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進(jìn)料與密封:
經(jīng)過(guò)造粒和包覆處理的負(fù)極材料前驅(qū)體(例如,經(jīng)瀝青包覆的石墨顆粒),通過(guò)專門(mén)的喂料系統(tǒng)(如螺桿喂料機(jī))從窯爐的進(jìn)料端送入。
進(jìn)料端和出料端均采用特殊的密封裝置(如唇形密封、石墨盤(pán)根密封),確保爐管在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,外部空氣無(wú)法進(jìn)入,內(nèi)部的保護(hù)氣氛也不會(huì)泄露。
回轉(zhuǎn)與輸送:
電機(jī)驅(qū)動(dòng)托輪和齒輪,使整個(gè)窯爐筒體以一定速度緩慢旋轉(zhuǎn)(通常每分鐘幾轉(zhuǎn))。
筒體內(nèi)部通常設(shè)有揚(yáng)料板或內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)。當(dāng)筒體旋轉(zhuǎn)時(shí),這些結(jié)構(gòu)將物料不斷抄起、灑落,形成均勻的“料幕”,使其與熱氣流充分接觸。同時(shí),由于筒體是傾斜的,物料在反復(fù)拋灑的過(guò)程中不斷向出料端前進(jìn)。
加熱與焙燒:
窯爐外部設(shè)有加熱系統(tǒng)(通常為電阻加熱或多段燃?xì)饧訜幔瑢⑼搀w對(duì)應(yīng)的區(qū)域加熱到預(yù)設(shè)的高溫(根據(jù)工藝,通常在800°C - 1200°C之間)。
物料在從進(jìn)料端移動(dòng)到出料端的過(guò)程中,經(jīng)歷預(yù)熱、升溫、恒溫(焙燒)和冷卻等多個(gè)溫區(qū)。
核心反應(yīng):在此過(guò)程中,作為包覆劑的瀝青或樹(shù)脂會(huì)發(fā)生碳化,形成無(wú)定形碳層,牢固地包覆在石墨或其他核心材料表面。這個(gè)過(guò)程被稱為碳化固化或包覆碳化。
氣氛保護(hù):
在整個(gè)過(guò)程中,惰性保護(hù)氣體(如高純度氮?dú)猓臓t管的一端或兩端持續(xù)通入,充滿整個(gè)爐管空間。
這有兩個(gè)關(guān)鍵作用:
防止氧化:隔絕氧氣,防止在高溫下石墨和新生碳被氧化燒損。
排出揮發(fā)分:將包覆劑碳化過(guò)程中產(chǎn)生的焦油、煙氣等揮發(fā)性副產(chǎn)物及時(shí)帶走,確保產(chǎn)品純度和碳化質(zhì)量。
出料與冷卻:
完成焙燒的物料從出料端排出,進(jìn)入密閉的冷卻系統(tǒng)(如水冷螺旋、冷卻滾筒等),在保護(hù)氣氛下冷卻至接近室溫,然后進(jìn)行收集。
三、 核心優(yōu)勢(shì)
與傳統(tǒng)的間歇式箱式爐(坩堝爐)相比,連續(xù)式氣氛回轉(zhuǎn)焙燒爐具有壓倒性優(yōu)勢(shì):
連續(xù)性生產(chǎn):進(jìn)料、焙燒、出料連續(xù)進(jìn)行,生產(chǎn)效率高,適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
產(chǎn)品質(zhì)量均一穩(wěn)定:由于物料在回轉(zhuǎn)過(guò)程中被不斷混合,受熱極其均勻,每一顆物料的熱處理歷史幾乎相同,保證了產(chǎn)品批次內(nèi)和批次間的一致性。
能耗低:熱能利用率高,避免了間歇式爐頻繁升降溫帶來(lái)的巨大能量損耗。
自動(dòng)化程度高:整個(gè)流程可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制,減少人工干預(yù),穩(wěn)定工藝并降低人力成本。
包覆效果好:回轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程使顆粒之間相互摩擦、碰撞,有助于形成更致密、更均勻的包覆層。
四、 關(guān)鍵技術(shù)與組成部分
高溫爐管材質(zhì):需要耐受高溫和物料的輕微磨損,通常采用耐熱合金(如310S)或特種不銹鋼。
動(dòng)密封技術(shù):旋轉(zhuǎn)的爐管與靜止的進(jìn)出料端的密封是技術(shù)難點(diǎn)和核心,直接決定了氣氛的純度和運(yùn)行安全性。
溫度控制精度:需要多溫區(qū)獨(dú)立精確控溫,以實(shí)現(xiàn)精確的升溫曲線。
氣氛控制系統(tǒng):包括氣體流量、壓力、氧含量在線監(jiān)測(cè)等,確保爐內(nèi)始終處于“無(wú)氧”狀態(tài)。
抗結(jié)焦技術(shù):包覆劑揮發(fā)的焦油容易在低溫區(qū)冷凝結(jié)焦,堵塞設(shè)備。優(yōu)秀的爐型設(shè)計(jì)需要考慮如何避免或減少結(jié)焦。
五、 在負(fù)極材料生產(chǎn)中的作用
該設(shè)備主要用于完成兩個(gè)關(guān)鍵工藝:
石墨化:對(duì)于人造石墨負(fù)極,在接近3000°C的超高溫下,將無(wú)定形碳轉(zhuǎn)化為結(jié)晶度高的石墨結(jié)構(gòu)。此時(shí)它被稱為石墨化回轉(zhuǎn)爐,對(duì)材料和密封要求更高。
包覆碳化:在相對(duì)較低的溫度下(~1200°C),將瀝青等包覆劑碳化,在石墨顆粒表面形成一層無(wú)定形碳包覆層。這層包覆層可以:
提高負(fù)極材料的**庫(kù)倫效率。
防止電解液副反應(yīng),改善循環(huán)壽命。
增強(qiáng)材料的導(dǎo)電性。