CN110371966B - 一种炭素原料连续石墨化炉构造及石墨化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种炭素原料连续石墨化炉构造及石墨化方法，该石墨化炉炉腔为空心圆柱体结构，炉腔顶部设炉盖，炉盖上设有辅料加料斗和排气管；炉腔上部设耐火材料内衬保护，炉腔下部设炉壁冷却水套，炉腔底部设水冷圆盘和辅料排料机构；炉盖内侧砌筑有耐火材料；在炉腔中心位置设有石墨坩埚，石墨坩埚上部伸出辅料加料斗，石墨坩埚顶部设置坩埚压盖和原料加料斗；石墨坩埚底部设置坩埚底座、产品接料斗、产品排料机构和锁气阀。本发明内置石墨坩埚通电，使石墨坩埚内的炭素原料加热达到2800℃以上实现石墨化，同时原料和辅助材料均在各自的密闭空间中连续排料和给料，避免炭素原料被污染。
Description
技术领域
本发明是针对炭素原料石墨化需要达到2800℃以上，而耐火材料无法承受这一高温的现状采取的技术措施及其构造。
背景技术
目前，国内对炭素原料进行高温热处理，可以连续排料的竖式炉主要有三种，第一种是利用特种高铝砖作保温内衬的普温电煅烧炉，热处理温度1500～2000℃；第二种是利用炭素内衬作保温的高温电煅烧炉，热处理温度2000～2500℃。这两种炉型均无法满足炭素原料完全石墨化所需2800℃以上高温热处理的要求，由于炭素内衬属于导电材料，采用后一种炉型不仅会降低电流效率，而且使用寿命也短；第三种是传统竖式连续石墨化炉，这种炉型原料和保温料没有严格分离，要求原料和保温料粒度不同而其他理化性质完全一致，否则原料有可能被保温料污染，少量原料还可能与炉壁耐火材料接触造成污染，所以这种炉型只适用于产品纯度要求较低的原料热处理。而卧式石墨化炉属于间断操作，炉子处于不断地冷热变化过程中，且上部敞开散热大，能耗非常高，装出炉劳动条件恶劣。
要提高炭素原料热处理温度，使炭素原料实现石墨化，确保原料不被污染，同时降低能源消耗，改善劳动条件，降低建设投资，延长炉子寿命，就必须改变现有炭素原料高温热处理技术及其设备构造。
发明内容
本发明的目的是提供一种炭素原料连续石墨化炉构造及石墨化方法，利用炭素原料连续石墨化炉内置石墨坩埚通电，使石墨坩埚内的炭素原料加热达到2800℃以上实现石墨化，同时原料和辅助材料均在各自的密闭空间中连续排料和给料，避免炭素原料被污染，而且炉子和石墨坩埚温度处于基本稳定状态，从而可降低炭素原料和石墨坩埚氧化损耗、降低能源消耗、改善劳动条件，使耐火材料内衬在较低的温度条件下工作，延长炉子使用寿命。
本发明采用以下技术方案：
该石墨化炉炉腔为空心圆柱体结构，炉腔顶部设炉盖，炉盖上设有辅料加料斗和排气管；炉腔上部设耐火材料内衬保护，炉腔下部设炉壁冷却水套，炉腔底部设水冷圆盘和辅料排料机构；所述炉盖内侧砌筑有耐火材料；在炉腔中心位置设有石墨坩埚，所述石墨坩埚上部伸出辅料加料斗，所述石墨坩埚顶部设置坩埚压盖和原料加料斗；所述石墨坩埚底部设置坩埚底座、产品接料斗、产品排料机构和锁气阀。
石墨坩埚、压盖和底座为圆柱体，沿长度方向设置有多个圆形通道，石墨坩埚由多段组成，各段石墨坩埚之间设置有石墨垫片,原料加料斗与压盖之间、压盖与坩埚顶部之间、坩埚底部与底座之间和底座与产品接料斗之间设置有绝缘垫片，石墨垫片和绝缘垫片上设置有多个圆孔，各段坩埚、压盖和底座的圆形通道与石墨垫片和绝缘垫片的圆孔对齐从而形成原料自上而下的通道，坩埚底座设置有支撑，坩埚压盖外侧设置有拉紧装置，确保每段坩埚能够紧密接触，减小接触电阻。
石墨坩埚上部和下部设置有电极夹持器，通过电极夹持器给坩埚送电，其中下部电极夹持器设置有冷却水套。原料加料斗和上部电极夹持器之间的距离足够长，通过料封减少高温区的石墨坩埚和原料氧化。石墨坩埚下部设置有冷却水套并伸出炉底水冷圆盘，坩埚底座和产品接料斗设置有冷却水套，确保通过产品排料机构排出的产品充分降温从而不被空气氧化，产品排料机构出口设置有锁气阀，确保空气不进入石墨坩埚高温区，减少高温区的石墨坩埚和石墨产品氧化，石墨坩埚底部的产品排料机构设置有变频调速装置，控制原料热处理时间，有效控制石墨产品质量和电耗。
石墨化炉炉盖上石墨坩埚外侧设置有辅料加料斗和排气管，辅料加料斗下部与连续石墨化炉的炉盖连接，辅料加料斗下部为圆形，其直径比石墨化炉的内壁直径小，利用辅料的自然安息角使炉盖下部周围形成三角形环状排气通道，排气通道与排气管相连，使炭素辅助材料热处理过程中逸出的气态物质通过排气管排出炉外，排气管内侧采用耐火浇注料保护。辅料加料斗有足够高度，通过料封减少外部空气进入炉内，同时避免辅料热处理过程中逸出的气态物质从辅料加料斗顶部排出炉外造成环境污染。炉腔下部设置炉壁冷却水套，水套以下石墨坩埚外侧设置有水冷圆盘和排料机构，使辅料充分冷却降温，防止辅料出炉时被氧化。
炭素原料加入原料加料斗，依次通过压盖、石墨坩埚和底座的圆形通道进入产品接料斗，然后通过产品排料机构和锁气阀外排；石墨坩埚通过上、下部夹持器送电，利用石墨坩埚自身的电阻特性使石墨坩埚加热升温；送电过程中，启动产品排料机构，使石墨坩埚内的原料自上而下流动经过加热段快速升温达到热处理所需的温度(如2800℃以上)，然后经过冷却段冷却到一定温度，最后通过锁气阀外排。通过调节产品排料机构转速，可以改变原料流速，从而调整产能或热处理温度。
辅助材料加入辅料加料斗，依靠重力自流进入石墨坩埚外侧的炉腔中，石墨坩埚送电期间，辅料也会被加热，需要启动炉底冷却圆盘排料机构，使炉腔中的辅料自上而下流动经过加热段逐步升温至1500℃以上(其中靠近石墨坩埚的辅料温度较高，远离石墨坩埚而靠近炉子内衬的温度较低)，然后经过冷却段冷却到一定温度后通过炉底水冷圆盘和辅料排料机构排出炉外，辅料热处理过程中逸出的气态物质通过炉顶排气管收集后排出炉外。通过调节辅料排料机构转速，可以改变辅料流速，从而改变辅料、石墨坩埚外侧、炉内衬温度。
本发明利用内置大规格多通道石墨坩埚通电，使石墨坩埚内的炭素原料快速加热达到2800℃以上实现石墨化，同时原料和辅助材料均在各自的密闭空间中连续排料和给料，避免炭素原料被污染，炉子和石墨坩埚温度处于基本稳定状态，从而可降低炭素原料和石墨坩埚氧化损耗、降低能源消耗、改善劳动条件，使耐火材料内衬在较低的温度条件下工作，延长炉子使用寿命。
本发明具有以下技术效果：采用本发明的炭素原料连续石墨化炉，可同时生产石墨化和电煅料两种产品；由于采用大规格多通道石墨坩埚，可大幅度提高石墨化产品的产能；由于炉壁温度较低，可采用普通耐火材料作内衬，大幅度降低炉子投资，延长炉子寿命；炉内热场稳定。与传统竖式连续石墨化炉相比，原料在石墨坩埚内进行热处理不与保温料或耐火材料接触，可避免被污染；与卧式石墨化炉相比，能源消耗可降低一半以上；全封闭自动化作业，可大大改善劳动条件，减少炭素材料氧化损耗。
附图说明
图1为本发明的石墨化炉结构示意图；
图2为图1中A—A视图。
附图中的标记为：1-原料加料斗，2-坩埚压盖，3-拉紧装置，4-石墨坩埚，5-上部电极夹持器，6-坩埚冷却水套，7-下部电极夹持器，8-坩埚底座，9-产品接料斗，10-产品排料机构，11-锁气阀，12-辅料加料斗，13-排气管，14-炉盖，15-炉内衬，16-炉壁冷却水套，17-炉底水冷圆盘，18-辅料排料机构，19-绝缘垫片，20-石墨垫片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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。
本发明的实施例：如图1和图2所示，石墨化炉炉腔为空心圆柱体结构，顶部设炉盖14，上部设耐火材料内衬15保护，下部设炉壁冷却水套16，底部设水冷圆盘17和辅料排料机构18，炉盖14内侧砌筑有耐火材料。石墨坩埚4设置在炉子中心位置，其上部伸出辅料加料斗12，石墨坩埚4顶部设置坩埚压盖2和原料加料斗1，石墨坩埚4底部设置坩埚底座8、产品接料斗9、产品排料机构10和锁气阀11。
其中，石墨坩埚4、坩埚压盖2和坩埚底座8为圆柱体，沿长度方向设置有多个圆形通道，石墨坩埚4由多段组成，各段石墨坩埚4之间设置有石墨垫片20,原料加料斗1与坩埚压盖2之间、坩埚压盖2与石墨坩埚4顶部之间、石墨坩埚4底部与坩埚底座8之间和坩埚底座8与产品接料斗9之间设置有绝缘垫片19，石墨垫片20和绝缘垫片19上设置有多个圆孔，各段石墨坩埚4、坩埚压盖2和坩埚底座8的圆形通道与石墨垫片20和绝缘垫片19的圆孔对齐从而形成原料自上而下的通道，坩埚底座8设置有支撑，坩埚压盖2设置有拉紧装置3，确保每段石墨坩埚4能够紧密接触，减小接触电阻。
石墨坩埚4设置有上部电极夹持器5和下部电极夹持器7，通过电极夹持器给石墨坩埚4送电，其中下部电极夹持器7设置有冷却水套。原料加料斗1和上部电极夹持器5之间的距离足够长，通过料封减少高温区的石墨坩埚4和原料氧化。石墨坩埚4下部设置有坩埚冷却水套6并伸出炉底水冷圆盘17，坩埚底座8和产品接料斗9设置有冷却水套，确保通过产品排料机构10排出的产品充分降温从而不被空气氧化，产品排料机构10出口设置有锁气阀11，确保空气不进入石墨坩埚4高温区，减少高温区的石墨坩埚4和石墨产品的氧化。
产品排料机构10设置有变频调速装置，控制原料热处理时间，有效控制石墨产品质量和电耗。石墨化炉炉盖14上石墨坩埚外侧设置有辅料加料斗12和排气管13，辅料加料斗12下部与连续石墨化炉的炉盖14连接，辅料加料斗12下部为圆形，其直径比石墨化炉的内壁直径小，利用辅料的自然安息角使炉盖下部周围形成三角形环状排气通道，排气通道与排气管13相连，使炭素辅助材料热处理过程中逸出的气态物质通过排气管13排出炉外，排气管13内侧采用耐火浇注料保护。
辅料加料斗12有足够高度，通过料封减少外部空气进入炉内，同时避免辅料热处理过程中逸出的气态物质从辅料加料斗12顶部排出炉外造成环境污染。炉腔下部设置炉壁冷却水套16，水套以下石墨坩埚4外侧设置有炉底水冷圆盘17和辅料排料机构18，使辅料充分冷却降温后外排，防止辅料出炉时被氧化。
生产时，炭素原料加入到原料加料斗1中，依次通过坩埚压盖2、石墨坩埚4和坩埚底座8的圆形通道进入产品接料斗9，然后通过产品排料机构10和锁气阀11外排；石墨坩埚4通过上部电极夹持器5和下部电极夹持器7送电，利用石墨坩埚4自身的电阻特性使石墨坩埚4加热升温；送电过程中，启动产品排料机构10，使石墨坩埚4内的原料自上而下流动经过加热段快速升温达到热处理所需的温度如2800℃以上，然后经过冷却段冷却到一定温度，最后通过锁气阀11外排。通过调节产品排料机构10的转速，可以改变原料流速，从而调整产能或热处理温度。
辅助材料加入辅料加料斗12，依靠重力自流进入石墨坩埚4外侧的炉腔中，石墨坩埚4送电期间，辅料也会被加热，需要启动辅料排料机构18，使炉腔中的辅料自上而下流动经过加热段逐步升温至1500℃以上，其中靠近石墨坩埚4的辅料温度较高，远离石墨坩埚而靠近炉子内衬的温度较低，然后经过冷却段冷却到一定温度后通过炉底水冷圆盘17和辅料排料机构18排出炉外，辅料热处理过程中逸出的气态物质通过炉顶排气管13收集后排出炉外。通过调节辅料排料机构18的转速，可以改变辅料流速，从而改变辅料、石墨坩埚、炉内衬温度。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种炭素原料连续石墨化炉构造，其特征在于：该石墨化炉炉腔为空心圆柱体结构，炉腔顶部设炉盖（14），炉盖（14）上设有辅料加料斗（12）和排气管（13）；炉腔上部设耐火材料内衬（15）保护，炉腔下部设炉壁冷却水套（16），炉腔底部设水冷圆盘（17）和辅料排料机构（18）；所述炉盖（14）内侧砌筑有耐火材料；在炉腔中心位置设有石墨坩埚（4），所述石墨坩埚（4）上部伸出辅料加料斗（12），所述石墨坩埚（4）顶部设置坩埚压盖（2）和原料加料斗（1）；所述石墨坩埚（4）底部设置坩埚底座（8）、产品接料斗（9）、产品排料机构（10）和锁气阀（11）；
所述石墨坩埚（4）、坩埚压盖（2）和坩埚底座（8）均为圆柱体结构，所述石墨坩埚（4）沿长度方向设置有多个圆形通道；
所述石墨坩埚（4）由多段组成，各段石墨坩埚（4）之间设置有石墨垫片（20）；原料加料斗（1）与坩埚压盖（2）之间、坩埚压盖（2）与石墨坩埚（4）顶部之间、石墨坩埚（4）底部与坩埚底座（8）之间和坩埚底座（8）与产品接料斗（9）之间设置有绝缘垫片（19）；石墨垫片（20）和绝缘垫片（19）上设置有多个圆孔；
各段石墨坩埚（4）、坩埚压盖（2）和坩埚底座（8）的圆形通道与石墨垫片（20）和绝缘垫片（19）的圆孔对齐从而形成原料自上而下的通道，坩埚底座（8）设置有支撑，坩埚压盖（2）设置有拉紧装置（3）；
所述石墨坩埚（4）设置有上部电极夹持器（5）和下部电极夹持器（7），通过上部电极夹持器（5）和下部电极夹持器（7）给石墨坩埚（4）送电；
石墨坩埚（4）下部设置有坩埚冷却水套（6）并伸出炉底水冷圆盘（17），坩埚底座（8）和产品接料斗（9）也设置有坩埚冷却水套（6），所述锁气阀（11）设置在产品排料机构（10）出口；
所述产品排料机构（10）设置有变频调速装置；
所述辅料加料斗（12）设置在炉盖（14）上并沿石墨坩埚（4）外侧布置；所述辅料加料斗（12）下部与炉盖（14）连接，所述辅料加料斗（12）下部为圆形，其直径比石墨化炉的内壁直径小，利用辅料的自然安息角使炉盖（14）下部周围形成三角形环状排气通道，排气通道与排气管（13）相连，使炭素辅助材料热处理过程中逸出的气态物质通过排气管（13）排出炉外，排气管（13）内侧采用耐火浇注料保护。
2.一种采用权利要求1中所述的石墨化炉构造实现的炭素原料连续石墨化方法，其特征在于包括如下步骤：炭素原料加入原料加料斗，依次通过坩埚压盖（2）、石墨坩埚（4）和坩埚底座（8）的圆形通道进入产品接料斗（9），然后通过产品排料机构（10）和锁气阀（11）外排；石墨坩埚（4）通过上、下部夹持器送电，利用石墨坩埚（4）自身的电阻特性使石墨坩埚（4）加热升温；送电过程中，启动产品排料机构（10），使石墨坩埚（4）内的原料自上而下流动经过加热段快速升温达到热处理所需的温度，然后经过冷却段冷却到一定温度，最后通过锁气阀（11）外排；辅助材料加入辅料加料斗（12），依靠重力自流进入石墨坩埚（4）外侧的炉腔中，石墨坩埚（4）送电期间，辅料也会被加热，需要启动炉底水冷圆盘（17）和辅料排料机构（18），使炉腔中的辅料自上而下流动经过加热段逐步升温至1500℃以上，然后经过冷却段冷却到一定温度后通过炉底的水冷圆盘（17）和辅料排料机构（18）排出炉外，辅料热处理过程中逸出的气态物质通过炉顶排气管（13）收集后排出炉外。
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