CN104891486A - 一种具有高隔热性能的石墨化炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有高隔热性能的石墨化炉，包括：内炉体、设置于内炉体外部的外炉体以及第一隔热夹层、第二隔热夹层以及第三隔热夹层；内炉体侧面设置有内炉墙，外炉体侧面设置有外炉墙，第一隔热夹层、第二隔热夹层以及第三隔热夹层并行设置于内炉墙内，其中第一隔热夹层为炭黑层，第二隔热夹层为碳砖层，第三隔热夹层为石油焦粉层。本发明实施例的石墨化炉具有高隔热保温性能，还能保护炉墙，延长炉墙的使用寿命。

Description

一种具有高隔热性能的石墨化炉

技术领域

本发明涉及碳素生产领域，尤其是涉及一种具有高隔热性能的石墨化炉。

背景技术

近年来，碳素行业蓬勃发展，其主要材料炭和石墨材料是以碳元素为主的非金属固体材料，其中炭材料基本上由非石墨质碳组成的材料，而石墨材料则是基本上由石墨质碳组成的材料。具有轻量，多孔性，导电性，导热性，耐腐蚀性，润滑性，高温强度，耐热性，耐热冲击性，低热膨胀，低弹性，高纯度，可加工性等特点。

在碳素行业必不可少的设备为石墨化炉，它属于碳素行业工艺生产过程中的核心设备，现如今普遍还是选用艾奇逊石墨化炉，这种石墨化炉的基本工作原理为在耐火材料构筑的炉体内，装入炭的坯料和颗粒料，组成导电的炉芯，在炉芯的四周是绝热保温料。作为炉头的两端墙上设置有导电电极，并与电源相连接。导电电极、电源和炉芯构成通电的回路。当电路接通，炉芯具有较高的电阻，根据焦耳定律，炉芯发热升温，使炭的坯料在2200-2300℃的温度下，经高温热处理而发生物理变化而转变为人造石墨。石墨化炉石墨化过程在通电加热时只需2～7天，但还要使大量的填料焦炭冷却，要2周左右的较长时间。

艾奇逊石墨化炉由于其具有石墨化方法简单、生产可靠以及故障少等优点被广泛使用，但是其在生产过程中的加热和降温期间大量有害废气如一氧化碳等逃逸出，直接排放到大气中，严重污染了环境和损害工人的身体健康却依然存在。

因此，本领域技术人员针对以上技术问题发明了一种新型炉底悬空石墨化炉，这种石墨化炉包括外炉体与底部悬空的内炉体，内炉体设置在外炉体的箱体结构内，内炉体的纵向截面为“凹”形，其内炉体通过支柱支撑，并且在内炉体的侧面内炉墙与外炉体的侧面外炉墙上均设置有用于空气流通的气孔，内炉墙与外炉墙均采用耐火保温砖制成，这种结构的石墨化炉的优点在于空气可以在两炉体之间形成的空腔之间进行流动形成空气隔层，降低散热速率，另外还可以将石墨生产过程中产生的有毒有害的废气收纳到空腔中，再通过与空腔连通的气孔一齐排出，实现了炉底悬空新型石墨化炉的生产过程中的有毒有害的废气从无序排放到先收集再定向排放的转变，让有毒有害的废气更加容易收集和处理，减少了有毒有害的废气向外界随机逃逸，保护了操作人员的身体健康和环境。

但是，这种炉底悬空石墨化炉由于在纯化过程中，温度普遍很高，少则1000-2000℃，多则3000℃以上，因此其隔热保温性能是需要考察的关键指标，虽然其空腔之间进行流动形成的空气隔层能够在短时间内起到一定的隔热保温作用，但是当长时间过后，炉内的温度依然会通过冶金粉末传递到炉墙上，从而造成热损失，由于墙体大多采用耐火砖制成，还会将炉墙烧坏，大大缩短炉墙本身的正常使用寿命，还会影响正常生产。

有鉴于此，特提出此发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高隔热性能的石墨化炉，以解决现有技术中存在的石墨化炉隔热性能不佳，炉墙容易受到损坏影响其正常使用寿命的技术问题。

本发明提供了一种具有高隔热性能的石墨化炉，包括：内炉体、设置于内炉体外部的外炉体以及第一隔热夹层、第二隔热夹层以及第三隔热夹层；

内炉体的侧面设置有内炉墙，外炉体的侧面设置有外炉墙，所述第一隔热夹层、所述第二隔热夹层以及第三隔热夹层并行设置于所述内炉墙内，其中所述第一隔热夹层为炭黑层，所述第二隔热夹层为碳砖层，所述第三隔热夹层为石油焦粉层。

本发明实施例提供的具有高隔热性能的石墨化炉，通过在内炉墙内设置三层隔热夹层，防止炉体内温度过高将内炉墙烧穿，造成炉壁坍塌或者引发安全事故。而且还能起到一定的隔热保温作用，进一步提升粉料的纯化效果。其中，第一隔热夹层为炭黑层，能够吸收到大量热量，避免热量传递到耐火砖墙体上，第二隔热夹层为碳砖层，主要起到支撑以及进一步隔热的作用，第三隔热夹层为石油焦粉层，能够起到延缓传热的作用，通过三层的互相配合，能够将确保生产的正常有序进行，延长设备的使用寿命。

优选地，靠近所述内炉墙的为第一隔热夹层，然后依次为第二隔热夹层以及第三隔热夹层，由于炭黑的价格比较昂贵，如果将炭黑层置于最内层，容易与电阻料混合后难以分开，既影响炭黑的回收再利用，也影响到了电阻料的再利用，另外炭黑层热导率高、电阻率高，进行隔热主要依靠炭黑进行阻断，因此其最好放置于最靠近内炉墙的一层，很好的对炉墙进行保护。然后碳砖层一个是为了进行支撑，另外将炭黑层与石油焦粉层很好的进行隔离，防止两者掺混，也起到分隔隔断，同时避免融化的作用。

优选地，所述内炉墙、第一隔热夹层、第二隔热夹层以及第三隔热夹层之间贴合连接。三层紧密与炉墙贴合能够起到更好的保护作用。

优选地，为了防止第一隔热夹层炭黑层随着使用时间的延长会发生膨胀，也为了对三层隔热夹层进行更好的支撑，所述石墨化炉还包括穿设所述第一隔热夹层的支撑横梁，所述支撑横梁的一端连接所述第二隔热夹层，另一端连接所述内炉墙。

优选地，所述支撑横梁为多根，从上至下等距设置于内炉墙与第二隔热夹层之间。

优选地，为了更好的检测炉体内的温度，所述外炉墙、内炉墙以及第一隔热夹层、第二隔热夹层、第三隔热夹层相应的位置上设置有用于穿设测温装置到炉心的测温孔。

优选地，所述测温装置为热电偶。

优选地，还包括封盖与空气净化装置，所述封盖与所述内炉墙顶部四周贴合连接，所述封盖上设置有用于出气的导气孔，所述导气孔与所述空气净化装置连接。

优选地，还包括通气装置，所述通气装置包括：通气管、气体储存部件、设置于外炉墙的第一通气孔、内炉墙的第二通气孔以及对应的第三隔热夹层上的第三通气孔，所述通气管连接所述气体储存部件、所述第一通气孔以及所述第二通气孔，并穿设所述第一、第二、第三隔热夹层到达所述第三通气孔；

所述通气管由位于气体储存部件以及第一通气孔之间的石墨管、位于第一通气孔以及第二通气孔之间的刚玉管以及第二通气孔与第三通气孔之间的开设有出气孔的石墨管组成，所述石墨管与所述刚玉管相互插接，所述通气管位于第三通气孔内的一端封闭。

这种通气装置非常适用于炉底悬空的这种石墨化炉，通气管是通过将石墨管与刚玉管互相插接而成，尤其在空气流通的区域采用刚玉管，其他部位的通气管则采用石墨管，防止通气管长期暴露于流通空气的环境之中，容易被氧化使得管壁逐渐变薄，影响使用寿命。这种通气装置不仅延长了通气管本身的使用寿命，不易损坏，不会影响正常的生产流程操作，而且安装方便，将多段管插接后的结构牢固稳定。

优选地，所述石墨管为多段管道互相插接而成，所述刚玉管为多段管道互相插接而成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明第一种实施例提供的具有高隔热性能的石墨化炉的立体结构图；

图2为本发明第一种实施例提供的具有高隔热性能的石墨化炉的剖视结构图；

图3为图2的高隔热性能的石墨化炉的俯视结构图的A-A向剖视图；

图4为图2中的高隔热性能的石墨化炉的俯视结构图的B-B向剖视图；

图5为本发明第二种实施例提供的具有高隔热性能的石墨化炉的正视结构图；

图6为本发明实施例提供的具有高隔热性能的石墨化炉内的空气流通走向示意图；

附图标记：

101-通气管；         102-第一通气孔；       103-第二通气孔；

104-第三通气孔；     105-出气孔；           106-石墨管；

107-刚玉管；         108-汇集总管；         109-气体储存部件；

110-封盖；           111-导气孔；           112-空气净化装置；

113-支柱；           114-外炉墙；           115-内炉墙；

116-空气孔；         117-测温装置；         118-第一隔热夹层；

119-第二隔热夹层；  120-第三隔热夹层；  121-支撑横梁。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本领域技术人员在先前发明的一种新型炉底悬空石墨化炉的结构为包括外炉体与内炉体，且内炉体的纵向截面为“凹”形，内炉体通过支柱支撑，而且在内炉墙115与外炉墙114上均设置有用于空气流通的空气孔116，这样在两炉体之间也形成了空腔的结构，可以形成空气隔层进行更好的保温。尤其在图6中可以清楚的看到空气的流通走向，为了使得空气流通到尽可能多的地方，外炉体侧壁上的空气孔116尽可能开到远离内炉体侧壁上的空气孔116，增加空气孔之间的距离。

内炉墙115与外炉墙114均采用耐火保温砖制成。由于炉底悬空新型石墨化炉在石墨化过程中，需要利用内炉墙115的坯料构成的高温炉芯发生转化，生成人造石墨，炉底悬空新型石墨化炉内炉体内的温度能够达到2500℃以上，如果采用普通的砖石作为炉底悬空新型石墨化炉的内炉墙115或外炉墙114的话很容易因不能承受高温而开裂损坏，造成炉底悬空新型石墨化炉的结构损坏，使炉底悬空新型石墨化炉不能正常使用，影响正常的生产。而且普通的砖石保温、隔热效果较差，热量直接传送到空气中，造成了热能的浪费，加热效率低，进而造成炉底悬空新型石墨化炉生产石墨的效率低，生产出的石墨纯度低。而采用耐火保温砖制成既能够承受石墨化过程中的高温，又具有良好的保温效果，提高炉底悬空新型石墨化炉内的温度，进而提高石墨化的生产效率同时提高生产出的石墨的品质。

本发明在以上结构的基础上继续进行改进，发明了一种具有长效保温隔热效果的炉底悬空石墨化炉，如图1-4所示的本发明第一种实施例提供的具有高隔热性能的石墨化炉的结构示意图，其包括：内炉体、外炉体以及第一隔热夹层118、第二隔热夹层119以及第三隔热夹层120；内炉体上设置有内炉墙115，外炉体上设置有外炉墙114，所述第一隔热夹层118、所述第二隔热夹层119以及第三隔热夹层120并行设置于所述内炉墙内，其中所述第一隔热夹层118为炭黑层，所述第二隔热夹层119为碳砖层，所述第三隔热夹层120为石油焦粉层。

现有技术的空气隔断层只是能在短时间内起到一定的隔热保温作用，但是当长时间过后，炉内的温度依然会通过冶金粉末传递到炉墙上，从而造成热损失，因此为了长效隔热保温，其设置了三层隔热夹层，防止炉体内温度过高将内炉墙烧穿，造成炉壁坍塌或者引发安全事故。而且还能起到一定的隔热保温作用，进一步提升粉料的纯化效果。其中，第一隔热夹层118为炭黑层，能够吸收到大量热量，避免热量传递到耐火砖墙体上，第二隔热夹层119为碳砖层，主要起到支撑以及进一步隔热的作用，第三隔热夹层120为石油焦粉层，能够起到延缓传热的作用，通过三层的互相配合，能够将确保生产的正常有序进行，延长设备的使用寿命。

为了更好的检测炉体内的温度，所述外炉墙114、内炉墙115以及第一隔热夹层118、第二隔热夹层119、第三隔热夹层120相应的位置上设置有用于穿设测温装置117到炉心的测温孔，测温装置117优选为热电偶，因为热电偶本身测温比较灵敏，而且成本也比较低，不易损坏寿命长，因此为最佳选择。

具体需要注意的是，本发明的高隔热性能的石墨化炉还包含有运送特殊气体进入炉内与炉内粉体进行化学反应加强纯化效果的通气装置，所述通气装置包括：通气管101、气体储存部件109、设置于外炉墙的第一通气孔102、内炉墙的第二通气孔103以及对应的第三隔热夹层上的第三通气孔104，所述通气管101连接所述气体储存部件109、所述第一通气孔102以及所述第二通气孔103，并穿设所述第一、第二、第三隔热夹层到达所述第三通气孔104；

所述通气管101由位于气体储存部件109以及第一通气孔102之间的石墨管106、位于第一通气孔102以及第二通气孔103之间的刚玉管107以及第二通气孔103与第三通气孔104之间的开设有出气孔105的石墨管106组成，所述石墨管106与所述刚玉管107相互插接，所述通气管101位于第三通气孔104内的一端封闭。位于内炉墙115内的一段石墨管106需要向外溢出气体与坩埚中的粉体发生化学反应以促进其进一步纯化，而为了使得气体溢出的更加均匀，在其管上均匀的设置有若干出气孔105，这些出气孔105呈网状，通气管101的尽头到第三通气孔104内即可停止，不用穿过第三隔热夹层，因为其内部发生化学反应后产生的废气是通过内炉墙115的上部排出。具体第一、第二、第三通气孔的位置、以及石墨管与刚玉管的位置可从附图2-4中清晰的看出。为了方便各段管之间的互相插接，管道与炉体的连接处并未采取固定连接的形式，而是在外炉体与内炉体上均设置了孔道，方便通气管的进出拆卸。

内炉墙115的上部设置有封盖110，封盖110与所述内炉墙115顶部四周贴合连接，所述封盖110上设置有用于出气的导气孔111，另外还包含有空气净化装置112，所述导气孔111与所述空气净化装置112连接。从通气管101上的出气孔105出来的特殊气体化学反应后产生的废气通过导气孔111进入空气净化装置112中进行净化和过滤，避免废气随意排放到空气内，污染环境甚至是损害工作人员的身体健康。一般空气净化装置112包括除尘塔、除硫塔和排浆池，从空气孔116和导气孔111收集的废气先进入到降温塔经过降温处理，然后通入到除尘塔内去除废气中的颗粒粉尘，然后经过除硫塔去除废气中的硫化气，最后通过排浆池对一些有毒有害的废气进行中和，同时将收集到的废渣集中，方便后续处理。利用空气净化装置对空气孔116和导气孔111收集到的废气进行集中处理，先净化再排放，既能够满足保护环境的需求，又能够避免石墨化过程中产生的废气危害工作人员的身体健康。

由于石墨管106本身质地比较软，也便于散热通气、拆卸方便，因此最好采取多段管道互相插接的方式，其中石墨管106为管道互相插接而成，刚玉管107也优选为多段管道互相插接而成，然后石墨管106与刚玉管107也互相插接，为了加固插接点，还要在插接点处设置加固装置，加固装置可以选取卡箍以及法兰中的其中一种。这种连接方式不仅方便，施工方便，而且安装后稳定性高，加固装置优选为卡箍，直接将插接点卡住，进一步提高其安全性。

第一通气孔102、所述第二通气孔103以及所述第三通气孔104均为多个，分别呈水平直线排列，所述通气管101也为多根且并行排列，这样通气管101和与之配套的通气孔均为多个，且呈水平直线排列。其中附图1为石墨炉在正常使用时的放置状态图，通气管并行排列的方式也可从附图1中清晰的看出，石墨炉的总长度可达到25m左右，宽度为4m左右，通气管101沿外炉壁的侧壁的长度方向从左至右依次呈直线排列下去，特殊气体均匀的从每一根通气管101进入炉窑中进行纯化，每一根通气管的直径在25cm左右，管径不易过大，否则不易控制气体的流速。另外，最好第一通气孔102、所述第二通气孔103以及所述第三通气孔104等距均匀排列，通气管101也为等距均匀排列的方式，等距的排列方式方便操作与维修。

另外，从图1-2中可以看出，通气装置还包括汇集总管108，所述汇集总管108设置于气体储存部件109与第一通气孔102之间，所述汇集总管108的一端与气体储存部件109连接，另一端与连接所述第一通气孔102的各个通气管101的一端连接，这里气体储存部件109一般为空气压缩机，多根通气管101汇集于一根汇集总管108上，然后再将多根汇集总管108与气体储存部件109连接，这样方便特殊气体的输送。

图5为本发明第二种实施例提供的具有高隔热性能的石墨化炉的结构图，靠近所述内炉墙115的为第一隔热夹层118，然后依次为第二隔热夹层119以及第三隔热夹层120，三层在内炉体中从外到内依次排列，起到保温隔热保护墙体的效果，而且内炉墙115、第一隔热夹层118、第二隔热夹层119以及第三隔热夹层120之间贴合连接，两者之间没有间隙，这样紧密的贴合能够更好的对炉体内的空气形成阻断。第一隔热夹层118的炭黑层为主要隔热结构，能够吸收大量热量，防止热量传递到耐火砖材质的内炉墙115上，第二隔热夹层119热导率高、电阻率高同时强度也比较高，既可以进一步隔热，还可以将炭黑层与石油焦粉层很好的进行隔离，防止两者掺混，也起到分隔隔断，同时避免融化的作用。第三隔热夹层119石油焦粉层能够起到延缓传热的作用。

进一步的，为了将第一隔热夹层118炭黑层与位于里层的结构更好的互相结合，避免分离，还包括了穿设所述第一隔热夹层118的支撑横梁121，所述支撑横梁121的一端连接所述第二隔热夹层119，另一端连接所述内炉墙115，而且从图5中看出支撑横梁121为多根，从上至下等距设置于内炉墙115与第二隔热夹层119之间，支撑横梁的材质也为碳砖，与第二隔热夹层119的材质相同。在图5中，通气管101从一侧的外炉墙114进入炉体中到达对侧的第三隔热夹层即停止，通气管101上还设置有用于释放特殊气体的出气孔105。

最后，如图6中所示，为了扩大生产放大经济效益，内炉体一般横向设置成3个，相邻的内炉墙115依次并排在外壳的箱体结构内，相邻的内炉墙115依次相连，通气管101分别从两边侧的炉体进入，但是通气管101不会通入位于中间的炉体中，一是因为管道不好进行布设，费时费力，另外由于三个炉体之间连通，特殊气体可以在三个炉子之间进行流通，两侧的炉子中的通气管101的出气孔105上出来的气体可以满足正常生产需要。

另外，虽然本发明附图中并未体现电力系统，但是本发明的石墨炉是含有电极以及电源结构的，以作为石墨炉工作的动力来源。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种具有高隔热性能的石墨化炉，其特征在于，包括：内炉体、设置于内炉体外部的外炉体以及第一隔热夹层、第二隔热夹层以及第三隔热夹层；

内炉体的侧面设置有内炉墙，外炉体的侧面设置有外炉墙，所述第一隔热夹层、所述第二隔热夹层以及第三隔热夹层并行设置于所述内炉墙内，其中所述第一隔热夹层为炭黑层，所述第二隔热夹层为碳砖层，所述第三隔热夹层为石油焦粉层。

2.根据权利要求1所述的一种具有高隔热性能的石墨化炉，其特征在于，靠近所述内炉墙的为第一隔热夹层，然后依次为第二隔热夹层以及第三隔热夹层。

3.根据权利要求2所述的一种具有高隔热性能的石墨化炉，其特征在于，所述内炉墙、第一隔热夹层、第二隔热夹层以及第三隔热夹层之间贴合连接。

4.根据权利要求3所述的一种具有高隔热性能的石墨化炉，其特征在于，还包括穿设所述第一隔热夹层的支撑横梁，所述支撑横梁的一端连接所述第二隔热夹层，另一端连接所述内炉墙。

5.根据权利要求4所述的一种具有高隔热性能的石墨化炉，其特征在于，所述支撑横梁为多根，从上至下等距设置于内炉墙与第二隔热夹层之间。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种具有高隔热性能的石墨化炉，其特征在于，所述外炉墙、内炉墙以及第一隔热夹层、第二隔热夹层、第三隔热夹层相应的位置上设置有用于穿设测温装置到炉心的测温孔。

7.根据权利要求6所述的一种具有高隔热性能的石墨化炉，其特征在于，所述测温装置为热电偶。

8.根据权利要求1所述的一种具有高隔热性能的石墨化炉，其特征在于，还包括封盖与空气净化装置，所述封盖与所述内炉墙顶部四周贴合连接，所述封盖上设置有用于出气的导气孔，所述导气孔与所述空气净化装置连接。

9.根据权利要求2所述的一种具有高隔热性能的石墨化炉，其特征在于，还包括通气装置，所述通气装置包括：通气管、气体储存部件、设置于外炉墙的第一通气孔、内炉墙的第二通气孔以及对应的第三隔热夹层上的第三通气孔，所述通气管连接所述气体储存部件、所述第一通气孔以及所述第二通气孔，并穿设所述第一、第二、第三隔热夹层到达所述第三通气孔；

所述通气管由位于气体储存部件以及第一通气孔之间的石墨管、位于第一通气孔以及第二通气孔之间的刚玉管以及第二通气孔与第三通气孔之间的开设有出气孔的石墨管组成，所述石墨管与所述刚玉管相互插接，所述通气管位于第三通气孔内的一端封闭。

10.根据权利要求9所述的一种具有高隔热性能的石墨化炉，其特征在于，所述石墨管为多段管道互相插接而成，所述刚玉管为多段管道互相插接而成。