CN112083029B - 一种填充料综合性能评价装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种填充料综合性能评价装置及方法，该评价装置包括带有保温盖的保温桶、加热器、温控仪、用于装填充料的填料桶及控温热电偶、测温热电偶；加热器沿着保温桶内侧壁均匀布置、形成一加热区域，温控仪位于保温桶外且与加热器电性连接，填料桶置于加热区域内且与加热器之间有空隙；控温热电偶工作端插入空隙内且其与温控仪电性连接、用于控制加热器的升温速度；测温热电偶工作端插入填料桶内且其测量值与控温热电偶测量值作温度差值运算、用于评价填充料的传热性能。本发明通过测温热电偶测量值与控温热电偶测量值之间的温度差，可以实现填充料传热性能的评价，温度差越小，说明填充料的传热效果越好，相反，则传热效果越差。

Description

一种填充料综合性能评价装置及方法

技术领域

本发明涉及炭素制品生产技术领域，具体涉及一种填充料综合性能评价装置及方法。

背景技术

炭素制品的生产包括石墨电极、预焙阳极、石墨化阴极、等静压石墨等产品的焙烧或者石墨化生产。

炭素制品的焙烧，需要使用到一定粒度的石英砂、冶金焦等作为填充料，填充在制品周围以传递热量、支撑产品和隔绝空气防止氧化，同时为挥发分逸出提供通道，要求填充料具有一定的传热性能、均热性能及热稳定性。炭素制品的石墨化，需要使用一定粒度配比的沥青焦、石油焦等作为电阻料，起到导电发热、隔绝空气防止氧化等作用，要求电阻料具有一定的电阻率、良好的热稳定性及透气性等。

填充料传热性能的高低，一方面影响炭素制品表面与填充料的温差，传热性能越差，二者温差越高，对炭素制品焙烧温度曲线的制定有不利影响，同时也增加焙烧的能耗；另一方面对炭素制品焙烧的合格率也有一定影响。

填充料透气性能的好坏，直接影响到炭素制品生坯在焙烧过程中挥发分逸出的难易程度。填充料透气性越差，生坯在焙烧过程中挥发分逸出越困难，炭素制品容易因为挥发分排出阻力过大产生开裂；填充料透气性太好，挥发分逸出没有阻力，会影响焙烧的结焦值，对产品性能有一定影响。

目前，炭素制品生产所使用的填充料只测试筛分粒度，然后凭经验确定使用哪种筛分粒度的填充料，而对其传热性能、均热性能、透气性能、高温粉化等没有对应的检测或者评价手段。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提供了一种填充料综合性能评价装置及方法，通过该装置可对不同类型及粒度的填充料的传热性能、均热性能、透气性能、高温粉化等性能进行综合评价，从而为填充料的选择和炭素制品焙烧曲线的制定提供有效的参数和数据。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种填充料综合性能评价装置，包括：

保温桶，带有密闭的保温盖；

加热器，沿着所述保温桶内侧壁均匀布置、形成一加热区域；

温控仪，位于所述保温桶外，与所述加热器电性连接；

填料桶，置于所述加热区域内且与所述加热器之间有空隙，用于装填充料；及

控温热电偶、测温热电偶；

其中，所述控温热电偶工作端插入所述空隙内且其与所述温控仪电性连接、用于控制所述加热器的升温速度；所述测温热电偶工作端插入所述填料桶内且其测量值与所述控温热电偶测量值作温度差值运算、用于评价所述填充料的传热性能。

进一步地，所述测温热电偶设有多个，其中一个测温热电偶插入所述填料桶正中且其测量值与所述控温热电偶测量值作温度差值运算、用于评价所述填充料的传热性能，其余的测温热电偶绕着所述填料桶中心均匀分布且所得测量值之间相互作温度差值运算、用于评价所述填充料的均热性能。

进一步地，还包括进气管、出气管及压力表，所述进气管出气端与所述出气管进气端分别插入所述填料桶内且它们之间存在高度差，所述压力表工作端插入所述空隙内；所述填料桶顶端与所述保温盖之间有间隙。

进一步地，还包括流量计，所述流量计安装在所述进气管进气端，所述流量计用于调节和测量进气流量、同时模拟挥发分的排出速度。

本发明提供的一种填充料综合性能评价方法，包括以下步骤：

S1、筛分填充料，得到筛分数据，评价填充料的筛分粒度；

S2、置入经过筛分的填充料于加热区域内；

S3、按预设升温速度、预设温度对填充料进行加热；

S4、测量填充料中部温度，并与预设温度作差值运算，评价填充料的传热性能；

S5、测量填充料其余部位的温度，并相互作差值运算，评价填充料的均热性能。

进一步地，所述预设升温速度为10～20℃/h，所述预设温度为800～1000℃。

进一步地，还包括以下步骤：

S6、按设定流量往填充料内通入不可燃气体，之后排出加热区域；

S7、测量加热区域内压力，评价填充料的透气性能。

进一步地，所述设定流量为5～10L/min。

进一步地，还包括以下步骤：

S8、填充料在预设温度下保温预设时间后取出冷却；

S9、对冷却后的填充料进行取样筛分，得到新的筛分数据，并与之前的筛分数据进行对比，评价填充料的粉化效果。

进一步地，所述预设时间为4h～6h。

通过上述技术方案的启示可知，可归纳出本发明较为重要的几点有益效果：

1、通过设置在填料桶内的测温热电偶测量值与设置在填料桶外的控温热电偶测量值之间的温度差值，实现了填充料传热性能的评价，温度差越小，说明填充料的传热效果越好，相反，则传热效果越差；

2、通过设置在填料桶内不同位置的测温热电偶测量值之间的温度差值，实现了填充料均热性能的评价，温度差越小，说明填充料的均热性能越好，相反，则均热性能越差；

3、通过向填充料内通入不可燃气体，然后测量填料桶内的压力，实现了填充料透气性能的评价，在相同的设定流量下，压力越高，则说明填充料的阻力越大，透气性能越差，相反，则透气性能越好；

4、通过对填充料在加热保温前后的筛分数据进行对比，实现了填充料粉化效果的评价，如果经过加热保温的填充料筛分后细粉含量越高，则说明填充料粉化越严重。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。

图1为本发明所公开的填充料综合性能评价装置的结构示意图；

图2为本发明所公开的填充料综合性能评价方法的步骤示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

参见图1所示，本发明所公开的一种填充料综合性能评价装置，包括：

保温桶1，带有密闭的保温盖11；

加热器2，沿着保温桶1内侧壁均匀布置、形成一加热区域；

温控仪（图中未示出），位于保温桶1外，与加热器2电性连接；

填料桶3，置于加热区域内且其外侧壁与加热器2之间有空隙，用于装填充料；及

控温热电偶4、测温热电偶5；

其中，控温热电偶4工作端密封穿过保温盖11后插入空隙内且其与温控仪电性连接、用于控制加热器2的升温速度；测温热电偶5工作端密封穿过保温盖11后插入填料桶3内且其测量值与控温热电偶4测量值作温度差值运算、用于评价填充料的传热性能。

具体地，保温桶1呈方形或圆形，采用金属材质制成双层中空样式，中空部位填充岩棉等保温材料；保温盖11上有多个开孔、供控温热电偶4、测温热电偶5等器件穿过，而不使用的开孔可用螺栓堵住；保温盖11通过卡扣、铰链等方式与保温桶1密封连接，可承受±0.2MPa的压力且无明显泄漏。加热器2采用电阻丝、石英管、石墨等材质，根据发热体材质的不同最高温度可升至1500℃；加热器2与外层的保温桶1、内层的填料桶3之间具有良好的绝缘性能，即加热器2与保温桶1内侧壁、填料桶3之间有空隙；加热器2的升温速度由温控仪控制，范围0.1～20℃/h可调，保温时间0.5～8h可调，温控仪可自由设定不同的升温曲线。填料桶3采用金属材质制成，能够承受一定的振动，在装入填充料可进行振动以提高填充料的密实程度；填充料可选择沥青焦、石油焦、冶金焦、石英砂、石墨粉等多种材料。

工作时，填料桶3装入经过筛分的填充料后放入保温桶1内，盖上保温盖11并与保温桶1密闭扣紧，分别插上控温热电偶4与测温热电偶5，并将保温盖11其它开孔堵住；启动温控仪通过控温热电偶4控制加热器2按预设升温速度和预设温度开始升温，并监控不同时间段填充料内测温热电偶5的温度，然后通过测温热电偶5的测量值与控温热电偶4的测量值（即预设温度）之间的温度差来表征填充料的传热性能；温度差越小（小于50℃），说明填充料的传热效果越好，相反，则传热效果越差。具体地，控温热电偶4与测温热电偶5测量的最高温度不低于1250℃，测量误差不高于1℃。

进一步地，在该实施例中，作为一种优选的实施结构，测温热电偶5设有多个，其中一个测温热电偶5插入填料桶3正中且其测量值与控温热电偶4测量值作温度差值运算、用于评价填充料的传热性能，其余的测温热电偶5绕着填料桶3中心均匀分布且相互之间作温度差值运算、用于评价填充料的均热性能。通过多个绕填料桶3中心均匀分布的测温热电偶5，可以监控填料桶3内不同部位填充料的温度，然后通过温度差值运算获得填充料内不同位置的温度差，来评价填充料的均热性能，温度差越小（小于10℃），说明填充料的均热性能越好，相反，则均热性能越差。

在其中的一个实施例中，该评价装置还包括进气管6、出气管7及压力表8，进气管6出气端、出气管7进气端分别插入密封穿过保温盖11后插入填料桶3内，且进气管6出气端与出气管7进气端之间存在高度差，压力表8工作端密封穿过保温盖11后插入空隙内；填料桶3顶端与保温盖11之间有间隙。具体地，出气管7进气端靠近填料桶3内底部、出气端密封穿过保温盖11，进气管6、出气管7采用不同长度的金属管制成，用于模拟挥发分的逸出；压力表8为正负压表，测量范围不低于±0.5MPa。工作时，以设定流量通过进气管6往填料桶3内通入空气或者氮气等不可燃气体，经过填充料后从出气管7排出，使得保温桶1内形成微正压，通过压力表8显示的压力来评价填充料的透气性能；在相同的设定流量下，如果压力越高（大于100Pa），则说明填充料的阻力越大，透气性能越差，相反，则透气性能越好。

在其中的一个实施例中，该评价装置还包括流量计9，流量计9安装在进气管6进气端，流量计9用于调节和测量进气流量、同时可以模拟挥发分的排出速度。在该实施例中，流量计9的流量范围在0.5～10L/min可调。

通过上述实施例，参见图2所示，可以归纳出本发明所公开的一种填充料综合性能评价方法包括以下步骤：

S1、筛分填充料，得到筛分数据，评价填充料的筛分粒度。

S2、置入经过筛分的填充料于加热区域内。将经过筛分的填充料装入填料桶后置于保温桶内的加热区域，之后盖上保温盖，将控温热电偶4、压力表8插入空隙内，将多个测温热电偶5、进气管6及出气管7插入填料桶中的填充料内，然后在进气管6进气端安装上流量计9。

S3、按10～20℃/h的预设升温速度、800～1000℃的预设温度对填充料进行加热。启动温控仪通过控温热电偶4控制加热器2按预设升温速度、预设温度开始升温。

S4、测量填充料中部温度，并与预设温度作差值运算，评价填充料的传热性能。通过填料桶3中部的测温热电偶5测得填充料中部温度，并与控温热电偶4测得的温度（即预设温度）作差值运算，如果温度差越小（小于50℃），说明填充料的传热效果越好，相反，则传热效果越差。

S5、测量填充料其余部位的温度，并相互作差值运算，评价填充料的均热性能。通过其余的测温热电偶5测得填充料其余部位的温度，并相互作温度差值运算，如果温度差越小（小于10℃），说明填充料的均热性能越好，相反，则均热性能越差。

还包括以下步骤：

S6、按5～10L/min的设定流量通过进气管6往填充料内通入不可燃气体，并由出气管7排出加热区域。根据实际挥发分的排出速度，设定流量通过流量计进行调节。

S7、测量加热区域内压力，评价填充料的透气性能。通过压力表8测得空隙内的压力（即保温桶内加热区域的压力），如果压力越高（大于100Pa），则说明填充料的阻力越大，透气性能越差，相反，则透气性能越好。

以及以下步骤：

S8、填充料在预设温度下保温4h～6h的预设时间后取出冷却。

S9、对冷却后的填充料进行取样筛分，得到新的筛分数据，并与之前的筛分数据进行对比，评价填充料的粉化效果。如果经过保温的填充料筛分后细粉含量越高，则说明填充料粉化越严重。

另外，对装入填料桶3内的填充料进行称重，再除以填料桶3的体积，可以得到填充料的堆积密度，而经过振实后的填充料，其堆积密度会高一些，其透气性也要更差一些，即填充料的透气性与是否振动也有关系。

本发明可用于评价不同类型及粒度填充料在不同升温速度或者温度条件下的传热性能、均热性能、透气性能及粉化效果。通过该评价装置所得的评价数据，可为炭素制品焙烧曲线的制定提供温差、挥发分逸出阻力等方面的数据，为焙烧装炉填充料的选择提供类型、粒度等多方面的选择参数。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种填充料综合性能评价装置，其特征在于，包括：

保温桶，带有密闭的保温盖；

加热器，沿着所述保温桶内侧壁均匀布置、形成一加热区域；

温控仪，位于所述保温桶外，与所述加热器电性连接；

填料桶，置于所述加热区域内且与所述加热器之间有空隙，所述填料桶用于装填充料；及

控温热电偶、测温热电偶、进气管、出气管、压力表、流量计；

其中，所述控温热电偶工作端插入所述空隙内且其与所述温控仪电性连接、用于控制所述加热器的升温速度；

所述测温热电偶设有多个、其工作端均插入所述填料桶内的填充料中，其中一个测温热电偶插入所述填充料正中且其测量值与所述控温热电偶测量值作温度差值运算、用于评价所述填充料的传热性能，其余的测温热电偶绕着所述填料桶中心均匀分布且所得测量值之间相互作温度差值运算、用于评价所述填充料的均热性能；

所述进气管出气端与所述出气管进气端分别插入所述填料桶内的填充料中且它们之间存在高度差，所述压力表工作端插入所述空隙内；所述填料桶顶端与所述保温盖之间有间隙；所述流量计安装在所述进气管进气端，所述流量计用于调节和测量进气流量、同时模拟挥发分的排出速度。

2.一种填充料综合性能评价方法，通过权利要求1所述的填充料综合性能评价装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

S1、筛分填充料，得到筛分数据，评价填充料的筛分粒度；

S2、置入经过筛分的填充料于加热区域内；

S3、按预设升温速度、预设温度对填充料进行加热；

S4、测量填充料中部温度，并与预设温度作差值运算，评价填充料的传热性能；

S5、测量填充料其余部位的温度，并相互作差值运算，评价填充料的均热性能；

S6、按设定流量往填充料内通入不可燃气体，之后排出加热区域；

S7、测量加热区域内压力，评价填充料的透气性能。

3.根据权利要求2所述的填充料综合性能评价方法，其特征在于，所述预设升温速度为10～20℃/h，所述预设温度为800～1000℃。

4.根据权利要求2所述的填充料综合性能评价方法，其特征在于，所述设定流量为5～10L/min。

5.根据权利要求2所述的填充料综合性能评价方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S8、填充料在预设温度下保温预设时间后取出冷却；

S9、对冷却后的填充料进行取样筛分，得到新的筛分数据，并与之前的筛分数据进行对比，评价填充料的粉化效果。

6.根据权利要求5所述的填充料综合性能评价方法，其特征在于，所述预设时间为4h～6h。

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