1、人造石墨生產關鍵環(huán)節(jié)——石墨化 石墨化是指非石墨質炭經高溫熱處理,轉變成具有石墨三維規(guī)則有序結構的石墨質炭。開始起源于碳素制品行業(yè),是生產石墨電極的必備工序。石墨化作用是為了提高炭材料的熱、電傳導性,提高炭材料的抗熱震性和化學穩(wěn)定性,使炭材料具有潤滑性和抗磨性,提高炭材料純度。 使用高溫熱處理對原子重排及結構轉變提供能量,這一過程需要消耗大量能量。電力是石墨化生產消耗的主要能源,通常情況下,采用電加熱方式將半成品加熱至2800℃以上,電力耗費規(guī)模大、時間長。電費在石墨化成本中占比高達60%,石墨化成本在人造石墨負極制造成本中占55%。
2、3種常用的負極石墨化爐設備 目前廣泛應用的負極石墨化爐包括艾奇遜負極石墨化爐、內熱串接石墨化爐、網格箱式石墨化爐等。 ①艾奇遜負極石墨化爐 艾奇遜石墨化爐使用歷史悠久,是目比較成熟、應用廣泛的石墨化爐,其主要優(yōu)點包括結構簡單、堅固耐用、容易維修等,但是缺點是熱損失大,能量有效利用率僅30%左右,單位電耗達4000-4800kWh/t,且需要大量的冶金焦作為電阻料,污染比較嚴重。
在傳統電極艾奇遜爐石墨化爐基礎上的改進爐型,在原爐內裝入石墨坩堝作為負極材料的載體(坩堝內裝入碳化后的負極原料),爐芯內填充發(fā)熱電阻料,外層采用保溫料和爐墻保溫。通電后主要依靠電阻料發(fā)熱產生2800~3000℃的高溫,間接加熱坩堝內的負極材料,可以達到負極材料的高溫石墨化。 ②內熱串接石墨化爐 該爐型借鑒用于石墨電極生產的串接石墨化爐,縱向串聯數根電極坩堝(內裝負極材料),電極坩堝既是載體也是發(fā)熱體,電流通過電極坩堝產生高溫,直接加熱內部負極材料。石墨化過程不使用電阻料,簡化了裝出爐工藝操作,同時減少了電阻料的蓄熱損失,節(jié)省了電耗。
③網格箱式石墨化爐 該爐型近年來的應用日益增多,主要是吸取了傳統艾奇遜石墨化爐和串接石墨化爐的技術特點,爐芯采用多塊陽極板組成網格式的料箱結構,料箱內裝入負極原料,陽極板間通過四面開槽的連接柱固定,每個料箱的上、下面采用同材質的陽極板密封。組成料箱結構的立柱和陽極板共同構成發(fā)熱體,電流經爐頭電極送入爐芯發(fā)熱體,產生的高溫直接加熱箱內負極材料,達到石墨化的目的。