CN106082189A - 利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法，包括：铺设炉底保温料、立隔料板、铺设下垫层、铺设物料、铺设电阻料、铺设引流层、设置透气通道、铺设粗保温料、铺设细保温料、石墨化的步骤，在铺设物料中采用若干坩埚盛装物料，再将盛装物料的坩埚沿着炉体的长度方向摆放在下垫层上，各坩埚之间不接触，本发明中，通过将闲置的碳化硅炉用变压器和电阻炉组合使用，来生产石墨化材料，由于碳化硅炉用变压器不能提供大电流，所以通过增大电阻炉的炉阻来提高炉体的热量，以满足石墨化的需求。
Description
技术领域
本发明涉及生产石墨化材料的技术领域，尤其涉及一种利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法。
背景技术
使用电阻炉生产碳化硅已经屡见不鲜，但近年来由于环境污染造成的气候变化，已经成为人类不得不关注的问题，为了响应国家节能环保的政策，很多企业转变思想、调整管理思路，从高能耗、高污染、高排放的粗犷式经营方式向节能、降耗、环保的生产方式转变，而碳化硅炉冶炼由于其高能耗、高污染，已经逐渐被淘汰，尤其是《国家产业结构调整目录》中，针对小容量的碳化硅冶炼炉，国家明确要求关停，所以小容量碳化硅炉逐渐被淘汰闲置，如何能将其再次利用，并用于生产适合于现代化需求的新型材料，成为各企业变废为宝、资源整合、优化利用的出路。
随着汽车、自动化行业的发展，电池的产能供不应求，作为电池负极材料石墨化的生产，在不增加设备投入的前提下，通过整合闲置的碳化硅冶炼装备来生产石墨化材料，现有技术中暂无记载。
众所周知，碳化硅炉用的变压器是一种能够输出大电压、低电流的变压器，而石墨化电阻炉需要的变压器是能够输出低电压、大电流的变压器，如何将二者组合使用，并为改造后的电阻炉生产石墨化材料提供所需的足够热量，是本发明要解决的主要技术问题。
发明内容
有必要提出一种利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法。
一种利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法，包括以下步骤：
铺设炉底保温料：将保温料平铺在炉体底部；
立隔料板：将两组隔料板沿着炉体的长度方向放置在炉底上，以确定炉芯的大小；
铺设下垫层：在两组隔料板之间的保温料的上表面均匀铺设一层电阻料；
铺设物料：采用若干坩埚盛装物料，再将盛装物料的坩埚沿着炉体的长度方向摆放在两组隔料板之间的下垫层上，相邻坩埚之间不接触；
铺设电阻料：将电阻料填充在坩埚与内侧隔料板之间、及坩埚与坩埚之间的下垫层上，以使电阻料将坩埚覆盖；
铺设引流层：在电阻料上方铺设一层石墨化焦作为上垫层；
设置透气通道：在上垫层上方预留透气通道；
铺设粗保温料：将粗保温料填充在两组隔料板的内侧隔料板和外侧隔料板之间的间隔中，当粗保温料的铺洒厚度达到内侧隔料板的高度时，把内侧隔料板拔出，继续铺洒，使得粗保温料覆盖在上垫层的上方；
铺设细保温料：将细保温料铺洒在两组隔料板的外侧隔料板与炉墙之间的间隔中，当细保温料的铺洒厚度达到外侧隔料板的高度时，把外侧隔料板拔出，继续铺洒，使得细保温料覆盖在粗保温料的上方；
石墨化：将工业用高压电接入碳化硅炉用变压器，将变压、整流后的直流电的正、负极分别连接炉体的正极电极、负极电极，开始送电升温，碳化硅炉用变压器的起始功率为2000kw，先以200kw/h的上升功率送电10h，使炉体施加的功率达到4000kw，然后以300kw/h的上升功率送电10h，使炉体施加的功率达到7000kw，再以500kw/h的上升功率送电至达到所述碳化硅炉用变压器的额定输出功率，维持2h～5h，使炉芯温度达到2900°～3000°。
本发明中，通过将淘汰闲置的碳化硅炉用变压器和电阻炉组合使用，来生产石墨化材料，由于碳化硅炉用变压器不能提供大电流，所以通过增大电阻炉的炉阻来提高炉体的热量，以满足石墨化生产的需求。
附图说明
图1为本发明所使用的电阻炉及其布料示意图。
图2为本发明石墨化送电工艺曲线图。
图中：炉体底部10、炉墙20、隔料板30、内侧隔料板301、外侧隔料板302、炉芯40、坩埚50、保温料11、下垫层12、上垫层13、炉芯内的电阻料14、粗保温料15、细保温料16。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
参见图1，本发明实施例提供了一种利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法，包括：
铺设炉底保温料：将保温料平铺在炉体底部10。
立隔料板：将两组隔料板30沿着炉体的长度方向放置在炉体底部10上，以确定炉芯40的大小；炉体底部10和炉墙20采用保温砖砌筑。
铺设下垫层：在两组隔料板30之间的保温料11的上表面均匀铺设一层电阻料作为下垫层12，该下垫层的厚度为15cm。
铺设物料：采用若干坩埚50盛装物料，再将盛装物料的坩埚50沿着炉体的长度方向摆放在两组隔料板30之间的下垫层12上，相邻坩埚50之间不接触。
铺设电阻料：将电阻料填充在坩埚50与两组隔料板30的两个内侧隔料板301之间、及坩埚50与坩埚50之间的下垫层12上，以使电阻料将坩埚50覆盖。
铺设引流层：在电阻料上方铺设一层厚度为5cm～10cm的石墨化焦作为上垫层13，此时，下垫层12、炉芯内的电阻料14、上垫层13组成炉芯40,炉芯内的电阻料14即为填充在坩埚50与两组隔料板30的两个内侧隔料板301之间、及坩埚50与坩埚50之间的电阻料。
设置透气通道：在上垫层13上方预留透气通道。
铺设粗保温料：将粗保温料15铺洒在内侧隔料板301与外侧隔料板302之间的间隔中，当粗保温料15的铺洒厚度达到内侧隔料板301的高度时，把内侧隔料板301拔出，继续铺洒，使得粗保温料15覆盖在上垫层13的上方。粗保温料15覆盖在上垫层13上的厚度不小于30cm。
铺设细保温料：将细保温料16铺洒在外侧隔料板302与炉墙20之间的间隔中，当细保温料16的铺洒厚度达到外侧隔料板302的高度时，把外侧隔料板302拔出，继续铺洒，使得细保温料16覆盖在粗保温料15的上方；
石墨化：将工业用高压电接入碳化硅炉用变压器，将经过碳化硅炉用变压器变压、整流后的直流电的正、负极分别连接炉体的正极电极、负极电极，开始送电升温，碳化硅炉用变压器的起始功率为2000kw，先以200kw/h的上升功率送电10h，使炉体施加的功率达到4000kw，然后以300kw/h的上升功率送电10h，使炉体施加的功率达到7000kw，再以500kw/h的上升功率送电至达到所述碳化硅炉用变压器的额定输出功率，维持2h～5h，使炉芯温度达到2900°～3000°。
参见图2，刚开始送电时，炉阻较大，由于引流层的设置，从而使得变压器与引流层之间迅速形成回路，以使变压器持续稳定送电。
由于坩埚50是未经过石墨化，为了避免坩埚50受损，导致物料污染，所以施加功率较小，然后以200kw/h送电，炉芯内的电阻料14从上到下缓慢传递热量，逐步发热，温度上升，10h后，加快施加功率为300kw/h，此过程后，炉芯40温度达到2300°～2500°，坩埚已经石墨化，然后功率自由上升至变压器额定功率时，例如，以500kw/h～1000 kw/h的功率上升，炉芯40温度达到最高，约为2900°以上，坩埚50内的物料彻底完成石墨化过程，此时即炉芯内的电阻料14也完成石墨化过程。例如炉芯内的电阻料14选用无烟煤、沥青焦或石油焦时，经过此石墨化过程后，可以作为高品质增碳剂使用、销售，其含碳量达到98.5%以上，为企业带来可观的经济效益。需要明确的是，填充在坩埚与内侧隔料板之间、及坩埚与坩埚之间的电阻料，被称作为炉芯内的电阻料14。
所以本发明中，在坩埚50内的物料石墨化得到电池负极材料的同时，炉芯内的电阻料14也作为副产品，完成了石墨化的过程，一举两得，两种产物同时为公司创造最大化的经济效益。本发明采用坩埚50盛装物料，可以将物料与电阻料隔离分开，避免污染。
电池负极材料的石墨化需要吸收大量的热量来实现，由于碳化硅炉用变压器只能输出小电流，根据Q=I2Rt，Q为热量，I为电流，R为电阻，t为时间，可以通过增大电阻R来实现Q的提高，所以本发明中采用下垫层12、炉芯内的电阻料14和上垫层13将坩埚50包围，生产过程中，通过测温装置的检测，本发明石墨化生产过程中的最高温度可达到2926°，相比较于现有技术中的石墨化炉的瞬时温度2300°～2600°，电阻料的发热已经足够满足材料的石墨化。
但是石墨化生产过程中，由于炉芯40的温度很高，封闭的坩埚50内部承受的热量和压力也很大，各种挥发热量和挥发物质如果不能被合理排出，存在内部压力过大而爆炸的危险，这在现实生产中，某些生产厂家是发生过的，所以为了避免事故的发生，在给坩埚50提供足够的热量的同时，还需要做好泄压保护工作，本发明中，通过设置透气通道来给炉芯泄压，该透气通道采用透气性较好的材料制成。例如采用粒径大小不一的透气材料混合而制成该透气通道。
进一步，在物料铺设步骤中，相邻坩埚50之间间隔5cm～10cm的距离，该距离用于在坩埚50之间填充电阻料。如此，下垫层12、填充在坩埚之间的电阻料、上垫层13将坩埚50的四周均匀包围起来，在电阻料发热时，坩埚50周围均匀受热，使得坩埚50内的物料受热均匀，反应彻底。
进一步，所述下垫层12使用的电阻料的电阻率大于炉芯内的电阻料14的电阻率。当炉体通电时，炉芯内的电阻料14和下垫层12均发热，为了避免下垫层12被击穿，进而导致炉体底部10的击穿，将下垫层12的电阻率设计为要大于炉芯内的电阻料14的电阻率，这样在给坩埚50提供足够热量时，炉体底部10不存在击穿的危险。
进一步，所述下垫层12的厚度为20cm，炉芯内的电阻料14覆盖在坩埚50上方的厚度为2cm～5cm。同理，下垫层12较厚，也是为了避免下垫层12被击穿，避免炉体底部10击穿。
进一步，在透气通道设置步骤中，透气通道采用粒径大小不一的透气材料混合而制成。
进一步，炉芯内的电阻料14为煅后无烟煤、煅后沥青焦、煅后石油焦中的一种或至少两种混合。当采用三种混合时，煅后无烟煤、煅后沥青焦、煅后石油焦的混合比例为 1:3:6。所述下垫层12使用的电阻料为煅前焦。所述煅前焦为煅前石油焦或煅前沥青焦。
进一步，所述细保温料16的粒度小于粗保温料15的粒度，细保温料粒径为小于1mm，粗保温料的粒径为1mm～5mm，细保温料16粗保温料15采用粒度较小的细保温料16覆盖在粗保温料15的上方，保温料之间的粒度差形成了保温梯度，保温效果更好。
上述方法可以用于冶炼锂电池用的负极材料。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
本发明实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
铺设炉底保温料：将保温料平铺在炉体底部；
立隔料板：将两组隔料板沿着炉体的长度方向放置在炉底上，以确定炉芯的大小；
铺设下垫层：在两组隔料板之间的保温料的上表面均匀铺设一层电阻料；
铺设物料：采用若干坩埚盛装物料，再将盛装物料的坩埚沿着炉体的长度方向摆放在两组隔料板之间的下垫层上，相邻坩埚之间不接触；
铺设电阻料：将电阻料填充在坩埚与内侧隔料板之间、及坩埚与坩埚之间的下垫层上，以使电阻料将坩埚覆盖；
铺设引流层：在电阻料上方铺设一层石墨化焦作为上垫层；
设置透气通道：在上垫层上方预留透气通道；
铺设粗保温料：将粗保温料填充在两组隔料板的内侧隔料板和外侧隔料板之间的间隔中，当粗保温料的铺洒厚度达到内侧隔料板的高度时，把内侧隔料板拔出，继续铺洒，使得粗保温料覆盖在上垫层的上方；
铺设细保温料：将细保温料铺洒在两组隔料板的外侧隔料板与炉墙之间的间隔中，当细保温料的铺洒厚度达到外侧隔料板的高度时，把外侧隔料板拔出，继续铺洒，使得细保温料覆盖在粗保温料的上方；
石墨化：将工业用高压电接入碳化硅炉用变压器，将变压、整流后的直流电的正、负极分别连接炉体的正极电极、负极电极，开始送电升温，碳化硅炉用变压器的起始功率为2000kw，先以200kw/h的上升功率送电10h，使炉体施加的功率达到4000kw，然后以300kw/h的上升功率送电10h，使炉体施加的功率达到7000kw，再以500kw/h的上升功率送电至达到所述碳化硅炉用变压器的额定输出功率，维持2h～5h，使炉芯温度达到2900°～3000°。
2.如权利要求1所述的利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法，其特征在于：在物料铺设步骤中，相邻坩埚之间间隔5cm～10cm的距离，该距离用于在坩埚之间填充电阻料。
3.如权利要求1所述的利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法，其特征在于：所述下垫层使用的电阻料的电阻率大于填充在坩埚与内侧隔料板之间、及坩埚与坩埚之间的电阻料的电阻率。
4.如权利要求3所述的利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法，其特征在于：所述下垫层的厚度为20cm。
5.如权利要求1所述的利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法，其特征在于：在透气通道设置步骤中，透气通道采用粒径大小不一的透气材料混合而制成。
6.如权利要求1所述的利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法，其特征在于：所述填充在坩埚与内侧隔料板之间、及坩埚与坩埚之间的电阻料为煅后无烟煤、煅后沥青焦、煅后石油焦中的一种或至少两种混合。
7.如权利要求6所述的利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法，其特征在于：所述填充在坩埚与内侧隔料板之间、及坩埚与坩埚之间的电阻料为煅后无烟煤、煅后沥青焦、煅后石油焦三种混合，煅后无烟煤、煅后沥青焦、煅后石油焦的混合比例为 1:3:6。
8.如权利要求1所述的利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法，其特征在于：所述下垫层使用的电阻料为煅前焦。
9.如权利要求8所述的利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法，其特征在于：所述煅前焦为煅前石油焦或煅前沥青焦。
10.如权利要求1所述的利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法，其特征在于：所述细保温料的粒度小于粗保温料的粒度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |