CN105384167B - 一种粉末状石墨连续高温热处理生产线 - Google Patents

一种粉末状石墨连续高温热处理生产线 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种粉末状石墨连续高温热处理生产线,包括进料装置、卧式连续预热炉、中间料仓、立式连续感应加热炉、废气废渣收集装置和输料及出料装置,本生产线物料在进料系统和出料系统协调作用下,进入卧式连续预热炉和立式连续感应加热炉,以均匀速度通过两个连续炉炉膛,物料中的灰份和灰发份在炉膛温度、纯化气体、物料流动等多种因素作用下,变成挥发物质并与物料分离,在高温反应产生的气压作用下,以及从进气管进入炉膛的清扫气体作用下,该挥发物质从排放管排至生产线外,立式连续感应加热炉实现了粉末状石墨类材料的连续提纯、或连续石墨化、或连续碳化工艺。具有高效率、低能耗、绿色环保的特点。

Description

一种粉末状石墨连续高温热处理生产线
技术领域
[0001] 本发明涉及一种粉末状石墨连续高温热处理生产线,特别是一种能实现对粉末状 天然石墨连续提纯工艺的一种粉末状石墨连续高温热处理生产线,以及能实现对包括锂离 子电池材料负极在内的粉末状石墨材料进行连续石墨化、连续碳化工艺的粉末状石墨连续 高温热处理生产线。
背景技术
[0002] 天然石墨是我国的优势矿产资源之一,要实现天然石墨的深加工应用,必须对粉 末状天然石墨原矿浮选材料进行提纯处理,目前天然石墨提纯工艺大多是氢氟酸湿法工 艺,存在工艺复杂、环境污染严重、回收率低、资源浪费较大的缺点。
发明内容
[0003]本发明的目的在于克服上述湿法工艺缺陷,提供一种采用火法工艺提纯包括粉末 状天然石墨在内的一种粉末状石墨连续高温热处理生产线,以及能实现对包括锂离子电池 负极材料在内的粉末状石墨类材料进行连续石墨化、连续碳化工艺的粉末状石墨连续高温 热处理生产线。
[0004]本发明的技术方案:一种粉末状石墨连续高温热处理生产线,包括进料装置、卧式 连续预热炉、中间料仓、输料装置、立式连续感应加热炉、出料装置和废气废渣收集装置,其 特征在于所述的进料装置为卧式结构,包括减速机构、料斗、输料管和过滤装置;其中,输料 管内设有带螺旋叶片的挤料轴,挤料轴横向贯穿于卧式连续预热炉中,减速机构驱动挤料 轴绕自身中心轴线旋转;输料管的轴心线与挤料轴的轴心线为上下平行结构,即输料管中 物料的堆积平面上方设有一个贯通卧式连续预热炉的排气通道;该排气通道的一端与过滤 装置相连通,另一端与中间料仓相连通,过滤装置设置于卧式连续预热炉与料斗之间;物料 在卧式连续预热炉中产生的水份和挥发份通过排气通道和过滤装置排出生产线外指定位 置;进料装置将物料输送到中间料仓中;
[0005]所述的卧式连续预热炉包括炉管、加热器、炉壳和法兰,其中,炉管与加热器和进 料装置中的输料管同轴心设置;卧式连续预热炉的加热方式为感应加热,或电阻加热;
[0006]所述的中间料仓为立式结构,中间料仓侧面与卧式连续预热炉相连通,底部与输 料装置相连通;该中间料仓包括进气管、料仓减速机构、搅拌轴、连接法兰和外壳;其中,搅 拌轴为纵向设置,该搅拌轴上设有上下间隔、横向布置的疏通齿;进气管设置在中间料仓左 侧、’半斗仓减速机构设置在中间料仓上端,该料仓减速机构驱动搅拌轴绕自身中心轴线作旋 转运动或摆,,搅拌轴将来自卧式连续预热炉的物料顺畅输送到底部的输料装置中;保护 气体从进气管中进入,将物料在卧式连续预热炉中产生的水份和挥发份经排气通道、过滤 装置排放到生产线外指定位置;
[0007]、所述的输料装置为卧式结构,该输料装置上方与中间料仓相连通,左端面与立式 连续感应加热炉相连通,输料装置包括螺旋输料机构、管道和法兰;螺旋输料机构将来自中 丨切利=、迕琛裥达到互式连续感应加热炉的高温炉膛中; _8]、=述的立式雜馳鳩炉触式结构,舰巾〖、讎轴、廳管、翻冷却件、 排气排渣管、感应器、外保温层、内保温层、加热筒体、炉管、冷却筒体和出料管;加热筒体与 冷却筒体上下叠置串联连接;
[0009]所述的中心搅拌轴垂直贯穿加热筒体和冷却筒体,即中心搅拌轴上端面伸出加热 筒体的上端面的密封冷却件、下端面伸出冷却筒体的下端面的筒体密封冷却件,中心搅拌 巧外周圆柱面设有上下间隔、横向设置的疏通齿,中心搅拌轴的上下相邻疏通齿在圆周方 f相5错开设置,中心搅拌轴绕自身中心轴线做旋转运动或旋转摆动,或中心搅拌轴在做 旋转运动或旋转摆动的同时,还沿自身中心轴线做上下往复运动,中心搅拌轴将来自输料 装置的物料顺畅输送到底部的出料装置中;
[0010]所述的感应器、外保温层、内保温层、炉管和中心搅拌轴截面均为圆形结构,且依 次由外向里同轴心布置;
[0011]、、所述的进料管与输料装置连通,输料装置将来自中间料仓的物料输送至炉管内侧 与中心搅拌轴外侧之间的管状空间内,即输料装置将物料输送至立式连续感应加热炉的炉 膛加热区间;
[0012]所述的排气排渣管设置在加热筒体侧面高于进料管位置,排气排渣管一端与立式 连续感应加热炉的炉膛加热区间连通,另一端与废气废渣收集装置连通;
[0013]所述的出料管设置在冷却筒体下端面沿中心搅拌轴外圆周平面位置,出料管上端 与冷却筒体内的物料通道连通,下端与出料装置连通;
[0014]所述的出料装置为卧式结构,包括螺旋输料机构、出料阀门、出料装置进料管、出 料装置出料管和法兰;其中,出料装置进料管没置在出料装置上方且开口朝上与立式连续 感应加热炉下方的出料管连通,出料装置出料管没置在出料装置下方且开口朝下与出料阀 门相连;螺旋输料机构将来自出料管的物料可控、连续输送至生产线外的物料容器中;
[0015]所述的废气废渣收集装置包括疏通机构、阀门、净化收集装置、水平管道、垂直管 道和法兰,水平管道一端与设置在加热筒体侧面的排气排渣管相连通,水平管道另一端设 置疏通机构;垂直管道与净化收集装置相通,垂直管道中设有阀门;疏通机构将残留在水平 管道中的废渣清除到净化收集装置中。
[0016]所述的进料装置、卧式连续预热炉、中间料仓、输料装置、立式连续感应加热炉和 出料装置按顺序依次串联连接,连接方式为法兰连接,或其它方式连接。本发明示意图采用 法兰连接;即物料从料斗进入生产线,顺序经过进料装置、卧式连续预热炉、中间料仓、输料 装置、立式连续感应加热炉、出料装置、出料阀门送出生产线,完成连续热处理全过程;
[0017]所述的中心搅拌轴的一端伸出立式连续感应加热炉,另一端位于炉体内,即中心 搅拌轴上端面伸出加热筒体的上端面的密封冷却件,中心搅拌轴下端面设置在冷却筒体内 并靠近冷却筒体底平面,或与底平面平齐,或中心搅拌轴下端面伸出冷却筒体下端面的筒 体密封冷却件,中心搅拌轴上端面设置在加热筒体内并靠近加热筒体顶平面,或与顶平面 平齐;
[0018]当采用中心搅拌轴上端面伸出加热筒体的上端面的密封冷却件、下端面设置在冷 却筒体内并靠近冷却筒体底平面位置方案时,位于冷却筒体底部的出料管设置在冷却筒体 底平面位于中心搅拌轴的中心轴线正下方位置。中心搅拌轴为棒状实心轴,或管状空心 轴。
[0019]丄本粉末状石墨连续高温热处理生产线是由卧式连续预热炉和立式连续感应加热 炉两大部分组成,生产工作制为连续工作方式。其中,卧式连续讎炉为卧式结构,加热方 式为电2且加热或感应加热,预热炉负责蒸发物料中的水份和低温挥发份,起到干燥物料的 作用;立式连纟头感应加热炉为立式结构,加热方式为感应加热,最高使用温度为2700。〇以 上。立式连续感应加热炉负责实现高温纯化、石墨化、碳化等高温热处理工艺。热处理对象 为包括天然石墨颗粒和人造石墨颗粒在内的粉末状石墨,或整形包覆后的粉末状电池石黑 负极材料,或其它碳材料和非碳材料。
[0020]_采用本粉末状石墨连续高温热处理生产线和火法连续生产工艺对粉末状石墨材 料进行提纯,弥补了氢氟酸湿法提纯的不足,具有高效率、低能耗、绿色环保的特点。
[0021]本粉末状石墨连续高温热处理生产线中的物料在进料系统和出料系统协调作用 下,顺序进入卧式连续预热炉和立式连续感应加热炉,以均匀、可控速度通过两个连续炉炉 膛,物料中的灰份和灰发份在炉膛温度作用、纯化气体作用、物料流动作用等多种因素下, 变成挥发物质并与物料分离,在高温反应所产生的气压作用下,以及从进气管进入炉膛的 清扫气体作用下,该挥发物质从排放管排到生产线外,实现了粉末状石墨连续提纯、或连续 石墨化、或连续碳化工艺。 ~
附图说明
[0022]图1为本发明的结构示意图;
[0023]图2为本发明的A-A剖视结构示意图;
[0024]图中:1一进料装置,101—减速机构,102—输料管,103—料斗,104—过滤装置, 1〇5—挤料轴,106—排气通道,2—卧式连续预热炉,2〇1—炉管,2〇2 一加热器,3 一中间料 仓,301—进气管,302—料仓减速机构,303—搅拌轴,4一输料装置,401—螺旋输料机构, 5—立式连续感应加热炉,501—搅拌轴,502—疏通齿,503—进料管,504—密封冷却件, 505—排气排渣管,506—感应器,507—外保温层,508—内保温层,509—加热筒体,510—炉 管,511—进气管,512—冷却筒体,513_筒体密封冷却件,514—出料管,6—出料装置,601 — 螺旋输料机构,6〇2—出料阀门,7—物料,8—废气废渣收集装置,801—疏通机构,802—阀 门,803—净化收集装置。
具体实施方式
[0025] 参考上述附图,一种粉末状石墨连续高温热处理生产线,包括进料装置1、卧式连 续预热炉2、中间料仓3、输料装置4、立式连续感应加热炉5、出料装置6和废气废渣收集装置 8,其特征在于所述的进料装置1为卧式结构,包括减速机构101、料斗103、输料管102和过 滤装置104;其中,输料管102内设有带螺旋叶片的挤料轴105,挤料轴105横向贯穿于卧式连 续预热炉2中,减速机构101驱动挤料轴105绕自身中心轴线旋转;输料管102的轴心线与挤 料轴105的轴心线为上下平行结构,即输料管102中物料7的堆积平面上方设有一个贯通卧 式连续预热炉2的排气通道106;该排气通道106的一端与过滤装置104相连通,另一端与中 间料仓3相连通,过滤装置104设置于卧式连续预热炉2与料斗103之间;物料7在卧式连续预 热炉2中产生的水份和挥发份通过排气通道1〇6和过滤装置104排出生产线外指定位置;进 料装置1将物料7输送到中间料仓3中; t〇〇26] 所述的卧式连续预热炉2包括炉管201、加热器202、炉壳和法兰,其中,炉管201与 加热器202和进料装置1中的输料管102同轴心设置;卧式连续预热炉2的加热方式为感应加 热,或电阻加热;
[0027] 所述的中间料仓3为立式结构,中间料仓3侧面与臣卜式连续预热炉2相连通,底部与 输料装置4相连通;该中间料仓3包括进气管301、料仓减速机构302、搅拌轴303、连接法兰和 外壳;其中,搅拌轴303为纵向设置,该搅拌轴303上设有上下间隔、横向布置的疏通齿;进气 管301设置在中间料仓3左侧,料仓减速机构302设置在中间料仓3上端,该料仓减速机构302 驱动搅拌轴303绕自身中心轴线作旋转运动或旋转摆动,搅拌轴303将来自卧式连续预热炉 2的物料7顺畅输送到底部的输料装置4中;保护气体从进气管301中进入,将物料7在卧式连 续预热炉2中产生的水份和挥发份经排气通道106、过滤装置104排放到生产线外指定位置; [0028]所述的输料装置4为卧式结构,该输料装置4上方与中间料仓3相连通,左端面与立 式连续感应加热炉5相连通,输料装置4包括螺旋输料机构401、管道和法兰;螺旋输料机构 401将来自中间料仓3的物料可控、连续输送到立式连续感应加热炉5的高温炉膛中;
[0029]所述的立式连续感应加热炉5为立式结构,包括中心搅拌轴5〇 1、进料管503、密封 冷却件5〇4、排气排渣管505、感应器5〇6、外保温层507、内保温层508、加热筒体509、炉管 510、冷却筒体512和出料管514;所述加热筒体5〇9与冷却筒体512上下叠置串联连接;
[0030]所述的中心搅拌轴5〇1垂直贯穿加热筒体509和冷却筒体512,即中心搅拌轴5〇1上 端面伸出加热筒体509的上端面的密封冷却件504、下端面伸出冷却筒体512的下端面的筒 体密封冷却件513,中心搅拌轴501外周圆柱面设有上下间隔、横向设置的疏通齿502,中心 搅拌轴501的上下相邻疏通齿502在圆周方位相互错开设置,本实例错开180。;中心搅拌轴 501绕自身中心轴线做旋转运动或旋转摆动,或中心搅拌轴5〇1在做旋转运动或旋转摆动的 同时,还沿自身中心轴线做上下往复运动,中心搅拌轴5〇1将来自输料装置4的物料7顺畅输 送到底部的出料装置6中;
[0031]所述的感应器506、外保温层507、内保温层508、炉管510和中心搅拌轴501截面均 为圆形结构,且依次由外向里同轴心布置;
[0032]进料管5〇3与输料装置4连通,输料装置4将来自中间料仓3的物料7输送至炉管51〇 内侧与中心搅拌轴501外侧之间的管状空间内,即输料装置4将物料7输送至立式连续感应 加热炉5的炉膛加热区间;
[0033]所述的排气排渣管505设置在加热筒体509侧面高于进料管503位置,排气排渣管 50S—端与立式连续感应加热炉5的炉膛加热区间连通,另一端与废气废渣收集装置8连通;
[_L出料管514设置在冷雜体512下端祕巾心、撕糊5q 1外酬平酿置, 出料管514上蝓与冷却筒体512内的物料通道连通,下端与出料装置6连通; =5]所」述的出料装置6为卧式结构,包括螺旋输料机构601、出料阀门602、出料装置进 5:^出•管兰;其巾,出_置賴管没雛出料雜6上方且开□朝上与 炉5下方的出料管514连通,出料装置出料管没置在出料装置6下方且开 生相连;螺旋输料机构601将来自出料管514的物料7可控、连续输送至 _6]臟的废气废渣收集装置8包括疏通机构謝、闽门亂净化收集装置膨、水平管 道、垂直管道和法兰,水平管道一端与设置在加热筒体509侧面的排气排渣管505相连通,水 平管道另一端设置疏通机构801;垂直管道与净化收集装置803相通,垂直管道中设有阀门 802;疏通机构S01将残留在水平管道中的废渣清除到净化收集装置803中。
[0037]所述的进料装置1、卧式连续预热炉2、中间料仓3、输料装置4、立式连续感应加热 炉5和出料装置6按顺序依次串联连接,连接方式为法兰连接,或其它方式连接。本发明示意 图采用法兰连接;即物料7从料斗103进入生产线,顺序经过进料装置1、卧式连续预热炉2、 中间料仓3、输料装置4、立式连续感应加热炉5、出料装置6、阀门602送出生产线,完成连续 热处理全过程;
[0038]所述的中心搅拌轴501的一端伸出立式连续感应加热炉5,另一端位于炉体内,gp 中心搅拌轴501上端面伸出加热筒体509的上端面的密封冷却件504,中心搅拌轴501下端面 设置在冷却筒体512内并靠近冷却筒体512底平面,或与底平面平齐;或中心搅拌轴501下端 面伸出冷却筒体5以下端面的筒体密封冷却件513,中心搅拌轴501上端面设置在加热筒体 509内并靠近加热筒体509顶平面,或与顶平面平齐;
[0039]当采用中心搅拌轴501上端面伸至加热筒体509的上端面的密封冷却件504、下端 面设置在冷却筒体512内并靠近冷却筒体512底平面位置方案时,位于冷却筒体512底部的 出料管514设置在冷却筒体512底平面位于中心搅拌轴501的中心轴线正下方位置。中心搅 拌轴501为棒状实心轴,或管状空心轴。
[0040]本粉末状石墨连续高温热处理生产线工作原理:物料7从料斗103进入生产线,在 进料装置1、输料装置4、出料装置6协调作用下,顺序进入卧式连续预热炉2和立式连续感应 加热炉5,并以均匀、可控速度通过两个连续炉炉膛,物料中的灰份和灰发份在炉膛温度作 用、和物料流动作用等多种因素下与物料7分离,分离后的挥发份和灰份随高温反应产生的 气压以及从511、3〇1进气管加入的清扫气体所形成的定向气流,排到生产线外,实现了连续 提纯、或连续石墨化、或连续碳化工艺。
[0041]其中,物料在卧式连续预热炉2中产生的水份和挥发份经排气通道106、过滤装置 104排出生产线外;物料在立式连续感应加热炉5中产生的挥发份和灰份经排气排渣管505、 废气收集装置8排出生产线外。
[0042]生产时,按操作顺序,先将物料按工艺要求充满两个加热炉膛,向炉膛送入保护气 体,确认炉膛和输料通道中的氧气排出生产线后,向生产线送入冷却水,然后向立式连续感 应加热炉5送电,当立式炉温度接近工艺温度时,再向卧室连续预热炉2送电,二炉均达到工 艺温度后开启出料装置6、输料装置4、进料装置1,在出料初始阶段,将从出料装置6出来的 物料返回进料装置1的料斗103中,再次进入卧式预热炉2和立式连续感应加热炉5中进行热 处理,通过化验确认从出料装置6出来的物料达到工艺指标后,才能收集合格产品,出料速 度、供气流量、工作温度等主要参数的调整都必须以物料化验结果为准,通过参数调整,确 认物料化验指标合格后,才能按正确参数生产和收集物料。

Claims (3)

1. 一种粉末状石墨连续高温热处理生产线,包括进料装置(1)、卧式连续预热炉(2)、中 间料仓(3)、输料装置(4)、立式连续感应加热炉(5)、出料装置(6)和废气废渣收集装置(8), 其特征在于: A、 所述进料装置(1)为卧式结构,包括减速机构(101)、输料管(102)、料斗(103)和过滤 装置(104);其中,输料管(102)内设有带螺旋叶片的挤料轴(1〇5),挤料轴(105)横向贯穿于 卧式连续预热炉(2)中,减速机构(1〇1)驱动挤料轴(105)绕自身中心轴线旋转;输料管 (102)的轴心线与挤料轴(105)的轴心线为上下平行结构,即输料管(1〇2)中物料⑺的堆积 平面上方设有一个贯通卧式连续预热炉(2)的排气通道(106);该排气通道(106)的一端与 过滤装置(104)相连通,另一端与中间料仓(3)相连通,过滤装置(1〇4)设置于卧式连续预热 炉(2)与料斗(103)之间; B、 所述卧式连续预热炉(2)包括炉管(2〇1)、加热器(202)、炉壳和法兰,其中,炉管 (201)与加热器(202)和进料装置(1)中的输料管(102)同轴心设置;卧式连续预热炉(2)的 加热方式为感应加热,或电阻加热; C、 所述中间料仓(3)为立式结构,中间料仓(3)侧面与卧式连续预热炉(2)相连通,底部 与输料装置(4)相连通;该中间料仓(3)包括进气管(301)、料仓减速机构(302)、搅拌轴 (303)、连接法兰和外壳;其中,搅拌轴(303)为纵向设置,该搅拌轴(303)上设有上下间隔、 横向布置的疏通齿;进气管(301)设置在中间料仓(3)左侧,料仓减速机构(302)设置在中间 料仓(3)上端; D、所述输料装置(4)为卧式结构,该输料装置(4)上方与中间料仓(3)相连通,左端面 与立式连续感应加热炉(5)相连通,输料装置(4)包括螺旋输料机构(401)、管道和法兰; E、所述立式连续感应加热炉(5)为立式结构,包括中心搅拌轴(501)、进料管(503)、密 封冷却件(504)、排气排渣管(505)、感应器(506)、外保温层(507)、内保温层(508)、加热筒 体(509)、炉管(510)、冷却筒体(512)和出料管(514);所述加热筒体(509)与冷却筒体(512) 上下叠置串联连接; 所述中心搅拌轴(501)垂直贯穿加热筒体(509)和冷却筒体(512),即中心搅拌轴(501) 上端面伸出加热筒体(509)的上端面的密封冷却件(5〇4)、下端面伸出冷却筒体(512)的下 端面的筒体密封冷却件(513),中心搅拌轴(501)外周圆柱面设有上下间隔、横向设置的疏 通齿(502),中心搅拌轴(501)的上下相邻疏通齿(5〇2)在圆周方位相互错开设置; 所述感应器(506)、外保温层(507)、内保温层(508)、炉管(510)和中心搅拌轴(501)截 面均为圆形结构,且依次由外向里同轴心布置; 所述进料管(503)与输料装置(4)连通; 所述^气排澄管(5〇5)设置在加热筒体(5〇9)侧面高于进料管(5〇3)位置,排气排渣管 (5〇5)—端与立式连续感应加热炉(5)的炉膛加热区间连通,另一端与废气废渣收集装置 (8)连通; 、、戶f述出料管(514)设置在冷却筒体(5丨2)下端面沿中心搅拌轴(5〇1)外圆周平面位置, 出料管(514)七端与冷却筒体(512)内的物料通道连通,下端与出料装置(6)连通; 、:tt 所述出、料装置(6)为卧式结构,包括螺旋输料机构(601)、出料阀门(602)、出料装置 料^置出料管和法兰;其中,出料装置进料管没置在出料装置(6)上方且开口朝 上与兑式连续感应加热炉(5)下方的出料管(514)连通,出料装置出料管没置在出料装置 (6)下方且开口朝下与出料阀门(602)相连; G、 所述废气废渣收集装置(8)包括疏通机构(801)、阀门(802)、净化收集装置(803)、水 平管道、垂直管道和法兰,水平管道一端与设置在加热筒体(509)侧面的排气排渣管(505) 相连通,水平管道另一端设置疏通机构(801);垂直管道与净化收集装置(8〇3)相通,垂直管 道中设有阀门(802); H、 所述进料装置(1)、卧式连续预热炉(2)、中间料仓(3)、输料装置(4)、立式连续感应 加热炉(5)和出料装置(6)按顺序依次串联连接,连接方式为法兰连接,或其它方式连接。
2. 如权利要求1所述的一种粉末状石墨连续高温热处理生产线,其特征在于所述中心 搅拌轴(501)的一端伸出立式连续感应加热炉(5),另一端位于炉体内,即中心搅拌轴(501) 上端面伸出加热筒体(5〇9)的上端面的密封冷却件(504),中心搅拌轴(501)下端面设置在 冷却筒体(512)内并靠近冷却筒体(512)底平面,或与底平面平齐,或中心搅拌轴(501)下端 面伸出冷却筒体(512)下端面的筒体密封冷却件(513),中心搅拌轴(501)上端面设置在加 热筒体(509)内并靠近加热筒体(509)顶平面,或与顶平面平齐。
3. 如权利要求1或权利要求2所述的一种粉末状石墨连续高温热处理生产线,其特征在 于所述中心搅拌轴(5〇1)为棒状实心轴,或管状空心轴。
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