CN104477885B - 一种立式连续感应高温石墨化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立式连续感应高温石墨化炉。所述石墨化炉包括炉体外壳，位于炉体外壳上方的料斗，位于炉体外壳底部的出料管；所述炉体外壳内的炉膛自上至下分为四个区：预热区、加热区、降温区以及冷却区，相邻两个区之间以及冷却区与出料口之间通过具有开合功能的相应的隔料部件连通或隔开，所述料斗的下料口通过阀门与所述预热区的进料口相连；所述炉膛外壁周向设有保温层，位于加热区外的保温层段与外壳内壁之间设有加热器；所述出料管外设有冷却系统而使出料管内形成所述冷却区。本发明可以大大提高石墨化材料产量与质量，满足动力电池负极材料的热处理工艺要求，提升电池质量。

Description

一种立式连续感应高温石墨化炉

技术领域

本发明涉及石墨化设备领域，尤其涉及一种立式连续感应高温石墨化炉。

背景技术

随着新能源汽车行业的加速推进，动力电池迅速成为企业界投资的热点，而锂离子电池所用的负极石墨化材料是决定其性能的关键因素；高纯石墨的需求和使用量日益增大，急需高效工业化生产。现有工业化生产石墨化炉主要为艾奇逊炉，其生产过程中电能利用率太低，热能损耗过大，并且产品质量不均匀，生产环境粉尘太大对人身体造成伤害。

为了解决上述问题，各公司联合各大高校也相继研发几种石墨化炉：如中国专利连续石墨化超高温矩形炉（公开号：CN102787394A）、竖式连续石墨化炉（公开号：CN103896255A）、连续石墨化超高温管式炉（公开号：CN102797075A）等。虽然这些石墨化炉从理论上解决了生产问题，但是在实际生产中仍存在设备生产寿命短、故障率高、产品性能均一性不好、保温材料消耗量大等问题，无法达到预期生产目标。

因此，现有市场亟待研发一种生产效率高、维修间隔周期长、节能、产品质量稳定、优良的连续式石墨化炉。

发明内容

本发明旨在提供一种立式连续感应高温石墨化炉，该石墨化炉最高使用温度达3000℃，热能利用率高（节能）、设备寿命长、产品质量好。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种立式连续感应高温石墨化炉，包括炉体外壳，位于炉体外壳上方的料斗，位于炉体外壳底部的出料管；其特征在于，所述炉体外壳内的炉膛自上至下分为四个区：预热区、加热区、降温区以及冷却区，相邻两个区之间以及冷却区与出料口之间通过具有开合功能的相应的隔料部件连通或隔开，所述料斗的下料口通过阀门与所述预热区的进料口相连；所述炉膛外壁周向设有保温层，位于加热区外的保温层段与外壳内壁之间设有加热器；所述出料管外设有冷却系统而使出料管内形成所述冷却区。

由此，本发明的炉膛工作区由上到下分为预热区、加热区、降温区以及冷却区以达到精确热处理物料，经试验，本发明利用高效感应线圈以及合理设计的保温层，工作时所述加热区稳定工作加热温度可以突破传统极限，达到3000℃。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

进一步地，所述炉膛内设有竖向布置的中轴，各隔料部件装在该中轴上。更进一步地，所述中轴与一驱动中轴水平旋转的驱动装置相连，由此，通过驱动装置驱动中轴转动，在下料时物料可以更均匀地置于各区内。

优选地，所述隔料部件为倒锥形的分隔料钟。

所述分隔料钟设置在相应的预热区、加热区、降温区和冷却区的下部；所述分隔料钟侧壁开有落料口，所述分隔料钟侧壁开有落料口，该落料口下方设有与所述落料口配合释放物料或将物料保持在某一区的分隔板；所述分隔板固定在炉膛内壁上且分隔料钟固定在中轴上，或所述分隔板固定在中轴上且分隔料钟固定在炉膛内壁上。由此，当需要从上一区将物料输入到下一区时，转动中轴，即可带动分隔料钟或分隔板转动，分隔料钟的落料口与分隔板分离，物料下移；反之，落料口与分隔板合拢一起将相邻两个去分隔开来，实现物料在相邻两区的隔离。进一步地，安装于预热区、加热区、降温区以及冷却区下部的各分隔料钟的落料口错开相位角，在中轴旋转驱动作用下各分隔料钟的落料口依次与分隔板开口重合、错位，以达到各工作区域的开启与关闭动作。

当然，本发明的分隔料钟也可以固定在炉膛壁上，分隔板固定在转轴上，依靠转轴带动分隔板实现分隔板与分隔料钟的落料口的开合，来实现物料的输送和保持物料在某一区域。

所述出料管的出料口与一旋转出料机构相连而将石墨化物料输出。

进一步地，所述中轴为空心轴，该空心轴上开有进气口，各进气口通过空心轴内腔与进气管连通，由此，可以方便通过空心轴向炉膛通入保护气体。

作为一种冷却的具体结构，所述冷却系统包括水冷腔、设置在水冷腔下部的进水通道、以及设置在水冷腔上部的出水通道；所述冷却区内衬由石墨化材料制成。当然本发明的冷却结构还可以是其它形式，如风冷等。

进一步地，所述保温层外周向设有陶瓷绝缘层，以达到阻滞热、电通过材料对外造成影响的作用。

为了防止空气氧化物料，所述炉体外壳上装有用于对炉膛抽真空的排气管，所述炉体外壳上装有对炉膛内充入保护气体的进气管，由此，对炉膛抽真空后再充入保护气体。

进一步地，所述旋转出料机构通过旋转推挤物料实现连续出料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的石墨化炉的工作区分为预热区、加热区、降温区以及冷却区，四个功能区的划分能最大限度准确地热处理物料，且最大稳定工作加热温度高达3000℃，热处理过程中有保护性气体保护防止物料被氧化。炉体底部采用旋转出料机构，推挤加工后物料出料，以达到连续稳定出料效果。将本发明的立式连续感应高温石墨化炉应用于现代工业化生产线，可以大大提高石墨化材料产量以及质量，满足动力电池负极材料的热处理工艺要求，极大地提升了电池质量。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

图1是本发明一种实施例的结构原理图。

在图中

1-料斗； 2-电动阀门； 3-炉体外壳； 4-密封垫； 5-排气管； 6-真空泵； 7-保温层； 8-陶瓷绝缘层； 9-分隔料钟； 10-感应加热器； 11-红外测温部件； 12-中轴； 13-内衬连接锁； 14-固定支架； 15-水冷腔； 16-出水通道； 17-旋转出料机构； 18-旋转气缸； 19-电机； 20-进水通道； 21-进气管； 22-冷却区； 23-降温区； 24-加热区； 25-预热区。

具体实施方式

一种立式连续感应高温石墨化炉，如图1 所示，它包括料斗1、炉体部分、炉底部分、出料部分，具有立式结构，所述料斗1下方设有炉体部分，所述的炉体部分下方设有炉底部分以及出料部分。所述的炉体部分结构上顶端连接料斗1处设有通过PLC程序控制的电动阀门2，电动阀门2下出口连接预热区25，电动阀门2与预热区25连接处设有密封垫4；内衬垂直放置，其顶部有排气管5，可将炉管内部清洗气体、废气排出，在工作区中轴12上安装有四个锥形的分隔料钟9，预热区25与加热区24、加热区24与降温区23以及降温区23与水冷区22的连接都是通过内衬连接锁13固定连接；在预热区25、加热区24以及降温区23外层设有一层由碳毡与保温砖组合而成的保温层7；保温层7外设有陶瓷绝缘隔热层8；感应加热器10设计安装于陶瓷绝缘隔热层8外，其中方形感应线圈内通有冷却水安装于线圈绝缘装置上；所述感应加热器10外由炉体外壳3整体包裹组成炉体部分，同时，在炉体外壳3由上到下对应不同加热温区设有独立红外测温部件11，且下端安装有通入保护性气体的进气管21；炉体外壳3下部设有固定支架14。所述的炉底部分结构设有水冷区22连接于炉体部分的降温区23下出口，其连接处安装有密封垫4；水冷区外设有水冷腔15包裹；水冷腔15上开有连接水冷腔的进水通道20以及出水通道16，底部平板上安装有旋转气缸18，且与分隔料钟9同轴连接。所述的出料部分结构是：设有旋转出料机构17连接于水冷区22下端，其连接处安装有密封垫4；螺旋形出料机通过传动机构将安装于支架内部空间中的电机19动力输入，进行旋转排料。

所述的加热区稳定工作加热温度突破传统极限达到3000℃。

所述的中轴采用空心结构，在轴上间隔开有进气口。

工作区由上到下分为预热区、加热区、降温区以及水冷区以达到精确热处理物料。

所述的分隔料钟侧面开有落料口，安装于预热区、加热区、降温区以及水冷区下部，且落料口错开相位角。

所述的水冷区内衬采用耐高温石墨化材料制作。

所述的旋转出料机构通过旋转推挤物料连续出料，从而可实现连续出料。

本发明一种立式连续石墨化炉的工作过程如下：从料斗1顶部倒入待加工材料。在加热处理以前先启动真空泵将工作区以及炉内空气抽走，形成真空区，待抽真空工序完成后在加热室以及炉内通入保护性气体以保护物料以及保温材料在加热加工过程中不被氧化。待气体充入完成后，电动阀门2打开，物料在重力作用下落入预热区25中。通过预热区25中分隔料钟9的旋转，落料口打开，使预热区25中物料落入加热区24，待加热区24内物料达到加热定量时分隔料钟9再次旋转关闭落料口，同时，将所有的冷却水通入，启动电源感应加热器10开始工作。工作过程中，加热区24内热量同时作用于预热区25物料，使热量得到充分利用从而提高石墨化炉的热能利用率。利用程序实时监控各测温部件11反馈回的信号，待物料石墨化完成后，加热区24内分隔料钟9旋转，打开其落料口，从而高温物料落入降温区23进行降温工序。待加热后的高温物料落入降温区23后，分隔料钟9再次旋转，使加热区24中分隔料钟9落料口关闭，预热区25内分隔料钟9落料口打开,从而使预热后的物料落入加热区24进行加热工序，然后电动阀门2再次打开，将预热区25中装满待加工物料。降温工序完成以后，分隔料钟9旋转，通过控制不同安装相位角依次打开关闭降温区23、加热区24以及预热区25中的落料口，使降温后的物料进行水冷工序，加热后的物料进行降温工序，预热后的物料进行加热工序，并且电动阀门2再次工作，使预热区25再次填满待加工物料。最后待水冷完成时间完后，各分隔料钟9旋转工作，依次打开各落料口使各区中的物料落入下一区中，此时螺旋形排料棒缓慢旋转，将冷却后的石墨化产品推挤出出料通道，最终落入收料斗中。

整机的执行构件均由气源供气，整机动作循环由PLC程序控制。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种立式连续感应高温石墨化炉，包括炉体外壳（3），位于炉体外壳（3）上方的料斗（1），位于炉体外壳（3）底部的出料管；其特征在于，所述炉体外壳（3）内的炉膛自上至下分为四个区：预热区（25）、加热区（24）、降温区（23）以及冷却区（22），相邻两个区之间以及冷却区（22）与出料口之间通过具有开合功能的相应的隔料部件连通或隔开，所述料斗（1）的下料口通过阀门与所述预热区（25）的进料口相连；所述炉膛外壁周向设有保温层（7），位于加热区（24）外的保温层（7）段与外壳（3）内壁之间设有加热器（10）；所述出料管外设有冷却系统而使出料管内形成所述冷却区（22）；所述炉膛内设有竖向布置的中轴（12），各隔料部件装在该中轴（12）上。

2.根据权利要求1所述的立式连续感应高温石墨化炉，其特征在于，所述中轴（12）与一驱动中轴（12）水平旋转的驱动装置相连。

3.根据权利要求1-2之一所述的立式连续感应高温石墨化炉，其特征在于，所述隔料部件为倒锥形的分隔料钟（9）。

4.根据权利要求3所述的立式连续感应高温石墨化炉，其特征在于，所述分隔料钟（9）设置在相应的预热区（25）、加热区（24）、降温区（23）和冷却区（22）的下部，所述分隔料钟（9）侧壁开有落料口，该落料口下方设有与所述落料口配合释放物料或将物料保持在某一区的分隔板；所述分隔板固定在炉膛内壁上且分隔料钟（9）固定在中轴（12）上，或所述分隔板固定在中轴（12）上且分隔料钟（9）固定在炉膛内壁上。

5.根据权利要求1-2之一所述的立式连续感应高温石墨化炉，其特征在于，所述出料管的出料口与一旋转出料机构（17）相连而将石墨化物料输出。

6.根据权利要求1或2所述的立式连续感应高温石墨化炉，其特征在于，所述中轴（12）为空心轴，该空心轴上开有进气口，各进气口通过空心轴内腔与进气管（21）连通。

7.根据权利要求1-2之一所述的立式连续感应高温石墨化炉，其特征在于，所述冷却系统包括水冷腔（15）、设置在水冷腔（15）下部的进水通道（20）、以及设置在水冷腔（15）上部的出水通道（16）；所述冷却区（22）内衬由石墨化材料制成。

8.根据权利要求1-2之一所述的立式连续感应高温石墨化炉，其特征在于，所述保温层（7）外周向设有陶瓷绝缘层（8）。

9.根据权利要求1-2之一所述的立式连续感应高温石墨化炉，其特征在于，所述炉体外壳（3）上装有用于对炉膛抽真空的排气管（5），所述炉体外壳（3）上装有对炉膛内充入保护气体的进气管（21）。