CN103044038B - 一种电加热体及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电加热体及制作方法，其特征在于：按重量计，电加热体由70-100份碳加0-30份钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物烧结而成。本发明的电加热体采用碳加钛、镍、钨、钴、铪或硅等材料制作，在高温下形成石墨和各材料的碳化物的复合材料，如碳和碳化钛的混合体，能够有效的抗氟腐蚀，提高发热体的电阻率。整个电加热体烧结而成，结构简单，安装方便，没有配件进行固定连接，整体电阻一致。同现有技术相比，本发明具有结构简单、整体电阻一致，抗氟腐蚀、发热温度高、产量大等优点。

Description

一种电加热体及制作方法
技术领域
本发明涉及一种电加热体及制作方法，特别是一种用于煅烧炉的电加热体。
背景技术
煅烧是碳素制品生产中的一个重要工序，其煅烧质量对制品的品质以及后续各工艺的技术指标有很大影响，是生产合格碳制品的重要保证。煅烧过程可使焦炭发生复杂的物理化学变化，排出挥发分、水分、提高致密度以及导电性，同时焦炭结构收缩，微观结构得到规整，结构缺陷得到弥补，生成优质煅后焦。目前成熟的碳素煅烧系统如石油焦煅烧系统均可以达到煅烧周期较短的要求，由于冷却，以及对碳素回收工业中氟化物的抗腐蚀性差等原因，其适应性以及产率较低。以广泛采用的石油焦回转窑煅烧炉为例，耐火材料采用Si3N4或SiC，热量送入回转窑体对碳粉进行煅烧，其冷却速度受到极大限制。同时在电解铝碳废料中，带有少量的氟化盐，在高温煅烧时形成氟化盐蒸气，和耐火材料反应变成SiF4，导致窑头工作环境发生恶化，对最终的碳素产品质量很大的影响。
回转窑煅烧焦生产工艺是目前国内广泛采用的煅烧石油焦生产工艺，据不完全统计，我国已有回转窑煅烧焦厂43家，年产量约450万t，占国内总产量的56%。但在生产过程中，普遍存在能源消耗量大、烧损较大和产品质量不稳定等问题。以贵州铝厂为例，所使用的煅烧系统是一台规格为Φ2.2m×45m的煅烧回转窑，设计生产能力为6t/h，主要针对石油焦的煅烧工艺。回转窑窑头温度约为1200℃左右，窑尾没有快速冷却，煅烧之后的高温碳粉容易在空气中燃烧容易导致烧损，同时耐火内衬采用的是Si化合物耐火材料，不能有效的抗氟腐蚀。
国外的较为成熟的碳素煅烧炉技术，如美卓(METSO)炭素煅烧回转窑炉，由通体部分、支撑装置、传动装置、三次风装置、窑头罩、窑尾罩、窑头窑尾密封、挡轮等构成，耐火材料设置在筒体以及窑头窑尾罩内壁。通过后燃烧室燃烧，产生的高温气体从窑头送入窑体，但是高温气态流并没有将空气隔离，和固态流直接接触，在耐火衬板窑体内实现煅烧，同时实现了从窑头到窑尾的温度实现梯度变化，这样实现了高温限制，但是其仍不能做到抗氟腐蚀，同时也不能实现快速冷却，要实现高产量必须设计非常巨大的煅烧系统，其产率比较低。
同时，国内其他的碳素煅烧炉技术，在碳素煅烧时为了隔绝空气，普遍采用的火道方式，将焦和火道采用耐火材料隔开，气态流和固态流不直接接触，则极大的限制了其煅烧温度。
随着工业的发展，从废弃物中对碳素进行分离提纯，并进行煅烧成焦，实现废弃物再利用。同时针对碳素煅烧工艺优化，生产周期缩短，降低各项生产消耗指标，努力做到充分煅烧挥发分，同时减少烟气排放，降低环保设备的工作负荷和减少焦油的排放量，实现节能减排是非常有必要的。
本发明的申请人及发明人在2010年分别申请了电解铝废料分离提纯方法、专利号201010168303.6以及电解铝废料磁选方法、专利号201010168403.9，对电解铝废料的回收再利用进行了初步的试验和探索，并在所得的碳素材料（碳粉）基础上，于2011年研究并申请了以下专利：电解铝废料加工焦炭的方法及专用装置、申请号201110397026.0，一种炼铝碳素材料制备方法和装置及采用的原料、申请号201110419835.7等专利，对碳素材料的进一步加工进行了研究。申请人发现，所公开的技术中，所得的碳素材料制备碳素产品，需要先用沥青、焦油捏合、压型，工艺较为复杂，所用设备多，加热时间长，能耗大。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种电加热体。能够实现高温煅烧，结构简单，易于生产制造，成本低，不易损坏。
本发明的技术方案。电加热体，按重量计，电加热体由70-100份碳加0-30份钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物烧结而成。
上述的电加热体，所述电加热体由75-95份碳加5-25份钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物烧结而成。
上述的电加热体，所述电加热体由80-90份碳加10-20份钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物烧结而成。
上述的电加热体，所述电加热体由80-90份碳加10-20份钛或硅的单质或者氧化物烧结而成。
上述的电加热体，所述电加热体由80-90份碳加10-20份钛或氧化钛烧结而成。
上述的电加热体，电加热体包括上发热连接环和下发热连接环，在上发热连接环和下发热连接环之间设有发热体。
上述的电加热体，上发热连接环和下发热连接环之间设有1层以上的发热体，在上下2层发热体之间通过连接件进行连接。
电加热体的制作方法，按照上述比例，将碳加钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物混合后，再通过模具压制成型，得到连成一体的上发热连接环和下发热连接环以及发热体，通过1000-1200℃烧结定型，再在生产过程中加热至2000-2500℃工作，得到碳及钛、镍、钨、钴、铪或硅的碳化物的复合材料。
上述电加热体的制作方法，按照上述比例，将碳加钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物混合后，分别压型得到上发热连接环、下发热连接环以及发热体，在上发热连接环和下发热连接环上制作出槽口，分别通过1000-1200℃烧结定型，将发热体安装在槽口内后，在槽口内填充石墨和沥青的混合物以固定，然后将上发热连接环、下发热连接环和发热体在生产过程中加热至2000-2500℃工作，烧结成一体，得到碳及钛、镍、钨、钴、铪或硅的碳化物的复合材料。
本发明的电加热体采用碳加钛、镍、钨、钴、铪或硅等材料制作，在高温下形成石墨和各材料的碳化物的的复合材料，如碳和碳化钛的混合体，能够有效的抗氟、硫腐蚀，提高发热体的电阻率。同现有的石墨加热体，电阻更高。本发明的电加热体自身能够达到2500℃的高温，能够作为煅烧炉的发热胆使用，煅烧的物料能够在2000℃左右高温下进行煅烧。整个电加热体烧结而成，结构简单，安装方便，没有配件进行固定连接，整体电阻一致，没有因连接位置电阻大容易高温将连接配件烧坏的问题。同时，发热体的制作经过如下几段工艺，原料混合模压、初次烧结，物理成型，在生产现场组装投入生产，生产过程中高温发热，发热体的材料经过二次烧结，得到耐腐蚀、熔点高、电阻高的碳和各材料碳化物复合材料，使得电加热体的原材料逐步完成外形结构、内部材料的动态转变。电加热体采用多层结构，能够增大煅烧炉的体积和煅烧产量。本发明不仅能对电解铝废料中的碳粉进行加热煅烧脱硫脱氟，还能对高硫、低品位的劣质石墨、煤和石油焦等各种碳素材料进行高温煅烧，进行脱硫、脱挥发分的处理，提高碳素材料的品质。同现有技术相比，本发明具有结构简单、整体电阻一致，抗氟、硫腐蚀、发热温度高、产量大等优点。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
本发明的实施例1。一种电加热体，按重量计，本电加热体由70-100份碳加0-30份钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物烧结而成。电加热体可以是纯碳材料，更好的是在碳材料加入钛、镍、钨、钴、铪或硅，经高温后得到耐腐蚀、熔点高、电阻高的碳和各材料碳化物复合材料。电加热体也可由75-95份碳加5-25份钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物烧结而成。
电加热体的结构如图1所示，包括上发热连接环1和下发热连接环2，在上发热连接环1和下发热连接环2之间连接发热体3。
上发热连接环1和下发热连接环2之间还能设置1层以上的发热体3，在上下2层发热体3之间通过连接件7进行连接。发热体3采用多层结构，能够增大加热区域的深度，连接件7能够提高发热体3的稳定性。连接件7的材质与发热体3相同。
电加热体的制作方法如下，按照上述比例，将碳粉与沥青、焦油混合制作成电极糊，再将碳加钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物混合后，再通过模具压制成型，得到连成一体的上发热连接环1和下发热连接环2以及发热体3，通过1000-1200℃烧结定型，再在生产过程中加热至2000-2500℃工作，得到碳及钛、镍、钨、钴、铪或硅的碳化物的复合材料。
使用时，在上发热连接环1和下发热连接环2上下分别连接导电的石墨横梁，即可通电加热，并且应在无氧环境，如真空、保护气体、还原气体的环境下使用。
本发明的实施例2。电加热体由80-90份碳加10-20份钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物烧结而成。
电加热体的制作方法如下，按照上述比例，将碳加钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物混合后，分别压型得到上发热连接环1、下发热连接环2以及发热体3，在上发热连接环1和下发热连接环2上制作出槽口6，分别通过1000-1200℃烧结定型，将发热体3安装在槽口6内后，在槽口6内填充石墨和沥青的混合物以固定，然后将上发热连接环1、下发热连接环2和发热体3在生产过程中加热至2000-2500℃工作，烧结成一体，得到碳及钛、镍、钨、钴、铪或硅的碳化物的复合材料。如果发热体3采用多层结构，还需按上述步骤制作连接件7。
本发明的实施例3。所述电加热体由80-90份碳加10-20份钛或硅的单质或者氧化物烧结而成。
电加热体的制作方法如下，按照上述比例，将碳加钛或硅的单质或者氧化物混合后，分别压型得到上发热连接环1、下发热连接环2以及发热体3，在上发热连接环1和下发热连接环2上制作出槽口6，分别通过1000-1200℃烧结定型，将发热体3安装在槽口6内后，在槽口6内填充石墨和沥青的混合物以固定，然后将上发热连接环1、下发热连接环2和发热体3在生产过程中加热至2000-2500℃工作，烧结成一体，得到碳及钛或硅的碳化物的复合材料。如果发热体3采用多层结构，还需按上述步骤制作连接件7。
本发明的实施例4。将80-90份碳加10-20份钛或氧化钛混合后，分别压型得到上发热连接环1、下发热连接环2以及发热体3，在上发热连接环1和下发热连接环2上制作出槽口6，分别通过1000-1200℃烧结定型，将发热体3安装在槽口6内后，在槽口6内填充石墨和沥青的混合物以固定，然后将上发热连接环1、下发热连接环2和发热体3在生产过程中加热至2000-2500℃工作，烧结成一体，得到碳及碳化钛的复合材料。如果发热体3采用多层结构，还需按上述步骤制作连接件7。
本发明的实施例5。将85份碳加15份铪混合后，分别压型得到上发热连接环1、下发热连接环2以及发热体3，在上发热连接环1和下发热连接环2上制作出槽口6，分别通过1000-1200℃烧结定型，将发热体3安装在槽口6内后，在槽口6内填充石墨和沥青的混合物以固定，然后将上发热连接环1、下发热连接环2和发热体3在生产过程中加热至2000-2500℃工作，烧结成一体，得到碳及碳化铪的复合材料。如果发热体3采用多层结构，还需按上述步骤制作连接件7。

Claims (8)

1. 一种电加热体，其特征在于：按重量计，所述电加热体由75-95 份碳加5-25份钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物烧结而成。
2. 根据权利要求1 所述的电加热体，其特征在于：所述电加热体由80-90 份碳加10-20份钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物烧结而成。
3. 根据权利要求2 所述的电加热体，其特征在于：所述电加热体由80-90 份碳加10-20份钛或铪的单质或者氧化物烧结而成。
4. 根据权利要求3所述的电加热体，其特征在于：所述电加热体由80-90 份碳加10-20份钛或氧化钛烧结而成。
5. 根据权利要求1 所述的电加热体，其特征在于：电加热体包括上发热连接环（1）和下发热连接环（2），在上发热连接环（1）和下发热连接环（2）之间设有发热体（3）。
6. 根据权利要求5 所述的电加热体，其特征在于：上发热连接环（1）和下发热连接环（2）之间设有1 层以上的发热体（3），在上下2 层发热体（3）之间通过连接件（7）进行连接。
7. 如权利要求1-6 任一项所述电加热体的制作方法，其特征在于：按照上述比例，将碳加钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物混合后，再通过模具压制成型，得到连成一体的上发热连接环（1）和下发热连接环（2）以及发热体（3），通过1000-1200℃烧结定型，再在生产过程中加热至2000-2500℃工作，得到碳及钛、镍、钨、钴、铪或硅的碳化物的复合材料。
8. 如权利要求7所述电加热体的制作方法，其特征在于：按照上述比例，将碳加钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物混合后，分别压型得到上发热连接环（1）、下发热连接环（2）以及发热体（3），在上发热连接环（1）和下发热连接环（2）上制作出槽口（6），分别通过1000-1200℃烧结定型，将发热体（3）安装在槽口（6）内后，在槽口（6）内填充石墨和沥青的
混合物以固定，然后将上发热连接环（1）、下发热连接环（2）和发热体（3）在生产过程中加热至2000-2500℃工作，烧结成一体，得到碳及钛、镍、钨、钴、铪或硅的碳化物的复合材料。
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