Proces grafityzacji materiału anodowego

2025-03-26

1 grafityzacja

Proces grafityzacji to proces, w którym materiał węglowy jest podgrzewany do 2300~3000 ℃, wykorzystując w pełni ciepło oporu, aby amorficzny węgiel o chaotycznej strukturze warstwowej przekształcił się w uporządkowaną strukturę kryształu kamiennego. Energia przekształcenia struktury kryształu grafitu i przearanżowania atomów pochodzi z obróbki cieplnej w wysokiej temperaturze. Wraz ze wzrostem temperatury obróbki cieplnej, odstęp warstw grafitu stopniowo maleje, zazwyczaj między 0,343 nm a 0,346 nm. Zmiana jest znacząca, gdy temperatura osiąga 2500 ℃, a stopniowo zwalnia, gdy temperatura osiąga 3000 ℃, aż cały proces grafityzacji zostanie zakończony. Materiał anodowy z sztucznego grafitu uzyskuje się poprzez obróbkę w wysokiej temperaturze grafityzacji, struktura węgla jest skutecznie przekształcana w strukturę grafitu i ma odpowiednią funkcję anody baterii litowej.

2. Główne typy pieców i proces grafityzacji materiału anodowego

Obecnie typy pieców stosowane w procesie grafityzacji materiału anodowego obejmują głównie piec grafityzacyjny Achesona, piec grafityzacyjny serii wewnętrznej, piec grafityzacyjny typu skrzynkowego oraz piec grafityzacyjny ciągły, z których najczęściej używany jest piec grafityzacyjny Achesona, a niewielka liczba pieców grafityzacyjnych serii wewnętrznej jest używana. Piec grafityzacyjny typu skrzynkowego i piec grafityzacyjny ciągły to nowe typy pieców opracowane w ostatnich latach. Piec grafityzacyjny typu skrzynkowego rozwija się szybko, głównie poprzez modernizację pieca Achesona i częściową nową budowę. Piec grafityzacyjny ciągły jest nowo zbudowany i wciąż w fazie testów, jego typ pieca i proces nie są jeszcze w pełni dojrzałe, a jego szerokie zastosowanie zajmie trochę czasu.

Piec Achesona polega na umieszczeniu materiału anodowego węglowego w pojedynczym otworze (1 otwór w piecu) i następnie załadowaniu pieca do pieca grafityzacyjnego, a materiał oporowy jest instalowany między oporem, a obie strony i pokrywa górna są załadowane materiałem izolacyjnym, aby zakończyć grafityzację poprzez przesył energii elektrycznej. Piec grafityzacyjny serii wewnętrznej polega na umieszczeniu materiału anodowego węglowego w porowatym piecu (9 otworów w piecu), a następnie piec jest połączony końcami w piecu grafitowym w trybie połączenia szeregowego, a obie strony i pokrywa górna są załadowane materiałami izolacyjnymi, aby zakończyć grafityzację poprzez przesył energii elektrycznej. Piec grafityzacyjny typu skrzynkowego polega na bezpośrednim załadunku materiału ujemnego węglowego do dużej skrzynki zainstalowanej z płytą węglową lub płytą grafitową z wyprzedzeniem, a następnie dodaniu płyty pokrywającej węgiel lub grafit jako oporu, a górna i obie strony materiału izolacyjnego wchodzą do grafityzacji poprzez przesył energii elektrycznej. Piec grafityzacyjny ciągły polega na ciągłym dodawaniu materiału anodowego węglowego do komory pieca grafityzacyjnego, po grafityzacji w wysokiej temperaturze, chłodzeniu i wydobywaniu.

3. Kluczowe punkty techniczne w różnych procesach grafityzacji pieca

Proces przetwarzania materiałów anodowych dzieli się głównie na dwa kluczowe etapy: granulację i grafityzację, z których oba mają wysokie bariery techniczne. Materiały anodowe poprzez grafityzację mogą znacząco poprawić pojemność właściwą materiałów anodowych, pierwszy efekt, powierzchnię właściwą, gęstość zagęszczenia, przewodnictwo, stabilność chemiczną, takie jak wskaźniki wydajności, dlatego kontrola i opanowanie dobrej technologii grafityzacji jest ważnym podejściem do zapewnienia jakości materiałów anodowych, ponieważ technologia pieca typu skrzynkowego i pieca do grafityzacji ciągłej nie jest w pełni dojrzała. Poniżej skupimy się na piecu Achesona i procesie pieca grafityzacji serii wewnętrznej.

3.1 Załadunek pieca Achesona i pieca serii wewnętrznej (kruche)

3.1.1 Współpraca lotnych substancji podczas załadunku pieca

Kiedy temperatura w piecu grafityzacyjnym wzrasta do 200~1000 ℃, z elektrody ujemnej w piecu wydobywa się duża ilość substancji lotnych. Jeśli substancje lotne nie zostaną odprowadzone na czas, może to prowadzić do ich nagromadzenia, co spowoduje wypadek bezpieczeństwa pieca natryskowego. Kiedy duża ilość substancji lotnych ucieka, ich spalanie nie jest wystarczające, co prowadzi do powstawania dużej ilości czarnego dymu, powodując zanieczyszczenie środowiska lub wypadki ekologiczne. Dlatego podczas załadunku pieca należy zwrócić uwagę na następujące punkty:

(1) Podczas instalacji pieca elektrody ujemnej należy przeprowadzić rozsądne współdziałanie zgodnie z poziomem zawartości substancji lotnych, aby uniknąć nadmiernej koncentracji i skupienia części o wysokiej zawartości substancji lotnych w procesie przesyłania energii;

(2) Na górze materiału izolacyjnego powinny być umieszczone odpowiednie otwory wentylacyjne, aby umożliwić skuteczne odprowadzanie;

(3) Podczas projektowania krzywej zasilania należy wziąć pod uwagę odpowiednie spowolnienie krzywej w skoncentrowanym etapie odprowadzania substancji lotnych, aby substancje lotne mogły być odprowadzane powoli i całkowicie spalone;

(4) Rozsądny dobór materiałów pomocniczych, zapewnienie składu wielkości cząstek pomocniczych, zmniejszenie ilości proszku 0~1 mm w materiałach pomocniczych, zazwyczaj stanowiącego mniej niż 10%.

3.1.2 Opór pieca powinien być równomierny podczas załadunku

Kiedy elektroda ujemna i materiał oporowy nie są równomiernie rozmieszczone w piecu, prąd popłynie z miejsca o niskim oporze, co spowoduje zjawisko prądu bocznego, wpływając na efekt grafityzacji całej elektrody ujemnej pieca. Dlatego podczas załadunku pieca należy zwrócić uwagę na następujące punkty:

(1) Podczas załadunku pieca materiał oporowy powinien być rozładowywany od głowy komory pieca do długiej linii ogonowej komory pieca, aby uniknąć koncentracji małych lub dużych cząstek;

(2) Stare i nowe kruche w tym samym piecu również muszą być rozsądnie współdzielone, unikając zjawiska, w którym nowa krucha ma jedną warstwę, a stara krucha ma jedną warstwę;

(3) Unikaj materiału oporowego wystawionego na materiał ściany bocznej.

3.2 Zasilanie pieca Achesona i pieca wewnętrznego serii

3.2.1 Podstawa formułowania krzywej mocy materiału anodowego podczas transmisji mocy

W zależności od różnych wymagań jakościowych materiału katodowego, można go podzielić na materiał niskotemperaturowy (2 800 ℃), materiał średniotemperaturowy (2 950 ℃), materiał wysokotemperaturowy (3 000 ℃), jednak proces obróbki wysokotemperaturowej grafityzacji zazwyczaj odbywa się w zakresie od 2 250 ℃ do 3 000 ℃. Aby wszystkie miejsca w piecu osiągnęły wymaganą temperaturę, konieczne jest utrzymanie w procesie wysokotemperaturowym przez pewien czas. Aby zapewnić jednorodność temperatury w piecu, zazwyczaj ze względu na różne typy pieców, należy utrzymywać różny czas, ogólnie wysoka temperatura powinna być utrzymywana przez 6~30 h, w procesie transmisji mocy, aby zapobiec odbiciu oporu pieca, należy utrzymywać 3~6 h. Konkretna sytuacja musi być badana i formułowana zgodnie z poniższymi punktami technicznymi.

(1) Wybierz różne krzywe grzewcze w zależności od rdzenia pieca, materiału anodowego, materiału oporowego, tygla, ilości ładunku w piecu itp.;

(2) Różne krzywe powinny być wybierane w zależności od lotnych składników materiałów anodowych i oporowych w piecu. Jeśli lotne składniki są wysokie, należy wybrać wolniejszą krzywą grzewczą; w przeciwnym razie należy wybrać szybszą;

(3) Gdy zawartość popiołu w materiale anodowym i materiale oporowym w piecu jest wysoka lub materiał anodowy jest stosunkowo trudny do grafityzacji, czas transmisji mocy powinien być odpowiednio wydłużony.

3.2.2 Proces transmisji mocy materiału anodowego w celu zapobiegania wypadkom związanym z wtryskiem pieca

Ponieważ materiał anodowy jest materiałem proszkowym, zawartość lotnych składników jest wysoka i trudno je usunąć, łatwo może dojść do łuku i wypadków w piecu spowodowanych wysoką zawartością lotnych składników, konkretne procesy operacyjne powinny zwracać uwagę na następujące kwestie:

(1) Gdy materiał anodowy jest instalowany w piecu Achesona, materiał oporowy powinien być podnoszony, aby uniknąć łuku spowodowanego zawieszonym materiałem oporowym między tyglem podczas transmisji mocy;

(2) Zmiana przemieszczenia materiału ujemnego w piecu wewnętrznym jest głównie zmniejszana w procesie transmisji mocy. Dlatego, gdy materiał ujemny jest instalowany w piecu, należy obliczyć skok cylindra hydraulicznego, aby zapewnić, że w procesie transmisji mocy jest skok i wystarczające ciśnienie, aby uniknąć wypadku związanego z łukiem spowodowanym utratą ciśnienia;

(3) Należy wybierać grube cząstki i materiały o niskiej zawartości lotnych składników dla obu typów pieców;

(4) W procesie transmisji mocy należy uważnie obserwować, czy w piecu występuje lokalne nagrzewanie;

(5) W procesie transmisji mocy należy uważnie obserwować, czy na szczycie pieca i ścianie pieca występuje zjawisko krzyżowego ognia;

(6) W procesie transmisji mocy należy uważnie obserwować, czy w piecu występuje niski ryk;

(7) Należy zwrócić szczególną uwagę na to, czy w procesie przesyłania energii występują duże wahania prądu.

Jeśli w procesie przesyłania energii wystąpi zjawisko (4)-(7), należy w porę odciąć zasilanie, aby uniknąć wystąpienia wypadku związanego z wtryskiem pieca.

3.3 Chłodzenie i pieczenie

(1) W procesie chłodzenia grafityzacji materiał anodowy nie może być wymuszony do chłodzenia przez nawadnianie, ale może być naturalnie chłodzony przez chwytanie materiału warstwa po warstwie za pomocą chwytaka lub urządzenia ssącego.

(2) Materiał anodowy w piecu około 150 ℃ jest najlepszy, wczesne usunięcie pieca, z powodu wysokiej temperatury, prowadzi do utleniania materiału anodowego, zwiększa się powierzchnia właściwa, co również prowadzi do zwiększenia kosztów uszkodzeń utleniających pieca. Zbyt późne wyjęcie pieca spowoduje również utlenienie materiału proszkowego katody, zwiększa się powierzchnia właściwa, cykl produkcji staje się dłuższy, a koszty rosną.

(3) W wysokotemperaturowym procesie grafityzacji w 3000 ℃ wszystkie pierwiastki z wyjątkiem pierwiastka C są parowane i usuwane. Jednak w procesie chłodzenia nadal będzie niewielka ilość zanieczyszczeń adsorbujących na powierzchni katody, na powierzchni pieca utworzy się warstwa szorstkiej twardej skorupy, materiały o wysokiej popiele i wysokiej lotności tworzą więcej twardego materiału skorupowego. Wybór ekscytatorów o niskiej popiele i niskiej lotności oparty jest na tym powodzie.

(4) Materiał twardej skorupy w indeksie i różnica w wydajności kwalifikowanego materiału anodowego jest znaczna, dlatego przy wyjmowaniu pieca konieczne jest wcześniejsze odłamanie 1~5 mm grubej twardej skorupy do przechowywania i oddzielnego składowania, kwalifikowany materiał o gładkiej powierzchni jest normalnie zbierany, umieszczany w worku tonowym do przechowywania i dostarczany do klientów.