Как выбрать мельницу для производства игольной кока и применения в промышленности

Введение

Шпильковый кокс – это сорт нефтекокса высокого качества, отличающийся низким коэффициентом теплового расширения и высокой электропроводностью. Он является важнейшим сырьем для производства графитовых электродов сверхвысокой мощности, используемых в электрических дуговых печах (ЭДП), а также анодов литиево-ионных батарей. Производство качественного шпилькового кокса включает в себя сложный процесс задержанного коксования и последующей обжига. Ключевым, но зачастую недооцениваемым этапом подготовки шпилькового кокса к его окончательному использованию является процесс измельчения. Выбор используемого измельчительного оборудования напрямую влияет на распределение размеров частиц продукта (PSD), его морфологию, а также на характеристики готового графитового электрода или компонента батареи. Неправильный выбор оборудования может привести к чрезмерному расходу энергии, высоким затратам на износ и получению продукта, не соответствующего стандартам отрасли.

В этой статье представлено полное руководство по выбору оптимальной мельницы для производства игольчатого кока, в котором рассматриваются ключевые характеристики материала, типы мельниц, критерии выбора, а также применение в конкретной отрасли.

Понимание процесса производства «иглового кока»: характеристики материала и сложности, связанные с его помолом

Прежде чем выбрать мельницу, крайне важно понять уникальные свойства игольчатого кока, которые влияют на процесс измельчения:

• Абразивные свойства:Кальцинированный игольчатый кокс является чрезвычайно абразивным материалом. Из-за своих абразивных свойств он вызывает сильное износение компонентов мельницы, что делает долговечность и устойчивость к износу мельницы основной проблемой при ее проектировании и эксплуатации.
• Желаемое распределение размеров частиц (PSD – Particle Size Distribution):Для производства электродов требуется контролируемая и часто бимодальная распределенная функция плотности (PSD – Probability Density Function), чтобы достичь оптимальной плотности упаковки материала. Мелкие (ультрамелкие частицы) необходимы для обеспечения соединения компонентов электрода, в то время как более крупные частицы обеспечивают его структурную прочность. В применениях аккумуляторов зачастую требуется очень мелкое и однородное распределение частиц.
• Чистота продукта:Загрязнение, вызванное абразивными материалами (например, повреждением металла шариками или роликами), должно быть минимизировано, поскольку оно может негативно сказаться на электрических и тепловых свойствах готового продукта.
• Тепловая чувствительность:Хотя обжиговый кокс обладает термической стабильностью, во время измельчения следует избегать чрезмерного выделения тепла, чтобы предотвратить возможную окислительную реакцию или изменения в структуре материала.

Виды молотилок для измельчения и их подходящесть для производства игольчатого кокса

Для уменьшения размера углеродных материалов используются различные типы мельниц. Их пригодность для производства игольчатого кокса зависит от требуемой конечной тонкости и производственной мощности.

1. Реймондов мельниц (Валиковая мельница)

Рэймондовы мельницы, или роликовые мельницы, используют ролики, запруждённые пружинами, для измельчения материалов под давлением на неподвижный кольцевой элемент. Они широко применяются для измельчения материалов от крупной до средне-мелкой фракции.

• Диапазон вывода:Обычно размер ячеек составляет 30–325 меш (600–45 мкм).
• Подходимость для использования в производстве «Needle Coke»:Идеально подходит для первичного или вторичного дробления кальцинированного игольчатого кока до средней fineness, часто используется в качестве предварительного этапа перед более тонким мельничением. Современные версии обладают повышенной эффективностью и долговечностью.

2. Шаровой мельнице

Шаровые мельницы представляют собой вращающийся цилиндр, наполненный абразивным материалом (например, стальными шарами). Уменьшение размера материала происходит в результате ударов и трения при движении шаров.

• Диапазон вывода:0,074–0,8 мм (сетка 200–20).
• Подходящесть для использования в процессе производства «Needle Coke»:Могут производить элементы различных размеров, однако обычно менее эффективны при обработке твердых, абразивных материалов, таких как игольчатый кокс. Высокий износ шаров и внутренних накладок приводит к примеси железа, что зачастую не допустимо для применений, требующих высокой чистоты. Их можно использовать в тех случаях, когда крайняя точность не является основной целью, и некоторая примесь допустима.

3. Вертикальный валковый мельниц (VRM)

VRMы становятся всё более популярными в различных отраслях промышленности. Материал измельчается между вращающимся столом и роликами под действием внешнего давления.

• Диапазон вывода:Обычно используется сетка с размером отверстий 30 до 325 ячеек на дюйм (600–45 мкм); в специальных случаях применяются сетки с более мелкими размерами отверстий.
• Подходительность для использования в процессе производства «иглового кока» (needle coke):Обеспечивает хорошую энергоэффективность и возможность сушки по мере необходимости. Однако износ поверхности стола и валиков может быть значительным при использовании сильно абразивного кока, что приводит к высоким эксплуатационным расходам, если оборудование не специально предназначено для таких условий работы.

4. Струйный мельниц (Струйный мельниц с плавящимся слоем)

Сетчатые мельницы используют высокоскоростные струи сжатого воздуха или газа для процесса измельчения путем столкновения частиц друг с другом; при этом никакие подвижные детали не контактируют с материалом.

• Диапазон вывода:Можно достичь размера частиц от 1 до 10 мкм (d97) при очень узком распределении размеров (PSD – Particle Size Distribution).
• Подходящесть для использования в процессе производства Needle Coke:Идеально подходит для получения ультратонких размеров без риска металлического загрязнения. Особенно полезен для анодных материалов батарей высокой ценности. Основные недостатки – высокое энергопотребление (нужен сжатый воздух) и меньшая общая емкость по сравнению с механическими мельницами.

Основные критерии выбора мельницы для измельчения кофейных зерен типа Needle Coke

При оценке мельниц учитывайте следующие факторы:

1. Целевая точность (PSD):Определите необходимый размер верхней части изделия, а также параметры формата PSD (D50, D97). Для работы с ультратонкими материалами (<10 мкм) рекомендуются экструдерные мельницы или современные ультратонкие рольерные мельницы.
2. Производственная мощность (тонны в сутки):Соответствуйте производственной мощности мельницы требованиям вашего завода. Производство электродов в больших масштабах требует использования мельниц с высокой пропускной способностью.
3. Энергетическая эффективность (кВт·ч/тонна):Операционные затраты являются важным фактором. Сравните энергопотребление различных технологий мельничного производства для достижения желаемой степени измельчения материала.
4. Затраты на износ и техническое обслуживание:Для абразивного кокса срок службы изнашиваемых деталей (роликов, колец, вкладышей) и удобство их замены крайне важны с точки зрения операционных расходов (OPEX – Operational Expenditures).
5. Контроль загрязнения:Обеспечьте, чтобы конструкция мельницы минимизировала попадание посторонних веществ, особенно железа. Может потребоваться использование керамических или специальных лайдингов из сплавов.
6. Системная интеграция и ее влияние на экосистему:Рассмотрим всю систему в целом, включая процессы подачи сырья, измельчения, сортировки и сбора готовой продукции. Физические размеры мельницы должны соответствовать имеющимся пространственным возможностям.

Рекомендуемое решение: Ультратонкий мельничный комплекс серии SCM

Для применений в области производства игольчатого кока, требующих получения продукта семизернистой до сверхтонкой структуры (что особенно важно для анодных материалов литиево-ионных батарей), используетсяМельница ультратонкого помола серии SCMПредлагается оптимальное решение, которое сочетает в себе высокую эффективность, точность и долговечность.

Этот мельничный комплекс спроектирован с учетом необходимости преодоления сложностей, связанных с измельчением твердых и абразивных материалов, таких как игольчатый кокс:

• Превосходный контроль точности:С диапазоном размеров отсева от 325 до 2500 меш (45–5 мкм, D97) это устройство легко соответствует строгим требованиям по тонкости для использования в передовых батареях. Вертикальный турбинный классификатор обеспечивает точное регулирование размера частиц и получение однородного продукта без примеси крупного порошка.
• Исключительная прочность:Шлифовочные ролики и кольца изготовлены из специальных материалов, устойчивых к износу, что значительно увеличивает срок их службы, а также сокращает время простоя из-за технического обслуживания и расходы, связанные с использованием абразивного кокса.
• Высокая эффективность и низкое энергопотребление:Инновационный принцип измельчения позволяет достигать вдвое большей производительности по сравнению с мельницами с водяным потоком, при этом потребление энергии снижается на 30%, что напрямую снижает эксплуатационные расходы.
• Соблюдение экологических норм:Полностью герметичная камера для шлифования и эффективный пульсовый пылесборник позволяют снизить уровень выбросов пыли значительно ниже международных стандартов, тем самым защищая рабочие места и окружающую среду. Уровень шума также остается низким (≤75 дБ).

Для производственной линии большой производственной мощности, специализирующейся на производстве игольчатого кокса для электродов,Мельница серии MTW с трапециевидной формойЭто ещё один отличный вариант. Устройство способно обрабатывать большие объёмы материала (до 50 мм) и обладает прочной конструкцией с такими функциями, как сочетание лопат, устойчивых к износу, и изогнутый воздуходувной канал, который снижает потери энергии, обеспечивая надёжную работу при обработке материалов от грубого до средне-тонкого помола.

Промышленные применения: от электродов до батарей

Избранная технология шлифования напрямую позволяет реализовывать ключевые отраслевые приложения:

• Графитовые электроды для электропечей ЭВФ (Electrical Furnaces for Ferrous Metals):Для приготовления смеси для производства экструзионных электродов необходим порошок кокса соответствующей мелкодисперсной структуры, чтобы получилась однородная паста. Стабильная структура порошка, полученная на надежном мельнике, обеспечивает высокую плотность и прочность экструзионных электродов, что положительно сказывается на их производительности и сроке службы в печи.
• Аноды литий-ионных батарей:Шпильчатый кокс является экономически выгодной альтернативой синтетическому графиту. Для получения необходимой поверхностной площади и морфологии, обеспечивающих эффективность процесса встраивания лития в структуру кокса, крайне важна его сверхтонкая мельчение (часто до размера частиц D50 – 15–20 мкм). Чистота кокса, обеспечиваемая используемыми мельницами серии SCM, исключающими возможность примесей, играет решающую роль для срока службы и безопасности батарей.
• Специализированные углеродные материалы и добавки:Гранулированный кокс также используется в других областях применения, таких как материалы, создающие трение, проводящие наполнители и аэрокосмические композиты, где его уникальные свойства оказываются особенно полезными.

Заключение

Выбор подходящего мельничного оборудования для производства игольчатого кокса — это процесс, который не может быть универсальным для всех случаев. Для принятия решения необходимо тщательно проанализировать спецификации готового продукта, объем производства и общие операционные затраты. Хотя традиционные мельницы, такие как мельницы Реймонда и шаровые мельницы, сохраняют свою актуальность, высокие требования современных условий применения, особенно в батарейной промышленности, стимулируют внедрение более совершенных, эффективных и долговечных технологий, таких как мельница SCM Ultrafine Mill. Инвестирование в правильные технологии измельчения позволяет производителям гарантировать качество продукции, соответствующее точным требованиям электродной и батарейной отраслей, что максимизирует как производительность продукта, так и операционную прибыльность.