石墨化的表述很多，簡單來說，石墨化就是熱處理。使原本分布雜亂無章的碳原子整齊排列。值得注意的是，不管是大規(guī)格的各向同性石墨，還是小規(guī)格的電刷、導(dǎo)電滑塊，甚至是鋰離子電池負極材料等一系列的炭—石墨制品，石墨化都是其工業(yè)生產(chǎn)過程的一個關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

      石墨化按照加熱方式可分為直接法和間接法，按照運行方式可分為間歇式和連續(xù)式。石墨化工藝是炭石墨類鋰離子電池負極材料生產(chǎn)的重要工藝，石墨化度 是鋰離子電池負極材料的重要指標。在石墨化溫度提高到接近2200℃時，鋰離子電池負極材料的雜質(zhì)基本上已經(jīng)被排除。要對材料進行石墨化，就要用到加工設(shè)備——石墨化爐。

     石墨化設(shè)備按不同的方式分為兩大類：即按加熱方式分為直接加熱爐和間接加熱爐。直接加熱爐以待受熱處理的物料直接作為發(fā)熱體；間接加熱爐是物料只是受熱體，熱量來自于物料外圍的發(fā)熱體。

按運行設(shè)計方式分類分為艾奇遜石墨化爐、內(nèi)串式石墨化爐、真空石墨化爐、連續(xù)式石墨化爐以及箱體式石墨化爐五種主要類型。

艾奇遜石墨化爐

      1985年，E.G．艾奇遜發(fā)明石墨化爐，隨著工業(yè)的發(fā)展，石墨化爐的結(jié)構(gòu)也有了很大的發(fā)展。艾奇遜爐有了直流電爐和交流電爐。這種爐子結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、容易維修。

    艾奇遜石墨化爐按加熱方式分類，它屬于直接加熱式電爐。直接加熱式爐就是制品本身是導(dǎo)電體，通過電阻加熱，從而使制品完成石墨化。

      早期的艾奇遜石墨化爐采用的是交流電，但交流電存在功率小、電流密度低、功率因數(shù)低、送電時間長等缺點。20世紀60年代后隨著整流設(shè)備的快速發(fā)展，艾奇遜石墨化爐開始采用直流供電，大大降低了能耗。石墨化爐中的電阻主要由電阻料提供，可見在整個石墨化過程中，熱量主要是由電阻料傳入制品的，進入制品的電流比率很小。

      若電阻料的電阻不均勻，會造成爐芯溫度不均勻，從而導(dǎo)致石墨化制品產(chǎn)生裂紋，成為廢品。在通電開始時，功率過大及功率上升過快，都會使?fàn)t心溫度上升過快，這對大規(guī)格的和細結(jié)構(gòu)的石墨產(chǎn)品極易產(chǎn)生裂紋。

      艾奇遜石墨化爐是目前國內(nèi)生產(chǎn)高純石墨的主要爐型之一，該爐生產(chǎn)周期長、能耗大、效率低、間斷式生產(chǎn)。據(jù)有關(guān)資料介紹，艾奇遜石墨化爐生產(chǎn)電耗約為 4000 ～ 4800kwh/t。

內(nèi)串式石墨化爐
     內(nèi)串式石墨化爐是內(nèi)熱式串接石墨化爐，是由美國人卡斯特鈉發(fā)明的，分為臥式內(nèi)串和立體內(nèi)串。內(nèi)串式石墨化工藝與艾奇遜石墨化工藝的主要區(qū)別是產(chǎn)品加熱直接通過電極本身，而不需要電阻材料發(fā)熱。這也是內(nèi)串式石墨化工藝較艾奇遜石墨化工藝改進的主要特點。由于內(nèi)串式石墨化工藝沒有填充料，因而可以減少熱量的帶出，即可減少熱量帶出10%，降低電耗20%~35%。內(nèi)串式石墨化爐具有熱效率高、送電時間短等特點，在高溫階段僅需1~2h。產(chǎn)品直接加熱時電阻均勻，產(chǎn)品的成品率高。從20世紀80年代開始，德國、美國、日本等國的炭素廠生產(chǎn)大規(guī)格超高功率石墨電極多數(shù)已采用內(nèi)串式石墨化工藝。內(nèi)串式石墨化爐的爐型可分為I型U型W型和梅花型，其中U型爐較多，有單柱和多柱的，有兩折、四折甚至多折的。

      影響內(nèi)串式石墨化產(chǎn)品指標的因素有很多，例如較快的升溫速率和同直流石墨化相比相對較高的整體溫度，以及使用低檔原料和過度追求產(chǎn)品較低 電阻率等，在極高的石墨化溫度下產(chǎn)品接觸部位及電極芯部產(chǎn)生的升華現(xiàn)象也都會對石墨化產(chǎn)品產(chǎn)生影響。

但內(nèi)串式石墨化也有一定的缺點，如爐溫不及艾奇遜石墨化爐高。據(jù)有關(guān)資料介紹，內(nèi)熱串接石墨化爐生產(chǎn)電耗約為3300～4000kwh/t。

真空石墨化爐

     真空石墨化爐是在“真空”環(huán)境下對物料進行高溫處理的中小型石墨化爐，一般用于實驗室或者小批次生產(chǎn)的裝置，采用電阻加熱形式，溫度可達3000℃；且溫度均勻性好；特殊的高溫紅外測量技術(shù)，控溫準確，誤差小；外循環(huán)冷系統(tǒng)，單爐生產(chǎn)周期短，效率高。
連續(xù)式石墨化爐
     連續(xù)石墨化爐其實不是一種特定的石墨化工藝爐，現(xiàn)有的連續(xù)石墨化爐有多種形式。所謂連續(xù)石墨化工藝是相對于間歇式石墨化工藝來講的。所謂的連續(xù)石墨化工藝，一般是指生產(chǎn)中沒有斷電的過程，石墨化的產(chǎn)品需要經(jīng)過一系列的溫區(qū)，從而實現(xiàn)連續(xù)石墨化。

      連續(xù)石墨化爐也有另外一種形式，與內(nèi)串式石墨化法相似，電極在爐中首尾相接，串接成電極柱，電流直接流經(jīng)電極柱產(chǎn)生焦耳熱，從而實現(xiàn)石墨化。

     影響連續(xù)石墨化工藝的主要有以下幾個問題。首先是耐火層問題。因為要有一個溫度在3000 ℃的溫區(qū)，這就要求爐體耐火材料有較高的耐火度。另外一個問題就是如何快速地冷卻產(chǎn)品，從而使產(chǎn)品不被氧化。

     碳管爐是一種外加熱的小型連續(xù)石墨化爐，主要采用熱提純的原理，用于石墨的高溫提純。其主要采用熱提純的原理，用于石墨的高溫提純。

      連續(xù)式石墨化爐爐體為一豎直的長方體外殼，采用直流電，左右分布兩根電極。當(dāng)兩電極之間加以電壓產(chǎn)生的電流通過物料后，物料因其自身電阻將電能轉(zhuǎn)換為熱能，物料被逐漸加熱煅燒。隨著物料的下移，物料被逐步加熱到2500～3000℃，進行高溫石墨化，發(fā)生碳原子的晶格轉(zhuǎn)變，成為高純石墨化焦。石墨化焦逐步下移，經(jīng)過冷卻后經(jīng)排料設(shè)備排出。

優(yōu)勢

     實現(xiàn)封閉式的連續(xù)生產(chǎn)，自動化程度高；爐內(nèi)溫度均勻，石墨化焦石墨化程度高；能耗較低等。此外該石墨化爐原料為散裝料，產(chǎn)品為散裝石墨化焦。相對于只能生產(chǎn)一定形狀石墨產(chǎn)品的石墨化爐而言，散裝石墨化焦可根據(jù)不同的工藝要求制作出不同的石墨制品，滿足不同領(lǐng)域的不同生產(chǎn)要求。

本文章轉(zhuǎn)自石墨時訊