CN113264523B - 中空式连续高温石墨化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中空式连续高温石墨化炉，涉及石墨化炉技术领域，括炉体、整体炉衬、炉盖及炉顶环形烟道，炉体的顶端固定安装有炉盖，炉盖的顶端设有石墨电极安装孔和下料孔，石墨电极安装孔的内壁固定安装有正极石墨电极，若干个下料孔沿圆周均匀分布于石墨电极安装孔的四周，下料孔的顶端均安装有进料管，进料管的顶端与进料仓相连通；本发明能保证炉内温度的稳定性和良好的分布均匀性能，提高了炉芯的温度，又使得炉内烟气得以顺利排放，因此有效降低了热量损耗；在保证炉衬安全的前提下，对稳定产品质量，提高石墨化纯度具有重要作用，同时下料通道与烟气排放通道的分开能够避免了炉顶部结焦的现象，有效地降低了工人的劳动强度。

Description

中空式连续高温石墨化炉

技术领域

本发明涉及石墨化炉技术领域，具体为中空式连续高温石墨化炉。

背景技术

连续式石墨化炉是以连续的产出方式生产石墨化制品的炉子。艾奇逊炉虽被广泛使用，但它却是周期性生产的间断式炉，由于生产不连续，带来诸如产能低、质量波动、电耗高、操作环境恶劣等缺点，因此连续式炉成为世界注目并研究开发的重要课题和追求的目标。

连续石墨化炉是一种先进生产的电碳制品设备，它与间歇式石墨化炉相比具有许多优点，例如：减轻繁重的体力劳动，便于实现机械化，连续化操作；提高产品质量、由于每块制品的受热条件是一样的，因此产品质量均匀；减少产品的搬运次数，掉边掉角现象可大大减少；改善劳动条件，操作者不与保温料直接接触，而且便于消烟排尘；减少保温料的消耗，一次加入可以密封。

目前的连续石墨化炉采用的是下料系统与烟气排放通道相重合，灰分(主要成分是SiO₂、CaO、Al₂O₃)和硫排放时与下落的物料相遇，单质硫与下落物料带入的[O]、[H]反应形成易反应产物，一部分回到原料中继续参与下一步反应，一部分在炉盖区域与耐火材料反应形成低熔物，灰分中一部分SiO₂、CaO、Al₂O₃被下落物料冷却后聚集在炉盖区域，形成玻璃体物相类物质，从而引起炉顶区域烟道逐步聚集灰分。当下料速度过快时，一部分灰分和单质硫又重新回到原料中去，造成电耗增加并可能引起煅后成分不达标。

因此有必要提出一种中空式连续高温石墨化炉以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供中空式连续高温石墨化炉，以解决上述背景技术中提出问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：中空式连续高温石墨化炉，包括炉体、整体炉衬、炉盖及炉顶环形烟道，所述炉体的顶端固定安装有所述炉盖，所述炉盖的顶端设有石墨电极安装孔和下料孔，所述石墨电极安装孔设置于所述炉盖顶端的中心位置，所述石墨电极安装孔的内壁固定安装有正极石墨电极，若干个所述下料孔沿圆周均匀分布于所述石墨电极安装孔的四周，所述下料孔的顶端均安装有进料管，所述进料管的顶端与进料仓相连通；

所述炉体的内壁固定安装有所述整体炉衬，所述整体炉衬为中空结构且其中下部作为负极石墨电极，所述整体炉衬的内部中空区域由上而下依次分为原料预热区、物料相遇区、高温煅烧区及物料冷却区，所述整体炉衬的中上部还开设有环形中空层，所述环形中空层与所述整体炉衬的内部中空区域同轴设置，且所述环形中空层设置于所述整体炉衬内部中空区域的外侧，所述物料相遇区的内壁沿圆周开设有若干个炉内烟气孔，若干个所述炉内烟气孔均与环形中空层相连通；

所述炉盖的外壁四周固定安装有所述炉顶环形烟道，所述炉顶环形烟道内部预留有烟气进出通道，所述烟气进出通道的底端与所述环形中空层相连通，所述炉顶环形烟道的外壁还开设有烟气出口、观察孔和积灰清理口，所述烟气出口、观察孔和积灰清理口均与所述烟气进出通道相连通，所述观察孔的内壁嵌设有观察窗，所述积灰清理口上通过铰链安装有清理门；

所述烟气出口的外壁连接有排烟管，所述排烟管上设有排烟风机，所述排烟管的末端与垂直烟囱相连通；

所述整体炉衬的底部连接有垂直下料通道，所述垂直下料通道的外壁安装有水冷系统。

作为对上述方案的进一步改进，所述炉盖、所述炉顶环形烟道均采用预制浇注或者砖砌的形式。

作为对上述方案的进一步改进，所述进料仓采用振动出料的方式且所述进料仓的外壁均固定安装有振动电机，所述进料仓的出料口与一根或者两根所述进料管相连接。

作为对上述方案的进一步改进，所述炉盖和所述炉顶环形烟道构成一个顶部保温区域，并且均采用耐火材料进行密封。

作为对上述方案的进一步改进，所述炉盖(3)采用3层结构，由上往下第一层为刚玉质/锆刚玉/铬刚玉耐火浇注料或者耐火砖，第二层为铬刚玉/刚玉-莫来石-空心球耐火浇注料或者耐火砖，第三层为莫来石轻质材料浇注或刚玉空心球耐火浇注料或者耐火砖。

作为对上述方案的进一步改进，所述炉顶环形烟道采用耐酸耐碱的铝硅质耐火预制件或者高铝砖砌筑而成。

作为对上述方案的进一步改进，所述整体炉衬的侧壁由内外向内依次包括保温棉、保温层、中温层、高温层和工作层，所述保温层采用硅酸铝棉/毯和高铝质/莫来石质轻质耐火材料进行复合施工，所述中温层采用莫来石质/半莫来石质/高铝质耐火浇注料进行施工，所述高温层采用刚玉-莫来石-空心球质/刚玉质/锆刚玉/铬刚玉耐火浇注料进行施工，所述工作层采用炭质材料/石墨砖/碳砖进行砌筑施工。

作为对上述方案的进一步改进，所述水冷系统包括水冷套、进水管和出水管，所述水冷套套设于所述垂直下料通道的外壁，所述水冷套的外壁分别连通有所述进水管和所述出水管，所述进水管的进水口位置低于所述出水管的出水口位置，所述进水管上还安装有真空循环水泵。

作为对上述方案的进一步改进，所述进水管和出水管上均设置有电磁水阀。

作为对上述方案的进一步改进，所述炉内烟气孔为圆形或者方形。

本发明的有益效果是：

1、本发明撇弃了传统石墨化炉窑的下料与烟气排放共用通道的方式，将原料下料通道与烟气排放通道分开，采用双层石墨砖/碳砖砌筑并使用预制或者整体浇筑工艺，既保证了炉内温度的稳定性和良好的分布均匀性能，提高了炉芯的温度，且最高可达3000℃以上，又使得炉内烟气得以顺利排放，因此有效降低了热量损耗；在保证炉衬安全的前提下，对稳定产品质量，提高石墨化纯度具有重要作用，同时下料通道与烟气排放通道的分开能够避免了炉顶部结焦的现象，有效地降低了工人的劳动强度。

2、本发明中多层中空式结构的炉体、整体炉盖和炉顶烟道相结合的方式，使得炉子的整体密封性能更好，炉窑内部温度的均匀性好、炉芯温度稳定性好、生产的产品质量稳定性大幅度的提高。烟气通过专用通道独立排放，可以保证原料的石墨化程度更高，成分更稳定，烟气直接后沉积到分离式的烟道中更容易清理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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。

图1为本发明的第一视角立体结构示意图；

图2为本发明的第二视角立体结构示意图；

图3为本发明中整体炉衬与炉盖的内部结构示意图；

图4为本发明中进料仓、进料管、炉盖及炉顶环形烟道的安装示意图；

图5为本发明中炉顶环形烟道的局部内部结构示意图；

图6为本发明的中水冷系统的立体结构示意图；

图7为本发明安装至厂房后的结构示意图

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-炉体，2-整体炉衬，201-保温棉，202-保温层，203-中温层，204-高温层，205-工作层，3-炉盖，4-炉顶环形烟道，401-烟气进出通道，402-烟气出口，403-观察孔，404-积灰清理口，405-观察窗，406-清理门，5-石墨电极安装孔，6-水冷系统，601-水冷套，602-进水管，603-出水管，604-真空循环水泵，605-电磁水阀，7-下料孔，8-正极石墨电极，9-进料管，10-进料仓，11-原料预热区，12-物料相遇区，13-高温煅烧区，14-物料冷却区，15-环形中空层，16-炉内烟气孔，17-排烟管，18-排烟风机，19-垂直烟囱，20-垂直下料通道，21-振动电机。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1、图2和图3所示，中空式连续高温石墨化炉，包括炉体1、整体炉衬2、炉盖3及炉顶环形烟道4，炉体1的顶端固定安装有炉盖3，炉盖3的顶端设有石墨电极安装孔5和下料孔7，石墨电极安装孔5设置于炉盖3顶端的中心位置，石墨电极安装孔5的内壁固定安装有正极石墨电极8，若干个下料孔7沿圆周均匀分布于石墨电极安装孔5的四周，下料孔7的顶端均安装有进料管9，进料管9的顶端与进料仓10相连通，进料仓10采用振动出料的方式且进料仓10的外壁均固定安装有振动电机21，振动电机21是在转子轴两端各安装一组可调偏心块，利用轴及偏心块高速旋转产生的离心力得到激振力，从而振动电机21能带动进料仓10内壁的原料不断下落，进料仓10的出料口与一根或者两根进料管9相连接；炉体1的内壁固定安装有整体炉衬2，整体炉衬2为中空结构且其中下部作为负极石墨电极，整体炉衬2的内部中空区域由上而下依次分为原料预热区11、物料相遇区12、高温煅烧区13及物料冷却区14，整体炉衬2的中上部还开设有环形中空层15，环形中空层15与整体炉衬2的内部中空区域同轴设置，且环形中空层15设置于整体炉衬2内部中空区域的外侧，物料相遇区12的内壁沿圆周开设有若干个炉内烟气孔16，若干个炉内烟气孔16均与环形中空层15相连通，炉内烟气孔16为圆形或者方形；炉盖3的外壁四周固定安装有炉顶环形烟道4，整体炉衬2的底部连接有垂直下料通道2O，垂直下料通道20的外壁安装有水冷系统6。

如图1和图2所示，炉盖3、炉顶环形烟道4均采用预制浇注或者砖砌的形式，炉盖3和炉顶环形烟道4构成一个顶部保温区域，并且均采用耐火材料进行密封。炉盖3可以为2层或者3层，实施例1中炉盖3采用3层结构，由上往下第一层为刚玉质/锆刚玉/铬刚玉耐火浇注料或者耐火砖，第二层为铬刚玉/刚玉-莫来石-空心球耐火浇注料或者耐火砖，第三层为莫来石轻质材料浇注或刚玉空心球耐火浇注料或者耐火砖，炉顶环形烟道4采用耐酸耐碱的铝硅质耐火预制件或者高铝砖砌筑而成。

如图3所示，整体炉衬2可采取3～6层结构，实施例1中整体炉衬2为5层结构，整体炉衬2的侧壁由内外向内依次包括保温棉201、保温层202、中温层203、高温层204和工作层205，保温层202采用硅酸铝棉/毯和高铝质/莫来石质轻质浇注料复合施工，中温层203采用莫来石质/半莫来石质/高铝质浇注料进行施工，高温层204采用刚玉-莫来石-空心球质/刚玉质/锆刚玉/铬刚玉浇注料进行施工，工作层205采用石墨砖/碳砖进行砌筑施工。

如图4和图5所示，炉顶环形烟道4内部预留有烟气进出通道401，烟气进出通道401的底端与环形中空层15相连通，炉顶环形烟道4的外壁还开设有烟气出口402、观察孔403和积灰清理口404，烟气出口402、观察孔403和积灰清理口404均与烟气进出通道401相连通，观察孔403的内壁嵌设有观察窗405，积灰清理口404上通过铰链安装有清理门406，烟气出口402的外壁连接有排烟管17，排烟管17上设有排烟风机18，排烟管17的末端与垂直烟囱19相连通。

实施例1的工作原理为：将多组中空式连续高温石墨化炉通过紧固件与机架进行固定安装，且安装后的结构示意如图6所示，石油焦通过进料仓10进入炉体1内，正极石墨电极8的底端通过石墨电极安装孔5进入炉体1内，电流通过石油焦后传到至工作层205的碳砖，再与整体炉衬2的中下部负极石墨电极构成一个电路循环，电流通过石油焦和碳砖时产生大量的热量，石油焦的温度升高，在达到一定的温度后(如2500℃时)物料中大部分的硫、灰分等穿过上部的石墨砖/碳砖上的炉内烟气孔16从环形中空层15排出到炉顶环形烟道4，再由排烟风机18将烟气经排烟管17排放至垂直烟囱19内部，最终由垂直烟囱19进行净化处理后排放至大气；石墨化产品由垂直下料通道20排出，水冷系统6能对石墨化产品进行降温并进行余热回收。

由于实施例1中整体炉衬2的中下部作为负极石墨电极，炉盖3上安装正极石墨电极8，工作层205采用石墨砖或者碳砖，整体炉衬2的中上部还开设有环形中空层15，在物料相遇区12的内壁沿圆周开设有若干个炉内烟气孔16，从而有利于烟气排放，烟气通过环形中空层15排放至炉顶环形烟道4然后通过外部垂直烟囱19排出，可见本发明可以实现快速升温，炉内下料与烟气排放通道分开，从而保证了炉芯温度，最高温度可达3000℃以上，同时本发明可以有效降低电耗，有利于提高的产品的石墨化度和纯度，同时可以减少粉尘和烟气的挥发，改善工作环境。本发明也撇弃了传统石墨化炉窑的下料与烟气排放共用通道的方式，采用多层中空结构的浇注/砌筑工艺，确保炉窑的整体性、最大保温性和低能耗性能，在保证炉芯煅烧温度的同时，又确保了烟气的顺利排放，提升了产品质量稳定性。

另外，本发明中烟气通过专用通道独立排放，可以保证原料的石墨化程度更高，成分更稳定，烟气直接后沉积到分离式的烟道中更容易清理。

实施例2

实施例2是对实施例1的进一步改进。

如图1和图6所示的，水冷系统6包括水冷套601、进水管602和出水管603，水冷套601套设于垂直下料通道20的外壁，水冷套601的外壁分别连通有进水管602和出水管603进水管602的进水口位置低于出水管603的出水口位置，进水管602上还安装有真空循环水泵604，进水管602和出水管603上均设置有电磁水阀605。

实施例2在工作过程中，可开启真空循环水泵604，真空循环水泵604通过进水管602进蓄水箱中的冷却水抽取至水冷套601内部，随着水冷套601内部水位的不断上升，最终水由出水管603流出，冷却水在水冷套601内部能与垂直下料通道20内部的热量形成热交换，由于冷却水在水冷套601不断流动，从而能源源不断将热量带出，即可实现对垂直下料通道20进行不间断的降温。

在本说明书的描述中，参考术语″一个实施例″、″示例″、″具体示例″等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.中空式连续高温石墨化炉，包括炉体(1)、整体炉衬(2)、炉盖(3)及炉顶环形烟道(4)，其特征在于：所述炉体(1)的顶端固定安装有所述炉盖(3)，所述炉盖(3)的顶端设有石墨电极安装孔(5)和下料孔(7)，所述石墨电极安装孔(5)设置于所述炉盖(3)顶端的中心位置，所述石墨电极安装孔(5)的内壁固定安装有正极石墨电极(8)，若干个所述下料孔(7)沿圆周均匀分布于所述石墨电极安装孔(5)的四周，所述下料孔(7)的顶端均安装有进料管(9)，所述进料管(9)的顶端与进料仓(10)相连通；

所述炉体(1)的内壁固定安装有所述整体炉衬(2)，所述整体炉衬(2)为中空结构且其中下部作为负极石墨电极，所述整体炉衬(2)的内部中空区域由上而下依次分为原料预热区(11)、物料相遇区(12)、高温煅烧区(13)及物料冷却区(14)，所述整体炉衬(2)的中上部还开设有环形中空层(15)，所述环形中空层(15)与所述整体炉衬(2)的内部中空区域同轴设置，且所述环形中空层(15)设置于所述整体炉衬(2)内部中空区域的外侧，所述物料相遇区(12)的内壁沿圆周开设有若干个炉内烟气孔(16)，若干个所述炉内烟气孔(16)均与环形中空层(15)相连通；

所述炉盖(3)的外壁四周固定安装有所述炉顶环形烟道(4)，所述炉顶环形烟道(4)内部预留有烟气进出通道(401)，所述烟气进出通道(401)的底端与所述环形中空层(15)相连通，所述炉顶环形烟道(4)的外壁还开设有烟气出口(402)、观察孔(403)和积灰清理口(404)，所述烟气出口(402)、观察孔(403)和积灰清理口(404)均与所述烟气进出通道(401)相连通，所述观察孔(403)的内壁嵌设有观察窗(405)，所述积灰清理口(404)上通过铰链安装有清理门(406)；

所述烟气出口(402)的外壁连接有排烟管(17)，所述排烟管(17)上设有排烟风机(18)，所述排烟管(17)的末端与垂直烟囱(19)相连通；

所述整体炉衬(2)的底部连接有垂直下料通道(20)，所述垂直下料通道(20)的外壁安装有水冷系统(6)；所述炉盖(3)、所述炉顶环形烟道(4)均采用预制浇注或者砖砌的形式；

所述进料仓(10)采用振动出料的方式且所述进料仓(10)的外壁均固定安装有振动电机(21)，所述进料仓(10)的出料口与一根或者两根所述进料管(9)相连接；所述炉盖(3)和所述炉顶环形烟道(4)构成一个顶部保温区域，并且均采用耐火材料进行密封。

2.一种根据权利要求1所述的中空式连续高温石墨化炉，其特征在于：所述炉盖(3)采用3层结构，由上往下第一层为刚玉质/锆刚玉/铬刚玉耐火浇注料或者耐火砖，第二层为铬刚玉/刚玉-莫来石-空心球耐火浇注料或者耐火砖，第三层为莫来石轻质材料浇注或刚玉空心球耐火浇注料或者耐火砖。

3.一种根据权利要求2所述的中空式连续高温石墨化炉，其特征在于：所述炉顶环形烟道(4)采用耐酸耐碱的铝硅质耐火预制件或者高铝砖砌筑而成。

4.一种根据权利要求1所述的中空式连续高温石墨化炉，其特征在于：所述整体炉衬(2)的侧壁由内外向内依次包括保温棉(201)、保温层(202)、中温层(203)、高温层(204)和工作层(205)，所述保温层(202)采用硅酸铝棉/毯和高铝质/莫来石质轻质耐火材料进行复合施工，所述中温层(203)采用莫来石质/半莫来石质/高铝质耐火浇注料进行施工，所述高温层(204)采用刚玉-莫来石-空心球质/刚玉质/锆刚玉/铬刚玉耐火浇注料进行施工，所述工作层(205)采用炭质材料/石墨砖/碳砖进行砌筑施工。

5.一种根据权利要求1所述的中空式连续高温石墨化炉，其特征在于：所述水冷系统(6)包括水冷套(601)、进水管(602)和出水管(603)，所述水冷套(601)套设于所述垂直下料通道(20)的外壁，所述水冷套(601)的外壁分别连通有所述进水管(602)和所述出水管(603)，所述进水管(602)的进水口位置低于所述出水管(603)的出水口位置，所述进水管(602)上还安装有真空循环水泵(604)。

6.一种根据权利要求5所述的中空式连续高温石墨化炉，其特征在于：所述进水管(602)和出水管(603)上均设置有电磁水阀(605)。

7.一种根据权利要求1所述的中空式连续高温石墨化炉，其特征在于：所述炉内烟气孔(16)为圆形或者方形。

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