Научные основы технологии и оборудования гранулирования активных масс и формования положительных электродов литиевых источников тока «Электрохимия» (стр. 5 )

для повышения интенсивности удаления влаги и обеспечения высокого качества активных масс температура начала сушки должна составлять 150...155°С (до удаления 45...70% начального количества влаги), а температура окончания сушки-125...135°С.

Разработан новый способ сушки-гранулирования активных масс, в основе которого лежат усадка и склонность к образованию трещин в процессе сушки. Способ включает формование пласта активной массы, нанесение на его поверхность сети канавок с заданным шагом и сушку пласта, во время которой происходит образование трещин вдоль канавок, их раскрытие и разделение пласта на гранулы.

Разработаны две технологические схемы сушки-гранулирования:

массы с твердыми деполяризаторами:

1) формование слоя массы,

2) обезвоживание прессованием,

3) сушка на конвейерной ленте гранулятора до удаления 23...25% начального количества влаги,

4) перегрузка гранул и сушка в барабанной сушилке; гранулирование осуществляется параллельно - на всех стадиях обезвоживания;

угольной массы: 1) формование гранул в ячейках гранулятора, 2) сушка в ячейках гранулятора до удаления 45...50% начального количества влаги, 3) перегрузка гранул и сушка в барабанной сушилке; совмещение гранулирования и сушки во время 2 и 3 операций процесса. Обе схемы предусматривают сушку с изменяемым температурным режимом - сначала при 150...155°С, затем при 125...135°С.

Созданы и прошли промышленную апробацию грануляторы новых конструкций: конвейерного типа для крупносерийного производства, а также дисковые и шнековые грануляторы для серийного производства, позволяющие получать гранулы нужной структуры, стабильной формы и размеров, снизить потери активной массы при гранулировании в среднем на 15%. Установлены зависимости устойчивости процесса гранулирования и количества потерь активной массы от формы и размеров рабочих органов грануляторов, а также интервалы варьирования этих параметров, обеспечивающих высокое качество гранул и низкий уровень потерь активной массы.

Разработаны:

критерии выбора вариантов конструкций по адгезии масс к материалам рабочих органов грануляторов и степени уплотнения пласта массы;

рекомендации по выбору оптимальных параметров для каждой из разработанных конструкций грануляторов.

Теоретически и экспериментально доказано, что процессы сушки и гранулирования активных масс должны рассматриваться как единый процесс, состоящий из комплекса взаимосвязанных совмещенных (параллельных) и последовательных операций, каждая из которых обеспечивает на всех стадиях обезвоживание массы и формирование гранул с заданными формой, размерами, структурными и физико-механическими характеристиками. Для повышения эффективности (сокращения времени и снижения энергоемкости) обезвоживания активной массы, как лимитирующей стадии процесса, необходимо последовательно использовать разные способы удаления влаги, причем, условием перехода от одного способа к другому является достижение заданной влажности и прочности гранул, а гранулирование осуществлять параллельно обезвоживанию массы. Для достижения максимальной эффективности процесса сушки-гранулирования комбинация и конструкция сушилок и грануляторов, размеры их рабочих зон должны полностью соответствовать порядку и продолжительности последовательных операций обезвоживания масс.

Использование этих принципов позволило сократить продолжительность сушки для угольной массы на 30...35%, а для диоксидно - марганцевых и оксидно-медных масс на 40...50%. Применение комбинации сушилок и интенсификация сушки привело к уменьшению длины конвейерной сушилки гранулятора в 5 раз, а общей металлоемкости оборудования сушки-гранулирования в 3...4 раза.

Разработаны способы сушки-гранулирования, авторский приоритет которых подтвержден патентными документами.

Проведены комплексные исследования и разработаны теоретические основы процесса формования ленточных положительных электродов ЛИТ:

установлены закономерности, отражающие влияние параметров процесса формования и технологического оборудования на качество электродов и эксплуатационные характеристики ЛИТ:

1) зависимости опережения, отставания и усадки лент в процессе формования, времени сушки электродных лент, их плотности, прочностных и

деформационных свойств от параметров процесса формования и конструктивных параметров оборудования;

2) зависимости электрических характеристик электродов от параметров процесса формования электродов;

определены интервалы оптимальной плотности активного слоя угольных, диоксидно - марганцевых и оксидномедных электродов;

исследована анизотропия прочности и усадки этих лент, для ее уменьшения предложено прокатывать электродные ленты с обжатием не менее 40%;

разработано математическое описание процессов формования лент из активных масс, пропитанных органической жидкостью, и водных и водно-спиртовых паст; предложен алгоритм оптимизации параметров процесса формования и оборудования для формования электродов, а также математический аппарат для технологических и конструкторских расчетов;

оптимизированы параметры процесса формования и параметры оборудования, выработаны соответствующие рекомендации;

установлено, что при экструзии заготовок из активных масс с твердыми деполяризаторами либо стержневых и полых электродов цилиндрических источников тока угол конусности матриц должен составлять 35...40 град., а истинная деформация для прямого прессования - 2,75...3,15.

Сформулированы принципы синтеза установок формования ленточных электродов, в основе которых лежит положения о том, что: 1) разработка и оптимизация процесса формования должна проводиться совместно с разработкой и оптимизацией параметров формующих устройств; 2) должны в полной мере выявляться связи параметров оборудования и эксплуатационных характеристик электродов, а математические модели включать как параметры процесса формования, так и параметры оборудования; 3) устройства должны обеспечивать непрерывное формование, высокую производительность при автоматическом или полуавтоматическом режиме работы, быть универсальными и обеспечивать за счет перенастройки и заложенных широких диапазонов регулирования оптимальные эксплуатационные характеристики электродов всей выпускаемой номенклатуры. Экспериментально установлены:

технологические характеристики гранулированных активных масс: углы естественного откоса, ширина сводообразующего отверстия, скорость пропитки гранул и высоты поднятия пропитывающей жидкости и др.;

зависимости эксплуатационных характеристик электродов от параметров установок (геометрических параметров, скоростных и температурных режимов, давлений и обжатий и т. д.).

Доказано, что предложенное устройство принудительной подачи повышает плотность электродов на основе твердых деполяризаторов и, соответственно, их удельную емкость, в 1,5...1,8 раза, без использования дополнительных проходов, а также снимает ограничение по скорости формования лент (критерий (о/Р), т. е. позволяет повысить производительность установок.

Предложены новые композиции для нанесения антиадгезионных покрытий для рабочих органов оборудования на основе лаков ЛФС-2 и ПАК-1М, смолы ВУПФС-35А, суспензий Ф4Д и Ф4МД и порошков А12Оз, SiC (аэросил), MgO, ZrOb MgOZrCb, Тг, разработаны технологии их нанесения. Покрытия обладают высокой долговечностью и снижают потери активной массы в процессе формования электродов.

Разработаны новые устройства подачи активных масс и формования электродных лент, обеспечивающие непрерывный процесс формования и высокое качество электродов и позволившие сократить потери активной массы на 15...25% в зависимости от ширины электродов (15±1% - при ширине 100 мм и 25±2% - при ширине 40 мм), увеличить производительность в 10...12 раз, улучшить экологические показатели производства за счет отделения рабочих зон от атмосферы цеха, исключения пыления активных масс, снижения уносов пропитывающей жидкости в атмосферу, снижения физических нагрузок персонала. Новизна устройства защищена авторскими свидетельствами и патентами.

Разработанные модели, технологии и макетные образцы оборудования апробированы в условиях опытного производства ВНИИТ и НПО «Квант» г. Москва, НИИХИТ и -элемент» г. Саратов, ОКТБ «Орион» г. Новочеркасск и дали положительные результаты, технические и технологические решения и опыт эксплуатации оборудования использован при составлении технического задания для тока» г. Смоленск на разработку и изготовление серийного оборудования для формования электродов.

Положения диссертации опубликованы в 88 работах, основные из которых следующие

Сербиновский электродных лент прокаткой. / Рос. гос. ун-т. - Ростов-н/Д: РГУ, 2001. - 85 с. Сербиновский источники тока: конструкции, электроды, материалы, способы изготовления и устройства для изготовления электродов / Рос. гос. ун-т. - Ростов-н/Д: РГУ, 2001. - 155 с. Сербиновский модель формования ленточных электродов // Электрохимическая энергетика, 2001. - Т.1-2. - С.80-85. , Данюшина покрытия оборудования для изготовления электродов химических источников тока // Журн. прикл. химии, 2001. - Т.74. Вып.5. - С.739-742. , Думчус A. M., Шкураков параметров процесса формования на плотность электродных лент // Электрохимическая энергетика, 2001. Т. З. - С.74-79. , , Шкураков при формовании лент активной массы // Изв. вузов. Сев. Кавк. регион. Техн. науки. 2001 - № 4. - С.25-29. , Данюшина ГА., , Сербиновский покрытия оборудования для изготовления электродов литиевых источников тока // Литиевые источники тока: Матер. VI Междунар. конф., г. Новочеркасск, 19-20 сент. 2000 г. / Юж. - Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: Набла, 2000. - С.157-158. , , Думчус A. M. Интенсификация сушки активных масс положительных электродов // Фундаментальные проблемы электрохимической энергетики: Материалы IV междунар. конф, 21-23 июля 1999 г. / Под ред. -ва. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1999-С.107-108. , Думчус процесса прокатки ленточных угольных электродов литиевых ХИТ // Фундаментальные проблемы электрохимической энергетики: Материалы IV междунар. конф, 21-23 июля 1999 г. / Под ред. -ва. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1999 - С.109-111. , , Игнатенко покрытия оборудования для производства электродов // Антифрикционные материалы специального назначения: Юбилейн. сб. научн. тр. / Юж. - Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999. - С.135-141. , Сербиновская стабильности пластических свойств паст активных масс электродов на основе СиО, Мп02 и (CFx) n // V Междуна-родн. конф. «Фундаментальные проблемы, преобразования энергии в литиевых электрохимических системах». Сателлитная конф. XVI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии: Тез. докл., (Санкт-Петербург 1998). - Санкт-Петербург: НИАИ «Источник», 1998-С.121. , Гранулятор с ячеистой транспортерной лентой // Изв. Рост. гос. строит. ун-та. - Ростов-н/д: Изд-во РГСУ, ЮРО РААСН, 1998. - №3. - С.72-75. , Данюшина покрытия на инструмент для прокатки активных масс электродов ХИТ // Новости электрохимии органических соединений: Тезисы докладов / Ин-т электрохимии им. РАН, Новочерк. гос. техн. ун-т - Новочеркасск: Набла, 1998. - С.105. , , Волощук прокатанных угольных и диоксидномарганцевых электродов // Электротехника, 1989. - № 8. - С.75-78. Сербиновский MJO., Думчус AM. Выбор оптимальной конструкции устройства подачи активных масс электродов в зону практики // Литиевые химические источники тока: Сб. науч. трудов. - Новочеркасск: НПИ, 1989. - С.86-91. )., Карпенко активной массы на основе диоксида марганца // Строительные и специальные материалы на основе органомииералънъгх композиций: Мсжвуз. сб. - Новочеркасск, 1988. - С.67-72. )., Думчус A. M., Ватуля прокатки угольных электродных масс // Строительные и специальные материалы па основе органомине-ральпых композиций: Межеуз. сб: ПНИ. - Новочеркасск, 1988. - С.72-76. ), Думчус A. M. Пуресев характеристик гранулированной угольной активной массы химических источников тока // Строитеые п специальные материалы на основе органоминеральных композиций: Меж-ву I. сб, 11ивочсркасск, 1986. - С.79-83 , Пуресев сушки и гранулирования специальных материалов // Строительные и специальные материалы на основе органоминеральных композиций: Межвуз. сб. - Новочеркасск, 1984. - С.35-39 А. с.1179871 СССР, МКИ Н 01М 4/00. Способ изготовления активной массы угольного электрода / , , - № 000, Заявл.17.04.84, Зарег.15.09.85. А. с.1227070 СССР, МКИ Н 01М4/00. Устройство для изготовления электродов / Гончаров СИ., , и др. - № 000, Заявл, 6.04.84. Зарег.22.02.85. А. с.1473642 СССР МКИ Н01М 4/26. Устройство для изготовления электродов химических источников тока / , A. M. Думчус, . - № 000/24-07; Заявл.16.03.87., Зарег.15.12.88. А. с.1489523 СССР МКИ НОШ 4/10. Способ изготовления электрода химического источника тока / и A. M. Думчус. - № 000/24-07; Заявл.02.07.87, Зарег.22.02.89. А. с.1494814 СССР МКИ Н01М 4/26. Устройство для прокатки активной массы электродов / , AM. Думчус. - № 000/24-07; Заявл.30.06.87, Зарег.30.06.87. А. с.1515971 СССР МКИ НОШ 4/10. Способ изготовления электрода химического источника тока / и A. M. Думчус. - № 000/24-07; 4313630/24-07 Заявл.02.07.87, Зарег.15.06.89. А. с.1515973 СССР МКИ НОШ 4/26 // B22F 3/18. Устройство для прокатки электродных лент химических источников тока / , A. M. Думчус, В. Г, Волощук. - № 000/24-07; Заявл.27.11.87, Зарег.15.06.89. А. с.1533566 СССР МКИ НОШ 4/26 // В32В 3/1/12. Устройство для изготовления электродов химических источников тока / , A. M. Думчус, -№ 000/24-07; Заявл.16.02.88, Зарег.01.09.89. А. с.1535286 СССР. МКИ Н 01 М 4/04. Устройство для изготовления электродов химических источников тока / М. Ю, Сербиновский, A. M. Думчус. - № 000/24-07; Заявл.16.05.88, Зарег.08.09.89. А. с.1535287 СССР. МКИ Н 01 М 4/04. Способ изготовления угольного электрода / AM. Думчус, . - № 000/24-07; Заявл.11.01.88, Зарег.08.09.89.3.0.А. с.1535290 СССР МКИ НОШ 4/26. Устройство для прокатки электродных лент химических источников тока / , A. M. Думчус. - № 000/24-07; Заявл.16.05.88, Зарег.08.09.89. А. с.1535291 СССР МКИ НОШ 4/26 // B22F 3/18. Устройство для прокатки электродных лент химических источников тока / , A. M. Думчус, . - № 000/24-07; Заявл.16.05.88, Зарег.08.09.89. А. с.1563539 СССР МКИ НОШ 4/26 // В 22F3/18. Устройство для изготовления электродов химических источников тока / , A. M. Думчус, В. И, Дехтярев, - № 000/24-07; Заявл.10.10.88. Центр оперативной полиграфии Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) 346428, г. Новочеркасск