPHItización no utiliza material de resistencia, lo que simplifica la operación del proceso de carga y horneado, y reduce la pérdida de almacenamiento de calor del material de resistencia, ahorrando consumo de energía.
1.3 Horno de grafitización tipo caja de rejilla
La aplicación número 1 está aumentando en los últimos años, se aprende lo principal: el horno de grafitización de la serie Acheson y las características tecnológicas concatenadas del horno de grafitización, el núcleo del horno que utiliza múltiples piezas de la estructura de la caja del material de la rejilla de la placa del ánodo, el material en el cátodo en la materia prima, a través de Toda la conexión ranurada entre la columna de la placa del ánodo es fija, cada contenedor, el uso del sello de la placa del ánodo con el mismo material. La columna y la placa de ánodo de la estructura de caja de material constituyen juntas el cuerpo calefactor. La electricidad fluye a través del electrodo del cabezal del horno hacia el cuerpo calefactor del núcleo del horno y la alta temperatura generada calienta directamente el material del ánodo en la caja para lograr el propósito de la grafitización.
1.4 Comparación de tres tipos de hornos de grafitización
El horno de grafitización en serie de calor interno sirve para calentar directamente el material calentando el electrodo de grafito hueco. El "calor Joule" producido por la corriente a través del crisol del electrodo se utiliza principalmente para calentar el material y el crisol. La velocidad de calentamiento es rápida, la distribución de temperatura es uniforme y la eficiencia térmica es mayor que la del horno Atchison tradicional con calentamiento de material de resistencia. El horno de grafitización de caja de rejilla aprovecha las ventajas del horno de grafitización en serie con calor interno y adopta la placa de ánodo precocida con un costo más bajo como cuerpo calefactor. En comparación con el horno de grafitización en serie, la capacidad de carga del horno de grafitización de caja de rejilla es mayor y el consumo de energía por unidad de producto se reduce en consecuencia.
2. Dirección de desarrollo del horno de grafitización negativa.
2. 1 Optimizar la estructura del muro perimetral
En la actualidad, la capa de aislamiento térmico de varios hornos de grafitización se rellena principalmente con negro de humo y coque de petróleo. Esta parte del material aislante durante la producción de oxidación a alta temperatura se quema, cada vez que se carga la necesidad de reemplazar o complementar un material aislante especial, el reemplazo del proceso de mal ambiente, alta intensidad de mano de obra.
Se puede considerar utilizar adobe especial para pared de mampostería de cemento de alta resistencia y alta temperatura, mejorar la resistencia general, garantizar la estabilidad de la pared en todo el ciclo de operación durante la deformación, sellar las uniones de ladrillos al mismo tiempo, evitar el exceso de aire a través de la pared de ladrillos. grietas y espacios en las juntas en el horno, reducen la pérdida por combustión por oxidación del material aislante y los materiales del ánodo;
El segundo es instalar la capa de aislamiento móvil general a granel que cuelga fuera de la pared del horno, como el uso de tableros de fibra de alta resistencia o tableros de silicato de calcio, la etapa de calentamiento desempeña un papel eficaz de sellado y aislamiento, la etapa fría es conveniente de quitar para enfriamiento rápido; En tercer lugar, el canal de ventilación se coloca en la parte inferior del horno y en la pared del horno. El canal de ventilación adopta la estructura de ladrillo de celosía prefabricada con la boca hembra del cinturón, mientras soporta la mampostería de cemento de alta temperatura y considera el enfriamiento por ventilación forzada en la fase fría.
2. 2 Optimizar la curva de suministro de energía mediante simulación numérica.
En la actualidad, la curva de suministro de energía del horno de grafitización de electrodo negativo se realiza de acuerdo con la experiencia, y el proceso de grafitización se ajusta manualmente en cualquier momento de acuerdo con la temperatura y las condiciones del horno, y no existe un estándar unificado. La optimización de la curva de calentamiento obviamente puede reducir el índice de consumo de energía y garantizar el funcionamiento seguro del horno. El MODELO NUMÉRICO DE alineación de agujas DEBE ESTABLECERSE por medios científicos de acuerdo con diversas condiciones de contorno y parámetros físicos, y se debe analizar la relación entre la corriente, el voltaje, la potencia total y la distribución de temperatura de la sección transversal en el proceso de grafitización, de manera que para formular la curva de calentamiento adecuada y ajustarla continuamente en la operación real. Por ejemplo, en la etapa inicial de la transmisión de potencia se utiliza la transmisión de alta potencia, luego se reduce rápidamente la potencia y luego se aumenta lentamente, la potencia y luego se reduce la potencia hasta el final de la potencia.
2. 3 Ampliar la vida útil del crisol y del cuerpo calefactor.
Además del consumo de energía, la vida útil del crisol y del calentador también determina directamente el coste de la grafitización negativa. Para el crisol de grafito y el cuerpo calefactor de grafito, el sistema de gestión de producción de carga, control razonable de la velocidad de calentamiento y enfriamiento, línea de producción automática del crisol, fortalecimiento del sellado para evitar la oxidación y otras medidas para aumentar los tiempos de reciclaje del crisol, reducen efectivamente el costo del grafito. entintado. Además de las medidas anteriores, la placa calefactora del horno de grafitización de caja de rejilla también se puede utilizar como material calefactor de ánodo precocido, electrodo o material carbonoso fijo con alta resistividad para ahorrar el costo de grafitización.
2.4 Control de gases de combustión y aprovechamiento del calor residual
Los gases de combustión generados durante la grafitización provienen principalmente de volátiles y productos de combustión de materiales anódicos, quema de carbono superficial, fugas de aire, etc. Al comienzo del arranque del horno, se escapan una gran cantidad de volátiles y polvo, el ambiente del taller es deficiente, la mayoría de las empresas no tienen medidas de tratamiento efectivas, este es el mayor problema que afecta la salud y seguridad ocupacional de los operadores en la producción de electrodos negativos. Se deben hacer más esfuerzos para considerar de manera integral la recolección y gestión efectiva de los gases de combustión y el polvo en el taller, y se deben tomar medidas de ventilación razonables para reducir la temperatura del taller y mejorar el ambiente de trabajo del taller de grafitización.
Después de que los gases de combustión se puedan recolectar a través del conducto de humos hacia la combustión mixta de la cámara de combustión, elimine la mayor parte del alquitrán y el polvo en los gases de combustión, se espera que la temperatura de los gases de combustión en la cámara de combustión sea superior a 800 ℃ y la El calor residual de los gases de combustión se puede recuperar a través de la caldera de vapor de calor residual o del intercambiador de calor de carcasa. La tecnología de incineración RTO utilizada en el tratamiento del humo del asfalto de carbono también se puede utilizar como referencia, y el gas de combustión del asfalto se calienta a 850 ~ 900 ℃. A través de la combustión del almacenamiento de calor, el asfalto y los componentes volátiles y otros hidrocarburos aromáticos policíclicos en los gases de combustión se oxidan y finalmente se descomponen en CO2 y H2O, y la eficiencia de purificación efectiva puede alcanzar más del 99%. El sistema tiene un funcionamiento estable y una alta tasa de funcionamiento.
2. 5 Horno vertical continuo de grafitización negativa
Los varios tipos de hornos de grafitización mencionados anteriormente son la estructura principal del horno para la producción de material de ánodo en China, el punto común es la producción periódica intermitente, la baja eficiencia térmica, la carga depende principalmente de la operación manual y el grado de automatización no es alto. Se puede desarrollar un horno de grafitización negativa continua vertical similar haciendo referencia al modelo de horno de calcinación de coque de petróleo y horno de cuba de calcinación de bauxita. El arco de resistencia se utiliza como fuente de calor de alta temperatura, el material se descarga continuamente por su propia gravedad y la estructura de enfriamiento por agua o gasificación convencional se usa para enfriar el material de alta temperatura en el área de salida y el sistema de transporte neumático de polvo. Se utiliza para descargar y alimentar el material fuera del horno. El tipo HORNO puede realizar una producción continua, la pérdida de almacenamiento de calor del cuerpo del horno se puede ignorar, por lo que la eficiencia térmica mejora significativamente, las ventajas de producción y consumo de energía son obvias y se puede realizar una operación completamente automática. Los principales problemas a resolver son la fluidez del polvo, la uniformidad del grado de grafitización, la seguridad, el control de la temperatura y el enfriamiento, etc. Se cree que con el desarrollo exitoso del horno a escala de producción industrial, se iniciará una revolución en el campo de la grafitización de electrodos negativos.
3 el lenguaje del nudo
El proceso químico del grafito es el mayor problema que afecta a los fabricantes de materiales de ánodo de baterías de litio. La razón fundamental es que todavía existen algunos problemas en el consumo de energía, el costo, la protección ambiental, el grado de automatización, la seguridad y otros aspectos del horno de grafitización periódica ampliamente utilizado. La tendencia futura de la industria es hacia el desarrollo de una estructura de hornos de producción continua de emisión totalmente automatizada y organizada, y el apoyo a instalaciones de procesos auxiliares maduras y confiables. En ese momento, los problemas de grafitización que afectan a las empresas mejorarán significativamente y la industria entrará en un período de desarrollo estable, impulsando el rápido desarrollo de nuevas industrias relacionadas con la energía.
Hora de publicación: 19-ago-2022