Экспериментально установлено, что при сушке и гранулировании активных масс положительных электродов ЛИТ, содержащих фторопластовое связующее:
оптимальные размеры гранул активных масс 5...15 мм, дробление приводит к снижению удельной емкости и прочности электродов и технологических характеристик масс: массы, состоящие из частиц менее 3 мм, плохо транспортируются, слёживаются, зависают в бункерах подачи, пылят, поэтому резко возрастают потери масс;
любая переработка масс, сопровождающаяся высокими сдвиговыми деформациями, приводит к снижению пластичности масс, ухудшению удельных электрических и прочностных характеристик электродов;
обезвоживание и гранулирование угольной массы следует проводить без значительных механических воздействий и уплотнения, а формование гранул при высокой влажности массы: интенсивные механические воздействия (давления, деформации сдвига и т.д.) и уплотнение приводят к разрушению высокопористой структуры и снижению электрической удельной емкости угольных электродов; повышать эффективность, сушки угольной массы следует путем увеличения поверхности слоя массы за счет формования гранул на начальной стадии сушки и применения оптимального температурного режима;
начальное обезвоживание активных масс на основе твердых деполяризаторов (Мп02 и СиО) следует производить посредством механического воздействия, предпочтительно прессованием при давлении 2,0...4,0 МПа;
гранулы угольной активной массы приобретают прочность достаточную для сохранения формы и могут транспортироваться в сушилки высокой интенсивности после удаления 45...50% начального количества влаги, гранулы диоксидно - марганцевой и оксидномедной активной массы приобретают достаточную прочность после удаления 23...25% начального количества влаги, при более высокой влажности гранулы нужно формовать и сушить на поддерживающей поверхности, например, на ленте конвейерной сушилки или в ячейках гранулятора;
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 параметровпроцесса 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.