CN113427824B - 一种石墨坩埚无尘自动装料装置 - Google Patents

Abstract

一种石墨坩埚无尘自动装料装置，包括若干分料仓和输送机构，输送机构包括顺次设置的动力部件、输送部件和脱气压实部件，动力部件位于分料仓的顶部，输送部件的一端与动力部件连接，另一端穿过分料仓后设置在脱气压实部件的内部；脱气压实部件包括顺次连接的一级脱气机构和二级脱气机构；一级脱气机构的顶部和底部均为开口结构，包括外壳和内壳，外壳和内壳之间为排气空腔，内壳上开有若干排气孔，外壳上设置有第一脱气负压入口和第一脱气反吹入口；二级脱气机构设置在一级脱气机构的底部，且二级脱气机构与内壳底部的开口相对应之处开有落料口，二级脱气机构为空腔结构，其顶部设置有第二脱气负压入口和第二脱气反吹入口。本发明填装密度较大，填装过程能够避免石墨粉污染环境。

Description

一种石墨坩埚无尘自动装料装置

技术领域

本发明涉及坩埚投料领域，尤其涉及一种石墨坩埚无尘自动装料装置。

背景技术

目前商品化锂离子电池的负极材料仍然是石墨类材料占主导地位，作为负极材料的石墨类材料在制备过程中，需要先将块状或大颗粒状的天然石墨或者人造石墨前驱体（石油焦、针状焦、沥青焦等）粉碎成粒径适宜的粉末状颗粒，然后再进行炭化和石墨化处理，例如将天然石墨进行石墨化处理，去除天然石墨内部的杂质元素，将C的纯度提高到99%以上，又例如将石油焦、针状焦、沥青焦先进行炭化后，再进行石墨化处理，可以提高其容量和循环性能，以制备出合格的石墨类负极材料。

在炭化和石墨化过程中，需要将天然石墨、石油焦、针状焦或沥青焦装入坩埚内（直径0.4-0.6米，高度为1.2米），再将坩埚放入炭化炉或石墨化炉中进行炭化或石墨化处理。

但现有技术中向坩埚内装料时存在以下几个问题：（1）加料多为人工作业，工人的劳动强度较大、效率较低；（2）在装料过程中，粉料容易泄漏，造成环境污染；（3）因物料比重小，导致坩埚装料少、装料不密实，每次生产的石墨材料少，导致用电成本和坩埚损耗成本较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种石墨坩埚无尘自动装料装置，用于将石墨类粉体挤压和装填入大规格石墨坩埚中，填装密度较大，填装过程能够避免石墨粉污染环境。

为改善上述问题，本发明提供一种石墨坩埚无尘自动装料装置，包括若干分料仓和输送机构，所述输送机构包括顺次设置的动力部件、输送部件和脱气压实部件，动力部件位于分料仓的顶部，输送部件的一端与动力部件连接，另一端穿过分料仓后设置在脱气压实部件的内部；

所述脱气压实部件包括顺次连接的一级脱气机构和二级脱气机构；所述一级脱气机构包括外壳和内壳，所述外壳和内壳之间为排气空腔，所述内壳的顶部和底部均为开口结构，所述内壳上开有若干排气孔，所述外壳上设置有第一脱气负压入口和第一脱气反吹入口；

所述二级脱气机构设置在一级脱气机构的底部，且所述二级脱气机构与内壳底部的开口相对应之处开有落料口，二级脱气机构为空腔结构，其顶部设置有第二脱气负压入口和第二脱气反吹入口。

根据本发明，所述二级脱气机构的底部为透气板，所述透气板的顶部还设置有石墨过滤片。

根据本发明，所述输送部件包括外导管和螺旋杆，所述螺旋杆的顶端与动力部件连接，底部穿过分料仓后设置在脱气压实部件的内部，动力部件用于带动螺旋杆转动；外导管位于分料仓和脱气压实部件之间，且外导管的顶部与分料仓的底部密封连接，外导管的底部与脱气压实部件的顶部密封连接。

根据本发明，所述一级脱气机构和二级脱气机构之间设置有螺杆固定件，所述螺旋杆的底部设置在螺杆固定件内，且所述螺旋杆的底部能够在螺杆固定件内转动。

所述螺旋杆的底部设置有距离传感器，所述距离传感器用于测量脱气压实部件底部与坩埚之间的距离，优选地，所述脱气压实部件底部与坩埚之间的距离控制在15-20cm；

优选地，所述脱气压实部件的内部还设置有压力传感器，所述压力传感器用于监测脱气压实部件内部的压力。

根据本发明，所述排气空腔的顶部对应之处开有连接孔，所述连接孔上连接有气嘴和电磁阀，所述气嘴、电磁阀与外部的真空泵连接，用于为排气空腔提供真空环境。

根据本发明，所述排气孔为方形孔、圆形孔或其他性质的孔隙结构，优选为圆形孔，所述圆形排气孔的直径为1～3μm，例如1μm、1.5μm、2μm、2.5μm或3μm。

根据本发明，所述装料装置包括顺次连接的原料仓、上料机、若干分料仓和若干输送机构，原料仓通过上料机与分料仓连接，所述上料机选用真空上料机，所述原料仓的出料端与上料机的进料端连接；

优选地，所述原料仓、分料仓与上料机之间均通过真空管连接，所述原料仓、分料仓均在真空下工作，所述真空环境通过真空泵提供。

根据本发明，所述原料仓、上料机、分料仓和输送机构均设置在一装料平台上，所述装料平台包括机架和升降平台，所述分料仓和输送机构均设置在升降平台上。

优选地，升降平台通过两套相对设置的升降导柱和液压杆带动进行上下运动。

根据本发明，所述机架上设置有位置传感器，其用于感应升降平台的运动高度，位置传感器通过模拟量输入将信号传递至PLC控制器，PLC控制器识别升降平台的升降高度，并根据具体情况对升降平台的高度进行实时调整，将升降平台的实时高度信号发送至相应的显示机构上显示，显示机构例如为触摸屏或PC机。

根据本发明，所述装料装置的下方设置有坩埚窑车机构，所述坩埚窑车机构上设置有水平驱动组件和若干坩埚，所述水平驱动组件用于驱动坩埚平移至相应吸输送机构的下方，所述坩埚呈阵列排布，每排4个、5个、6个或多个。

根据本发明，所述距离传感器、位置传感器均可以选用红外距离传感器、超声波距离传感器或激光距离传感器，例如，均选用激光距离传感器。

有益效果：

（1）本发明的石墨坩埚无尘自动装料装置，分料仓将石墨导入相应的脱气压实部件中，脱气压实部件中的一级脱气机构先将石墨进行脱气处理，二级脱气机构对落入坩埚中的石墨进行再次脱气并压实，进而增加坩埚中石墨的密度，增加加入同体积坩埚中石墨的重量，增加坩埚装料量和装料密实度，每次生产的石墨材料较多，降低用电成本和坩埚损耗成本，同时，液压杆通过升降平台带动脱气压实部件升降与挤压，以保证物料的稳定性，升降高度及速度可任意设定，降低料脱气压实部件底部与物料表面的落差，配合脱气后的效果，在整个充填过程基本上无粉尘扬出污染环境。填装过程无灰尘产生，比较环保。

（2）本发明的石墨坩埚无尘自动装料装置，位置传感器安装在机架上，用于检测吸料升降平台高度，螺旋杆底部的距离感应器用于检测脱气压实部件的底部与沉积在坩埚底部的石墨顶部之间的距离，控制上述距离为15-20cm，发明人意外的发现，当在距离为15-20cm时，石墨从放脱气压实部件底部滑落后，能够均匀且密集地堆积在坩埚底部；当脱气压实部件与石墨顶部的距离过小时，由于石墨掉落过程中会发生少量堆砌，会堆积在螺旋杆的底部，影响石墨的堆积均匀性，进而降低堆积密度；当距离过大时，石墨掉落后会发生飞溅，导致石墨的团簇状态被破坏，石墨堆积中出现较多的间隙，进而降低了其堆积密度。

（3）本发明的石墨坩埚无尘自动装料装置，分次向石墨坩埚内中放入物料，每次放入的物料量根据脱气压实部件内部的压力传感器和进料时间来进行控制。多次投料能够使得单次投入的石墨在螺旋杆的叶片上和脱气压实部件中均处于较分散的状态，进行真空脱气时，分散的石墨能够形成较紧密的团簇结构而掉落在坩埚紧密排列，使得脱气后的石墨密度较大；若单次投入量过大，大量的石墨在脱气过程中聚集时，相互之间会因为拥挤形成孔隙，单位体积的石墨密度较小。

附图说明

图1为本发明实施例中石墨坩埚无尘自动装料装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中上料机、分料仓和吸输送机构配合的结构示意图；

图3为本发明实施例中一级脱气机构的结构示意图；

图4为二级脱气机构的剖视图；

图5为二级脱气机构的俯视图；

图6为位置传感器设置于机架的结构示意图；

图7为吸料车原点到位信号点与吸料车原点到位控制器配合的结构示意图。

图中，1-原料仓，2-上料机，3-分料仓，4-输送机构，41-动力部件，42-输送部件，421-外导管，422-螺旋杆，43-脱气压实部件，5-一级脱气机构，51-外壳，52-内壳，53-排气空腔，54-排气孔，55-第一脱气负压入口，56-第一脱气反吹入口，6-二级脱气机构，61-落料口，62-第二脱气负压入口，63-第二脱气反吹入口，64-透气板，65-石墨过滤片，7-坩埚窑车机构，8-坩埚，9-装料平台，10-机架，11-升降平台，12-升降导柱，13-液压杆。

具体实施方式

下文将结合附图具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

实施例1

参见图1和图2所示，一种石墨坩埚内无尘自动装料装置，包括顺次连接的原料仓1、上料机2、若干分料仓3和若干输送机构4，原料仓1通过上料机2与分料仓3连接，上料机2选用真空上料机，原料仓1的出料端与上料机2的进料端连接，原料仓1、分料仓3与上料机2之间均通过真空管连接，原料仓1、分料仓3均在真空下工作，其中，真空环境通过真空泵提供。

本实施例中的原料仓1、上料机2、分料仓3和输送机构4均设置在一装料平台9上，装料平台9包括机架10和升降平台11，分料仓3和输送机构4均设置在升降平台11上，升降平台11通过两套相对设置的升降导柱12和液压杆13带动进行转动，其中，液压杆13的承重为2吨，分料仓3上设置有称重机构，用于称量分料仓3内物料的重量。

机架10上设置有位置传感器，其用于感应升降平台11的运动高度，位置传感器通过模拟量输入将信号传递至PLC控制器，PLC控制器识别升降平台11的升降高度，并根据具体情况对升降平台11的高度进行实时调整，将升降平台11的实时高度信号发送至相应的显示机构上显示，显示机构例如为触摸屏或PC机。

装料装置的下方设置有坩埚窑车机构7，坩埚窑车机构7上设置有水平驱动组件和若干坩埚8，水平驱动组件用于驱动坩埚平移至相应吸输送机构4的下方，坩埚8呈阵列排布，每排4个、5个、6个或多个。

参见图7所示，本实施例中，坩埚窑车机构7上设置有吸料车原点到位信号点，机架10上设置有吸料车原点到位控制器，所述吸料车原点到位控制器检测到吸料车原点到位信号点时，将信号传递至PLC控制器，控制升降平台11、输送机构4准备运行。

分料仓3和输送机构4的数量根据实际需要设置，本实施例中，输送机构4的数量≥3，优选地输送机构4的数量≥5，例如4个，5个或6个，在实际使用中，输送机构4的数量根据坩埚的排列进行确定。

参见图2所示，输送机构4包括顺次设置的动力部件41、输送部件42和脱气压实部件43，动力部件41位于分料仓3的顶部，输送部件42的一端与动力部件41连接，另一端穿过分料仓3后设置在脱气压实部件43的内部。

输送部件42包括外导管421和螺旋杆422，螺旋杆422的顶端与动力部件41连接，底部穿过分料仓3设置在脱气压实部件43的内部，动力部件41用于带动螺旋杆422上下运动；外导管421位于分料仓3和脱气压实部件43之间，且外导管421的顶部与分料仓3的底部密封连接，外导管421的底部与脱气压实部件43的顶部密封连接。

脱气压实部件43包括顺次连接的一级脱气机构5和二级脱气机构6，脱气压实部件43的内部还设置有压力传感器，压力传感器用于监测脱气压实部件43内部的压力。

参见图3所示，一级脱气机构5的顶部和底部均为开口结构，包括外壳51和内壳52，外壳51和内壳52之间为排气空腔53，内壳52上开有若干排气孔54，外壳51上设置有第一脱气负压入口55和第一脱气反吹入口56，排气空腔53的顶部对应之处开有连接孔，连接孔上连接有气嘴和电磁阀，气嘴、电磁阀与外部的真空泵连接，用于为排气空腔53提供真空环境。

排气孔54为方形孔、圆形孔或其他性质的孔隙结构，优选为圆形孔，圆形排气孔54的直径为1～3μm，例如1μm、1.5μm、2μm、2.5μm或3μm。（本领域在制备石墨时，其原料天然石墨、石油焦、针状焦或沥青焦的粒径均大于4μm，因此，脱气时，仅空气被排走，原料沿开口结构掉落至坩埚8中）。

参见图4和图5所示，二级脱气机构6设置在一级脱气机构5的底部，且二级脱气机构6与内壳52底部的开口相对应之处开有落料口61，二级脱气机构6为空腔结构，其顶部设置有第二脱气负压入口62和第二脱气反吹入口63，底部为透气板64，透气板64的顶部还设置有石墨过滤片65。

一级脱气机构5和二级脱气机构6之间设置有螺杆固定件15，螺旋杆422的底部设置在螺杆固定件15内，且螺旋杆422的底部能够在螺杆固定件15内转动。

螺旋杆422的底部设置有距离感应器，距离感应器用于感应螺旋杆422的底部与沉积在坩埚8底部的石墨顶部之间的距离，控制上述距离为15-20cm，发明人意外的发现，当在距离为15-20cm时，石墨从螺旋杆62底部滑落后，能够均匀且密集地堆积在坩埚8底部，石墨的密度为0.3~0.4g/cm³。

参见图6所示，机架上10上的位置传感器用于检测吸料升降平台11高度，从而控制二级脱气机构6与坩埚8底部之间的距离，升降平台11带动输送机构4底部的脱气压实部件43升降与挤压，以保证物料的稳定性，升降高度及速度可任意设定，降低料枪口4与坩埚内物料表面的落差，配合二级脱气，在整个充填过程基本上无粉尘扬出污染环境。

一级脱气机构5的长度为275mm，内壳412的内径为150mm，外壳411的内径为219mm，二级脱气机构6的高度为50mm，直径为380mm。

本发明在使用时，分次向石墨坩埚内中放入物料，每次物料的放入量100-200g，每次放入的物料量根据的压力放送器来进行控制。

多次投料能够使得单次投入的石墨在螺旋杆62的叶片上和脱气压实部件4中均处于较分散的状态，进行真空脱气时，分散的石墨能够形成较紧密的团簇结构而掉落在坩埚8内紧密排列，使得脱气后的石墨密度较大；若单次投入量过大，大量的石墨在脱气过程中聚集时，相互之间会因为拥挤形成孔隙，单位体积的石墨密度较小。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种石墨坩埚无尘自动装料装置，包括若干分料仓(3)和输送机构(4)，其特征在于，所述输送机构(4)包括顺次设置的动力部件(41)、输送部件(42)和脱气压实部件(43)，动力部件(41)位于分料仓(3)的顶部，输送部件(42)的一端与动力部件(41)连接，另一端穿过分料仓(3)后设置在脱气压实部件(43)的内部；

所述脱气压实部件(43)包括顺次连接的一级脱气机构(5)和二级脱气机构(6)；所述一级脱气机构(5)包括外壳(51)和内壳(52)，所述外壳(51)和内壳(52)之间为排气空腔(53)，所述内壳(52)的顶部和底部均为开口结构，所述内壳(52)上开有若干排气孔(54)，所述外壳(51)上设置有第一脱气负压入口(55)和第一脱气反吹入口(56)；

所述二级脱气机构(6)设置在一级脱气机构(5)的底部，且所述二级脱气机构(6)与内壳(52)底部的开口相对应之处开有落料口(61)，二级脱气机构(6)为空腔结构，其顶部设置有第二脱气负压入口(62)和第二脱气反吹入口(63)；

所述输送部件(42)包括外导管(421)和螺旋杆(422)，所述螺旋杆(422)的顶端与动力部件(41)连接，底部穿过分料仓(3)设置在脱气压实部件(43)的内部，动力部件(41)用于带动螺旋杆(422)转动；外导管(421)位于分料仓(3)和脱气压实部件(43)之间，且外导管(421)的顶部与分料仓(3)的底部密封连接，外导管(421)的底部与脱气压实部件(43)的顶部密封连接；

所述螺旋杆(422)的底部设置有距离传感器，所述距离传感器用于测量脱气压实部件(43)底部与坩埚之间的距离，所述脱气压实部件(43)底部与坩埚之间的距离控制在15-20cm；所述二级脱气机构(6)的底部为透气板(64)，所述透气板(64)的顶部还设置有石墨过滤片(65)；

所述脱气压实部件(43)的内部还设置有压力传感器，所述压力传感器用于监测脱气压实部件(43)内部的压力；

所述装料装置包括顺次连接的原料仓(1)、上料机(2)、若干分料仓(3)和若干输送机构(4)，原料仓(1)通过上料机(2)与分料仓(3)连接，所述上料机(2)选用真空上料机，所述原料仓(1)的出料端与上料机(2)的进料端连接；

原料仓(1)、上料机(2)、分料仓(3)和输送机构(4)均设置在一装料平台(9)上，所述装料平台(9)包括机架(10)和升降平台(11)，所述分料仓(3)和输送机构(4)均设置在升降平台(11)上；

机架(10)上设置有位置传感器，其用于感应升降平台(11)的运动高度，位置传感器通过模拟量输入将信号传递至PLC控制器，PLC控制器识别升降平台(11)的升降高度，对升降平台(11)的高度进行实时调整，将升降平台(11)的实时高度信号发送至相应的显示机构上显示，显示机构为触摸屏或PC机。

2.根据权利要求1所述的石墨坩埚无尘自动装料装置，其特征在于，所述一级脱气机构(5)和二级脱气机构(6)之间设置有螺杆固定件(15)，所述螺旋杆(422)的底部设置在螺杆固定件(15)内，且所述螺旋杆(422)的底部能够在螺杆固定件(15)内转动。

3.根据权利要求1所述的石墨坩埚无尘自动装料装置，其特征在于，所述排气空腔(53)的顶部对应之处开有连接孔，所述连接孔上连接有气嘴和电磁阀，所述气嘴、电磁阀与外部的真空泵连接，用于为排气空腔(53)提供真空环境。

4.根据权利要求3所述的石墨坩埚无尘自动装料装置，其特征在于，所述排气孔(54)为圆形孔的孔隙结构，圆形排气孔(54)的直径为1～3μm。

5.根据权利要求3所述的石墨坩埚无尘自动装料装置，其特征在于，所述排气孔(54)为方形孔的孔隙结构。

6.根据权利要求1所述的石墨坩埚无尘自动装料装置，其特征在于，所述原料仓(1)、分料仓(3)与上料机(2)之间均通过真空管连接，所述原料仓(1)、分料仓(3)均在真空下工作，所述真空环境通过真空泵提供。

7.根据权利要求1所述的石墨坩埚无尘自动装料装置，其特征在于，升降平台(11)通过两套相对设置的升降导柱(12)和液压杆(13)带动进行上下运动。

8.根据权利要求1所述的石墨坩埚无尘自动装料装置，其特征在于，所述装料装置的下方设置有坩埚窑车机构(7)，所述坩埚窑车机构(7)上设置有水平驱动组件和若干坩埚(8)，所述水平驱动组件用于驱动坩埚平移至相应输送机构(4)的下方。

9.根据权利要求8所述的石墨坩埚无尘自动装料装置，其特征在于，所述坩埚(8)呈阵列排布，每排4个、5个或6个。

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