炭素知識(shí)課堂:深度解開負(fù)極材料石墨化工藝神秘面紗
編輯：2023-12-17 18:46:13
在鋰電池各材料制造當(dāng)中，負(fù)極材料的制造可謂是*為復(fù)雜、制造周期*長的原材料了。在負(fù)極材料的制造工藝四步（破碎-造粒-石墨化-篩分除磁）中，尤以造粒和石墨化技術(shù)含量和技術(shù)壁壘*高，從失效成本來看，石墨化可謂當(dāng)之無愧的重中之重。
故而，因其具有較高的技術(shù)壁壘和保密性，且之前多為委外碳素企業(yè)代加工，可以說是負(fù)極材料制造中*為神秘的一個(gè)工序。今天就來和我一起揭開石墨化制造工藝的面紗。
篇幅較長，為方便閱讀，我給大家列了一個(gè)閱讀目錄：
引言
什么是石墨化
石墨化使用設(shè)備
幾種石墨化爐的工作原理石墨化過程影響因素
艾奇遜石墨化爐工作原理
什么是電阻料
什么是保溫料艾奇遜石墨化爐關(guān)鍵技術(shù)
送電曲線
裝爐工藝控制石墨化工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)
石墨化后檢測項(xiàng)目
引言
在現(xiàn)在鋰電池制造中，負(fù)極材料中占有絕對(duì)地位的是人造石墨負(fù)極材料，在碳類負(fù)極材料中，石墨因其具有的特性，層狀結(jié)構(gòu)，更有序，低結(jié)晶度，大層間距的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(石墨：0.334nm；硬碳：0.36~0.38nm)，有利于離子快速脫嵌，具備高容量，高倍率，低溫性能好等電化學(xué)性能優(yōu)點(diǎn)。
石墨的生產(chǎn)工藝中，原材料并不復(fù)雜，一般把要進(jìn)行加工的原材料叫骨料，人造石墨的骨料分為煤系、石油系以及煤和石油混合系三大類。
其中煤系針狀焦、石油系針狀焦以及石油焦應(yīng)用*廣：一般來講，高比容量的負(fù)極采用針狀焦作為原材料，普通比容量的負(fù)極采用價(jià)格更便宜的石油焦作為原料。瀝青則作為粘結(jié)劑，所以主要原材料就兩個(gè)，焦和粘結(jié)劑。
整體工序分為破碎-造粒-石墨化-篩分除磁
在石墨化前，破碎則是把兩種原材料（焦和瀝青）分別進(jìn)行一個(gè)物理破碎整形，兩個(gè)平行工藝，然后按照一定的比例摻雜到一塊進(jìn)行造粒，造粒主要通過升溫讓瀝青包覆改性，后面通過整形就到了石墨化
負(fù)極材料的技術(shù)含量和技術(shù)壁壘基本上都集中在了造粒和石墨化工序，前段和后段不再做更多詳細(xì)的介紹。這里主要介紹一下石墨化工序。
什么是石墨化？
石墨化是非石墨質(zhì)炭經(jīng)高溫?zé)崽幚?，充分利用電阻熱把炭質(zhì)材料加熱到 2300~3 000 ℃，轉(zhuǎn)變成具有石墨三維規(guī)則有序結(jié)構(gòu)的石墨質(zhì)炭，使無定形亂層結(jié)構(gòu)的炭轉(zhuǎn)化成有序的石墨晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程。
整個(gè)過程是石墨晶質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，原子重排的能量來源于高溫?zé)崽幚?，使用高溫?zé)崽幚韺?duì)原子重排及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變提供能量，這一過程需要消耗大量能量，隨著熱處理溫度的提高，石墨層間距逐漸變小，一般在0.343~0.346 nm之間，一般溫度到 2 500 ℃時(shí)變化顯著，到3000 ℃時(shí)變化逐漸緩慢，直至完成整個(gè)石墨化過程。
石墨化*初起源于碳素制品行業(yè)，是生產(chǎn)石墨電極的必備工序，就像小時(shí)候見到的那個(gè)圓柱電池里面的碳棒，不過這里的電極尺寸會(huì)大得多，所以往往很多石墨化外協(xié)工廠，都做石墨電極，而轉(zhuǎn)型來做人造石墨的企業(yè)，很多都是煤、鋼鐵以及碳素行業(yè)，利用自己已有的資源，都是對(duì)已有資源的優(yōu)化配置。
石墨化作用是為了提高炭材料的熱、電傳導(dǎo)性(電阻率降低4-5倍，導(dǎo)熱性能提高10倍左右)，提高炭材料的抗熱震性和化學(xué)穩(wěn)定性(線膨脹系數(shù)降低50-80%)，使炭材料具有潤滑性和抗磨性，提高炭材料純度(產(chǎn)品灰分由0.5-0.8%降至0.3%左右)。
在石墨化的同時(shí)，高溫還能夠?qū)崿F(xiàn)提純除雜的目的。當(dāng)石墨化溫度提高到接近2200℃時(shí)，鋰離子電池負(fù)極材料的雜質(zhì)基本上已經(jīng)被排除。
石墨化使用設(shè)備
負(fù)極材料石墨化過程采用的爐型主要有艾奇遜石墨化爐、內(nèi)串石墨化爐、廂式石墨化爐及連續(xù)式石墨化爐4種。
但在行業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，絕大部分使用傳統(tǒng)的艾奇遜石墨化爐（如璞泰來、杉杉、中科、尚太），廂式爐如河北坤天、杉杉股份具有廂式爐相關(guān)專利，未來多是朝著連續(xù)石墨化爐（如坤天、貝特瑞）的方向發(fā)展。
因?yàn)樵诩訜徇^程中需要耗費(fèi)大量的電量，故而從成本的角度來看，未來石墨化也會(huì)照著降低能耗的方向發(fā)展。
根據(jù)分析，艾奇遜石墨化爐本身的能耗較高，但其中只有約30%的電能被用于制品石墨化，其余的都以各種形式散失掉了；與傳統(tǒng)坩堝爐法相比，廂式爐法的單位電耗降低40%~50%，連續(xù)爐法的單位電耗降低60%左右?，F(xiàn)階段市場主體為坩堝爐艾奇遜法，廂式爐法和連續(xù)爐法有望成未來主流。
艾奇遜法產(chǎn)出*穩(wěn)定可靠，但改進(jìn)空間很有限。廂式爐物料均勻性略差，未來仍需優(yōu)化裝爐工藝，提升均勻性。兩者均為間歇式石墨化爐。
連續(xù)爐法單日產(chǎn)出是傳統(tǒng)坩堝爐工藝的5-6倍，不過由于連續(xù)法加熱溫度相對(duì)較低，會(huì)導(dǎo)致石墨化程度和產(chǎn)品比容量低，在某些高端石墨應(yīng)用上欠缺，還需進(jìn)一步改進(jìn)。
連續(xù)爐法采用電阻或感應(yīng)加熱，可實(shí)現(xiàn)高溫下連續(xù)式進(jìn)料和出料，有點(diǎn)類似于正極材料燒結(jié)的窯爐，從一頭進(jìn)，中間有多個(gè)溫區(qū)（升溫區(qū)、保溫區(qū)、降溫區(qū)），從另一頭出來，為未來革新方向。
其主要優(yōu)勢在于：
1、工序簡單、生產(chǎn)周期短。它將裝爐、通電、冷卻、卸出等多道工序一體化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，自動(dòng)化程度高。
2、熱量利用率高，能耗降低。通過采用新的爐型結(jié)構(gòu)和快速冷卻裝置，加快排料和冷卻速度，在連續(xù)生產(chǎn)的狀態(tài)下，不存在間歇式的爐體蓄熱損失，熱量利用率提高。
3、污染物少，環(huán)境友好。它簡化了生產(chǎn)工序，且設(shè)置了排硫孔和排煙孔，避免污染物直接排放，對(duì)車間環(huán)境、工人作業(yè)環(huán)境有很大的提升。
幾種石墨化爐的工作原理簡介
艾奇遜爐：是將炭質(zhì)負(fù)極材料裝在一個(gè)一個(gè)的坩堝內(nèi)，再將坩堝裝入石墨化爐內(nèi)并間裝電阻料作電阻，兩側(cè)和上蓋裝入保溫料后通過送電完成石墨化，后面會(huì)再進(jìn)行詳細(xì)介紹，這里不做過多的介紹。
內(nèi)串石墨化爐：是將炭質(zhì)負(fù)極材料裝在多孔坩堝內(nèi)（9孔坩堝），然后將坩堝通過串接方式首尾相連裝入石墨爐內(nèi)，兩側(cè)和上蓋裝入保溫料后通過送電完成石墨化
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(jìn)的主要特點(diǎn)。
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(shí)間短等特點(diǎn)。產(chǎn)品直接加熱時(shí)電阻均勻，產(chǎn)品的成品率高。
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。但內(nèi)串式石墨化也有一定的缺點(diǎn)，如爐溫不及艾奇遜石墨化爐高。
廂式石墨化爐：是將炭質(zhì)負(fù)極材料直接裝入事先用炭板或石墨板安裝好的大箱體內(nèi)，再加上炭質(zhì)或石墨質(zhì)蓋板作為電阻（替代焦類的電阻料），上部和兩側(cè)裝入保溫料后通過送電完成石墨化
原理本質(zhì)上還是艾奇遜窯爐的優(yōu)化和改進(jìn)，但成本相較艾奇遜爐低。其也有一些缺點(diǎn)，如物料易氧化、熱效率低、爐內(nèi)溫度分布不均、物料均勻性差等。
連續(xù)石墨化爐：是將炭質(zhì)負(fù)極材料連續(xù)加入石墨化爐腔體內(nèi)，經(jīng)過高溫石墨化后冷卻排出。與前面的間歇式石墨化爐區(qū)別，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(shí)現(xiàn)連續(xù)石墨化。
主要的方式有通過電阻加熱（外熱法）和本體加熱。連續(xù)石墨化爐正常運(yùn)行時(shí)，爐子各部分的溫度保持不變，待石墨化的電極隨電極柱的移動(dòng)，先在進(jìn)料部分預(yù)熱，逐漸升溫，在爐體內(nèi)達(dá)到*高溫度，而后溫度又逐漸下降，在出料部分降到*低溫度，然后出爐，這里很類似正極材料的RHK燒結(jié)爐，但是燒結(jié)爐是通過匣缽作為載體，且*高溫度僅800℃。
也就是說，電極的溫度隨電極柱在爐中的移動(dòng)而變化，爐中不同部位的石墨坩堝預(yù)熱、石墨化、冷卻出爐過程同時(shí)進(jìn)行。由于石墨坩堝自熱，而且還需要移動(dòng)，所以這種工藝在操作上比較復(fù)雜，不如外熱法即間接加熱的連續(xù)石墨化工藝成熟。
影響連續(xù)石墨化工藝的主要有以下兩個(gè)問題。首先是耐火層問題，因?yàn)橐幸粋€(gè)溫度始終在3000℃的溫區(qū)，這就要求爐體耐火材料有較高的耐火度，但目前沒有如此高耐火度的耐火材料，也就是爐子沒有辦法達(dá)到如此高的石墨化的溫度。解決的辦法只能是通過加厚保溫層，如加厚保溫炭黑，使熱量較少地傳到外層保溫層，同時(shí)采用水對(duì)爐子外層進(jìn)行冷卻。
另外一個(gè)問題就是如何快速地冷卻產(chǎn)品，從而使產(chǎn)品不被氧化，如果還是自然冷卻，動(dòng)輒幾天的冷卻時(shí)間那連續(xù)的作用就大打折扣。解決的方法是采用水冷，同時(shí)加保護(hù)氣體，如氮?dú)猓蓞⒖颊龢O材料在出爐時(shí)使用氮?dú)庵脫Q加速冷卻的方式）。
見如下對(duì)某型號(hào)三種石墨化爐成品性能的對(duì)比：
?
從能耗上來講，艾奇遜石墨化爐的耗電區(qū)間為 4000～4800kwh/t（一次裝爐根據(jù)爐的大小，大概在200T），內(nèi)串式石墨化爐的耗電區(qū)間為3300～4000kwh/t。電費(fèi)在石墨化成本中占比高達(dá)60%，因此，國內(nèi)石墨化產(chǎn)能多分布在低電價(jià)的內(nèi)蒙古（煤炭資源豐富）、四川（水電資源豐富）、山西（煤電資源豐富）等地。
石墨化工藝相對(duì)獨(dú)立，能耗高，設(shè)備投資大，專業(yè)性強(qiáng)。同時(shí)，石墨化電阻料廢料的處置需要穩(wěn)定的鋼廠、鋁廠客戶資源，再倒退幾年，很多公司都將石墨化環(huán)節(jié)交給外部公司生產(chǎn)，也就是我們說的委外加工，像BTR、凱金地處珠三角地區(qū)，當(dāng)?shù)亟ㄊS能耗指標(biāo)難以滿足。
人造石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)成本主要包括加工費(fèi)和原材料，其中，原材料約占40%，加工費(fèi)約占51%，制造費(fèi)用和人工費(fèi)用占比較少。原材料價(jià)格與加工費(fèi)的變化將極大影響負(fù)極材料的利潤和銷售價(jià)格，像去年石墨化委外加工都需要排隊(duì)的情況，勢必會(huì)導(dǎo)致石墨產(chǎn)品價(jià)格的上漲。
綜合下來，這幾年主要的龍頭負(fù)極材料企業(yè)為了降本，都在布局自己的石墨化，甚至從破碎-造粒-石墨化-成品一體化工廠，比如石家莊尚太，因其較早搭建的人造石墨一體化，降低成本，在行業(yè)內(nèi)發(fā)展迅速，降低委外加工的比例，除了可以提升企業(yè)毛利率，還能保持供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性。更遠(yuǎn)的，部分企業(yè)甚至已經(jīng)在布局從煤焦油到針狀焦，再到石墨制造的一體化工廠。作者：江子才
（來源鏈接：https://oss.lcweb01.cn/jzt/08b57511-80d1-4ac7-8ca8-096fca8644c9/image/20231217/a87fe495a05d077b5e1c745016697da0.jpeg8）
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編輯：2023-12-17 18:46:13
在鋰電池各材料制造當(dāng)中，負(fù)極材料的制造可謂是*為復(fù)雜、制造周期*長的原材料了。在負(fù)極材料的制造工藝四步（破碎-造粒-石墨化-篩分除磁）中，尤以造粒和石墨化技術(shù)含量和技術(shù)壁壘*高，從失效成本來看，石墨化可謂當(dāng)之無愧的重中之重。
故而，因其具有較高的技術(shù)壁壘和保密性，且之前多為委外碳素企業(yè)代加工，可以說是負(fù)極材料制造中*為神秘的一個(gè)工序。今天就來和我一起揭開石墨化制造工藝的面紗。
篇幅較長，為方便閱讀，我給大家列了一個(gè)閱讀目錄：
引言
什么是石墨化
石墨化使用設(shè)備
幾種石墨化爐的工作原理石墨化過程影響因素
艾奇遜石墨化爐工作原理
什么是電阻料
什么是保溫料艾奇遜石墨化爐關(guān)鍵技術(shù)
送電曲線
裝爐工藝控制石墨化工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)
石墨化后檢測項(xiàng)目
引言
在現(xiàn)在鋰電池制造中，負(fù)極材料中占有絕對(duì)地位的是人造石墨負(fù)極材料，在碳類負(fù)極材料中，石墨因其具有的特性，層狀結(jié)構(gòu)，更有序，低結(jié)晶度，大層間距的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(石墨：0.334nm；硬碳：0.36~0.38nm)，有利于離子快速脫嵌，具備高容量，高倍率，低溫性能好等電化學(xué)性能優(yōu)點(diǎn)。
石墨的生產(chǎn)工藝中，原材料并不復(fù)雜，一般把要進(jìn)行加工的原材料叫骨料，人造石墨的骨料分為煤系、石油系以及煤和石油混合系三大類。
其中煤系針狀焦、石油系針狀焦以及石油焦應(yīng)用*廣：一般來講，高比容量的負(fù)極采用針狀焦作為原材料，普通比容量的負(fù)極采用價(jià)格更便宜的石油焦作為原料。瀝青則作為粘結(jié)劑，所以主要原材料就兩個(gè)，焦和粘結(jié)劑。
整體工序分為破碎-造粒-石墨化-篩分除磁
在石墨化前，破碎則是把兩種原材料（焦和瀝青）分別進(jìn)行一個(gè)物理破碎整形，兩個(gè)平行工藝，然后按照一定的比例摻雜到一塊進(jìn)行造粒，造粒主要通過升溫讓瀝青包覆改性，后面通過整形就到了石墨化
負(fù)極材料的技術(shù)含量和技術(shù)壁壘基本上都集中在了造粒和石墨化工序，前段和后段不再做更多詳細(xì)的介紹。這里主要介紹一下石墨化工序。
什么是石墨化？
石墨化是非石墨質(zhì)炭經(jīng)高溫?zé)崽幚?，充分利用電阻熱把炭質(zhì)材料加熱到 2300~3 000 ℃，轉(zhuǎn)變成具有石墨三維規(guī)則有序結(jié)構(gòu)的石墨質(zhì)炭，使無定形亂層結(jié)構(gòu)的炭轉(zhuǎn)化成有序的石墨晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程。
整個(gè)過程是石墨晶質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，原子重排的能量來源于高溫?zé)崽幚?，使用高溫?zé)崽幚韺?duì)原子重排及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變提供能量，這一過程需要消耗大量能量，隨著熱處理溫度的提高，石墨層間距逐漸變小，一般在0.343~0.346 nm之間，一般溫度到 2 500 ℃時(shí)變化顯著，到3000 ℃時(shí)變化逐漸緩慢，直至完成整個(gè)石墨化過程。
石墨化*初起源于碳素制品行業(yè)，是生產(chǎn)石墨電極的必備工序，就像小時(shí)候見到的那個(gè)圓柱電池里面的碳棒，不過這里的電極尺寸會(huì)大得多，所以往往很多石墨化外協(xié)工廠，都做石墨電極，而轉(zhuǎn)型來做人造石墨的企業(yè)，很多都是煤、鋼鐵以及碳素行業(yè)，利用自己已有的資源，都是對(duì)已有資源的優(yōu)化配置。
石墨化作用是為了提高炭材料的熱、電傳導(dǎo)性(電阻率降低4-5倍，導(dǎo)熱性能提高10倍左右)，提高炭材料的抗熱震性和化學(xué)穩(wěn)定性(線膨脹系數(shù)降低50-80%)，使炭材料具有潤滑性和抗磨性，提高炭材料純度(產(chǎn)品灰分由0.5-0.8%降至0.3%左右)。
在石墨化的同時(shí)，高溫還能夠?qū)崿F(xiàn)提純除雜的目的。當(dāng)石墨化溫度提高到接近2200℃時(shí)，鋰離子電池負(fù)極材料的雜質(zhì)基本上已經(jīng)被排除。
石墨化使用設(shè)備
負(fù)極材料石墨化過程采用的爐型主要有艾奇遜石墨化爐、內(nèi)串石墨化爐、廂式石墨化爐及連續(xù)式石墨化爐4種。
但在行業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，絕大部分使用傳統(tǒng)的艾奇遜石墨化爐（如璞泰來、杉杉、中科、尚太），廂式爐如河北坤天、杉杉股份具有廂式爐相關(guān)專利，未來多是朝著連續(xù)石墨化爐（如坤天、貝特瑞）的方向發(fā)展。
因?yàn)樵诩訜徇^程中需要耗費(fèi)大量的電量，故而從成本的角度來看，未來石墨化也會(huì)照著降低能耗的方向發(fā)展。
根據(jù)分析，艾奇遜石墨化爐本身的能耗較高，但其中只有約30%的電能被用于制品石墨化，其余的都以各種形式散失掉了；與傳統(tǒng)坩堝爐法相比，廂式爐法的單位電耗降低40%~50%，連續(xù)爐法的單位電耗降低60%左右。現(xiàn)階段市場主體為坩堝爐艾奇遜法，廂式爐法和連續(xù)爐法有望成未來主流。
艾奇遜法產(chǎn)出*穩(wěn)定可靠，但改進(jìn)空間很有限。廂式爐物料均勻性略差，未來仍需優(yōu)化裝爐工藝，提升均勻性。兩者均為間歇式石墨化爐。
連續(xù)爐法單日產(chǎn)出是傳統(tǒng)坩堝爐工藝的5-6倍，不過由于連續(xù)法加熱溫度相對(duì)較低，會(huì)導(dǎo)致石墨化程度和產(chǎn)品比容量低，在某些高端石墨應(yīng)用上欠缺，還需進(jìn)一步改進(jìn)。
連續(xù)爐法采用電阻或感應(yīng)加熱，可實(shí)現(xiàn)高溫下連續(xù)式進(jìn)料和出料，有點(diǎn)類似于正極材料燒結(jié)的窯爐，從一頭進(jìn)，中間有多個(gè)溫區(qū)（升溫區(qū)、保溫區(qū)、降溫區(qū)），從另一頭出來，為未來革新方向。
其主要優(yōu)勢在于：
1、工序簡單、生產(chǎn)周期短。它將裝爐、通電、冷卻、卸出等多道工序一體化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，自動(dòng)化程度高。
2、熱量利用率高，能耗降低。通過采用新的爐型結(jié)構(gòu)和快速冷卻裝置，加快排料和冷卻速度，在連續(xù)生產(chǎn)的狀態(tài)下，不存在間歇式的爐體蓄熱損失，熱量利用率提高。
3、污染物少，環(huán)境友好。它簡化了生產(chǎn)工序，且設(shè)置了排硫孔和排煙孔，避免污染物直接排放，對(duì)車間環(huán)境、工人作業(yè)環(huán)境有很大的提升。
幾種石墨化爐的工作原理簡介
艾奇遜爐：是將炭質(zhì)負(fù)極材料裝在一個(gè)一個(gè)的坩堝內(nèi)，再將坩堝裝入石墨化爐內(nèi)并間裝電阻料作電阻，兩側(cè)和上蓋裝入保溫料后通過送電完成石墨化，后面會(huì)再進(jìn)行詳細(xì)介紹，這里不做過多的介紹。
內(nèi)串石墨化爐：是將炭質(zhì)負(fù)極材料裝在多孔坩堝內(nèi)（9孔坩堝），然后將坩堝通過串接方式首尾相連裝入石墨爐內(nèi)，兩側(cè)和上蓋裝入保溫料后通過送電完成石墨化
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(jìn)的主要特點(diǎn)。
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(shí)間短等特點(diǎn)。產(chǎn)品直接加熱時(shí)電阻均勻，產(chǎn)品的成品率高。
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。但內(nèi)串式石墨化也有一定的缺點(diǎn)，如爐溫不及艾奇遜石墨化爐高。
廂式石墨化爐：是將炭質(zhì)負(fù)極材料直接裝入事先用炭板或石墨板安裝好的大箱體內(nèi)，再加上炭質(zhì)或石墨質(zhì)蓋板作為電阻（替代焦類的電阻料），上部和兩側(cè)裝入保溫料后通過送電完成石墨化
原理本質(zhì)上還是艾奇遜窯爐的優(yōu)化和改進(jìn)，但成本相較艾奇遜爐低。其也有一些缺點(diǎn)，如物料易氧化、熱效率低、爐內(nèi)溫度分布不均、物料均勻性差等。
連續(xù)石墨化爐：是將炭質(zhì)負(fù)極材料連續(xù)加入石墨化爐腔體內(nèi)，經(jīng)過高溫石墨化后冷卻排出。與前面的間歇式石墨化爐區(qū)別，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(shí)現(xiàn)連續(xù)石墨化。
主要的方式有通過電阻加熱（外熱法）和本體加熱。連續(xù)石墨化爐正常運(yùn)行時(shí)，爐子各部分的溫度保持不變，待石墨化的電極隨電極柱的移動(dòng)，先在進(jìn)料部分預(yù)熱，逐漸升溫，在爐體內(nèi)達(dá)到*高溫度，而后溫度又逐漸下降，在出料部分降到*低溫度，然后出爐，這里很類似正極材料的RHK燒結(jié)爐，但是燒結(jié)爐是通過匣缽作為載體，且*高溫度僅800℃。
也就是說，電極的溫度隨電極柱在爐中的移動(dòng)而變化，爐中不同部位的石墨坩堝預(yù)熱、石墨化、冷卻出爐過程同時(shí)進(jìn)行。由于石墨坩堝自熱，而且還需要移動(dòng)，所以這種工藝在操作上比較復(fù)雜，不如外熱法即間接加熱的連續(xù)石墨化工藝成熟。
影響連續(xù)石墨化工藝的主要有以下兩個(gè)問題。首先是耐火層問題，因?yàn)橐幸粋€(gè)溫度始終在3000℃的溫區(qū)，這就要求爐體耐火材料有較高的耐火度，但目前沒有如此高耐火度的耐火材料，也就是爐子沒有辦法達(dá)到如此高的石墨化的溫度。解決的辦法只能是通過加厚保溫層，如加厚保溫炭黑，使熱量較少地傳到外層保溫層，同時(shí)采用水對(duì)爐子外層進(jìn)行冷卻。
另外一個(gè)問題就是如何快速地冷卻產(chǎn)品，從而使產(chǎn)品不被氧化，如果還是自然冷卻，動(dòng)輒幾天的冷卻時(shí)間那連續(xù)的作用就大打折扣。解決的方法是采用水冷，同時(shí)加保護(hù)氣體，如氮?dú)猓蓞⒖颊龢O材料在出爐時(shí)使用氮?dú)庵脫Q加速冷卻的方式）。
見如下對(duì)某型號(hào)三種石墨化爐成品性能的對(duì)比：
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從能耗上來講，艾奇遜石墨化爐的耗電區(qū)間為 4000～4800kwh/t（一次裝爐根據(jù)爐的大小，大概在200T），內(nèi)串式石墨化爐的耗電區(qū)間為3300～4000kwh/t。電費(fèi)在石墨化成本中占比高達(dá)60%，因此，國內(nèi)石墨化產(chǎn)能多分布在低電價(jià)的內(nèi)蒙古（煤炭資源豐富）、四川（水電資源豐富）、山西（煤電資源豐富）等地。
石墨化工藝相對(duì)獨(dú)立，能耗高，設(shè)備投資大，專業(yè)性強(qiáng)。同時(shí)，石墨化電阻料廢料的處置需要穩(wěn)定的鋼廠、鋁廠客戶資源，再倒退幾年，很多公司都將石墨化環(huán)節(jié)交給外部公司生產(chǎn)，也就是我們說的委外加工，像BTR、凱金地處珠三角地區(qū)，當(dāng)?shù)亟ㄊS能耗指標(biāo)難以滿足。
人造石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)成本主要包括加工費(fèi)和原材料，其中，原材料約占40%，加工費(fèi)約占51%，制造費(fèi)用和人工費(fèi)用占比較少。原材料價(jià)格與加工費(fèi)的變化將極大影響負(fù)極材料的利潤和銷售價(jià)格，像去年石墨化委外加工都需要排隊(duì)的情況，勢必會(huì)導(dǎo)致石墨產(chǎn)品價(jià)格的上漲。
綜合下來，這幾年主要的龍頭負(fù)極材料企業(yè)為了降本，都在布局自己的石墨化，甚至從破碎-造粒-石墨化-成品一體化工廠，比如石家莊尚太，因其較早搭建的人造石墨一體化，降低成本，在行業(yè)內(nèi)發(fā)展迅速，降低委外加工的比例，除了可以提升企業(yè)毛利率，還能保持供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性。更遠(yuǎn)的，部分企業(yè)甚至已經(jīng)在布局從煤焦油到針狀焦，再到石墨制造的一體化工廠。作者：江子才
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