
江蘇圣曼科技工程有限公司

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負極材料包覆氣氛回轉焙燒爐
一、 設備概述
這是一種在密閉、連續流動的惰性氣氛(如氮氣、氬氣)保護下,通過回轉(旋轉) 的方式,對負極材料粉末或顆粒進行高溫熱處理(焙燒) 的工業窯爐。
它的基本形態是一個略微傾斜、可緩慢旋轉的長形金屬管。物料進入,隨著筒體的旋轉緩慢向低端移動,同時在加熱區內被均勻加熱,完成一系列物理和化學反應后,從低端排出,實現連續化生產。
二、 工作原理
進料與密封:
經過造粒和包覆處理的負極材料前驅體(例如,經瀝青包覆的石墨顆粒),通過專門的喂料系統(如螺桿喂料機)從窯爐的進料端送入。
進料端和出料端均采用特殊的密封裝置(如唇形密封、石墨盤根密封),確保爐管在旋轉過程中,外部空氣無法進入,內部的保護氣氛也不會泄露。
回轉與輸送:
電機驅動托輪和齒輪,使整個窯爐筒體以一定速度緩慢旋轉(通常每分鐘幾轉)。
筒體內部通常設有揚料板或內螺旋結構。當筒體旋轉時,這些結構將物料不斷抄起、灑落,形成均勻的“料幕”,使其與熱氣流充分接觸。同時,由于筒體是傾斜的,物料在反復拋灑的過程中不斷向出料端前進。
加熱與焙燒:
窯爐外部設有加熱系統(通常為電阻加熱或多段燃氣加熱),將筒體對應的區域加熱到預設的高溫(根據工藝,通常在800°C - 1200°C之間)。
物料在從進料端移動到出料端的過程中,經歷預熱、升溫、恒溫(焙燒)和冷卻等多個溫區。
核心反應:在此過程中,作為包覆劑的瀝青或樹脂會發生碳化,形成無定形碳層,牢固地包覆在石墨或其他核心材料表面。這個過程被稱為碳化固化或包覆碳化。
氣氛保護:
在整個過程中,惰性保護氣體(如高純度氮氣)從爐管的一端或兩端持續通入,充滿整個爐管空間。
這有兩個關鍵作用:
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。
排出揮發分:將包覆劑碳化過程中產生的焦油、煙氣等揮發性副產物及時帶走,確保產品純度和碳化質量。
出料與冷卻:
完成焙燒的物料從出料端排出,進入密閉的冷卻系統(如水冷螺旋、冷卻滾筒等),在保護氣氛下冷卻至接近室溫,然后進行收集。
三、 核心優勢
與傳統的間歇式箱式爐(坩堝爐)相比,連續式氣氛回轉焙燒爐具有壓倒性優勢:
連續性生產:進料、焙燒、出料連續進行,生產效率高,適合大規模工業化生產。
產品質量均一穩定:由于物料在回轉過程中被不斷混合,受熱極其均勻,每一顆物料的熱處理歷史幾乎相同,保證了產品批次內和批次間的一致性。
能耗低:熱能利用率高,避免了間歇式爐頻繁升降溫帶來的巨大能量損耗。
自動化程度高:整個流程可實現全自動控制,減少人工干預,穩定工藝并降低人力成本。
包覆效果好:回轉的動態過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、 關鍵技術與組成部分
高溫爐管材質: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。
動密封技術:旋轉的爐管與靜止的進出料端的密封是技術難點和核心,直接決定了氣氛的純度和運行安全性。
溫度控制精度:需要多溫區獨立精確控溫,以實現精確的升溫曲線。
氣氛控制系統:包括氣體流量、壓力、氧含量在線監測等,確保爐內始終處于“無氧”狀態。
抗結焦技術:包覆劑揮發的焦油容易在低溫區冷凝結焦,堵塞設備。優秀的爐型設計需要考慮如何避免或減少結焦。
五、 在負極材料生產中的作用
該設備主要用于完成兩個關鍵工藝:
石墨化:對于人造石墨負極,在接近3000°C的超高溫下,將無定形碳轉化為結晶度高的石墨結構。此時它被稱為石墨化回轉爐,對材料和密封要求更高。
包覆碳化:在相對較低的溫度下(~1200°C),將瀝青等包覆劑碳化,在石墨顆粒表面形成一層無定形碳包覆層。這層包覆層可以:
提高負極材料的**庫倫效率。
防止電解液副反應,改善循環壽命。
增強材料的導電性。
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