CN106352701A - 用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的方法，采用钢厂或铝厂废弃的电极炭块为原料，通过装炉、通电升温、冷却、出炉等步骤，使用艾奇逊石墨化炉生产出各项性能指标优良的石墨材料。本发明充分利用废弃物，体现了环保和可持续理念，能量利用率和产品实收率高，电单耗低，有效降低了石墨材料的生产成本，此外，生产过程中不产生有毒气体，对生产操作人员和环境的危害大大降低，具有非常高的应用价值和社会价值。

Description

用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的方法

技术领域

本发明涉及石墨材料的生产领域，具体涉及用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的方法。

背景技术

艾奇逊石墨化炉因结构简单、坚固耐用、容易维修、操作方便等优点在我国得到广泛应用，是炭素工业中主要的石墨化设备。现有技术中使用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的工艺为在炉内分层铺装石油焦，对应炉头炉尾导电电极铺设导电发热芯，石油焦与导电发热芯所占空间即为炉芯，炉芯四周外围用焦粉和石英砂混合配成的保温料填装，送入直流电后，导电发热芯发热，使石油焦升温，达到石墨化程度，得到石墨材料，但其存在如下缺点：

1、污染环境。现有生产石墨材料的原料采用石油焦，其硫含量较高，石墨化过程中会产生大量含硫的有害气体，造成环境污染；

2、电单耗高。一方面，现有技术主要是通过导电发热芯通电后发热，使石油焦升温，因此需消耗大量电能用于加热导电发热芯，能耗高；另一方面，由于艾奇逊石墨化炉本身的结构特点导致炉表面会向周围空间散失热量，因此加热时间越长，散失的热量越多，而现有技术的通电加热时间长达25～35小时，热损失非常严重。上述两方面均导致能量利用率低下，实际生产中每吨原料的耗电量高达4000～5500kW·h，既不环保，又增加生产成本。

3、实收率低。原料石油焦含有较高的挥发份，石墨化后得到的产品量相比原料量大大减少，即实收率低，仅60％～70％，导致产品成本较高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种使用艾奇逊石墨化炉实现电单耗低、实收率高且环保的生产石墨材料的方法。

本发明提供了一种用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的方法，包括在艾奇逊石墨化炉的炉底铺设一层保温料，铺设的保温料层的厚度不小于10厘米；在保温料上沿炉体长度方向放置两块隔板，两块隔板的间距为1米；在两块隔板之间的炉体底部铺设一层焦炭；在焦炭上摆放炭块，形成尺寸为1米×1米×50米的料堆，炭块为废弃的电极炭块，在料堆与隔板之间的空隙内装填焦炭；在料堆顶部装填一层焦炭；在炉体两侧沿炉体长度方向摆放炉墙，位于炉体同侧的炉墙与隔板之间形成55～65厘米的空隙；在炉墙与隔板之间的空隙内装填保温料；在料堆顶部的焦炭上再装填一层厚度不小于60厘米的保温料；提出隔板；向艾奇逊石墨化炉通入功率为30000kW的直流电，持续3～10小时；冷却出炉。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、更环保。本发明采用废弃的电极炭块作为石墨材料的原料，电极炭块的来源可以是钢厂或铝厂的废弃电极炭块，一方面，电极炭块为废弃物，将其回收利用，可提高现有资源的利用率，体现了环保和可持续理念；另一方面，电极炭块相比石油焦，其几乎不含硫，石墨化过程中不产生污染环境的含硫有毒气体。

2、电单耗低。本发明所使用的废弃电极炭块不仅作为原料，同时代替了现有技术中使用的导电发热芯，即原料自身通电后发热升温，实现石墨化，省去了加热导电发热芯的能量，有效降低能耗；此外，本发明的通电加热时间仅需3～10小时，相比现有技术大大缩短了加热时间，有效减少了由炉身散热导致的热损失，能量利用率大幅升高。使用本发明提供的方法生产石墨材料，可将每吨原料的耗电量降低到1800kW·h。

3、产品实收率高。废弃电极炭块相比石油焦的挥发份低，石墨化后得到的产品实收率非常高，本发明的实收率高达95％，有效降低了石墨材料的成本。

优选的，炉底铺设的保温料层厚度为60厘米。

优选的，铺设于两块隔板之间的炉体底部的焦炭层厚度为30厘米。

优选的，装填于料堆顶部的焦炭层厚度为10厘米。

优选的，炉体同侧的炉墙与隔板之间形成60厘米的空隙。

优选的，装填于料堆顶部焦炭上的保温料层的厚度为60厘米。

本发明提供的用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的方法，充分利用废弃物，能量利用率和产品实收率高，电单耗低，有效降低了石墨材料的生产成本，此外，生产过程中不产生含硫的有毒气体，对生产操作人员和环境的危害大大降低，具有非常高的应用价值和社会价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细的描述。以下实施例是示例性的，旨在用于更加清楚的说明本发明的技术方案，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本实施例提供的用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的方法流程如下：

首先在艾奇逊石墨化炉的炉底铺设一层保温料，需铺设平整，形成的保温料层厚度约60厘米，保温料采用焦炭和石英砂配制而成；然后保温料上沿炉体长度方向放置两块隔板，两块隔板的间距约1米，两块隔板几乎平行，两块隔板之间沿长度方向对称的中心线与艾奇逊石墨化炉的炉头与炉尾的电极中心连线一致，即每块隔板与电极中心连线的间距约0.5米；在两块隔板之间的炉体底部铺设一层厚度约30厘米的焦炭，焦炭需铺设平整，然后在焦炭上摆放炭块，使炭块形成尺寸约为1米×1米×50米的料堆，炭块为废弃的电极炭块，可以是钢厂或铝厂废弃的电极炭块，本实施例使用的是电解铝厂废弃的阳极炭块，料堆与每一块隔板之间形成一定空隙，在该空隙内装填焦炭，同时在料堆顶部装填一层厚度约10厘米的焦炭，与空隙里装填的焦炭一起装填平整；在炉体两侧沿炉体长度方向摆放炉墙，位于炉体同侧的炉墙与隔板之间形成约60厘米的空隙，该空隙内装填保温料，同时在料堆顶部的焦炭上也装填一层厚度约60厘米的保温料，与空隙内的保温料一起装填平整，然后提出隔板。上述即为装炉步骤，炉体结构大致为：炉中心为废弃电极炭块形成的料堆，料堆的四周为焦炭层，焦炭的四周为保温料层，保温料的两侧为炉墙。焦炭的主要作用是隔开保温料与炭块，以免保温料中的粉末物料混入炭块中，污染产品。

装炉完成后，向炉内通入功率为30000kW的直流电，炉内的废弃电极炭块通电后发热升温，实现石墨化，持续通电3-10小时，随时监测电压、电流和功率。通电升温完成后，将炉内所有填料冷却至常温，然后出炉。出炉过程具体为，先将炉墙从炉体取出，将炉两侧的保温料清理干净，回收并存放备用，然后将炉两侧及顶部的焦炭回收入库，最后将高温处理后的炭块回收入库，此时的炭块即为石墨材料，本实施例生产的石墨材料的性能指标如表1所示。

表1本实施制备的石墨材料的各项性能指标

性能指标	本发明石墨材料
		挥发份	0.38
灰份	0.20
		固定碳	99.39
真密度	2.18

本实施例采用钢厂或铝厂废弃的电极炭块作为石墨材料的原料，采用艾奇逊石墨化炉通电升温处理，得到各项性能指标优良的石墨材料，可用作增碳剂、电池负极材料等。本实施例提高了废弃物的利用率，体现了可持续理念。此外，使用的废弃电极炭块几乎不含硫，并且挥发份低，石墨化生产过程中不产生含硫的有毒气体，相比现有技术使用石油焦作原料，本实施例更环保，实收率更高，本实施例的实收率高达95％。另外，本实施例是通过炭块通电后自行发热升温达到石墨化程度，而没有使用导电发热芯，省去了加热导电发热芯的能量，并且本实施例的通电时间仅需约3-10小时，与现有技术的25～35小时的加热时间相比，大大缩短了加热时间，减少由炉身散热造成的热损失，大幅提高了能量利用率，电单耗仅1800kW·h/吨原料，相比现有技术的高达4000～5500kW·h/吨原料的电单耗，本实施例大大降低了生产成本，具有非常高的实用价值。

在实际生产中，填料的尺寸、送电功率等有一定波动，因此本发明不限于上述实施例采用的参数，实际上，在炉底铺设的保温料层的厚度不小于10厘米即可，铺设于两块隔板之间的炉体底部的焦炭层厚度可以是20～35厘米，炉体同侧的炉墙与隔板之间的的保温料层厚度可以是55～65厘米，装填于料堆顶部焦炭上的保温料层厚度不少于60厘米即可。根据原料来源的不同和填料的情况，直流电的通电时间可在3～10小时范围内调节，所制得的石墨材料的性能指标差异不大。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，而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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的方法，其特征在于，包括：

在所述艾奇逊石墨化炉的炉底铺设一层保温料，所述铺设的保温料层的厚度不小于10厘米；

在所述保温料上沿炉体长度方向放置两块隔板，所述两块隔板的间距为1米；

在所述两块隔板之间的炉体底部铺设一层焦炭；

在所述焦炭上摆放炭块，形成尺寸为1米×1米×50米的料堆，所述炭块为废弃的电极炭块；

在所述料堆与所述隔板之间的空隙内装填焦炭；

在所述料堆顶部装填一层焦炭；

在所述炉体两侧沿炉体长度方向摆放炉墙，位于炉体同侧的所述炉墙与所述隔板之间形成55～65厘米的空隙；

在所述炉墙与隔板之间的空隙内装填保温料；

在所述料堆顶部的焦炭上再装填一层厚度不小于60厘米的保温料；

提出隔板；

向所述艾奇逊石墨化炉通入功率为30000kW的直流电，持续3～10小时；

冷却出炉。

2.根据权利要求1所述的用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的方法，其特征在于，所述炉底铺设的保温料层厚度为60厘米。

3.根据权利要求1所述的用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的方法，其特征在于，所述铺设于两块隔板之间的炉体底部的焦炭层厚度为30厘米。

4.根据权利要求1所述的用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的方法，其特征在于，所述装填于料堆顶部的焦炭层厚度为10厘米。

5.根据权利要求1所述的用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的方法，其特征在于，位于炉体同侧的所述炉墙与所述隔板之间形成60厘米的空隙。

6.根据权利要求1所述的用艾奇逊石墨化炉生产石墨材料的方法，其特征在于，所述装填于料堆顶部焦炭上的保温料层的厚度为60厘米。