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不了解石墨化设备?关于石墨化工艺设备的介绍都已为你整理好!

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不了解石墨化设备?关于石墨化工艺设备的介绍都已为你整理好!

发布日期:2019-12-25 作者:6 点击:

贵州石墨设备来为你一一介绍石墨化工艺设备的知识!


间歇石墨化

间歇石墨化是指生产过程中不连续的石墨化工艺。其特点是石墨化过程中物料装炉后不移动,经过升温、石墨化、降温等过程后断电出炉。其生产设备主要有艾奇逊石墨化炉和内串式石墨化炉等。


艾奇逊石墨化炉

艾奇逊石墨化炉的发展已经有很长的历史, 目前我国人造石墨行业中一般多采用艾奇逊炉。这种炉结构简单、坚硬稳固、使用时间久、容易维修,一直是我国炭素行业中很受青睐的石墨化设备。艾奇逊石墨化炉按加热方式来分类属于直接加热式炉。所谓直接加热,就是制品本身是导电体,通过电阻加热,从而使制品完成石墨化。早期艾奇逊石墨化炉采用的是交流电,但交流电存在着功率小、电流密度低、功率因数低、送电时间长等缺点。 20世纪60年代后随着整流设备速度快的发展, 艾奇逊石墨化炉开始采用直流供电,大大减低了能耗。


石墨化炉是消耗电量很大的热工设备,因此如何在保障产品质量的前提下,减少电量消耗是石墨化炉节能的主要课题,也是减低石墨化生产成本需要之路。石墨化炉中的电阻主要由电阻料提供,可见在整个石墨化过程中,热量主要是由电阻料传入制品的,进入制品的电流比率很小。


若电阻料的电阻不均匀,会造成炉芯温度不均匀,从而导致石墨化制品产生裂纹,成为废品。在通电开始时,功率过大及功率上升过快,都会使炉 心温度上升过快,这对大规格的和细结构的石墨产品很是容易产生裂纹。石墨化好的情况是维持制品在前几道工序中产生的裂纹再不变大,但通常情况裂纹都是继续变大的。


对艾奇逊石墨化炉的节能增产提出了一些技术改进,包括炉底砌砖方法、导电电极喷水内冷和用铝氧粉做端墙填充料等技术,同时采用还加合理的送电工艺,大大升高了石墨化炉的成品率,减少了单体能耗。


采用数学建模方式,建立了石墨 化炉热-电耦合数学模型,通过大规模的模拟计算,研究了各项参数对石墨化炉内温度分布和演变的影响,对控制艾奇逊石墨化炉的生产工艺、升高了产品的成品率有很大影响。


艾奇逊石墨化炉阻,通过对炉 阻的组成分析和炉阻在石墨化过程中的变化分析,比较了理想模型与实际的差别,建立了模型公式并将其与实际关联,推算出石墨化送电后期特定目标时的后期炉阻公式。利用这一公式,通过调整装炉方法和产品规格等,可选择适合的后期炉阻,这对实际生产有一些的指导意义。


通过改进石墨化工艺技术、增加保温料的保温作用、改进石墨化炉体结构、以免导电电极氧化、改变石墨化炉与变配电变压器系统的连接方式等措施,都可以减低艾奇逊石墨化炉石墨化工艺电量消耗,达到节约能源的目的。


气热提纯就是利用反应气体(Cl2)使杂质转换为沸点很低的不同元素的氯化物,例如氯化铁其沸点为319℃。这种工艺保障了产品高的纯度,同时还可免降温时某些元素的反凝结,比如硅。


石墨类锂离子电池负极材料对石墨化温度要求高。对艾奇逊石墨化设备加以改造以通入反应气体,可实现在石墨化的同时进行提纯,一举两得。因此,炭石墨类锂离子电池材料的石墨化工艺是艾奇逊石墨化炉今后的主要发展方向。


1、内串式石墨化炉

内串式石墨化炉是内热式串接石墨化炉, 是由美国人卡斯特纳发明的,分为卧式内串和立体的内串。内串式石墨化工艺与艾奇逊石墨化工艺的主要区别是产品加热直接通过电极本身,而不需电阻材料发热。这也是内串式石墨化工艺较艾奇逊石墨化工艺改进的主要特点。由于内串式石墨化工艺没有填充料,因而可以减少热量的带出,就可以减少热量带出10 %,减低电耗20 %~35 %。内串式石墨化炉具有热效率高、送电时间短等特点,在高温阶段只用1~2 h。 产品直接加热时电阻均匀,产品的成品率高。从20世纪80年代就开始,德国、美国、日本等国的炭素厂生产大规格高功率石墨电极多数已采用内串式石墨化工艺。内串式石墨化炉的炉型可分为I型、U型、W型和梅花型。其中U型炉较多,有单柱和多柱的,有两折、四折还会有多折的。


20世纪80年代,兰州炭素厂和吉林炭素厂开始研究内串式石墨化炉。经过二十多年的发展,其工艺技术已经很是成熟,形成很大的生产力。内串式石墨化工艺电单耗保持在 2800~3200 kW·h, 送电时间14~18 h,产品合格率高,产品均质性好。


周卓先对内串式石墨化炉的送电工艺进行 了探讨研究,总结了节能的内串式石墨化炉的送电特点。内串式石墨化炉在送电前期需要速度快的升温,这样才能达到节能的目的。具体升温速率应结合各生产厂家坯料的特点进行控制。将温度控制在2000 ℃左右,即石墨化过程开始的温度,利于利用石墨化过程放出的潜热加速完成石墨化。变压器容量越大,炉芯温度越高,石墨化过程就进行得越快,且大功率运行时间相对较短,热损耗较低,送电单耗相对较低。


影响内串式石墨化产品指标的因素有很多,例如较快的升温速率和同直流石墨化相比相对较高的整体温度,以及使用低档原料和过度追求产品较低电阻率等,在很是高的石墨化温度下产品接触部位及电极芯部产生的升华现象也都会对石墨化产品产生影响。在生产过程中综合考虑各个因素,从生产成本到产品本身的指标要求,结合内串式石墨化炉的工艺特点,得到符合市场要求的合格产品。


内串式石墨化炉的产生对炭素材料石墨化来讲是很重要的,主要是在当今社会对能源和环境要求越来越高,贵州石墨设备介绍,在生产炭电极等石墨化制品时艾奇逊石墨化炉这种能耗较高、能源利用率低的工艺已经越来越不适合。但内串式石墨化也有一些的缺点,如炉温不及艾奇逊石墨化炉高。相信今后炭素制品的石墨化,主要是传统的电极和等静压制品的石墨化会越来越多地采用内串式石墨化的工艺。


2、连续石墨化炉

连续石墨化炉其实不是一种特定的石墨化工艺炉,现有的连续石墨化炉有多种形式。 所谓连续石墨化工艺是相对于间歇式石墨化工艺来讲的。所谓的连续石墨化工艺,一般是指生产中没有断电的过程,石墨化的产品需要经过一系列的温区,从而实现连续石墨化。


东新电碳厂在20世纪70年代就开始研究连续式的石墨化方案,设计了采用“外热法”的连续石墨化炉。炉子采用的石墨电极通道是一个加热的通道,采用炭黑作为外部保温材料,制品采用机械推进方式,炉门处采用双层密封以免空气进入。


影响连续石墨化工艺的主要有以下几个问题。先是耐火层问题。因为要有一个温度在3000℃的温区,这就要求炉体耐火材料有较高的耐火度,但目前没有如此高耐火度的耐火材料,也就是炉子没有办法达到如此高的石墨化的温度。解决的办法只能是通过加厚保温层,如加厚保温炭黑,使热量较少地传到外层保温层,同时采用水对炉子外层进 行冷却。另外一个问题就是如何速度快地冷却产品,从而使产品不被氧化。解决的方法是采用水冷,同时加保护气体,如氮气。


碳管炉,这是一种外加热的小型连续石墨化 炉,它解决了以上的两个问题。其主要采用热提纯的原理,用于石墨的高温提纯,这也许是今后连续石墨化的一个发展方向。它采用了圆柱形石墨舟作为物料的器皿,采用机械推进的方式使物料进入高温区。该设备的工艺简单,人员占用少,同时生产的高纯石墨产品能够多过99.995 %。由于生产高纯石墨不同于石油焦产品的石墨化,不会产生大量烟气,没有烟气排放问题。


连续石墨化生产工艺在我国应用不是很多, 主要是炭石墨电极的石墨化生产。其主要原因是连续式石墨化工艺还不成熟,比如石墨化温度低,生产量小,很难生产大型号的石墨化电极等。天然石墨的热提纯也许是连续石墨化工艺的一个发展方向。随着国家对环境的重视,酸法提纯已经越来越不好立足。 一般高纯产品只要求温度在2700℃以上即 可,温度低了,连续炉的耐火问题也好解决了。(内容来源于网络,如有侵权请联系我们删除)


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