【设备篇】艾奇逊石墨化炉的停炉判断

楼市   2024-12-20 09:00   山东  

一、艾奇逊石墨化概述

艾奇逊石墨化炉是生产炭素制品的主要炉型,石墨化过程是在强大的电流作用下, 利用炉芯电阻,将电能转化为热能,使制品达到石墨化所需的最高温度,从而完成石墨化过程。 在整个石墨化过程中,随着炉芯温度的升高,炉芯电阻总体呈现出下降的特性。 当炉芯电阻下降到最低并且保持一段时间后,随着炉芯温度的继续升高,炉芯电阻出现上升。 艾奇逊石墨化传统的停炉方式以累计电量最终达到计划电量为停电依据, 这种方法有很多缺陷,极不科学。 本文根据艾奇逊石墨化炉生产实际,对优化停炉判断方法进行简要总结分析,以期达到既保证石墨制品的质量,又不浪费电能。
二、石墨化机理
石墨化过程中碳原子排列从二维无序状态(不定形碳)向三维有序状态(石墨晶体结构)转变,即晶体成长和增大晶体内层面有序重迭为主的物理性 结 构 变 化,热 处 理 温 度 越 高,晶 体 层 面 间 距 越小,越接近理想石墨晶体层间距 0.335 nm。
三、石墨化过程 3 个温度阶段
①室温至 1 300 ℃为重复焙烧阶段, 采用较快的升温速度,制品也不会产生裂纹;
②1 300~1 800 ℃为严控升温阶段, 碳平面网格逐步转化为石墨晶格结构,制品内部温度梯度过大易产生裂纹,因此应减缓热应力作用,使制品处于较小的温度梯度;
③1 800 ℃至 石 墨 化 最 高 温 度 为 自 由 升 温 阶段,此时制品的石墨晶体结构已基本形成,升温速度对制品影响不大,此时就可以采取强化石墨化送电制度,增大炉芯的电流密度,在最短的时间内,使功率达到最高,电流达到最大额定电流,以便使炉芯温度尽快达到制品完善石墨化过程所需要的最高温度。
四、炉芯电阻的组成
艾奇逊石墨化炉的炉芯电阻,主要由装入炉中的电阻料和焙烧品组成。 在通电初期电阻料电阻占炉芯电阻的 99%,通电结束后还要占到 97%左右。因此,电阻料在整个石墨化过程中,起到通电发热和传热的双重作用。 通常使用的电阻料,是由冶金焦和石墨化焦按照一定的比例混合而成的。 石墨化炉炉阻的大小主要由以下因素决定:
①电阻料本身的电阻率;
②焙烧品的电阻率;
③电阻料焦粒之间的接触电阻;
④电阻料与焙烧品之间的接触电阻。
五、炉阻在每个升温阶段的变化
炉阻在每个升温阶段的变化如图 1 所示,按升温阶段分述如下:
①室温至 1 300 ℃(送电 0~20 h),此阶段焙烧品和电阻料的体积急剧膨胀, 电阻料电阻大幅下降,电阻料颗粒之间压力增大,电阻料的接触电阻大幅下降,因此整个炉阻下降很快。
②1 300~1 800 ℃严控升温阶段 (送电 20~45h),为防止气胀产生应力集中导致裂纹,所以通常将曲线放缓。 前期炉内制品收缩,接触电阻随压力的减小而增大,炉阻下降缓慢。 伴随着炉温继续升高,焙烧品受热膨胀晶格中的氮、硫等元素逸出,导致膨胀加剧,接触电阻减小,炉阻下降较快。
③1 800 ℃至石墨化最高温度 (送电 45 h 及以上), 由于迅速提高功率和电流, 炉芯温度迅速提高,焙烧品再次发生膨胀,电阻料接触电阻减小,因此炉阻继续减小。 在恒功率阶段,由于石墨晶体的进一步生长,焙烧品出现不同程度的收缩,焙烧品本身电阻进一步下降,但接触电阻因压力减小而增大,炉芯电阻趋于稳定,甚至出现一定的回升。
六、存在的问题及分析
艾奇逊石墨化炉的理想停炉控制方式应根据炉芯温度来确定,但由于石墨化炉炉芯温度的不均匀性,高温不易控制,实现连续自动化测量比较困难。 因此,现阶段艾奇逊石墨化炉均采用定功率配电的功率送电曲线来控制炉芯温度的上升速率,以累计电量最终达到计划电量为停电依据,这种方法有很多缺陷,极不科学。 经常会出现炉芯温度已达到,但送电量尚未达到规定值,继续送电会造成电量的极大浪费,达不到节能的目的,甚至造成炉内产品质量不佳;有时会出现炉芯的温度还没有完全达到制品完成石墨化过程所需的高温,而送电量已经达到计划电量,此时停炉导致制品石墨化程度不够,造成制品电阻率高。

七、改进措施
1、根据炉阻上升率判断停炉

在超高功率(UHP)石墨电极石墨化生产中,达到最低炉阻后, 为了捕捉到炉阻上升的明显迹象,以及考虑到炉阻上升率与石墨化品电阻率的关联性,采用了此方法。 实践表明,炉阻上升率越高,石墨化产品电阻率越低。UHP 电极产品规格不同,炉阻上升率的标准也不同,对应石墨化品电阻率也不同。 根据生产实际经验得出的炉阻上升率标准如表 1。
2、根据最小炉阻持续时间停炉
在 UHP 电极石墨化生产中, 以炉阻上升率标准作为停炉判断的重要依据; 而对于准超高功率(SHP)石墨电极,在达到最低炉阻后,若继续送电,最低炉阻保持一段时间后,炉阻会出现上升,在炉阻到达上升区域之后不能再送电,因为 SHP 电极在炉阻出现上升以后,很容易造成电氧化(电流击穿空气产生高温电弧,导致电极周围碳升华,产生蛇形氧化),所以 SHP 电极是以最小炉阻持续时间作为停炉判断的重要依据。 由于最小炉阻持续时间与石墨化品电阻率具有关联性,故采用了此方法。 实践表明,最小炉阻持续时间越长,石墨化品电阻率越低。 产品规格不同,最小炉阻持续时间也不同。 根据生产实际经验,最小炉阻持续时间标准如表 2。
3、根据电量单耗标准(上限)判断停炉
通过炉阻上升率判断停炉无法再现炉阻的变化时,采用电量单耗标准(上限)进行停炉判断,这样做的目的是将以前的电量单耗标准(上限)作为补充条件来使用,确保石墨化品既能达到预期的理化特性,又不至于出现过度石墨化的现象。 事实证明,采 用 电 量 单 耗 标 准(上 限)停 炉 同 样 具 有 可 靠性。
因 产 品 规 格 不 同,电 量 单 耗 标 准(上 限)也 不同。根据生产实际经验,电量单耗标准(上限)如表 3。

八、石墨化停炉判断流程
石墨化停炉判断流程见图 2。

九、改进后的效果
1、石墨化不合格率的改善
石墨化停炉判断方法改进后,主要是电氧化不合格率得到大幅改善。 以 SHP 电极为例,表 4 是实际生产数据。
由表 4 可见,改进停炉判断措施,电氧化不合格率从1.11%降为 0.00%,改善效果非常明显。
2、产品特性(电阻率)的改善
石墨化停炉判断方法改进后,每炉产品的电阻率偏差减小,电量得到有效控制,电阻率趋于合理化。以 Φ600 mm UHP 电极为例,表 5 是实际生产数据。

3、成本降低
通过实施优化停炉判定标准,电量单耗大幅降低。 SHP 电极优化前单耗 3 695 kW·h/t, 优化后为3 659 kW·h/t,减少了 36 kW·h/t。 若按照 SHP 电极年产量 6 000 t 进行计算,全年可节电 216 000 kW·h。
十、结束语
通过实施优化停炉判断标准,既可以改善石墨化不合格率,保证石墨化产品质量,又可以减少不同炉次产品电阻率差异,使电阻率趋于合理化;还可以降低电量单耗,降低生产成本。 这对企业来说,无疑是降本增效的重大举措。

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2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会


主办单位:南墅石墨矿、锂电新材料

总 冠 名:晚宴、支持单位、展台等征集中

大会时间:2025年6月10-11日

大会地点:中国 南京

联合主办:征集中....

山东中建恒信技术咨询有限公司

继续征集中....

协办单位:征集中....

承办单位:恩墨(山东)新材料有限公司

赞助单位:征集中....

济宁特碳新材料有限公司

河南明洋机械设备有限公司

继续征集中....

参展单位:

吉林敦化林机新能源有限公司

菏泽市卓艺塑编有限公司

常州欧鹏干燥设备有限公司

深圳市美景环保设备科技有限公司

继续征集中....

椅背广告:征集中....

参会证广告:征集中....



会议背景


随着全球能源转型的加速和新能源汽车产业的蓬勃发展,锂电气相硅碳与石墨作为锂离子电池的关键材料,正迎来前所未有的发展机遇与挑战。为了深入探讨锂电气相硅碳与石墨的最新研究成果、技术创新及产业发展趋势,加强行业交流与合作,实现全行业资源共享,信息互通,优势互补,合作共赢,同时为学术界和产业界实质性对接交流提供平台和合作契机,“2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会”定于2025年6月10-11日在南京市召开,我们诚挚邀请您莅临“2025锂电气相硅碳与石墨创新发展大会”。透析市场热点、把脉行业前景,推动新能源产业的持续健康发展!

欢迎各单位积极组织参加,现将有关事项通知如下:



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会议主题内容




一、主题演讲

1、邀请行业权威专家、学者及企业领袖,就锂电气相硅碳与石墨的技术创新、应用进展、市场趋势等进行深入剖析。

2、锂电气相硅碳与石墨在全球能源转型、新能源汽车发展中的角色与前景

3、锂电气相硅碳与石墨材料的最新研究成果、技术突破及未来发展方向

4、硅碳负极材料产业化过程中的硅沉积问题探讨

5、单壁碳纳米管对硅碳负极的作用

6、硅碳负极粘结剂现状

7、硅粉现状及未来新机遇

8、CVD 沉积用硅烷纯度及控制

9、硅烷特气运输安全及控制

二、专题研讨:
1、围绕锂电气相硅碳与石墨的材料制备、性能优化、电池应用、回收再利用等热点议题,促进学术交流与思想碰撞。
2、锂电气相硅碳与石墨材料的合成方法、改性技术及其对电池性能的影响
3、锂电气相硅碳与石墨在锂离子电池中的应用案例,讨论其在不同场景下的性能表现与系统集成挑战
三、成果展示:设立展览区,展示锂电气相硅碳与石墨领域的最新研究成果、技术产品及应用案例,为参会者提供直观感受和交流平台
四、 商务对接
1、组织商务对接活动,为参会企业搭建合作桥梁,促进产学研用深度融合与产业链上下游协同发展。
2、商务对接会:为参会企业、科研机构及投融资机构提供交流平台,促进项目合作、技术转移及资本对接
3、合作签约仪式:在会议期间举行合作签约仪式,见证重要合作项目的达成




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参会对象             




锂电气相硅碳与石墨领域的企业代表、科研人员及技术人员;

新能源汽车、储能电站、便携式电子设备等相关行业的有关人员;

投融资机构、行业协会、媒体等各界人士;

负极材料研究机构及高校课题组成员;

锂电、石墨领域设备、检测仪器设备、环保设备等其他设备企业。



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会议注册与联系方式




一、会议注册


1、本次会议3月31日前报名转发本文到朋友圈会议费全免每单位限2人,超出人员按正常收费标准缴费;(免费报名需经过会务组审核方可有效,分享朋友圈获取20个赞,免费人员不包含餐,须缴餐费600元,缴费成功视为报名成功,过331日按正常收费标准收费)。限200

2、参会代表注册费含会议资料、茶歇、午餐、晚宴等费用;

3、会议统一安排食宿,住宿费自理;

4、发票内容为会议费,开具增值税普通发票,不开增值税专用发票;

注:所有人员凭参会证入场!提前注册缴费!

二、参展及赞助

1、本次会议设置总冠名、联合主办、协办单位、赞助单位、支持单位、手提袋、胸卡挂绳、椅背广告、酒水赞助、会议视频广告(会议室大屏播放)晚宴礼品、笔本赞助、茶歇赞助等会议赞助类别。

2、参展商:每个展位费用:15000元,包括4人午餐、晚宴费用,展台费用,2份资料费用等。

3、实际尺寸2.2米宽×2.4米高

三、汇款信息

  名:恩墨(山东)新材料有限公司

开户行:中国建设银行股份有限公司日照济南路支行

  号:37050171614100001452

  号:105473200085

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付款请注明:气相硅碳会议+单位名称,并将付款凭证保留,便于报到时查验。缴费成功后,请保持手机畅通,会务组会尽快与您联系,感谢您的支持!

备注:南京2025锂电气相硅碳会议

开票注意事项:增值税普通发票请提供单位名称及税号,发送邮箱1413686339@qq.com注:本次会议提供电子普票,并发送至参会代表的邮箱或微信,发票内容为会议费

欢迎有关企业、公司联合主办、协办、赞助本次会议,组委会将提供周到、精准的平台服务。另外,会议设有企业新技术、新装备产品展示区,因展位数量有限,如有意向请尽快联系。


组委会联系方式

吕健飞 13264594991(微信同号)

    15315983672(微信同号)


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