สถานการณ์ปัจจุบันและทิศทางของเทคโนโลยีการสร้างกราฟเชิงลบ

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของรถยนต์พลังงานใหม่ทั่วโลก ความต้องการของตลาดสำหรับวัสดุขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก ตามสถิติในปี 2564 บริษัทแอโนดแบตเตอรี่ลิเธียมชั้นนำแปดอันดับแรกของอุตสาหกรรมวางแผนที่จะขยายกำลังการผลิตเป็นเกือบหนึ่งล้านตัน การสร้างกราฟฟิติเซชันมีผลกระทบมากที่สุดต่อดัชนีและต้นทุนของวัสดุแอโนด อุปกรณ์สร้างกราฟในจีนมีหลายประเภท ได้แก่ การใช้พลังงานสูง มลภาวะหนัก และระบบอัตโนมัติในระดับต่ำ ซึ่งจำกัดการพัฒนาวัสดุแอโนดกราไฟท์ในระดับหนึ่ง เป็นปัญหาหลักที่ต้องแก้ไขอย่างเร่งด่วนในกระบวนการผลิตวัสดุแอโนด

1. สถานการณ์ปัจจุบันและการเปรียบเทียบเตาสร้างกราฟฟิติเซชันเชิงลบ

1.1 เตากราฟิคเนกาทีฟเชิงลบของ Atchison

ในประเภทเตาดัดแปลงที่ใช้เตากราฟิเซชันของเตา Aitcheson แบบอิเล็กโทรดแบบดั้งเดิม เตาเดิมจะถูกโหลดด้วยเบ้าหลอมกราไฟท์เป็นตัวพาของวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ (เบ้าหลอมถูกโหลดด้วยวัตถุดิบอิเล็กโทรดเชิงลบแบบคาร์บอน) แกนเตาจะเต็มไปด้วยความร้อน วัสดุต้านทานชั้นนอกเต็มไปด้วยวัสดุฉนวนและฉนวนผนังเตา หลังจากการใช้พลังงานไฟฟ้า อุณหภูมิสูงที่ 2,800 ~ 3,000 ℃ ส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นโดยการให้ความร้อนของวัสดุตัวต้านทาน และวัสดุเชิงลบในเบ้าหลอมจะถูกให้ความร้อนทางอ้อมเพื่อให้ได้หมึกที่มีอุณหภูมิสูงของวัสดุเชิงลบ

1.2. เตากราฟิคแบบความร้อนภายใน

แบบจำลองเตาหลอมเป็นการอ้างอิงถึงเตาเผากราไฟท์แบบอนุกรมที่ใช้สำหรับการผลิตอิเล็กโทรดกราไฟท์ และเบ้าหลอมอิเล็กโทรดหลายอัน (ที่โหลดด้วยวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ) เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมตามยาว เบ้าหลอมอิเล็กโทรดเป็นทั้งตัวพาและตัวทำความร้อน และกระแสไหลผ่านเบ้าหลอมอิเล็กโทรดเพื่อสร้างอุณหภูมิสูงและให้ความร้อนโดยตรงแก่วัสดุอิเล็กโทรดลบภายใน กระบวนการสร้างกราฟิกไม่ใช้วัสดุต้านทาน ทำให้กระบวนการโหลดและการอบง่ายขึ้น และลดการสูญเสียความร้อนจากการจัดเก็บของวัสดุต้านทาน ช่วยประหยัดพลังงาน

1.3 เตากราไฟท์ชนิดกล่องกริด

แอปพลิเคชั่นอันดับ 1 เพิ่มขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การเรียนรู้หลักคือการเรียนรู้เตาสร้างกราฟิติเซชั่นแบบอะซอนและลักษณะเทคโนโลยีที่ต่อกันของเตากราฟิติง แกนเตาที่ใช้โครงสร้างกล่องวัสดุกริดแผ่นแอโนดหลายชิ้น วัสดุในแคโทดในวัตถุดิบ ผ่าน การเชื่อมต่อแบบ slotted ทั้งหมดระหว่างคอลัมน์แผ่นขั้วบวกได้รับการแก้ไข แต่ละภาชนะ การใช้แผ่นปิดผนึกขั้วบวกด้วยวัสดุเดียวกัน คอลัมน์และแผ่นขั้วบวกของโครงสร้างกล่องวัสดุประกอบกันเป็นตัวทำความร้อน กระแสไฟฟ้าไหลผ่านอิเล็กโทรดของหัวเตาเข้าไปในตัวทำความร้อนของแกนเตา และอุณหภูมิสูงที่สร้างขึ้นจะทำให้วัสดุแอโนดในกล่องร้อนโดยตรงเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ของการสร้างกราฟ

1.4 การเปรียบเทียบเตาสร้างกราฟิเซชันสามประเภท

เตากราไฟท์ซีรีส์ความร้อนภายในคือการให้ความร้อนแก่วัสดุโดยตรงโดยการให้ความร้อนแก่อิเล็กโทรดกราไฟท์กลวง “ความร้อนจูล” ที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าผ่านเบ้าหลอมอิเล็กโทรดส่วนใหญ่จะใช้เพื่อทำความร้อนให้กับวัสดุและเบ้าหลอม ความเร็วในการทำความร้อนรวดเร็ว การกระจายอุณหภูมิสม่ำเสมอ และประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงกว่าเตา Atchison แบบดั้งเดิมที่มีการทำความร้อนด้วยวัสดุต้านทาน เตาสร้างกราฟิติเซชันแบบกล่องกริดใช้ข้อดีของเตาสร้างกราฟิติเซชันแบบอนุกรมความร้อนภายใน และใช้แผ่นแอโนดที่อบไว้ล่วงหน้าซึ่งมีต้นทุนต่ำกว่าเป็นตัวทำความร้อน เมื่อเปรียบเทียบกับเตาสร้างกราฟิติเซชันแบบอนุกรม ความสามารถในการรับน้ำหนักของเตาสร้างกราฟิติเซชันแบบกล่องกริดนั้นใหญ่กว่า และการใช้พลังงานต่อหน่วยผลิตภัณฑ์ก็ลดลงตามไปด้วย

2. ทิศทางการพัฒนาเตากราไฟท์เชิงลบ

2.1 ปรับโครงสร้างผนังปริมณฑลให้เหมาะสม

ปัจจุบันชั้นฉนวนกันความร้อนของเตากราไฟท์หลายตัวส่วนใหญ่เต็มไปด้วยคาร์บอนแบล็คและโค้กปิโตรเลียม ส่วนหนึ่งของวัสดุฉนวนนี้ในระหว่างการผลิตการเผาไหม้ออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง แต่ละครั้งที่ต้องโหลดออกจากความจำเป็นในการเปลี่ยนหรือเสริมวัสดุฉนวนพิเศษ การเปลี่ยนกระบวนการของสภาพแวดล้อมที่ไม่ดี ความเข้มของแรงงานสูง

พิจารณา ก คือ การใช้อะโดบีแท่งผนังก่ออิฐฉาบปูนซีเมนต์ที่มีความแข็งแรงสูงพิเศษและมีอุณหภูมิสูง เพิ่มความแข็งแรงโดยรวม ทำให้ผนังมีเสถียรภาพตลอดวงจรการทำงานในการเสียรูป ปิดผนึกตะเข็บอิฐในเวลาเดียวกัน ป้องกันอากาศส่วนเกิน ผ่านผนังอิฐ รอยแตกและช่องว่างรอยต่อในเตาเผา ลดการสูญเสียการเผาไหม้ออกซิเดชันของวัสดุฉนวนและวัสดุขั้วบวก

ประการที่สองคือการติดตั้งชั้นฉนวนเคลื่อนที่โดยรวมจำนวนมากที่แขวนอยู่นอกผนังเตาเผา เช่นการใช้แผ่นใยไม้อัดความแข็งแรงสูงหรือแผ่นแคลเซียมซิลิเกต ขั้นตอนการทำความร้อนมีบทบาทในการปิดผนึกและฉนวนที่มีประสิทธิภาพ เวทีเย็นสะดวกในการถอดออก ระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว ประการที่สาม ช่องระบายอากาศตั้งอยู่ที่ด้านล่างของเตาเผาและผนังเตาเผา ช่องระบายอากาศใช้โครงสร้างอิฐขัดแตะสำเร็จรูปที่มีปากตัวเมียของสายพาน ขณะเดียวกันก็รองรับการก่ออิฐซีเมนต์อุณหภูมิสูง และพิจารณาการระบายความร้อนแบบบังคับในช่วงเย็น

2. 2 ปรับเส้นโค้งแหล่งจ่ายไฟให้เหมาะสมโดยการจำลองเชิงตัวเลข

ปัจจุบันเส้นโค้งการจ่ายไฟของเตาสร้างกราฟอิเล็กโทรดเชิงลบนั้นถูกสร้างขึ้นตามประสบการณ์และกระบวนการสร้างกราฟจะถูกปรับด้วยตนเองตลอดเวลาตามอุณหภูมิและสภาพของเตาเผา และไม่มีมาตรฐานแบบครบวงจร การปรับกราฟความร้อนให้เหมาะสมสามารถลดดัชนีการใช้พลังงานได้อย่างเห็นได้ชัด และรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยของเตาเผา รูปแบบเชิงตัวเลขของการจัดตำแหน่งเข็มควรถูกกำหนดโดยวิธีการทางวิทยาศาสตร์ตามเงื่อนไขขอบเขตและพารามิเตอร์ทางกายภาพต่างๆ และควรวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างกระแส แรงดันไฟฟ้า กำลังทั้งหมด และการกระจายอุณหภูมิของหน้าตัดในกระบวนการ grapHItization ดังนั้น เพื่อกำหนดกราฟความร้อนที่เหมาะสมและปรับใช้งานจริงอย่างต่อเนื่อง เช่นในระยะแรกของการส่งกำลังคือการใช้การส่งกำลังสูงแล้วลดกำลังลงอย่างรวดเร็วแล้วค่อย ๆ เพิ่มกำลังแล้วลดกำลังลงจนสุดกำลัง

2. 3 ยืดอายุการใช้งานของเบ้าหลอมและตัวทำความร้อน

นอกเหนือจากการใช้พลังงานแล้ว อายุการใช้งานของเบ้าหลอมและเครื่องทำความร้อนยังเป็นตัวกำหนดต้นทุนของการสร้างกราฟติดลบโดยตรงอีกด้วย สำหรับเบ้าหลอมกราไฟท์และตัวทำความร้อนด้วยกราไฟท์ ระบบการจัดการการผลิตในการบรรทุกออก การควบคุมอัตราการทำความร้อนและความเย็นที่เหมาะสม สายการผลิตเบ้าหลอมอัตโนมัติ เสริมสร้างการปิดผนึกเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน และมาตรการอื่น ๆ เพื่อเพิ่มเวลาการรีไซเคิลเบ้าหลอม ลดต้นทุนของกราไฟท์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ หมึก นอกเหนือจากมาตรการข้างต้นแล้ว แผ่นทำความร้อนของเตาสร้างกราไฟต์แบบกล่องกริดยังสามารถใช้เป็นวัสดุทำความร้อนของแอโนด อิเล็กโทรด หรือวัสดุคาร์บอนคงที่ที่อบไว้ล่วงหน้าซึ่งมีความต้านทานสูงเพื่อประหยัดต้นทุนการสร้างกราฟ

2.4 การควบคุมก๊าซไอเสียและการใช้ความร้อนเหลือทิ้ง

ก๊าซหุงต้มที่เกิดขึ้นระหว่างการทำกราฟิติเซชั่นส่วนใหญ่มาจากสารระเหยและการเผาไหม้ของวัสดุแอโนด การเผาไหม้คาร์บอนที่พื้นผิว การรั่วไหลของอากาศ และอื่นๆ ในช่วงเริ่มต้นของการเริ่มต้นเตาเผา สารระเหยและฝุ่นหลบหนีเป็นจำนวนมาก สภาพแวดล้อมการประชุมเชิงปฏิบัติการไม่ดี องค์กรส่วนใหญ่ไม่มีมาตรการรักษาที่มีประสิทธิภาพ นี่เป็นปัญหาที่ใหญ่ที่สุดที่ส่งผลต่ออาชีวอนามัยและความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงานในการผลิตขั้วลบ ควรมีความพยายามมากขึ้นในการพิจารณาการรวบรวมและการจัดการก๊าซไอเสียและฝุ่นในเวิร์คช็อปอย่างมีประสิทธิภาพ และควรใช้มาตรการระบายอากาศที่เหมาะสมเพื่อลดอุณหภูมิของเวิร์กช็อปและปรับปรุงสภาพแวดล้อมการทำงานของเวิร์กช็อปการสร้างกราฟ

หลังจากที่ก๊าซไอเสียสามารถรวบรวมผ่านปล่องควันเข้าไปในห้องเผาไหม้การเผาไหม้แบบผสม กำจัดน้ำมันดินและฝุ่นส่วนใหญ่ในก๊าซไอเสีย คาดว่าอุณหภูมิของก๊าซไอเสียในห้องเผาไหม้จะสูงกว่า 800 ℃ และ ความร้อนทิ้งของก๊าซไอเสียสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ผ่านทางหม้อต้มไอน้ำความร้อนเหลือทิ้งหรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากเปลือก เทคโนโลยีการเผา RTO ที่ใช้ในการบำบัดควันแอสฟัลต์คาร์บอนสามารถใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงได้ และก๊าซไอเสียแอสฟัลต์จะถูกให้ความร้อนถึง 850 ~ 900°C ด้วยการเผาไหม้ที่เก็บความร้อน แอสฟัลต์และส่วนประกอบที่ระเหยได้ รวมถึงโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ ในก๊าซไอเสียจะถูกออกซิไดซ์และสลายตัวในที่สุดเป็น CO2 และ H2O และประสิทธิภาพการทำให้บริสุทธิ์ที่มีประสิทธิภาพสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 99% ระบบมีการทำงานที่มั่นคงและมีอัตราการทำงานสูง

2. 5 เตากราไฟท์เชิงลบแบบต่อเนื่องในแนวตั้ง

เตากราไฟท์หลายชนิดที่กล่าวมาข้างต้นเป็นโครงสร้างเตาหลักของการผลิตวัสดุแอโนดในประเทศจีน จุดทั่วไปคือการผลิตเป็นระยะ ๆ ประสิทธิภาพเชิงความร้อนต่ำ การโหลดออกส่วนใหญ่อาศัยการดำเนินการด้วยตนเอง ระดับของระบบอัตโนมัติไม่สูง เตากราไฟท์เชิงลบต่อเนื่องในแนวตั้งที่คล้ายกันสามารถพัฒนาได้โดยอ้างอิงถึงแบบจำลองของเตาเผาโค้กปิโตรเลียมและเตาเพลาเผาแร่บอกไซต์ ความต้านทาน ARC ใช้เป็นแหล่งความร้อนที่อุณหภูมิสูง วัสดุถูกปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องด้วยแรงโน้มถ่วงของมันเอง และโครงสร้างการทำความเย็นด้วยน้ำหรือโครงสร้างการทำความเย็นแบบแก๊สซิฟิเคชั่นแบบธรรมดานั้นใช้ในการทำความเย็นวัสดุที่มีอุณหภูมิสูงในบริเวณทางออก และระบบลำเลียงแบบผงนิวแมติก ใช้เพื่อระบายและป้อนวัสดุนอกเตาเผา ประเภท FURNACE สามารถผลิตได้อย่างต่อเนื่อง โดยสามารถละเว้นการสูญเสียความร้อนจากการจัดเก็บความร้อนของตัวเตาได้ ดังนั้นประสิทธิภาพเชิงความร้อนจึงได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ ข้อดีด้านผลผลิตและการใช้พลังงานจึงชัดเจน และสามารถดำเนินการอัตโนมัติเต็มรูปแบบได้อย่างเต็มที่ ปัญหาหลักที่ต้องแก้ไขคือความลื่นไหลของผง ความสม่ำเสมอของระดับกราฟิเซชัน ความปลอดภัย การตรวจสอบอุณหภูมิและการทำความเย็น ฯลฯ เชื่อกันว่าด้วยความสำเร็จในการพัฒนาเตาเผาเพื่อขยายขนาดการผลิตทางอุตสาหกรรม จะทำให้เกิดการปฏิวัติใน สาขาการสร้างกราฟอิเล็กโทรดเชิงลบ

3 ภาษาปม

กระบวนการทางเคมีของกราไฟท์เป็นปัญหาใหญ่ที่สุดที่สร้างปัญหาให้กับผู้ผลิตวัสดุขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียม เหตุผลพื้นฐานคือยังคงมีปัญหาบางประการเกี่ยวกับการใช้พลังงาน ต้นทุน การคุ้มครองสิ่งแวดล้อม ระดับอัตโนมัติ ความปลอดภัย และด้านอื่น ๆ ของเตาสร้างกราฟฟิติเซชันเป็นระยะที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย แนวโน้มในอนาคตของอุตสาหกรรมคือการพัฒนาโครงสร้างเตาเผาการผลิตต่อเนื่องแบบปล่อยก๊าซเรือนกระจกแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบและสนับสนุนโรงงานกระบวนการเสริมที่ครบกำหนดและเชื่อถือได้ ในเวลานั้น ปัญหาการสร้างกราฟที่สร้างความเสียหายให้กับองค์กรต่างๆ จะได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ และอุตสาหกรรมจะเข้าสู่ช่วงเวลาของการพัฒนาที่มั่นคง ส่งเสริมการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับพลังงานใหม่