石墨化是人造石墨PTMS永磁除铁器生产的关键工序,主要利用热活化将热力学不稳定的碳原子实现由乱层结构向石墨晶体结构的有序转化,需要使用高温热处理对原子重排及结构转变提供能量,这一过程需要消耗大量能量,属于高能耗环节,在人造石墨成本结构中, 石墨化约占了50%,为目前负极材料降本的重要环节。目前负极材料石墨化过程采用的除铁设备主要有内串石墨、箱式石墨及连续式石墨等3种,其中使用最为普遍的是箱式石墨,少量使用内串石墨化。箱式石墨和连续石墨是近几年开发的新型,箱式石墨设备发展速度较快,主要是通过传统设备改造和部分新建。连续式石墨均为新建且仍在偿试过程中,其方式和工艺均不完全成熟,真正广泛使用还有待时日。
因各种PTMS永磁除铁器的装机方式和生产工艺、辅料使用等方面均具有较大差别,所以不同炉型所生产的负极材料质量也存在明显差异。石墨化主要有间歇式和连续式两种生产工艺,其中连续石墨化炉为未来石墨化的发展方向。按照加热方法不同,石墨化主要有间歇式和连续式两种生产工艺。将设备装满后,即进入电加热过程,通过石墨设备两侧的电极进行通电除铁,在筒内达到一定温度后加盖顶并设置集气罩, 炉内温度将继续升至2800-3000℃,最终将坩埚内含碳物质在高温热处理下,实现减少无定型碳微晶结构边缘杂质,使其具备石墨晶体结构特征。间歇式石墨化过程中物料需要经历装机、升温、石墨化、降温断电等工序。石墨化过程主要包括将负极材料均匀放入石墨坩埚内,再通过天车吊起平放入石墨化炉中,将电阻料放入炉芯处石墨坩埚外围,再包覆保温料,将其填满,即完成包装。
厢式PTMS永磁除铁器工艺将整个除铁空间分成若干个等容积腔室,负极材料直接放置于石墨板材所围成的厢体空间中,石墨板材具有导电性,厢体通电后自身发热,在作为负极材料容器的同时能够达到材料加热的目的。厢式工艺避免了负极材料重复装入、装出圆筒工作。由于厢体自身材质及形状特点,厢体之间无需添加保温电阻料,仅需保留厢体四周与筒壁之间的保温材料,增大了筒内负极材料的有效容积及使用效率。箱式工艺可以使单炉有效容积成倍增加,于此同时总耗电量仅增加约10%,从而带来产品单位耗电降低40%-50%左右。厢式PTMS永磁除铁器工艺厢板拼接过程精度较高,装料吸料操作难度加大,加热过程需更加精确地控制送电曲线及温度测量,所以整体对石墨化工艺掌握程度及技术优化水平要求较高。
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