CN103723719A - 石墨提纯设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石墨提纯设备，包括沿竖直方向依次布置的进料系统、提纯炉和出料系统，提纯炉包括对石墨提纯加热的马弗和围设于马弗周向的电阻加热装置。石墨提纯设备在竖直方向上进行石墨的提纯工作，进料系统在提纯炉的顶部进行石墨材料的加料，石墨在提纯炉内进行提纯工作，并由提纯炉底部的出料系统排出，石墨材料在马弗的内部进行提纯，并由电阻加热装置保证马弗内的加工温度，实现较高温度的加热，保证石墨提纯质量，通过竖直结构的石墨提纯设备的结构设计，可实现对石墨进行连续式高温提纯处理，提高生产效率，同时也保证了石墨提纯效果。

Description

石墨提纯设备

技术领域

本发明涉及石墨提纯技术领域，更具体地说，涉及一种石墨提纯设备。

背景技术

石墨材料在能源、环保、信息、交通、国防等新技术领域有着广阔的市场前景。如电池的电极材料，燃料电池的双极板，柔性石墨密封材料，电子信息设备的涂层材料，军事装备的隐身材料等。

石墨材料的深加工产品往往具有较高的附加值，但深加工设备是要求最高的一个环节。石墨纯化设备是深加工中重要的设备之一。

目前国内主要的石墨纯化设备有艾奇逊石墨化炉和真空中频感应炉。艾奇逊炉结构简单、操作方便，广泛应用于石墨制品的石墨化生产过程中。但其生产周期较长，对每台炉子而言，加热送电只需3～5天，而一个生产周期却需12～15天；又因为生产中需要大量的电阻料和绝热保温料，有大量的热量消耗在这些物料的加热和蓄热上，热效率很低，仅有30%左右；大量电阻料和绝热保温料使用，又是间歇作业，所以装出炉的工作量很大，并有大量粉尘，炉子运行期间还有大量的有害气体逸出，作业的环境较差；此外设备均温性较差，致使石墨制品的石墨化程度不均匀。

与艾奇逊炉相比，真空中频感应炉（如中国专利CN102923699A和CN101817523A）显著提高了石墨纯化生产效率，降低了生产成本，改善了工作环境。但受制于感应加热方式的特点，与电阻加热方式相比较，其加热区有效尺寸受到限制，对电网的污染严重，且温度均匀性差，产品质量不稳定。

因此，仅有艾奇逊炉和中频感应炉还不能满足大规模生产石墨的需要，尤其是制备高端的锂离子电池负极材料、高纯石墨等，其对石墨化的要求更高，现有设备无法满足其对石墨材料的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种石墨提纯设备，以实现提高石墨提纯设备温度均匀性。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种石墨提纯设备，包括沿竖直方向依次布置的进料系统、提纯炉和出料系统，所述提纯炉包括对石墨提纯加热的马弗和围设于所述马弗周向的电阻加热装置。

优选地，在上述石墨提纯设备中，所述提纯炉的炉壳和所述马弗之间设置有保温层，所述炉壳上分别设置有联通至所述炉壳和所述马弗之间的第一工艺气体进气口，和联通至所述马弗内的第二工艺气体进气口。

优选地，在上述石墨提纯设备中，所述提纯炉为密封结构的提纯炉，所述提纯炉的内壁设置有对其内部温度进行监测的温度监测装置、对提纯炉温度控制的冷却水管路，以及对所述提纯炉内气压进行监测的压力测量装置。

优选地，在上述石墨提纯设备中，所述炉壳顶部连接有所述进料系统和对提纯炉内尾气进行回收处理的尾气处理系统。

优选地，在上述石墨提纯设备中，所述保温层为由耐高温复合式隔热材料构成的保温层。

优选地，在上述石墨提纯设备中，所述尾气处理系统包括由顺序连接的冷凝排焦罐、酸雾净化塔和尾气焚烧柜构成的三级过滤系统。

优选地，在上述石墨提纯设备中，进料系统包括竖直布置加料仓以及分别设置于所述加料仓的进料端和出料端的上加料阀和下加料阀，所述下加料阀的输出端设置有与所述提纯炉的炉壳顶部连接的螺旋喂料装置。

优选地，在上述石墨提纯设备中，所述加料仓上设置有连通至所述加料仓内部以通入工艺气体的加料仓进气口和加料仓排气口。

优选地，在上述石墨提纯设备中，所述出料系统包括集料仓和分别设置于所述集料仓的进料端和出料端的上出料阀和下出料阀，所述上出料阀和所述提纯炉之间设置有收集提纯后石墨的过渡仓。

优选地，在上述石墨提纯设备中，所述集料仓上设置有连通至所述集料仓内部以通入石墨工艺气体的集料仓进气口和集料仓排气口。

本发明提供的石墨提纯设备，包括沿竖直方向依次布置的进料系统、提纯炉和出料系统，提纯炉包括对石墨提纯加热的马弗和围设于马弗周向的电阻加热装置。石墨提纯设备在竖直方向上进行石墨的提纯工作，进料系统在提纯炉的顶部进行石墨材料的加料，石墨在提纯炉内进行提纯处理，并由提纯炉底部的出料系统排出，石墨材料在马弗的内部进行提纯，并由电阻加热装置保证马弗内的加工温度，实现较高温度的加热，保证石墨提纯质量，通过竖直结构的石墨提纯设备的结构设计，可实现对石墨进行连续式高温提纯处理，提高生产效率，同时也保证了石墨提纯效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的石墨提纯设备的进料系统的结构示意图；

图2为本发明提供的石墨提纯设备的提纯炉的结构示意图；

图3为本发明提供的石墨提纯设备的出料系统的结构示意图；

图4为本发明提供的石墨提纯设备的尾气处理系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种石墨提纯设备，提高石墨提纯设备温度均匀性。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图4所示，图1为本发明提供的石墨提纯设备的进料系统的结构示意图；图2为本发明提供的石墨提纯设备的提纯炉的结构示意图；图3为本发明提供的石墨提纯设备的出料系统的结构示意图；图4为本发明提供的石墨提纯设备的尾气处理系统的结构示意图。

本发明提供了一种石墨提纯设备，包括沿竖直方向依次布置的进料系统、提纯炉和出料系统，提纯炉包括对石墨提纯加热的马弗201和围设于马弗201周向的电阻加热装置202。石墨提纯设备在竖直方向上进行石墨的提纯工作，进料系统在提纯炉的顶部进行石墨材料的加料工作，石墨在提纯炉内进行提纯工作，并由提纯炉底部的出料系统排出，石墨材料在马弗201的内部进行提纯，并由电阻加热装置202保证马弗内的加工温度，电阻加热能实现2500℃以上的高温，保证石墨提纯质量，通过竖直结构的石墨提纯设备的结构设计，可实现对石墨进行连续式高温提纯处理，提高生产效率，同时也保证了石墨提纯效果。

电阻加热装置202，采用石墨电阻加热结构，并在马弗201的长度方向上进行适当补偿，保证对马弗201整体长度上的加热效果。提纯炉布置有水冷电极，通过水冷电极将电能引入提纯炉电阻加热装置的加热元件上，采用低电压、大电流方式供电，确保设备和人身安全，可靠性高。

在本发明一具体实施例中，提纯炉的炉壳203和马弗201之间设置有保温层204，保温层204为由耐高温复合式隔热材料构成的保温层，马弗201为石墨马弗，保证提纯炉内的持续的高温环境和对石墨提纯质量。耐高温复合式隔热材料的耐温度可根据提纯炉的工作温度具体设定。

炉壳203上分别设置有联通至炉壳和马弗之间的第一工艺气体进气口（包括进气口207和进气口208），和联通至马弗201内的第二工艺气体进气口（包括进气口205和进气口206）。为保证石墨提纯过程中的安全性，设置第一保护进气口充入炉壳和马弗之间，保证马弗外部环境的安全性，第一工艺气体为氮气或氩气。第一工艺气体进气口包括炉体顶部的第一上工艺进气口207和底部的第一下工艺进气口208。第二保护进气口充入马弗201内，保证石墨提纯在无氧环境和提纯气氛中进行。第二保护进气口包括分别位于马弗上部和下部的第二上工艺进气口205和第二下工艺进气口206，工艺气体包括氯气、氮气或氩气。

提纯炉设置分别通入到马弗201内和马弗201外的两路工艺气路系统，一路通入马弗内，一路通入马弗外，提纯炉上同样设置分别对马弗内和马弗外的气压进行压力监测的两个压力传感器，分别控制马弗内外的气压，确保马弗内外形成压力差，马弗外压力略高于马弗内，防止副产物污染发热体及绝缘件。配置有两路工艺系统，通过体积流量计进行实时调节进气流量；炉体上配置有安全阀，当炉内过压时，自动泄压。

在本发明一具体实施例中，提纯炉为密封结构的提纯炉，提纯炉的内壁设置有对其内温度进行监测的温度监测装置、对提纯炉温度控制的冷却水管路，以及对提纯炉内气压进行监测的压力测量装置。

炉壳203为立式单室结构；上部有维修门，采用全密封焊接；内壁有温度监测装置，超温或或断水时，系统自动停止加热；炉门密封采用“O”型真空炉专用橡胶密封圈和真空法兰结构；炉门法兰和炉壳接管分别通冷却水；炉壳203上设置了测温装置、压力测量装置、安全阀、排气口、光学观察窗等；炉壳203顶部连接进料系统和尾气处理系统，底部连接出料系统。炉壳底部设有立式炉体支撑及操作平台。

尾气处理系统包括由顺序连接的冷凝排焦罐301、酸雾净化塔302和尾气焚烧柜303组成的三级过滤系统。炉内尾气经炉体上方的总排气管排出，进入冷凝排焦罐301，尾气中的焦油成分在罐内冷凝排出；再通过抽风机将不含焦油的尾气抽入酸雾净化塔302，使尾气中酸类物质与塔内的碱性物质发生中和反应，转化为无毒、无害的物质；然后将尾气通入尾气焚烧柜303，将尾气中剩余的低分子碳化物强制燃烧，转化为无毒无害的CO2，最终放空排放。

在本发明一具体实施例中，进料系统包括竖直布置加料仓101以及分别设置于加料仓101的进料端和出料端的上加料阀102和下加料阀103，下加料阀103的输出端设置有与提纯炉的炉壳顶部连接的螺旋喂料装置104。

具体地，加料仓101上设置有连通至加料仓101内部以通入工艺气体的加料仓进气口105和加料仓排气口106。

进料系统由密封结构的加料仓101、自动螺旋喂料装置104、加料仓进气口105、加料仓排气口106、总排气口107等组成。加料仓101两侧分别设置有加料仓进气口105和加料仓排气口106，加料仓101的底部与自动螺旋喂料装置104相连，总排气管107直接接入到尾气处理系统。进料时，加料仓进气口105的进气阀门自动开启，加料仓排气口106的排气阀门打开，当料仓内氯气浓度低于设定值时，上加料阀102的阀门打开，石墨原材料开始加料至加料仓101，加料仓101上部阀门开启后，进气阀门继续通气，石墨粉料装填完毕后，上部阀门关闭；加料仓排气口阀门打开，当加料仓101内氧气含量检测低于设定值，下进料阀103的阀门开启，粉料进入到精密螺旋喂料装置104，开始自动进料，重复上述工作进入下一加料循环。

在本发明一具体实施例中，出料系统包括集料仓301和分别设置于集料仓301的进料端和出料端的上出料阀302和下出料阀303，上出料阀302和提纯炉之间设置有收集提纯后石墨的过渡仓304。

具体地，集料仓301上设置有连通至集料仓301内部以通入工艺气体的集料仓进气口305和集料仓排气口306。

出料系统由出料保护阀307、过渡仓304、上出料阀302、密封式集料仓301、进气阀、排气阀、下出料阀302、出料接管308等组成。过渡仓304上部设有出料保护阀307，集料仓301上下分别设有上出料阀302、下出料阀303，进气阀、排气阀分别设置在密封式集料仓301两侧，分别与集料仓进气口305和集料仓排气口306连通，出料接管308与密封式集料仓301底部相连。出料时，上出料阀302打开，出料保护阀307打开，提纯炉内提纯后的石墨料出料到位，出料保护阀307和上出料阀302同时关闭，石墨落入到过渡仓304内。开启集料仓进气口305阀门和集料仓排气口306阀门，当料仓内氯气含量低于设定值，排气阀门关闭，下出料阀打开，集料仓内的石墨排出，出料结束。然后关闭下出料阀，并打开集料仓排气口阀门，当舱内氧含量低于设定值，集料仓进气口和集料仓排气口同时关闭，即可进入下一出料循环。

本发明提供的石墨提纯系统还包括气动控制系统和电气控制系统，气动系统包括压缩空气油过滤器、水过滤器、气源调压器、电磁换向阀、阀座、气管等。采用分散式布置气动控制阀门，为设备气动执行元件提供动力。

电气控制系统，采用可编程控制器（PLC）和工控机进行控制，配有触摸屏和手动操作按钮；在工控机中可以实现阀门、加热器等动作控制，参数设置，设备运行实时数据显示，温度、功率、压力等曲线显示，数据列表显示，报警信息显示并弹出解决问题子界面，记录、数据导出等功能。还可以实现权限管理，防止设备出现非授权操作。并配有温度、压力自动记录仪。

本发明提供的石墨提纯设备可实现石墨材料的连续式超高温提纯处理，具有温度均匀性好、自动化程度高、生产效率高、能耗低、产品质量稳定、绿色环保等特点。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种石墨提纯设备，其特征在于，包括沿竖直方向依次布置的进料系统、提纯炉和出料系统，所述提纯炉包括对石墨提纯加热的马弗和围设于所述马弗周向的电阻加热装置。

2.根据权利要求1所述的石墨提纯设备，其特征在于，所述提纯炉的炉壳和所述马弗之间设置有保温层，所述炉壳上分别设置有联通至所述炉壳和所述马弗之间的第一工艺气体进气口，和联通至所述马弗内的第二工艺气体进气口。

3.根据权利要求2所述的石墨提纯设备，其特征在于，所述提纯炉为密封结构的提纯炉，所述提纯炉的内壁设置有对其内部温度进行监测的温度监测装置、对提纯炉温度控制的冷却水管路，以及对所述提纯炉内气压进行监测的压力测量装置。

4.根据权利要求3所述的石墨提纯设备，其特征在于，所述炉壳顶部连接所述进料系统和对提纯炉内尾气进行回收处理的尾气处理系统。

5.根据权利要求2所述的石墨提纯设备，其特征在于，所述保温层为由耐高温复合式隔热材料构成的保温层。

6.根据权利要求4所述的石墨提纯设备，其特征在于，所述尾气处理系统包括由顺序连接的冷凝排焦罐、酸雾净化塔和尾气焚烧柜组成的三级过滤系统。

7.根据权利要求1所述的石墨提纯设备，其特征在于，进料系统包括加料仓以及分别设置于所述加料仓的进料端和出料端的上加料阀和下加料阀，所述下加料阀的输出端设置有与所述提纯炉的炉壳顶部连接的螺旋喂料装置。

8.根据权利要求7所述的石墨提纯设备，其特征在于，所述加料仓上设置有连通至所述加料仓内部以通入工艺气体的加料仓进气口和加料仓排气口。

9.根据权利要求1所述的石墨提纯设备，其特征在于，所述出料系统包括集料仓和分别设置于所述集料仓的进料端和出料端的上出料阀和下出料阀，所述上出料阀和所述提纯炉之间设置有收集提纯后石墨的过渡仓。

10.根据权利要求9所述的石墨提纯设备，其特征在于，所述集料仓上设置有连通至所述集料仓内部以通入工艺气体的集料仓进气口和集料仓排气口。

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