CN104215066A - 一种卧管式炭质中间体连续热处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卧管式炭质中间体连续热处理装置，包括依次连接的进料系统、加热段、冷却段、尾气系统和出料系统；进料系统是一个底部带漏斗口的锥形料仓和给料机；进料系统、加热段、冷却段和出料系统均通过传感电路和测控系统相连接；其中的加热段卧管两端有封盖封闭的长形筒体，长形筒体横截面为左右对称直边，上下对称半圆弧边；在整段长形筒体的下半圆弧边内全程置有一根第一螺旋杆，其中的上述冷却段是一根两端有封盖封闭的金属长圆筒体；金属长圆筒体外表有夹层水套；本发明针对以粉体或小颗粒为主的炭质中间体物料的处理，具有低能耗、低成本、操作简单、最大程度降低污染。

Description

一种卧管式炭质中间体连续热处理装置

技术领域

本发明涉及一种卧管式炭质中间体连续热处理装置，主要针对以粉体或小颗粒为主的炭质中间体物料进行连续热处理，并且本装置可以满足物料被加热时隔绝空气和排除可燃性挥发份的要求，更具体地说，其主要应用领域为锂离子电池负极材料中间体的炭化处理。

背景技术

在锂离子电池用炭负极材料的工业生产中，经常要对炭质中间体的进行1000℃左右的热处理，业内通常称之为炭化处理，与之对应的设备称为炭化炉。部分种类炭质中间体经过炭化处理后，可以直接作为负极产品进行使用或销售。还有一部分炭质中间体需要最终进行石墨化处理，而石墨化处理属于高能耗产业，随石墨化排放的尾气也会造成环境污染。在石墨化前对它们预先进行炭化会显著提高材料振实密度，降低挥发分，从而提高石墨化炉单炉产量，大幅度降低石墨化生产成本，减轻环保压力。

目前，对于以粉体或小颗粒为主的炭质中间体物料的热处理装置主要有两类，推板道窑和井式炉。上述两种热处理装置有其各自的优点但都存在相当多的明显不足。

推板窑作为以粉体或小颗粒为主的炭质中间体物料的热处理装置，具有难以克服的多个缺点：1、加热元件及坩埚的损耗很大，设备运转维护费用大； 2、被热处理炭质中间体物料为间接加热，推板及坩埚的加热属于无效加热，热效率低，能耗大。3、大量惰性的保护气体的使用，进一步提高了生产成本；4、人工对坩埚进行装、出料作业，操作麻烦，多污染，增大了作业者劳动量且不利于作业者的健康；5、高挥发分物料产生的挥发分在高温下会在推板窑的加热元件上积碳，从而造成加热元件频繁损坏，因此推板窑无法对高挥发分物料进行处理。

井式炉作为以粉体或小颗粒为主的炭质中间体物料的热处理装置，其缺点也同样是很明显的：1、间歇操作，生产周期较长，无法实现大规模连续生产，单位设备产能低； 2、在每次生产过程中其加热装置对炉甄的加热同样属于无效加热，存在着较大的能源浪费，热效率低下；3、炉甄反复急冷急热，造成炉甄使用寿命普遍较低；4、由于炉甄多为深井形式，其作业过程麻烦且多粉尘弥漫，从而也存在作业者劳动量大和不利于作业者健康的情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种低能耗、低成本、操作简单、最大程度降低污染、满足物料在高温时隔绝空气及排放可燃性气体的要求的卧管式炭质中间体连续热处理装置，主要的应用领域为锂离子电池负极材料中间体的炭化处理。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种卧管式炭质中间体连续热处理装置，包括依次连接的进料系统、加热段、冷却段、尾气系统和出料系统；进料系统是一个底部带漏斗口的锥形料仓和给料机；进料系统、加热段、冷却段和出料系统均通过传感电路和测控系统相连接；加热段为两段或多段卧管从高到低上下设置且段之间串联连接；两段或多段卧管的第一段是预热部分，第二段或第二段以上卧管是主加热部分；上述每段卧管结构基本相同，均为两端有封盖封闭的长形筒体，长形筒体由耐高温的导热材料构成，其中一端上方有进料口，另端下方有出料口；在长形筒体的顶部还有与筒体内腔相通的一个或多个挥发成分排出口；在长形筒体进料口和出料口之间部分，水平地置于长筒加热炉的炉膛中；长形筒体横截面为左右对称直边，上下对称半圆弧边；在整段长形筒体的下半圆弧边内全程置有一根第一螺旋杆，第一螺旋杆的最大外径与长形筒体下半圆弧的弧面相匹配；第一螺旋杆传动主轴从出料口一端的封盖穿出，经水冷轴承、风冷翅片轴段，接第一减速驱动电机；上述冷却段是一根两端有封盖封闭的金属长圆筒体，水平安置；金属长圆筒体外表有夹层水套；金属长圆筒体一端上方有熟料进口，另端下方有一个或两个互相靠近的熟料出口；金属长圆筒体内全程置有一根第二螺旋杆，第二螺旋杆的最大外径与金属长圆筒体的内径相匹配；第二螺旋杆传动主轴是中空的，内通循环冷却水；第二螺旋杆传动主轴从熟料出口一端的封盖穿出接第二减速驱动电机；上述出料系统是由接料拉缸和两个密封接料罐组合而成。

上述的依次连接是：进料系统给料机通过锁风阀连接加热段预热部分的进料口，加热段主加热部分最后一出料口通过第二波纹管连接下方冷却段的熟料进口；冷却段的一个熟料出口通过接料拉缸连接密封接料罐；或冷却段的两个互相靠近的熟料出口分别通过接料拉缸连接密封接料罐。

上述的段之间串联连接是，第一段卧管的出料口通过第一波纹管连接下方第二段卧管的进料口；或第一段卧管的出料口通过第一波纹管连接下方第二段卧管的进料口，第二段卧管的出料口通过第三波纹管连接下方后面段卧管的进料口。

本发明的工作原理是：粉状或颗粒状的炭质中间体原料从进料系统的锥形料仓进入，经锁风阀或螺旋输送机，或两者以任意顺序的串联隔离配合，依靠给料机控制定量给料，使进料不发生间断；既隔绝了空气，又实现了炭质中间体原料连续从进料口进入卧管中；在卧管的长形筒体中，在第一螺旋杆的螺旋叶片推进下，炭质中间体原料在长形筒体下半圆弧的弧面上，一边不断搅动，一边沿长形筒体轴向水平移动；位于长形筒体外的长筒加热炉通过热传递，对长形筒体壁加热，长形筒体壁又对其内的炭质中间体原料和第一螺旋杆同时加热，加热后的第一螺旋杆又反过来对炭质中间体原料均匀传热，缩短了物料加热时所需最大热传导距离，使得炭质中间体原料的加热更均匀。所产生的大量挥发分会聚在长形筒体内上方的半圆弧空间气室中，并沿着长形筒体运动到挥发成分排出口，由尾气系统统一收集处理。上述炭质中间体原料经过一段预热卧管和一段或一段以上的主加热卧管处理，变成了温度为800-1000℃的高温炭质中间体到达卧管的出料口。高温炭质中间体经波纹管从熟料进口进入下方冷却段；在冷却段的的金属长圆筒体内，高温炭质中间体由第二螺旋杆推进并搅拌，充满循环冷却水中空的第二螺旋杆传动主轴直接对高温炭质中间体换热冷却；同时夹层水套中的循环冷却水也通过金属长圆筒体壁不断与搅拌移动的高温炭质中间体换热，高温炭质中间体被充分冷却。当被冷却的炭质中间体到达熟料出口，在测控系统的控制下，通过接料拉缸选择地进入密封接料罐，完成隔绝空气出料，并利用两密封接料罐轮流交替工作，使得出料不间断，实现连续热处理的目的。

与现有技术比较，本发明的创新点是：

①炭质中间体在未被热处理前通常具有较高比例的挥发分，这种挥发分的存在使得其在被加热时容易发生粘连和板结，而粘连和结块会导致后续处理增加成本，并使产品质量降低，严重时会直接影响热处理过程排料困难。同时这种挥发分随加热大量排出，在现有技术的螺旋推进器中，由于现有螺旋输送机其外观界面都是圆形的，并没有设置专门的气体通路，而粉料基本充满了整个输送机的空间。这使得当物料被加热时产生的大量挥发性气体在排放到尾气系统的过程中，携带大量的被加热粉体、颗粒，造成明显的收率损失，更为严重的是极易发生堵塞尾气管路，以致发生管内憋压，易燃易爆气体外泄等安全问题，因此传统的螺旋输送机在本发明中是完全摒弃的。本发明利用第一螺旋杆与横截面为左右对称直边，上下对称半圆弧边的长形筒体配合，巧妙地实现了高温炭质中间体边搅拌推进，边加热排气，被加热的炭质中间体通过螺旋推进在卧管的底部行进，炭质中间体被加热产生的挥发性气体在螺旋搅拌轴的上方，也就是卧管的顶部空间行进，两者各行其道，互不影响，因此不会造成，大量物料被气体裹挟排放到尾气系统的现象，更不会危及生产安全。本发明的长形筒体内上方的半圆弧空间气室设计，克服了现有技术的螺旋推进器“气物并行”的技术难题。

②本发明的第一螺旋杆传动主轴从出料口一端的封盖穿出，均经水冷轴承、风冷翅片轴段，接减速驱动电机；这种结构解决了驱动电机与高温主轴连接，实现了在高温环境中传动轴的填料密封技术难题。

③本发明在进料段利用经锁风阀配合靠给料机控制定量给料，在加热段、冷却段利用螺旋杆的螺旋叶片不断推进，在出料段通过接料拉缸选择两密封接料罐轮流交替工作；使得进料、加热、冷却和出料过程不间断，实现连续热处理的目的。

④本发明可生产高纯炭质中间体粉；所产生的挥发分统一通过管道接尾气系统，

没有大气污染排放物，也没有地下污染排放物。本发明自动化程度较高，属于国内首创。本发明在杂质冷却回收方面使用了副产品回收装置，克服了生产排放物对环境的污染，具有创新性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的A-A剖面结构示意图。

附图中的标记是：1锥形料仓；2给料机；3长形筒体；4进料口；5挥发成分排出口；6出料口；7长筒加热炉；8炉膛；9第一螺旋杆；10第一减速驱动电机；12夹层水套；13熟料进口；14熟料出口；15第二螺旋杆；16第二减速驱动电机；17密封接料罐；18第一波纹管；19第二波纹管。

具体实施方式

以下是参考附图用具体的实施例对本发明具体描述，但必须知道，该实施方案不能用来构成对本发明的限制。

实施例1

参考附图1和附图2，一种卧管式炭质中间体连续热处理装置，包括依次连接的进料系统、加热段、冷却段、尾气系统和出料系统；进料系统是一个底部带漏斗口的锥形料仓（1）和给料机（2）；进料系统、加热段、冷却段和出料系统均通过传感电路和测控系统相连接；加热段为两段卧管从高到低上下设置且段之间串联连接；两段卧管的第一段是预热部分，第二段卧管是主加热部分；上述两段卧管结构基本相同，均为两端有封盖封闭的长形筒体（3），长形筒体（3）由耐高温的导热材料构成，其中一端上方有进料口（4），另端下方有出料口（6）；在长形筒体的顶部还有与筒体内腔相通的一个或多个挥发成分排出口（5）；在长形筒体（3）进料口（4）和出料口（6）之间部分，水平地置于长筒加热炉（7）的炉膛（8）中；长形筒体（3）横截面为左右对称直边，上下对称半圆弧边；在整段长形筒体（3）的下半圆弧边内全程置有一根第一螺旋杆（9），第一螺旋杆（9）的最大外径与长形筒体（3）下半圆弧的弧面相匹配；第一螺旋杆（9）传动主轴从出料口（6）一端的封盖穿出，经水冷轴承、风冷翅片轴段，接第一减速驱动电机（10）；上述冷却段是一根两端有封盖封闭的金属长圆筒体（11），水平安置；金属长圆筒体（11）外表有夹层水套（12）；金属长圆筒体（11）一端上方有熟料进口（13），另端下方有两个互相靠近的熟料出口（14）；金属长圆筒体（11）内全程置有一根第二螺旋杆（15），第二螺旋杆（15）的最大外径与金属长圆筒体（11）的内径相匹配；第二螺旋杆传动主轴是中空的，内通循环冷却水；第二螺旋杆传动主轴从熟料出口（14）一端的封盖穿出接第二减速驱动电机（16）；上述出料系统是由接料拉缸和两个密封接料罐（17）组合而成。

上述的依次连接是：进料系统给料机（2）通过锁风阀连接加热段预热部分的进料口（4）；加热段预热部分的出料口（6）连接加热段主加热部分的进料口（4）；加热段主加热部分的出料口（6）通过第二波纹管（19）连接下方冷却段的熟料进口（13）；冷却段的两个熟料出口（14）分别通过接料拉缸连接密封接料罐（17）。

上述的段之间串联连接是，第一段卧管的出料口（6）通过第一波纹管（18）连接下方第二段卧管的进料口（4）。 

上述的给料机（2）为星型给料机。

上述的夹层水套（12）上有进水口和回水口，进水口和回水口通过管道外接循环冷却水系统。

上述每段卧管上的挥发成分排出口（5）通过管道一起接尾气系统。

上述的第一螺旋杆（9）的螺旋叶片与轴的材质是导热系数大于45 W/m·℃的耐热金属材料。

上述的进料系统、加热段和冷却段均分别安装有维检修平台。

实施例2

一种卧管式炭质中间体连续热处理装置，包括依次连接的进料系统、加热段、冷却段、尾气系统和出料系统；进料系统是一个底部带漏斗口的锥形料仓（1）和给料机（2）；进料系统、加热段、冷却段和出料系统均通过传感电路和测控系统相连接；加热段为三段卧管从高到低上下设置且段之间串联连接；三段卧管的第一段是预热部分，第二段和第三段卧管是主加热部分；上述每段卧管结构基本相同，均为两端有封盖封闭的长形筒体（3），长形筒体（3）由耐高温的导热材料构成，其中一端上方有进料口（4），另端下方有出料口（6）；在长形筒体的顶部还有与筒体内腔相通的一个或多个挥发成分排出口（5）；在长形筒体（3）进料口（4）和出料口（6）之间部分，水平地置于长筒加热炉（7）的炉膛（8）中；长形筒体（3）横截面为左右对称直边，上下对称半圆弧边；在整段长形筒体（3）的下半圆弧边内全程置有一根第一螺旋杆（9），第一螺旋杆（9）的最大外径与长形筒体（3）下半圆弧的弧面相匹配；第一螺旋杆（9）传动主轴从出料口（6）一端的封盖穿出，经水冷轴承、风冷翅片轴段，接第一减速驱动电机（10）；上述冷却段是一根两端有封盖封闭的金属长圆筒体（11），水平安置；金属长圆筒体（11）外表有夹层水套（12）；金属长圆筒体（11）一端上方有熟料进口（13），另端下方有一个熟料出口（14）；金属长圆筒体（11）内全程置有一根第二螺旋杆（15），第二螺旋杆（15）的最大外径与金属长圆筒体（11）的内径相匹配；第二螺旋杆传动主轴是中空的，内通循环冷却水；第二螺旋杆传动主轴从熟料出口（14）一端的封盖穿出接第二减速驱动电机（16）；上述出料系统是由接料拉缸和两个密封接料罐（17）组合而成。

上述的依次连接是：进料系统给料机（2）通过锁风阀连接加热段预热部分的进料口（4），加热段预热部分的出料口（6）连接加热段主加热部分的进料口（4）；加热段主加热部分的出料口（6）通过第二波纹管（19）连接下方冷却段的熟料进口（13）；冷却段的熟料出口（14）通过接料拉缸连接密封接料罐（17）。

上述的段之间串联连接是，第一段卧管的出料口（6）通过第一波纹管（18）连接下方第二段卧管的进料口（4），第二段卧管的出料口（6）通过第三波纹管连接下方第三段卧管的进料口（4）。

上述的给料机（2）为螺旋给料机、或星型给料机和螺旋给料机两者的任意顺序串联。

上述的夹层水套（12）上有进水口和回水口，进水口和回水口通过管道外接循环冷却水系统。

上述每段卧管上的挥发成分排出口（5）通过管道一起接尾气系统。

上述的第一螺旋杆（9）的螺旋叶片与轴的材质是导热系数大于45 W/m·℃的耐热金属材料。

上述的进料系统、加热段和冷却段均分别安装有维检修平台。

上述金属长圆筒体（11）下方的熟料出口（14）的下端接有一个“Y”型分配器分成两个出口。

Claims (9)

1.一种卧管式炭质中间体连续热处理装置，包括依次连接的进料系统、加热段、冷却段、尾气系统和出料系统；进料系统是一个底部带漏斗口的锥形料仓（1）和给料机（2）；进料系统、加热段、冷却段和出料系统均通过传感电路和测控系统相连接；其特征在于：加热段为两段或多段卧管从高到低上下设置且段之间串联连接；两段或多段卧管的第一段是预热部分，第二段或第二段以上卧管是主加热部分；上述每段卧管结构基本相同，均为两端有封盖封闭的长形筒体（3），长形筒体（3）由耐高温的导热材料构成，其中一端上方有进料口（4），另端下方有出料口（6）；在长形筒体的顶部还有与筒体内腔相通的一个或多个挥发成分排出口（5）；在长形筒体（3）进料口（4）和出料口（6）之间部分，水平地置于长筒加热炉（7）的炉膛（8）中；长形筒体（3）横截面为左右对称直边，上下对称半圆弧边；在整段长形筒体（3）的下半圆弧边内全程置有一根第一螺旋杆（9），第一螺旋杆（9）的最大外径与长形筒体（3）下半圆弧的弧面相匹配；第一螺旋杆（9）传动主轴从出料口（6）一端的封盖穿出，经水冷轴承、风冷翅片轴段，接第一减速驱动电机（10）；上述冷却段是一根两端有封盖封闭的金属长圆筒体（11），水平安置；金属长圆筒体（11）外表有夹层水套（12）；金属长圆筒体（11）一端上方有熟料进口（13），另端下方有一个或两个互相靠近的熟料出口（14）；金属长圆筒体（11）内全程置有一根第二螺旋杆（15），第二螺旋杆（15）的最大外径与金属长圆筒体（11）的内径相匹配；第二螺旋杆传动主轴是中空的，内通循环冷却水；第二螺旋杆传动主轴从熟料出口（14）一端的封盖穿出接第二减速驱动电机（16）；上述出料系统是由接料拉缸和两个密封接料罐（17）组合而成。

2.根据权利要求1所述的一种卧管式炭质中间体连续热处理装置，其特征在于：所述的依次连接是：进料系统给料机（2）通过锁风阀连接加热段预热部分的进料口（4），加热段主加热部分最后一出料口（6）通过第二波纹管（19）连接下方冷却段的熟料进口（13）；冷却段的一个或两个互相靠近的熟料出口（14）通过接料拉缸连接密封接料罐（17）。

3.根据权利要求1所述的一种卧管式炭质中间体连续热处理装置，其特征在于：所述的段之间串联连接是，第一段卧管的出料口（6）通过第一波纹管（18）连接下方第二段卧管的进料口（4）；或第一段卧管的出料口（6）通过第一波纹管（18）连接下方第二段卧管的进料口（4），第二段卧管的出料口（6）通过第三波纹管连接下方后面段卧管的进料口（4）。

4.根据权利要求1所述的一种卧管式炭质中间体连续热处理装置，其特征在于：所述的给料机（2）为星型给料机、或螺旋给料机、或两者的任意顺序串联。

5.根据权利要求1所述的一种卧管式炭质中间体连续热处理装置，其特征在于：所述的夹层水套（12）上有进水口和回水口，进水口和回水口通过管道外接循环冷却水系统。

6.根据权利要求1所述的一种卧管式炭质中间体连续热处理装置，其特征在于：所述每段卧管上的挥发成分排出口（5）通过管道一起接尾气系统。

7.根据权利要求1所述的一种卧管式炭质中间体连续热处理装置，其特征在于：所述的第一螺旋杆（9）的螺旋叶片与轴的材质是导热系数大于45 W/m·℃的耐热金属材料。

8.根据权利要求1所述的一种卧管式炭质中间体连续热处理装置，其特征在于：所述的进料系统、加热段和冷却段均分别安装有维检修平台。

9.根据权利要求1所述的一种卧管式炭质中间体连续热处理装置，其特征在于：所述金属长圆筒体（11）下方仅有一个的熟料出口（14）的结构是，在该熟料出口（14）的下端接有一个“Y”型分配器分成两个出口。