Processo di grafitizzazione del materiale anodico

2025-03-26

1. grafitizzazione

Il processo di grafitizzazione è un processo in cui il materiale carbonioso viene riscaldato a 2300~3000 ℃ sfruttando il calore di resistenza, in modo che il carbonio amorfo con una struttura a strati caotica venga trasformato nella struttura cristallina dell'inchiostro di pietra ordinato. L'energia della trasformazione della struttura cristallina del grafite e del riarrangiamento atomico proviene dal trattamento termico ad alta temperatura. Con l'aumento della temperatura di trattamento termico, lo spazio tra gli strati di grafite diminuisce gradualmente, generalmente tra 0,343 nm e 0,346 nm. Il cambiamento è significativo quando la temperatura raggiunge i 2500 ℃ e rallenta gradualmente quando la temperatura raggiunge i 3000 ℃, fino al completamento dell'intero processo di grafitizzazione. Il materiale anodo in grafite artificiale viene trasformato con successo in struttura di grafite attraverso il trattamento ad alta temperatura di grafitizzazione e ha la corrispondente funzione di anodo per batterie al litio.

2. Tipo di forno principale e processo di grafitizzazione del materiale anodo

Attualmente, i tipi di forno utilizzati nel processo di grafitizzazione del materiale anodo includono principalmente il forno di grafitizzazione Acheson, il forno di grafitizzazione a serie interna, il forno di grafitizzazione a scatola e il forno di grafitizzazione continuo, tra cui il più comunemente usato è il forno di grafitizzazione Acheson, mentre un numero ridotto di forni di grafitizzazione a serie interna viene utilizzato. I forni di grafitizzazione a scatola e quelli continui sono nuovi tipi di forno sviluppati negli ultimi anni. Il forno di grafitizzazione a scatola si sviluppa rapidamente, principalmente attraverso la ristrutturazione del forno Atchison e la parziale costruzione ex novo. Il forno di grafitizzazione continuo è di recente costruzione e ancora in fase di testing, il suo tipo di forno e processo non sono completamente maturi, e ci vorrà del tempo affinché venga utilizzato ampiamente.

Il forno Atchison consiste nel posizionare il materiale anodo di carbonio nel crogiolo a foro singolo (crogiolo a 1 foro), e poi il crogiolo viene caricato nel forno di grafitizzazione e il materiale di resistenza viene installato tra le resistenze, mentre i lati e il coperchio superiore vengono riempiti con materiale isolante per completare la grafitizzazione tramite trasmissione elettrica. Il forno di grafitizzazione a serie interna consiste nel posizionare il materiale anodo di carbonio nel crogiolo poroso (crogiolo a 9 fori), e poi il crogiolo viene collegato a fine in fondo nel forno di grafite attraverso modalità di collegamento a serie, e i lati e il coperchio superiore vengono caricati con materiali isolanti per completare la grafitizzazione tramite trasmissione elettrica. Il forno di grafitizzazione a scatola consiste nel caricare il materiale negativo di carbonio direttamente in una grande scatola installata in anticipo con una piastra di carbonio o una piastra di grafite, e aggiungere una piastra di copertura di carbonio o grafite come resistenza, con il materiale di isolamento termico inserito sopra e sui lati per la grafitizzazione tramite trasmissione elettrica. Il forno di grafitizzazione continuo serve ad aggiungere continuamente il materiale anodo di carbonio nella camera del forno di grafitizzazione, dopodiché avviene il raffreddamento e lo scarico dopo la grafitizzazione ad alta temperatura.

3. Punti tecnici chiave nel processo di grafitizzazione dei forni

Il processo di lavorazione dei materiali per anodi è principalmente diviso in due collegamenti chiave, granulazione e grafitizzazione, e entrambi hanno alti barriere tecniche. I materiali per anodi mediante grafitizzazione possono migliorare significativamente la capacità specifica dei materiali per anodi, il primo effetto, superficie specifica, densità di compattazione, conducibilità, stabilità chimica, come indici di prestazione, quindi controllare e padroneggiare una buona tecnologia di grafitizzazione è un approccio importante per garantire la qualità dei materiali per anodi, poiché la tecnologia del forno a box e del forno per grafitizzazione continua non è completamente matura. I seguenti punti si concentrano sul forno Acheson e sul processo del forno per grafitizzazione a serie interna.

3.1 Carico del forno Acheson e forno a serie interna (crogiolo)

3.1.1 Collocazione dei volatili durante il carico del forno

Quando la temperatura nel forno di grafitizzazione sale a 200~1.000 ℃, un gran numero di volatili verrà rilasciato dall'elettrodo negativo nel forno. Se i volatili non possono essere espulsi in tempo, ciò potrebbe portare all'accumulo di volatili, il che causerebbe un incidente di sicurezza del forno di spruzzatura. Quando un gran numero di volatili sfugge, la combustione dei volatili non è sufficiente, producendo una grande quantità di fumi neri, risultando in inquinamento ambientale o incidenti ambientali. Pertanto, i seguenti punti devono essere presi in considerazione durante il carico del forno:

(1) Quando si installa l'elettrodo negativo nel forno, è necessario effettuare una ragionevole collocazione in base al livello di contenuto dei volatili per evitare concentrazioni eccessive e accumulo di parti ad alta volatilitá nel processo di trasmissione della potenza;

(2) Dovrebbero essere impostati adeguati fori d'aria sulla parte superiore del materiale isolante per consentire una fuga efficace;

(3) Quando si progetta la curva di alimentazione, è necessario tenere pienamente conto di rallentare la curva in modo appropriato nella fase di scarico concentrato dei volatili, in modo che i volatili possano essere espulsi lentamente e bruciati completamente;

(4) Selezionare ragionevolmente i materiali ausiliari, assicurandosi che la composizione della dimensione delle particelle ausiliarie riduca la quantità di polvere di 0~1 mm nei materiali ausiliari, generalmente meno del 10%.

3.1.2 La resistenza del forno deve essere uniforme durante il carico

Quando l'elettrodo negativo e il materiale di resistenza non sono distribuiti uniformemente nel forno, la corrente fluirà dal punto con bassa resistenza, e si verificherà il fenomeno della corrente di polarizzazione, influenzando l'effetto di grafitizzazione dell'intero elettrodo negativo del forno. Pertanto, i seguenti punti necessitano di attenzione durante il carico del forno:

(1) Durante il caricamento del forno, il materiale di resistenza deve essere scaricato dalla testa della camera del forno alla linea lunga della coda della camera del forno per evitare la concentrazione di piccole o grandi particelle;

(2) l'antico e il nuovo crogiolo introdotti nello stesso forno devono essere anche ragionevolmente collocati, evitando il fenomeno in cui un nuovo crogiolo si sovrappone a uno strato e un vecchio crogiolo a un altro strato;

(3) Evitare il materiale di resistenza esposto nel materiale della parete laterale.

3.2 Fornitura di energia del forno Acheson e del forno a serie interna

3.2.1 Base per la formulazione della curva di potenza del materiale anodico durante la trasmissione di potenza

Secondo i diversi requisiti di qualità del materiale catodico, può essere suddiviso in materiale a bassa temperatura (2.800 ℃), materiale a temperatura media (2.950 ℃), materiale ad alta temperatura (3.000 ℃), ma il processo di trattamento ad alta temperatura di grafitizzazione è generalmente compreso tra 2.250 ℃ e 3.000 ℃. Per fare in modo che tutte le posizioni nel forno raggiungano la temperatura richiesta, è necessario mantenere il processo ad alta temperatura per un certo periodo di tempo. Per garantire l'uniformità della temperatura nel forno, di solito a causa del diverso tipo di forno, è necessario mantenere tempi diversi, in generale il mantenimento ad alta temperatura è di 6~30 ore, nel processo di trasmissione di potenza per prevenire il rimbalzo della resistenza del forno è necessario mantenere 3~6 ore. La situazione specifica deve essere esplorata e formulata in base ai seguenti punti tecnici.

(1) Selezionare diverse curve di riscaldamento in base al nucleo del forno, materiale anodico, materiale di resistenza, crogiolo, quantità di carico del forno, ecc.;

(2) Dovrebbero essere selezionate curve diverse in base ai volatili dei materiali anodici e dei materiali di resistenza nel forno. Se i volatili sono elevati, dovrebbe essere selezionata una curva di riscaldamento più lenta; altrimenti, dovrebbe essere selezionata una più veloce;

(3) Quando il contenuto di ceneri del materiale anodico e del materiale di resistenza nel forno è elevato o il materiale anodico è relativamente difficile da grafitizzare, il tempo di trasmissione di potenza dovrebbe essere appropriamente esteso.

3.2.2 Processo di trasmissione di potenza del materiale anodico per prevenire incidenti di iniezione nel forno

Poiché il materiale anodico è un materiale polveroso, il contenuto di volatili è alto e difficile da espellere, è facile generare arco e incidenti del forno causati dal contenuto elevato di volatili, il processo operativo specifico dovrebbe prestare attenzione ai seguenti aspetti:

(1) Quando il materiale anodico è installato nel forno Acheson, il materiale di resistenza dovrebbe essere sollevato per evitare l'arco causato dal materiale di resistenza sospeso tra il crogiolo durante la trasmissione di potenza;

(2) Il cambiamento di spostamento del materiale negativo del forno a serie interna è principalmente ridotto nel processo di trasmissione di potenza. Pertanto, quando il materiale negativo è installato nel forno, dovrebbe essere calcolato il corsa del cilindro idraulico per garantire che ci sia una corsa e una pressione sufficiente nel processo di trasmissione di potenza, in modo da evitare l'incidente di spruzzo d'arco nel forno causato dalla perdita di pressione;

(3) Dovrebbero essere selezionate particelle grosse e materiali a bassa volatilità per entrambi i tipi di forno;

(4) Nel processo di trasmissione di potenza, prestare particolare attenzione se ci sono riscaldamenti locali nel forno;

(5) Nel processo di trasmissione di potenza, è necessario prestare attenzione se ci sono fenomeni di fuoco incrociato nel tetto del forno e nella parete del forno;

(6) Nel processo di trasmissione di potenza, è necessario prestare particolare attenzione per verificare se c'è un basso ruggito nel forno;

(7) È necessario prestare particolare attenzione per verificare se c'è una grande fluttuazione di corrente nel processo di trasmissione di potenza.

Se si verifica il fenomeno (4)-(7) nel processo di trasmissione di potenza, l'energia deve essere interrotta tempestivamente per evitare che si verifichi un incidente di iniezione del forno.

3.3 Raffreddamento e cottura

(1) Nel processo di raffreddamento della grafitizzazione, il materiale anodico non può essere costretto a raffreddarsi spruzzando acqua, ma può essere raffreddato naturalmente prendendo il materiale strato per strato con un secchio di presa o un dispositivo di aspirazione.

(2) La temperatura ottimale per il crogiolo del materiale anodico è di circa 150 ℃; una rimozione precoce del crogiolo, a causa dell'alta temperatura, può portare all'ossidazione del materiale anodico, l'area di superficie specifica aumenta, il che porterà anche ad un aumento del costo dei danni da ossidazione del crogiolo. Estrarre il crogiolo troppo tardi porterà anche a una ossidazione del materiale in polvere catodico, l'area di superficie specifica aumenta, il ciclo produttivo diventa più lungo e i costi aumentano.

(3) A alta temperatura di grafitizzazione a 3000 ℃, tutti gli elementi tranne l'elemento C vengono vaporizzati ed espulsi. Tuttavia, ci sarà ancora una piccola quantità di impurità nel processo di raffreddamento che si adsorbono sulla superficie del catodo; la superficie del crogiolo formerà uno strato di guscio duro e ruvido, materiali ad alto contenuto di cenere e alta volatili formeranno più materiale a guscio duro. La scelta di eccipienti a bassa cenere e bassa volatili si basa su questo motivo.

(4) Il materiale a guscio duro presenta una grande differenza di prestazioni rispetto al materiale anodico qualificato, quindi quando si estrae il crogiolo è necessario battere via in anticipo il materiale a guscio duro spesso 1~5 mm per conservarlo separatamente; il materiale qualificato con superficie liscia viene normalmente raccolto, posto in sacchi da tonnellata per la conservazione e la consegna ai clienti.