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我国石墨化工艺设备的现状及展望 ,贵州石墨设备为你解答

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我国石墨化工艺设备的现状及展望 ,贵州石墨设备为你解答

发布日期:2020-06-05 作者: 点击:

我国石墨化工艺设备的现状及展望 ,贵州石墨设备为你解答

炭-石墨材料具有优良的化学稳定性、力学性 能和导电导热性能,在电工电子、 机械、化工、冶金、核能、军工、航空航天等领域有着很广的应用,在一些领域占有重要的位置。太阳能产业对特种石墨材料的需求颇为旺盛;核用石墨材料的研究开发与生产日益迫切;电动汽车的兴起也大大带动了锂离子电池等动力电池用炭材料及性能添加剂的发展;性能电极、电刷、 高速铁路导电滑块、炭块等传统炭材料也随着人们对性能产品的开发仍在继续研发和生产。 

我国大规格、大规格各向同性石墨需求量很大,但国内产量却很匮乏。各向同性石墨、 高纯石墨等在太阳能发电、核电、机电设备等方面是不可少的配套产品。

不管是大规格的各向同性石墨,还是小规格的电刷、导电滑块,至是锂离子电池负极材料等一 系列的炭-石墨制品,石墨化都是其工业生产过程的一个关键技术环节。石墨化工艺按照加热方式可分为直接法和间接法,按照运行方式可分为间歇式和连续式。1895年E.G.艾奇逊(Acheson)发明石墨化炉 (称为艾奇逊炉)以来,人造石墨的生产已经有一百多年的历史。随着工业的发展,石墨化炉的结构也有了很大的发展。艾奇逊炉有了直流电炉和交流电炉。除了艾奇逊炉以外,还有了内串式石墨化炉、连续式石墨化炉等。

1 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。 

1.1 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, 目前国内人造石墨行业中一般多采用艾奇逊炉。这种炉结构简单、容易维修,一直是我国炭素行业中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的发展, 艾奇逊石墨化炉开始采用直流供电,大大减少了能耗。

1.2 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,可减少热量带出10 %,减少电耗20 %~35 %。内串式石墨化炉具有热效率高、送电时间短等特点,在高温阶段需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、四折甚至多折的。 

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。

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防止空气进入。

连续石墨化炉也有另外一种形式,与内串式石墨化法相似,电极在炉中首尾相接,串接成电极柱,电流直接流经电极柱产生焦耳热,从而实现石墨化。与串接石墨化方法不同的是,在连续石墨化炉中电极柱是移动的, 石墨化炉的不同部位温度不一样。从进料部分开始温度逐渐升高,到炉体部分 温度很高,从炉体到出料部分温度又逐渐降低。

3 发展趋势

不论是间歇石墨化炉还是连续石墨化炉, 实际都未能实现连续化工业生产,也不能满足外市场对高纯石墨材料的需求。近年来,多家企业联合高校开展连续化生产装备研发,取得了很大的进展。湖南顶立科技有限公司开发出高温连续石墨纯化炉,采用电阻加热,连续生产,可导入惰性气体或反应气体。株洲弗拉德科技有限公司进行石墨高温连续纯化装备的研发, 成功开发出一种高温立式连续感应加热炉, 可用于炭石墨类锂离子电池负极材料的连续石墨化生产。与艾奇逊石墨化炉相比,连续化设备的生产能力和效率都得到了大幅增加,能耗大大减少,有害气体的排放也大为减少,这是未来石墨化炉发展的趋势。 

4 结论

石墨化工艺是炭石墨材料制品中复杂关键的工艺。我国是石墨制品大国,大到石墨电极、等静压石墨,小到电刷等,都需要采用石墨化工艺。石墨化工艺的发展也见证了我国炭素行业的发展。国内应用多的还是间歇式石墨化方法,但随着内串式石墨化炉工艺技术的发展和逐渐成熟,国内大多数的石墨化工艺都采用了这种新方法。

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