CN101850962A - 用于生产球形石墨的气流控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
用于生产球形石墨的气流控制系统，采用由气流涡旋粉体细化机、旋风分离器I、脉冲粉尘回收装置I和负压抽风机I通过风管串接组成的粉体细化机组，构成对负压抽风机I所形成气流的气流控制网，由气流涡旋球化机、球化分级机、旋风分离器II、脉冲粉尘回收装置II和负压抽风机II通过风管串接组成的粉体球化机组，构成对负压抽风机II所形成气流的气流控制网。其控制方法为分别调整负压抽风机I、II的抽风量、产生的风压以及向脉冲粉尘回收装置I、II中喷射气流的压强以达到控制气流的目的。使用方案对气流的控制可提高产率95％以上，降低成本50-60％，耗电量节约60-70％，粉尘回收率达到100％。制得产品粒度分布均匀，球形度高。
Description
技术领域
本发明涉及生产球形石墨的气流控制系统，具体地说是生产球形石墨的气流控制系统及其气流控制方法。
背景技术
石墨材料作为锂离子电池负极材料具有良好的导电性、优良的充放电电压平台、较高的比容量以及低廉的价格等优点，所以一直是负极材料的研究热点，已在商品化锂离子电池中广泛使用。许多研究表明，石墨颗粒的形状、晶体结构、表面结构、杂质含量等都与石墨材料的电化学性能及嵌锂性能有密切关系。而石墨的来源和加工过程不同，其上述的物理化学性能也不同。天然石墨颗粒的球形化处理对提高天然石墨粉的电性能有着重要的意义。能耗大、成本高，且制得球形石墨的球形度不高，产品的性能不理想，无法满足技术发展的需要，
在现有球形石墨制备工艺中存在生产效率及成品率低，球形石墨物理指标不易控制，产品球形度低，且成品球形石墨中细屑多，石墨粉的粒度分布范围宽，以及产品粒径过大、石墨粉比表面积过小等问题，导致石墨粉使用性能低，电池的充放电时间、待机时间和使用寿命不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于生产球形石墨的气流控制系统及其控制方法，能够提高生产系统的产率，制得球形石墨产品的球形度高、粒度分布均匀。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：用于生产球形石墨的气流控制系统，采用由气流涡旋粉体细化机、旋风分离器I、脉冲粉尘回收装置I和负压抽风机I通过风管串接组成的粉体细化机组，构成对负压抽风机I所形成气流的气流控制网，由气流涡旋球化机、球化分级机、旋风分离器II、脉冲粉尘回收装置II和负压抽风机II通过风管串接组成的粉体球化机组，构成对负压抽风机II所形成气流的气流控制网。
用于生产球形石墨的气流控制系统的控制方法，在粉体细化机组中，采用的风管管径为240-260mm，负压抽风机I以1005-5325m2/h的抽风量抽风，产生用于石墨粉制备过程中所需的气流和负压，并在气流涡旋粉体细化机中产生涡流、湍流带动石墨粉进行剪切、碰撞、卷曲完成石墨粉的粉体细化过程，负压抽风机I产生的风压为11800-15100Pa，在过滤面积为50-70m2的脉冲粉尘回收装置I中空气压缩装置以每次持续3-7秒、间隔时间10-30秒的频率向除尘袋内喷射气压为0.5-0.7MPa的高压气流，从旋风分离器I分离出的石墨粉尘随气流以2-3m/min的流速进入脉冲粉尘回收装置I；在粉体球化机组中，采用的风管管径为240-260mm，负压抽风机II以1483-4723m2/h的抽风量抽风，产生用于石墨粉制备过程中所需的气流和负压，并在气流涡旋球化机和球化分级机中产生涡流、湍流带动石墨粉进行卷曲、碰撞、团聚、密实完成石墨粉的球化过程，负压抽风机II产生的风压为6432-9590Pa，在过滤面积为45-60m2的脉冲粉尘回收装置II中空气压缩装置以每次持续4-8秒、间隔时间10-30秒的频率向除尘袋内喷射气压为0.5-0.7MPa的高压气流，从旋风分离器II分离出的石墨粉尘随气流以1.5-2m/min的流速进入脉冲粉尘回收装置II。
负压是低于常压(即常说的一个大气压)的气体压力状态，与外部气压的相对压力为负值。在整个制备过程中，负压抽风机I、II在设备中产生的负压对石墨粉的输送、粉体细化和球化有着至关重要的作用。风力过大，设备中的气流过强，粒径较大的石墨粉在分级设备中被强制分离，随石墨粉尘送至脉冲粉尘回收装置，导致成品率低，得到的产品粒径较大，比表面积较小。同时，风力过大还导致石墨粉在设备中停留时间过短，没有足够的球化时间，得到的产品球形度低。风压过小，设备中的气流较弱，石墨粉在设备中停留时间过长，导致产品粒径过小，产生大量细小碎屑。同时，风压过小还导致分级效果降低，细小碎屑不能分离彻底，成品中细屑增多，石墨粉的粒度分布范围变宽，影响性能。并且风压过小，设备中的气流过弱，则没有足够的风力产生涡流、湍流带动石墨粉通过对撞、卷曲、揉搓、密实、团聚的作用完成球化过程，得到的产品球形度也不高。
本发明的有益效果是：按照上述技术方案对风管管径、负压抽风机I和II的抽风量、负压抽风机I和II产生的风压、空气压缩装置向脉冲粉尘回收装置I、II中喷射气流的气压进行调配，形成气流控制网，以达到控制气流的目的。保证在球形石墨制备过程中有足够的上升气流抬升石墨粉，并产生涡流、湍流带动石墨粉完成粉体细化和球化过程；既能有效分离粉体细化和球化过程中产生的细小碎屑，保证产品具有适当的粒度分布范围，又不会因为分离过度而降低球形石墨生产成品率。同时，能够保证石墨粉在设备中有足够的停留时间，使石墨粉在气流涡旋球化机和球化分级机中不断受到以高速气流冲击为主的包括粒子间相互作用的压缩、摩擦、剪切、撞击、揉搓、密实、团聚等多种作用力，均匀的完成球化过程，产品球形度高。通过本技术方案对气流的控制与传统方法相比可提高产率95％以上，降低成本50-60％，耗电量节约60-70％，粉尘回收率达到100％。
附图说明
附图是本发明球形石墨生产系统的结构示意图。
图中标记：1、粉体细化机组，2、粉体球化机组，3、气流涡旋粉体细化机，4、旋风分离器I，5、脉冲粉尘回收装置I，6、负压抽风机I，7、气流涡旋球化机，8、球化分级机，9、旋风分离器II，10、脉冲粉尘回收装置II，11、负压抽风机II，12、空气压缩装置。
具体实施方式
如图所示，图中的用于生产球形石墨的气流控制系统表示出了三级粉体细化机组和三级粉体球化机组，其余机组结构相同，省略未画出。用于生产球形石墨的气流控制系统，采用由气流涡旋粉体细化机3、旋风分离器I 4、脉冲粉尘回收装置I 5和负压抽风机I 6通过风管串接组成的粉体细化机组1，构成对负压抽风机I 6所形成气流的气流控制网；由气流涡旋球化机7、球化分级机8、旋风分离器II 9、脉冲粉尘回收装置II 10和负压抽风机II 11通过风管串接组成的粉体球化机组2，构成对负压抽风机II 11所形成气流的气流控制网。
用于生产球形石墨的气流控制系统的控制方法为：在粉体细化机组1中，采用的风管管径为240-260mm，负压抽风机I 6以1005-5325m2/h的抽风量抽风，产生用于石墨粉制备过程中所需的气流和负压，并在气流涡旋粉体细化机3中产生涡流、湍流带动石墨粉进行剪切、碰撞、卷曲完成石墨粉的粉体细化过程，负压抽风机I 6产生的风压为11800-15100Pa，在过滤面积为50-70m2的脉冲粉尘回收装置I 5中空气压缩装置12以每次持续3-7秒、间隔时间10-30秒的频率向除尘袋内喷射气压为0.5-0.7MPa的高压气流，从旋风分离器I 4分离出的石墨粉尘随气流以2-3m/min的流速进入脉冲粉尘回收装置I 5；在粉体球化机组2中，采用的风管管径为240-260mm，负压抽风机II 10以1483-4723m2/h的抽风量抽风，产生用于石墨粉制备过程中所需的气流和负压，并在气流涡旋球化机7和球化分级机8中产生涡流、湍流带动石墨粉进行卷曲、碰撞、团聚、密实完成石墨粉的球化过程，负压抽风机II 11产生的风压为6432-9590Pa，在过滤面积为45-60m2的脉冲粉尘回收装置II 10中空气压缩装置12以每次持续4-8秒、间隔时间10-30秒的频率向除尘袋内喷射气压为0.5-0.7MPa的高压气流，从旋风分离器II 9分离出的石墨粉尘随气流以1.5-2m/min的流速进入脉冲粉尘回收装置II 10。
所述的负压抽风机6通过变频控制器调整转速，以调整抽风量、风压及气流的流速，从而对系统内的负压进行控制。
在粉体细化机组1中，前一级的旋风分离器I 4的出料口通过风管连接至下一级的气流涡旋粉体细化机3，最后一级的旋风分离器I4通过风管连接至第一级粉体球化机组2中的气流涡旋球化机7，在连接的风管上开有进风口。在粉体球化机组2中，前一级的球化分级机8通过风管连接至下一级的气流涡旋球化机7，在连接的风管上开有进风口。通过负压抽风机I和II的作用，在系统内形成气流控制网，分离出粗颗粒石墨粉随气流从前一级流入下一级，石墨粉尘则流入脉冲粉尘回收装置I或II。脉冲粉尘回收装置I或II的过滤面积是其内部全部除尘袋的表面积之和。
本技术方案用于生产球形石墨的气流控制系统中可以设置3-5级粉体细化机组1和12-16级粉体球化机组2。石墨原料进入第一级粉体细化机组1中的气流涡旋粉体细化机3，在气流涡旋粉体细化机3中由通过负压抽风机I 6产生的涡流、湍流带动实施粉体细化过程以降低粒度，粒径降低到一定程度后通过负压抽风机I 6产生的负压送入旋风分离器I 4，分离出的粗颗粒石墨粉送入下一级粉体细化机组1中的气流涡旋粉体细化机3，分离出的细颗粒则进入脉冲粉尘回收装置I 5回收；以此方式经过多级细化，最后一级粉体细化机组1中的旋风分离器I 4分离出的粗颗粒送入第一级粉体球化机组2中的气流涡旋球化机7，在气流涡旋球化机7中依靠负压抽风机II 11产生的涡流、湍流带动实施球化过程，后由负压送入球化分级机8，在球化分级机8中继续靠涡流、湍流带动实施球化过程，并进行粒度分级，分离出的粗颗粒随气流送入下一级粉体球化机组2中的气流涡旋球化机7，分离出的细颗粒送入旋风分离器II 9再进行一次分离，分离出的粗颗粒作为副产品收集，细颗粒的粉尘则随气流进入脉冲粉尘回收装置II 10回收。以此方式经过多级球化，石墨粉从最后一级粉体球化机组2中球化分级机8的下料口流出，即可制成球形石墨产品。
在上述技术方案中气流涡旋粉体细化机3可选用QWJ-60型气流涡旋微粉机，气流涡旋球化机7可选用QWJ-30型气流涡旋微粉机。所选用的QWJ型气流涡旋微粉机，其内部具有粉碎盘(即粉体细化盘)和内分级叶轮。球化分级机8内部设有分级叶轮，利用风力和叶轮产生的离心力使石墨粉在机体内进行球化和分流的过程。所用的旋风分离器I、II(又称集料器)为目前行业内使用的微粉分级收集设备。负压抽风机I、II可选用高压离心式通风机。
实施例1
用于生产球形石墨的气流控制系统的控制方法为：在粉体细化机组1中，采用的风管管径为240mm，负压抽风机I 6以1005m2/h的抽风量抽风，产生用于输送石墨粉的气流，并在气流涡旋粉体细化机3中产生涡流、湍流带动石墨粉进行剪切、碰撞、卷曲完成石墨粉的粉体细化过程，负压抽风机I 6产生的风压为11800Pa，在过滤面积为50m2的脉冲粉尘回收装置I 5中空气压缩装置12以每次持续3秒、间隔时间10秒的频率向除尘袋内喷射气压为0.5MPa的高压气流，从旋风分离器I 4分离出的石墨粉尘随气流以2m/min的流速进入脉冲粉尘回收装置I 5；在粉体球化机组2中，采用的风管管径为240mm，负压抽风机II 11以1483m2/h的抽风量抽风，产生用于输送石墨粉的气流，并在气流涡旋球化机7和球化分级机8中产生涡流、湍流带动石墨粉进行卷曲、碰撞、团聚、密实完成石墨粉的球化过程，负压抽风机II 11产生的风压为6432Pa，在过滤面积为45m2的脉冲粉尘回收装置II 10中空气压缩装置12以每次持续4秒、间隔时间10秒的频率向除尘袋内喷射气压为0.5MPa的高压气流，从旋风分离器II 9分离出的石墨粉尘随气流以1.5m/min的流速进入脉冲粉尘回收装置II10。
实施例2
用于生产球形石墨的气流控制系统的控制方法为：在粉体细化机组1中，采用的风管管径为250mm，负压抽风机I 6以4320m2/h的抽风量抽风，产生用于输送石墨粉的气流，并在气流涡旋粉体细化机3中产生涡流、湍流带动石墨粉进行剪切、碰撞、卷曲完成石墨粉的粉体细化过程，负压抽风机I 6产生的风压为13800Pa，在过滤面积为63m2的脉冲粉尘回收装置I 5中空气压缩装置12以每次持续5秒、间隔时间20秒的频率向除尘袋内喷射气压为0.6MPa的高压气流，从旋风分离器I 4分离出的石墨粉尘随气流以2.5m/min的流速进入脉冲粉尘回收装置I 5；在粉体球化机组2中，采用的风管管径为250mm，负压抽风机II 11以3250m2/h的抽风量抽风，产生用于输送石墨粉的气流，并在气流涡旋球化机7和球化分级机8中产生涡流、湍流带动石墨粉进行卷曲、碰撞、团聚、密实完成石墨粉的球化过程，负压抽风机II 11产生的风压为7230Pa，在过滤面积为54m2的脉冲粉尘回收装置II 10中空气压缩装置12以每次持续5秒、间隔时间20秒的频率向除尘袋内喷射气压为0.6MPa的高压气流，从旋风分离器II 9分离出的石墨粉尘随气流以1.8m/min的流速进入脉冲粉尘回收装置II 10。
实施例3
用于生产球形石墨的气流控制系统的控制方法为：在粉体细化机组1中，采用的风管管径为260mm，负压抽风机I 6以5325m2/h的抽风量抽风，产生用于输送石墨粉的气流，并在气流涡旋粉体细化机3中产生涡流、湍流带动石墨粉进行剪切、碰撞、卷曲完成石墨粉的粉体细化过程，负压抽风机I 6产生的风压为15100Pa，在过滤面积为70m2的脉冲粉尘回收装置I 5中空气压缩装置以每次持续7秒、间隔时间30秒的频率向除尘袋内喷射气压为0.7MPa的高压气流，从旋风分离器I 4分离出的石墨粉尘随气流以3m/min的流速进入脉冲粉尘回收装置I 5；在粉体球化机组2中，采用的风管管径为260mm，负压抽风机II 11以4723m2/h的抽风量抽风，产生用于输送石墨粉的气流，并在气流涡旋球化机7和球化分级机8中产生涡流、湍流带动石墨粉进行卷曲、碰撞、团聚、密实完成石墨粉的球化过程，负压抽风机II 11产生的风压为9590Pa，在过滤面积为60m2的脉冲粉尘回收装置II 10中空气压缩装置12以每次持续8秒、间隔时间30秒的频率向除尘袋内喷射气压为0.7MPa的高压气流，从旋风分离器II9分离出的石墨粉尘随气流以2m/min的流速进入脉冲粉尘回收装置II10。
Claims (2)
1.用于生产球形石墨的气流控制系统，其特征在于：采用由气流涡旋粉体细化机(3)、旋风分离器I(4)、脉冲粉尘回收装置I(5)和负压抽风机I(6)通过风管串接组成的粉体细化机组(1)，构成对负压抽风机I(6)所形成气流的气流控制网；由气流涡旋球化机(7)、二级球化分级装置(8)、旋风分离器II(9)、脉冲粉尘回收装置II(10)和负压抽风机II(11)通过风管串接组成的粉体球化机组(2)，构成对负压抽风机II(11)所形成气流的气流控制网。
2.根据要求1所述的用于生产球形石墨的气流控制系统的控制方法，其特征在于：在粉体细化机组(1)中，采用的风管管径为240-260mm，负压抽风机I(6)以1005-5325m2/h的抽风量抽风，产生用于石墨粉制备过程中所需的气流和负压，并在气流涡旋粉体细化机(3)中产生涡流、湍流带动石墨粉进行剪切、碰撞、卷曲完成石墨粉的粉体细化过程，负压抽风机I(6)产生的风压为11800-15100Pa，在过滤面积为50-70m2的脉冲粉尘回收装置I(5)中空气压缩装置(12)以每次持续3-7秒、间隔时间10-30秒的频率向除尘袋内喷射气压为0.5-0.7MPa的高压气流，从旋风分离器I(4)分离出的石墨粉尘随气流以2-3m/min的流速进入脉冲粉尘回收装置I(5)；在粉体球化机组(2)中，采用的风管管径为240-260mm，负压抽风机II(10)以1483-4723m2/h的抽风量抽风，产生用于石墨粉制备过程中所需的气流和负压，并在气流涡旋球化机(7)和二级球化分级装置(8)中产生涡流、湍流带动石墨粉进行卷曲、碰撞、团聚、密实完成石墨粉的球化过程，负压抽风机II(11)产生的风压为6432-9590Pa，在过滤面积为45-60m2的脉冲粉尘回收装置II(10)中空气压缩装置(12)以每次持续4-8秒、间隔时间10-30秒的频率向除尘袋内喷射气压为0.5-0.7MPa的高压气流，从旋风分离器II(9)分离出的石墨粉尘随气流以1.5-2m/min的流速进入脉冲粉尘回收装置II(10)。
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