CN102491311A - 直热式炭粉石墨化装置及直热式炭粉石墨化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种直热式炭粉石墨化装置，包括炉头、炉尾以及绝缘保温层，所述炉头和所述炉尾均为电极且各分别设置在装置的相对两面，所述绝缘保温层设置在除所述炉头和所述炉尾的其他四面，所述炉头、所述炉尾和所述绝缘保温层相互配合形成一个封闭腔体。本发明直热式炭粉石墨化装置具有体积小、能耗低、损耗低、生产周期短、生产效率高的优点，使得投资和生产的费用大大降低且生产出来的产品质量均匀，而且3200℃的石墨化温度进一步提高了产品的质量。
Description
技术领域
本发明涉及炭粉热处理领域，特别涉及一种直热式炭粉石墨化装置和方法。
背景技术
在现有技术中，炭粉石墨化是锂离子电池负极材料生产过程中的重要步骤，对炭负极材料的品质和成本影响很大。一直以来国内外炭粉石墨化都是采用两种方法，一种是艾奇逊炉坩埚石墨化法，这种方法将待石墨化炭粉装入石墨坩埚中，再将坩埚埋入焦粉中，利用焦粉通电后的电阻热间接对炭粉加热，然而这种石墨化方法要求炉体的体积很大，而且石墨化的温度也不均匀，严重影响产品的质量，由于坩埚需要反复使用，所以温度不宜升的过高，然而温度的高低直接影响产品的质量，这种方法的另一个明显缺点是一次性投入大、间接加热造成能源消耗过高，石墨坩埚的损耗也比较大，而且操作比较麻烦，人工投入大；第二种方法是串接石墨化法，它是对装炭粉的坩埚直接通电加热，然而这种方法单炉产量低，最高石墨化温度也受到很大限制。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种体积小、能耗低、损耗低、生产周期短、生产效率高的直热式炭粉石墨化装置，使得投资和生产的费用大大降低、生产出来的产品质量均匀而且石墨化温度可以达到3200℃。
本发明的技术方案是这样实现的：
直热式炭粉石墨化装置，包括炉头、炉尾以及绝缘保温层，所述炉头和所述炉尾均为电极且各分别设置在装置的相对两面，所述绝缘保温层设置在除所述炉头和所述炉尾的其他四面，所述炉头、所述炉尾和所述绝缘保温层相互配合形成一个封闭腔体。
上述的直热式炭粉石墨化装置，所述腔体内设置至少一层可拆卸的辅助导电体，所述辅助导电体是石墨纸、石墨毡或炭毡。
上述的直热式炭粉石墨化装置，所述腔体内还包括绝缘隔离层，所述绝缘隔离层为矩形槽，所述绝缘隔离层以木质复合板作为底层和两侧面。
上述的直热式炭粉石墨化装置，还包括导电过渡段，所述导电过渡段为炉头和炉尾与腔体之间的空隙，所述导电过渡段由填充料和封闭石墨板组成，所述填充料填充于所述电极和所述封闭石墨板之间，所述填充料是石墨粉和/或石墨块。
上述的直热式炭粉石墨化装置，所述绝缘保温层为中粒径比待石墨化炭粉小的炭粉或炭黑或两者的混合物。
上述的直热式炭粉石墨化装置，还包括绝缘绝热层，所述绝缘绝热层设置在所述绝缘保温层的下方，所述绝缘绝热层包括石英砂和炭粉混合层以及石英砂层，所述石英砂和炭粉混合层设置在石英砂层的上方。
上述的直热式炭粉石墨化装置，所述电极为水冷型石墨电极。
上述的直热式炭粉石墨化装置，还包括炉顶覆盖层，所述覆盖层设置在上部绝缘保温层的上方，所述炉顶覆盖层为焦粉。
上述的直热式炭粉石墨化装置，还包括炉墙，所述炉墙由耐火砖砌筑形成。
上述的直热式炭粉石墨化装置，还包括在线测温装置，所述在线测温装置插入到所述腔体中。
一种直热式炭粉石墨化方法，用电极给绝缘保温层包围的待石墨化炭粉直接通电，电流经过待石墨化炭粉产生热量达到石墨化温度，使炭粉石墨化。
本发明的有益效果是：体积小、能耗低、损耗低、生产周期短、生产效率高，使得投资和生产的费用大大降低并且生产出来的产品质量均匀，而且3200℃的石墨化温度进一步提高了产品的质量。
附图说明
图1为本发明直热式炭粉石墨化装置的结构示意图。
图中：1-炉墙，2-炉头，3-炉尾，4-绝缘保温层，5-石英砂和炭粉混合层，6-石英砂层，7-填充料，8-封闭石墨板，9-覆盖层，10-绝缘隔离层，11-在线测温装置，12-辅助导电体。
具体实施方式
结合附图和一个较佳实施例对本发明做进一步的说明：
如图所示，本装置包括炉墙1、炉头2、炉尾3、绝缘保温层4、石英砂和炭粉混合层5、石英砂层6、填充料7、封闭石墨板8、覆盖层9、绝缘隔离层10、在线测温装置11以及辅助导电体12，本装置可以根据实际生产需要来设计它的大小，所述炉墙1用耐火砖砌筑而成，可以保证不会因为温度过高使得炉墙毁坏变形，所述炉头2和所述炉尾3为水冷型石墨电极，用以给待石墨化炭粉供电加热，用木质复合板作为绝缘隔离层10，一来可以方便待石墨化炭粉的装填，二来可以使得在通电加热初期起到绝缘和隔离待石墨化炭粉与绝缘保温层4的作用；有时为了加强待石墨化炭粉相对于绝缘保温层4的导电优势，可以在待石墨化炭粉中铺设若干层辅助导电体12，具体做法为：装填待石墨化炭粉时，先将各层作为辅助导电体12的石墨毡、石墨纸或炭毡拆掉，将在线测温装置11放置到腔体中，然后根据实际需要设置辅助导电体12的层数，例如可以每加入20cm厚的待石墨化炭粉后设置一层辅助导电体；可以在炉头2和炉尾3与腔体之间的空隙内填充填充料7和封闭石墨板8组成导电过渡段，所述填充料7可以是石墨粉和/或石墨块，导电过渡段一来可以保证待石墨化炭粉与两端电极充分连通，二来由于石墨化过程中高温炭粉与电极直接接触可能会导致电极过热，寿命减低，因此用石墨粉和/或石墨块以及石墨板将待石墨化炭粉与电极隔离。
装填待石墨化炭粉完毕后，在上方覆盖上木质复合板，在木质复合板的上方铺上颗粒中粒径比待石墨化炭粉小的炭粉或炭黑或两者的混合物，因为炭粉颗粒的中粒径越小，所以导电能力也越差，电阻越大，采用比待石墨化炭粉中粒径小的炭粉覆盖在待石墨化炭粉上可以保证通电时，绝大部分电流从待石墨化炭粉中通过；当通电加热时，由于待石墨化炭粉在石墨化过程中不断有气体产生，由于绝缘保温层4采用的是粒径很小的炭粉颗粒，所以气体上升会将这些小直径的炭粉颗粒吹起漂浮到空气中，对环境和人体造成伤害，因此要在炭粉或炭黑或两者的混合物上再覆盖一层焦粉作为覆盖层9，以防止炭粉被吹起漂浮在空气中，也进一步增强了保温的效果。
在装置的底部还包括石英砂层6，石英砂有良好的绝缘效果，但是当温度达到1670℃以上石英砂开始熔融。将石英砂和炭粉混合在一起，石英砂在高温下会和炭粉发生化学反应生成碳化硅，而碳化硅可以耐受2100℃的高温，并且较炭材料也具有良好的绝缘性能，所以要在石英砂层6的上方设置石英砂和炭粉混合层5，以保证绝缘保温的效果。
直热式炭粉石墨化方法为：待以上各道工序全部完成后，用电极给绝缘保温层4包围的待石墨化炭粉直接通电，电流经过待石墨化炭粉产生热量达到石墨化温度，使炭粉石墨化，石墨化温度最高可以达到3200℃，由于直接给炭粉通电产生热量进行石墨化，热量损失小、受热均匀、升温快，所以能耗低、效率高、周期短，可以极大的提高产品的质量，并且生产出来的产品质量也均匀稳定。
本发明较之目前使用艾奇逊炉坩埚石墨化法、串接石墨化法所需设备的使用率、厂房的利用率均有大幅度提高，可大大降低对加工的投资，对炭粉的石墨化生产周期短、效率高并且极大的减少了能源和设备的损耗。
Claims (11)
1.直热式炭粉石墨化装置，其特征在于，包括炉头(2)、炉尾(3)以及绝缘保温层(4)，所述炉头(2)和所述炉尾(3)均为电极且各分别设置在装置的相对两面，所述绝缘保温层(4)设置在除所述炉头(2)和所述炉尾(3)的其他四面，所述炉头(2)、所述炉尾(3)和所述绝缘保温层(4)相互配合形成一个封闭腔体。
2.根据权利要求1所述的直热式炭粉石墨化装置，其特征在于，所述腔体内设置至少一层可拆卸的辅助导电体(12)，所述辅助导电体(12)是石墨纸、石墨毡或炭毡。
3.根据权利要求2所述的直热式炭粉石墨化装置，其特征在于，所述腔体内还包括绝缘隔离层，所述绝缘隔离层(10)为矩形槽，所述绝缘隔离层(10)以木质复合板作为底层和两侧面。
4.根据权利要求1至3中任一所述的直热式炭粉石墨化装置，其特征在于，还包括导电过渡段，所述导电过渡段为炉头(2)和炉尾(3)与腔体之间的空隙，所述导电过渡段由填充料(7)和封闭石墨板(8)组成，所述填充料(7)填充于所述电极和所述封闭石墨板(8)之间，所述填充料(7)是石墨粉和/或石墨块。
5.根据权利要求1至3中任一所述的直热式炭粉石墨化装置，其特征在于，所述绝缘保温层(4)为中粒径比待石墨化炭粉小的炭粉或炭黑或两者的混合物。
6.根据权利要求1至3中任一所述的直热式炭粉石墨化装置，其特征在于，还包括绝缘绝热层，所述绝缘绝热层设置在所述绝缘保温层(4)的下方，所述绝缘绝热层包括石英砂和炭粉混合层(5)以及石英砂层(6)，所述石英砂和炭粉混合层(5)设置在石英砂层(6)的上方。
7.根据权利要求1至3中任一所述的直热式炭粉石墨化装置，其特征在于，所述电极为水冷型石墨电极。
8.根据权利要求1至3中任一所述的直热式炭粉石墨化装置，其特征在于，还包括炉顶覆盖层(9)，所述覆盖层(9)设置在上部绝缘保温层(4)的上方，所述炉顶覆盖层(9)为焦粉。
9.根据权利要求1至3中任一所述的直热式炭粉石墨化装置，其特征在于，还包括炉墙(1)，所述炉墙(1)由耐火砖砌筑形成。
10.根据权利要求1至3中任一所述的直热式炭粉石墨化装置，其特征在于，还包括在线测温装置(11)，所述在线测温装置(11)插入到所述腔体中。
11.一种直热式炭粉石墨化方法，其特征在于，用电极给绝缘保温层(4)包围的待石墨化炭粉直接通电，电流经过待石墨化炭粉产生热量达到石墨化温度，使炭粉石墨化。
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