Uute energiaautode kiire arenguga kogu maailmas on liitiumakude anoodimaterjalide turunõudlus märkimisväärselt suurenenud. Statistika kohaselt plaanivad kaheksa suurimat liitiumakude anoodiettevõtet 2021. aastal laiendada oma tootmisvõimsust ligi miljoni tonnini. Grafitiseerimisel on anoodimaterjalide indeksile ja maksumusele suurim mõju. Hiinas on mitut tüüpi grafitiseerimisseadmeid, millel on suur energiatarve, suur reostus ja madal automatiseerimisaste, mis piirab teatud määral grafiitanoodmaterjalide arengut. See on peamine probleem, mis tuleb anoodimaterjalide tootmisprotsessis kiiresti lahendada.
1. Negatiivse grafitiseerimisahju praegune olukord ja võrdlus
1.1 Atchisoni negatiivse grafitiseerimise ahi
Traditsioonilisel elektroodiga Aitchesoni grafitiseerimisahjul põhinevas modifitseeritud ahjutüübis on algne ahi täidetud negatiivse elektroodi materjali kandjana grafiittiigliga (tiigel on täidetud karboniseeritud negatiivse elektroodi toorainega), ahju südamik on täidetud kuumuskindla materjaliga, välimine kiht on täidetud isolatsioonimaterjali ja ahju seina isolatsiooniga. Pärast elektrifitseerimist tekib takisti materjali kuumutamise teel kõrge temperatuur 2800–3000 ℃ ja tiiglis olevat negatiivset materjali kuumutatakse kaudselt, et saavutada negatiivse materjali kõrge temperatuuriga kivist tindimine.
1.2. Sisemise kuumusega seeria grafitiseerimisahi
Ahju mudel viitab grafiitelektroodide tootmiseks kasutatavale järjestikusele grafitiseerimisahjule, kus mitu negatiivse elektroodi materjaliga täidetud elektrooditiiglit on pikisuunas järjestikku ühendatud. Elektrooditiigel toimib nii kandja kui ka küttekehana ning vool läbib elektrooditiiglit, tekitades kõrge temperatuuri ja kuumutades otse sisemist negatiivse elektroodi materjali. GRAPHItiseerimisprotsess ei kasuta takistusmaterjali, mis lihtsustab laadimise ja küpsetamise protsessi ning vähendab takistusmaterjali soojuskadu, säästes energiatarbimist.
1.3 Võrekarbi tüüpi grafitiseerimisahi
Viimastel aastatel on rakenduse nr 1 populaarsus kasvanud. Peamised omadused on seotud Achesoni seeria grafitiseerimisahju ja liittehnoloogiaga. Ahju südamikus kasutatakse mitut anoodplaadi tükki, mis on valmistatud kastist ja materjalist. Materjal juhitakse katoodi sisse toormaterjalina. Anoodplaadi kolonnid on fikseeritud piluühenduse kaudu. Iga konteiner on anoodplaadiga tihendatud sama materjaliga. Kolonn ja anoodplaat moodustavad koos kasti struktuuriga küttekeha. Elekter voolab läbi ahjupea elektroodi ahju südamiku küttekehasse ja tekkiv kõrge temperatuur kuumutab otse karbis olevat anoodimaterjali, et saavutada grafitiseerimise eesmärk.
1.4 Kolme grafitiseerimisahju tüübi võrdlus
Sisemise kuumusega seeriagrafitiseerimisahju eesmärk on materjali otsene kuumutamine õõnsa grafiitelektroodi kuumutamise teel. Elektrooditiigli läbiva voolu tekitatud "džauli soojust" kasutatakse peamiselt materjali ja tiigli kuumutamiseks. Kuumutamiskiirus on kiire, temperatuurijaotus ühtlane ja termiline efektiivsus on kõrgem kui traditsioonilisel takistusliku materjaliküttega Atchisoni ahjul. Võrk-kastiga grafitiseerimisahi kasutab ära sisemise kuumusega seeriagrafitiseerimisahju eeliseid ja kasutab küttekehana odavamat eelküpsetatud anoodplaati. Võrk-kastiga grafitiseerimisahju kandevõime on suurem ja vastavalt väheneb energiatarve tooteühiku kohta.
2. Negatiivse grafitiseerimisahju arendussuund
2. 1 Optimeerige perimeetri seina konstruktsiooni
Praegu on mitme grafitiseerimisahju soojusisolatsioonikiht peamiselt täidetud süsinikmusta ja naftakoksiga. See isolatsioonimaterjali osa kõrgel temperatuuril oksüdeeruva põlemise ajal vajab iga kord laadimisel asendamist või täiendamist spetsiaalse isolatsioonimaterjaliga, mis on ebasoodne keskkond ja töömahukas protsess.
Võib kaaluda spetsiaalse ülitugeva ja kõrge temperatuuritaluvusega tsemendimüüritise kasutamist, et suurendada üldist tugevust, tagada seina stabiilsus deformatsiooni korral kogu töötsükli jooksul, tihendada telliskiviühendusi, vältida liigset õhu sattumist telliskiviseina pragudesse ja vuugivahedesse ahju, vähendades isolatsioonimaterjali ja anoodimaterjali oksüdatsioonipõletuskadu;
Teine on paigaldada ahju seina välisküljele üldine mobiilne isolatsioonikiht, näiteks kasutades ülitugevat puitkiudplaati või kaltsiumsilikaatplaati. Kuumutusastmel on tõhus tihendus- ja isolatsioonifunktsioon ning külmastme eemaldamine on kiireks jahutamiseks mugav. Kolmandaks paigaldatakse ventilatsioonikanal ahju põhja ja ahju seina. Ventilatsioonikanal on valmistatud tehases valmistatud võrekujulistest telliskividest, millel on lindi sisemine ava, toetades samal ajal kõrge temperatuuriga tsemendimüüritist ja arvestades sundventilatsiooniga jahutust külmas faasis.
2.2 Optimeerige toiteallika kõverat numbrilise simulatsiooni abil
Praegu koostatakse negatiivse elektroodiga grafitiseerimisahju toitekõver kogemuste põhjal ning grafitiseerimisprotsessi saab käsitsi igal ajal vastavalt temperatuurile ja ahju seisukorrale reguleerida ning ühtset standardit pole. Kuumutuskõvera optimeerimine võib ilmselgelt vähendada energiatarbimise indeksit ja tagada ahju ohutu töö. Nõelte joondamise numbriline mudel tuleks teaduslikult välja töötada vastavalt erinevatele piiritingimustele ja füüsikalistele parameetritele ning analüüsida voolu, pinge, koguvõimsuse ja ristlõike temperatuurijaotuse vahelist seost grafitiseerimisprotsessis, et koostada sobiv kuumutuskõver ja seda tegeliku töö käigus pidevalt reguleerida. Näiteks suure võimsusega ülekande puhul vähendatakse võimsust kiiresti ja seejärel aeglaselt, suurendatakse võimsust ja seejärel vähendatakse võimsust kuni võimsuse lõpuni.
2. 3 Pikendage tiigli ja küttekeha kasutusiga
Lisaks energiatarbimisele määrab negatiivse grafitiseerimise maksumuse otseselt ka tiigli ja küttekeha eluiga. Grafiittiigli ja grafiidist küttekeha puhul on grafiidivärvimise kulude vähendamiseks oluline tootmise juhtimissüsteem (laadimine, kütte- ja jahutuskiiruse mõistlik kontroll, automaatne tiigli tootmisliin, oksüdeerumise vältimiseks tihenduse tugevdamine ja muud meetmed tiigli ringlussevõtu aja pikendamiseks. Lisaks ülaltoodule saab grafitiseerimiskulusid vähendada ka võrega kastiga grafitiseerimisahju kütteplaadi abil eelküpsetatud anoodi, elektroodi või fikseeritud süsinikmaterjali küttematerjalina, millel on kõrge takistus.
2.4 Suitsugaaside kontroll ja jääksoojuse kasutamine
Grafitiseerimise käigus tekkiv suitsugaas pärineb peamiselt anoodimaterjalide lenduvatest ainetest ja põlemisproduktidest, pinna süsiniku põlemisest, õhulekkest jne. Ahju käivitamise alguses pääseb välja suur hulk lenduvaid aineid ja tolmu, töökoja keskkond on halb ja enamikul ettevõtetel puuduvad tõhusad puhastusmeetmed. See on negatiivsete elektroodide tootmisel operaatorite töötervishoidu ja tööohutust mõjutav suurim probleem. Töökojas tuleks teha rohkem pingutusi suitsugaaside ja tolmu tõhusa kogumise ja käitlemise põhjalikuks kaalumiseks ning võtta mõistlikke ventilatsioonimeetmeid töökoja temperatuuri alandamiseks ja grafitiseerimise töökeskkonna parandamiseks.
Pärast seda, kui suitsugaas on korstna kaudu kogutud põlemiskambrisse segapõlemise käigus, eemaldades suurema osa tõrvast ja tolmust suitsugaasides, on oodata, et suitsugaasi temperatuur põlemiskambris on üle 800 ℃ ning suitsugaaside jääksoojust saab taaskasutada jääksoojuse aurukatla või kestsoojusvaheti kaudu. Võrdluseks saab kasutada ka süsinikasfaldi suitsu töötlemisel kasutatavat RTO põletamise tehnoloogiat ning asfaltsuitsugaasi kuumutatakse temperatuurini 850–900 ℃. Soojuse salvestamise põlemise käigus oksüdeeritakse suitsugaasides sisalduv asfalt ja lenduvad komponendid ning muud polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud ning lagunevad lõpuks CO2-ks ja H2O-ks ning efektiivne puhastustõhusus võib ulatuda üle 99%. Süsteemil on stabiilne töö ja kõrge töökiirus.
2. 5 Vertikaalne pidev negatiivne grafitiseerimisahi
Eespool mainitud mitut tüüpi grafitiseerimisahjud on Hiinas anoodimaterjalide tootmise peamised ahjustruktuurid, mille ühiseks jooneks on perioodiline katkendlik tootmine, madal termiline efektiivsus, laadimine toimub peamiselt käsitsi ja automatiseerimise aste pole kõrge. Sarnase vertikaalse pideva negatiivse grafitiseerimisahju saab välja töötada naftakoksi kaltsineerimisahju ja boksiidi kaltsineerimisšahtahju mudeli põhjal. Kõrge temperatuuriga soojusallikana kasutatakse takistuslikku kaarleegi, materjali juhitakse pidevalt välja oma raskusjõu mõjul ning tavapärast vesijahutust või gaasistamisjahutusstruktuuri kasutatakse kõrge temperatuuriga materjali jahutamiseks väljalaskepiirkonnas ja pulbri pneumaatilist konveierisüsteemi kasutatakse materjali väljastamiseks ja etteandmiseks ahjust välja. AHJU tüüp võimaldab pidevat tootmist, ahju korpuse soojuskadu saab ignoreerida, seega paraneb termiline efektiivsus märkimisväärselt, väljundi ja energiatarbimise eelised on ilmsed ning täisautomaatne töö on täielikult teostatav. Peamised lahendamist vajavad probleemid on pulbri voolavus, grafitiseerimisastme ühtlus, ohutus, temperatuuri jälgimine ja jahutamine jne. Arvatakse, et ahju edukas arendamine tööstusliku tootmise laiendamiseks käivitab revolutsiooni negatiivsete elektroodide grafitiseerimise valdkonnas.
3 sõlmekeel
Grafiidi keemiline protsess on liitiumakude anoodimaterjalide tootjaid vaevav suurim probleem. Peamine põhjus on see, et laialdaselt kasutatava perioodilise grafitiseerimisahju energiatarbimise, kulude, keskkonnakaitse, automatiseerimise taseme, ohutuse ja muude aspektidega on endiselt probleeme. Tööstuse tulevikutrend on täielikult automatiseeritud ja organiseeritud emissiooniga pideva tootmise ahjustruktuuri arendamine ning küpsete ja usaldusväärsete abiprotsesside toetamine. Sel ajal paranevad ettevõtteid vaevavad grafitiseerimisprobleemid märkimisväärselt ja tööstus siseneb stabiilse arengu perioodi, mis soodustab uute energiaga seotud tööstusharude kiiret arengut.
Postituse aeg: 19. august 2022