CN101905882B - 利用石油焦或无烟煤连续生产高纯散状人造石墨的设备与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用石油焦或无烟煤连续生产高纯散状人造石墨的设备与方法。该设备包括进料斗、石墨电极、炉顶、下炉壳、炉底冷却水套、冷却器、出料斗，其中，炉顶由耐火材料与钢板构成，下炉壳由内衬和钢板构成，内衬材料由内至外分别为氧化铝空心球浇注料、莫来石浇注料、纤维毡，炉底冷却水套由钢板焊接而成，冷却器利用法兰与炉底冷却水套连接，冷却器内横向交错排列冷却水管，其特征在于使用交流电源供电，连接电源三相导线的三根石墨电极从炉顶插入炉内后在同一圆周上成正三角形分布，插入深度为炉膛高度的1/2～2/3，在炉顶石墨电极分布圆上设三个挥发分及蒸汽引出口。该电炉的电耗降至2000kWh/t以下，平均电阻率小于110μΩ·m。
Description
技术领域
本发明涉及冶金工程材料非金属材料领域，具体涉及利用石油焦或无烟煤连续生产高纯散状人造石墨的设备与方法。
背景技术
高纯散状人造石墨是利用石油焦或无烟煤经过一定工艺手段加工生产的一种重要产品，由于其优良性能决定了它在众多工业领域有广泛应用。高纯散状人造石墨可以生产炭电极、石墨坩埚、连续铸造粉、铸造芯；还可作为炼钢生产中的增碳剂；在电气工业中广泛用来做电源、电刷、碳棒、石墨垫圈、高温密封圈、高温润滑剂、电视机显像管涂层等等。
目前，国内散状石墨主要来源于石墨电极生产时的副产品，使用的是艾奇逊石墨化炉和内热串接石墨化炉两种设备，利用上述两种设备进行生产时存在三大缺点，其一是生产不能连续作业；其二是能耗较高，一般均在3200kWh/t以上；其三炉内温度分布不均匀，生产时还要加入电阻料和石英砂，导致散状石墨产品中的杂质含量较多，质量不稳定。
发明内容
针对现有散状石墨生产方法存在的问题，本发明提供一种利用石油焦或无烟煤连续生产高纯散状人造石墨的设备和方法。
该种方法使用一种可以连续生产的立式石墨化电炉，该炉结构及部件包括进料斗(1)、石墨电极(2)、炉顶(3)、下炉壳(7)、炉底冷却水套(8)、冷却器(9)、测温孔(10)、出料斗(11)，其中，炉顶(3)由耐火材料与钢板构成，下炉壳(7)由内衬和钢板构成，内衬材料由内至外分别为氧化铝空心球浇注料(4)、莫来石浇注料(5)、纤维毡(6)，炉底冷却水套(8)由钢板焊接而成，冷却器(9)利用法兰与炉底冷却水套(8)连接，冷却器(9)内横向交错排列冷却水管，出料斗(11)上的出料口布置在炉底中心，大小同进料斗(1)的进料口相同，出料斗(11)通过法兰与冷却器(9)连接，冷却器与下炉壳设测温孔(10)，其特征在于本立式石墨化炉利用交流电源供电，连接交流电源三相导线的三根石墨电极(2)在同一圆周上成正三角形布置并从炉顶(3)插入到炉内，石墨电极的插入深度为炉膛净高度的1/2～2/3，在炉顶石墨电极分布圆上设三个挥发分及蒸汽引出口(12)，进料斗(1)上的进料口设在电极围成的正三角中心部位。
本发明方法以一定粒度的石油焦或无烟煤为原料，以前述的立式石墨化炉为主要设备进行散状人造石墨的生产。生产时的工艺步骤包括原料入炉、干燥、煅烧、冷却、出炉5个工序。具体操作如下：
将备好的石油焦或无烟煤送入到本项发明所设计的立式石墨化电炉中，接通电源，石墨化炉开始加热升温，其中，石油焦或无烟煤的粒度以1-30mm为宜；
随着炉内温度上升，物料先后经过干燥、煅烧阶段，这阶段产生的蒸汽和挥发分将通过挥发分及蒸汽引出口排出；
由于三相交流电的电极成正三角形布置，在生产状态下电流集中在正三角形区间内横向流动，在正三角形区间内可形成一个高温区，当物料在高温区内温度升至2950-3050℃后停留1.5-2.5小时。
物料石墨化完成后，进入炉底冷却器冷却，冷却到200～300℃出料，自然冷却至室温进行分装。
使用本项发明的立式石墨化炉进行连续生产时，每隔10～30min装入一次炉料、排出一次产品，物料自进料口进入到从出料口排出共需3～4小时。
另外需要说明的是，正三角形区外距离电极所处圆周一定距离的靠近炉壳部分温度偏低，可以形成一个保温区。生产时由于冷却器和炉体相连接的口径几乎和三相电极所在的同心圆直径相等，所以，正三角形区域内的物料保温结束后可以顺利下落到冷却器中，而充填到保温区内的炉料由于正对的底部有炉底冷却水套等形成的隔板，无法下落到冷却器中，留在原处一直起到保温层的作用。
附图说明
图1为本发明所用连续式石墨化电炉主视图，其中，1、进料斗；2、石墨电极；3、炉顶；4、内衬(氧化铝空心球)；5、内衬(莫来石)；6、纤维毡；7、下炉壳；8、炉底冷却水套；9、冷却器；10、测温孔；11、出料斗；
图2为本发明所用连续式石墨化炉俯视图，其中，12、挥发分及蒸汽引出口。
具体实施方式
图1为根据本发明的连续式石墨化电炉主视图。参照图1，该连续式石墨化电炉包括进料斗(1)、石墨电极(2)、炉顶(3)、下炉壳(7)、炉底冷却水套(8)、冷却器(9)、测温孔(10)、出料斗(11)，其中，炉顶(3)由耐火材料与钢板构成，下炉壳(7)由内衬和钢板构成，内衬材料由内至外分别为氧化铝空心球浇注料(4)、莫来石浇注料(5)、纤维毡(6)，炉底冷却水套(8)由钢板焊接而成，冷却器(9)利用法兰与炉底冷却水套(8)连接，冷却器(9)内横向交错排列冷却水管，出料斗(11)上的出料口布置在炉底中心，大小同进料斗(1)的进料口相同，出料斗(11)通过法兰与冷却器(9)连接，冷却器与下炉壳设测温孔(10)，其特征在于本立式石墨化炉利用交流电源供电，连接交流电源三相导线的三根石墨电极(2)在同一圆周上成正三角形布置并从炉顶(3)插入到炉内，石墨电极的插入深度为炉膛净高度的1/2～2/3，在炉顶石墨电极分布圆上设三个挥发分及蒸汽引出口(12)，进料斗(1)上的进料口设在电极围成的正三角中心部位。
本发明方法以一定粒度的石油焦或无烟煤为原料，以前述的立式石墨化炉为主要设备进行散状人造石墨的生产。生产时的工艺步骤包括原料入炉、干燥、煅烧、冷却、出炉5个工序。具体操作如下：
将备好的石油焦或无烟煤送入到根据本发明所设计的立式石墨化电炉中，接通电源，石墨化炉开始加热升温，其中，石油焦或无烟煤的粒度以1-30mm为宜；
随着炉内温度上升，物料先后经过干燥、煅烧阶段，这阶段产生的蒸汽和挥发分将通过挥发分及蒸汽引出口排出；
由于三相交流电的电极成正三角形布置，在生产状态下电流集中在正三角形区间内横向流动，在正三角形区间内可形成一个高温区(即，该高温区位于下炉壳(7)形成的炉膛中)，当物料在高温区内温度升至2950℃-3050℃后停留1.5-2.5小时。
物料经加热并保温处理，达到石墨化(即，加热处理)后，进入炉底冷却器冷却，冷却到200～300℃出料且得到的物料为散状物，自然冷却至室温进行分装。
根据本发明的立式石墨化炉进行连续生产时，每隔10～30min装入一次炉料、排出一次产品，物料自进料口进入到从出料口排出共需3～4小时。
另外需要说明的是，正三角形区外距离电极所处圆周一定距离的靠近炉壳部分温度偏低，可以形成一个保温区。生产时由于冷却器和炉体相连接的口径几乎和三相电极所在的同心圆直径相等，所以，正三角形区域内的物料保温结束后可以顺利下落到冷却器中，而充填到保温区内的炉料由于正对的底部有炉底冷却水套等形成的隔板，无法下落到冷却器中，留在原处一直起到保温层的作用。
实施例1
根据本发明实施例的连续式石墨化电炉可设计为日产15t的连续式石墨化电炉，其炉体结构与图1中所示的结构完全相同，采用交流供电，工作时其操作过程为：
将粒度为1-30mm的石油焦或无烟煤装入到立式石墨化电炉之中，在检查炉子电路连接正常后，开始给炉子供交流电。当炉内高温区温度升至3050℃后，使物料在炉内高温区停留2小时。物料石墨化完成后，产品进入炉底冷却器冷却，冷却到200℃出料，自然冷却至室温，每隔20min装、出料各一次。生产过程中炉子内衬温度最高为1200℃，实现稳定生产后，对高纯散状人造石墨抽样化验，结果列表(见表1)如下：
表1
| 序号 | A灰分(％) | S硫分(％) | 比电阻(μΩ·m) | 真比重(g/cm3) |
| 1 | 0.18 | 0.045 | 89 | 2.19 |
| 2 | 0.17 | 0.023 | 84 | 2.19 |
| 3 | 0.36 | 0.045 | 106 | 2.20 |
| 4 | 0.08 | 0.016 | 89 | 2.21 |
| 5 | 0.22 | 0.024 | 84 | 2.21 |
| 平均 | 0.202 | 0.0306 | 90.4 | 2.20 |
通过上表的数据分析，生产的高纯散状人造石墨平均固定碳含量在99.5％以上，硫分含量低于0.05％，平均电阻率小于110μΩ·m，各项物性指标均达到石墨的要求。
根据本发明的石墨化电炉的技术效果为：
1、根据本发明所设计的立式石墨化炉设备，可以进行散状人造石墨的专门的连续化生产，这和石墨电极石墨化过程中产生的副产品相比是一个很大的进步；
2、以三相交流电为电源且石墨电极成正三角形布置，在石墨化炉内可以获得均匀的温度场，处于高温区的原料均能获得比较一致的加热或保温，可保证生产出的散状石墨充分石墨化，质量均匀，纯度较高；
3、保温区的物料不随高纯散状石墨排出，可避免蓄热损失，生产高纯散状人造石墨电耗至2000kWh/t以下；
4、由于保温区对高温区的一定隔离作用，电炉内衬温度可降低到1150～1250℃，温度的降低对内衬耐火材料要求必将有所降低，另一方面也可明显增加立式石墨化炉的整体寿命，减少维修时间，提高作业效率；
5、生产的高纯散状人造石墨质量均匀，平均固定碳含量在99.5％以上，硫分含量低于0.05％，平均电阻率小于110μΩ·m，各项物性指标均达到石墨的要求。
Claims (3)
1.一种利用石油焦或无烟煤连续生产高纯散状人造石墨的设备，所述设备包括进料斗(1)、石墨电极(2)、炉顶(3)、下炉壳(7)、炉底冷却水套(8)、冷却器(9)、出料斗(11)，其中，炉顶(3)由耐火材料与钢板构成，下炉壳(7)由内衬和钢板构成，内衬材料由内至外分别为氧化铝空心球浇注料(4)、莫来石浇注料(5)、纤维毡(6)，炉底冷却水套(8)由钢板焊接而成，冷却器(9)利用法兰与炉底冷却水套(8)连接，冷却器(9)内横向交错排列冷却水管，其特征在于使用交流电源供电，连接电源三相导线的三根石墨电极(2)从炉顶(3)插入炉内后在同一圆周上成正三角形分布，插入深度为炉膛高度的1/2～2/3，在炉顶石墨电极分布圆上设三个挥发分及蒸汽引出口(12)，进料斗(1)上的进料口设在电极围成的正三角中心部位，出料斗(11)上的出料口布置在炉底中心，大小同进料斗(1)的进料口相同。
2.一种利用石油焦或无烟煤连续生产高纯散状人造石墨的方法，该方法以一定粒度的石油焦或无烟煤颗粒为原料，工艺包括原料准备、入炉干燥、煅烧、冷却、出料分装5个工序步骤，其特征在于：
(1)把一定粒度的石油焦或无烟煤颗粒装入到权利要求1所说的设备中通电加热；
(2)物料升温加热后产生的蒸汽和挥发分由挥发分及蒸汽引出口(12)排出；
(3)炉内高温区物料温度升至2950～3050℃后，使物料在此温度下于高温区内停留保温1.5-2.5小时；
(4)物料停留保温完成后进入冷却器(9)冷却到200～300℃时出料。
3.根据权利要求2所述的利用石油焦或无烟煤连续生产高纯散状人造石墨的方法，其特征在于所述石油焦或无烟煤颗粒的粒度为1-30mm。
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