CN114291815B - 一种高纯石墨提纯系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高纯石墨提纯系统，所述高纯石墨提纯系统包括提纯炉，所述提纯炉呈竖直设置的圆柱状，提纯炉包括炉体、导风圈、进风环和加热柱，所述炉体呈圆柱状壳体，炉体上下两端分别设置有出气口和出料口，炉体上部设置有进料口，所述导风圈和进风环分别对应设置于炉体圆周内外两侧，导风圈下端与炉体密封固定连接、上端与炉体圆周内壁之间留有间隙，进风环截面的开口处与炉体圆周外侧密封固定连接，炉体圆周侧壁圆周阵列设置有多个通孔，进风环连通至惰性气体源的出气端，所述加热柱同轴固定设置于炉体内。本发明的目的在于解决或至少减轻现有的石墨高温提纯设备提纯时能耗较高、受热不均匀的问题，而提供了一种高纯石墨提纯系统。

Description

一种高纯石墨提纯系统

技术领域

本发明涉及石墨提纯技术领域，尤其涉及一种高纯石墨提纯系统。

背景技术

石墨是一种重要的非金属矿产资源，具有耐高温、抗腐蚀、抗热震、强度大、韧性好、自润滑、导热、导电等性能，广泛应用于冶金、机械、电子、化工、轻工、军工、国防、航天及耐火材料等行业。

特别是国防、航天等特殊行业对石墨质量要求非常高，常规的提纯方法得到石墨成品无法满足需求。目前大多是将石墨原矿先通过浮选法进行初步提纯，再通过碱酸法进行再次提纯，此时石墨的含碳量能达到99％，而后采用高温法提纯石墨得到99.995％以上的高纯石墨。

目前的石墨高温提纯设备是实现其工艺的基础条件，经历了艾奇逊炉、中频感应石墨提纯炉、连续式推舟石墨提纯炉等的发展历程。艾奇逊炉结构简单，但生产周期长、热效率低(约30％)、作业环境差、设备均温性差、产品质量不稳定，其应用受到了限制。与艾奇逊炉相比，中频感应炉显著提高了石墨纯化生产效率、降低了成本，但与电阻加热方式相比，其加热区有效尺寸受到限制，对电网污染严重，其应用同样受到限制。连续式电阻加热推舟石墨纯化炉消除了对电网的污染，实现了石墨的连续化量产。中国已有部分专利公开了连续式石墨纯化炉的设计。然而，目前的连续式石墨纯化设备必须将装载物料的基底(如舟皿)同时升温和降温，因此增加了额外能耗，延长了生产周期；另一方面，石墨堆放在基底之上，提纯时受热不均匀，导致提纯石墨的纯度不均匀。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术点的不足，解决或至少减轻现有的石墨高温提纯设备提纯时能耗较高、受热不均匀的问题，而提供了一种高纯石墨提纯系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高纯石墨提纯系统，所述高纯石墨提纯系统包括提纯炉，所述提纯炉呈竖直设置的圆柱状，提纯炉包括炉体、导风圈、进风环和加热柱，所述炉体呈圆柱状壳体，炉体上下两端分别设置有出气口和出料口，炉体上部设置有进料口，所述导风圈和进风环分别对应设置于炉体圆周内外两侧，导风圈呈哑铃型筒状，导风圈下端与炉体密封固定连接、上端与炉体圆周内壁之间留有间隙，所述进风环呈圆环状且其截面呈C形，进风环截面的开口处与炉体圆周外侧密封固定连接，炉体圆周侧壁圆周阵列设置有多个通孔，所述通孔两端分别连通至进风环和导风圈下部，进风环连通至惰性气体源的出气端，所述加热柱同轴固定设置于炉体内，加热柱上端呈上凸的半球状且位于炉体的进料口下方：

所述导风圈和进风环数量相等且一一对应设置，导风圈和进风环均为沿加热柱高度方向均匀阵列设置的多个。

为了进一步实现本发明，可优先选用以下技术方案：

优选的，所述提纯炉下方设置有出料装置，所述出料装置包括出料仓，所述出料仓上端与炉体的出料口连通、下端设置有出料管；

所述出料仓连通设置有两个第一换气管，两个所述第一换气管分别连通至惰性气体源的进气端和出气端；

所述出料仓与炉体连通处和出料管均设置有阀门。

优选的，所述提纯炉下方设置有送料装置，所述送料装置包括送料管、导料板、送料仓和送料机构，所述送料管一端连通至炉体的进料口、另一端向外伸出，所述导料板位于炉体内且位于加热柱上方，导料板呈外高内底的圆环形，所述送料仓位于送料管上方，送料仓下部与送料管连通、上端设置有进料管；

所述送料机构包括送料轴和送料桨，所述送料轴转动设置于送料管内且与送料管同轴设置，所述送料桨呈螺旋状且螺旋设置于送料轴圆周外侧；

所述送料仓连通设置有两个第二换气管，两个所述第二换气管分别连通至惰性气体源的进气端和出气端；

所述送料仓与送料管连通处和进料管均设置有阀门。

优选的，所述送料装置还包括送料环，所述送料环呈环形管状，送料环沿炉体内壁固定设置且位于导料板上方，送料环连通至送料管，送料环圆周均布有多个送料孔，所述送料孔位于送料环下部且呈上大下小的圆台状。

优选的，所述送料环内设置有隔板，所述隔板密封设置于送料环内且位于送料环与送料管连通处的一侧。

优选的，所述送料轴包括刚性段和柔性段，所述刚性段转动设置于送料管内，所述柔性段转动设置于送料环内。

优选的，所述导风圈的截面下部内侧呈圆形、上部内侧呈椭圆形，导风圈下端与炉体固定连接处下侧呈圆弧状。

优选的，所述高纯石墨提纯系统还包括除尘设备和净化设备，所述除尘设备的进气端连通至炉体的出气口，除尘设备的出气端连通至净化设备的进气端。

优选的，所述高纯石墨提纯系统还包括换热设备，所述换热设备包括换热箱和换热管，所述换热管折叠设置于换热箱内，换热管两端分别连通至炉体的出气口和除尘设备的进气端，换热箱的进气端连通至净化设备的出气端和惰性气体源的出气端，换热箱的出气端通过气泵连通至进风环。

优选的，所述炉体外侧包裹设置有保温仓，所述进风环均位于保温仓内，所述保温仓内填充有惰性气体，并且/或者，所述导风圈内设置有发热体。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

采用本发明的提纯炉进行高温提纯时，石墨原料从上向下飘落的过程中被加热柱加热，石墨原料中的杂质受高温气化，杂质气体向上从出气口排出，未气化的石墨向下从出料口排出，自下向上喷送的惰性气体不仅保障石墨在高温时不被氧化，还控制石墨原料的下落速度，以保证石墨原料有足够的受热时长，使杂质能充分气化。高温提纯过程中无需舟皿，从而降低能耗，并且石墨原料浮空加热，受热均匀，提纯石墨的纯度均匀一致。

本发明的提纯炉内沿加热柱高度方向均匀阵列设置的多个导风圈，多个导风圈共同作用能保证石墨原料在加热过程中缓缓下降。

本发明的提纯炉设置有出料装置和送料装置，通过多个阀门共同作用，避免空气进入提纯炉，并且保证提纯炉能连续生产。

本发明的送料装置包括送料环、导料板和送料机构，送料环和导料板保障石墨原料能均匀分布在加热柱周边，提高热能的利用率，同时使石墨原料受热更为均匀；送料机构控制石墨原料的输送速率，使输送速率与高温提纯速率相匹配，在保障提纯效果的前提下，提高热能的利用率。

本发明还设置有除尘设备、净化设备和换热设备，杂质气体随惰性气体进入换热设备的换热管后温度降低，杂质气体凝结成固体，除尘设备将固体杂质滤除，剩余的气体进入净化设备，去除其中的杂质气体，留下的惰性气体输入换热设备的换热箱，惰性气体在换热箱内加热后输入提纯炉。不仅使惰性气体循环使用，降低生产成本和步骤，还在惰性气体进入提纯炉前进行预热，进一步降低能耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图之一；

图2为本发明的结构示意图之二；

图3为本发明的结构剖视图；

图4为本发明的提纯炉的结构示意图；

图5为本发明的提纯炉的结构剖视图；

图6为本发明的图5中A-A处的剖视图；

图7为本发明的图5中B-B处的剖视图；

图8为本发明的图5中C-C处的剖视图；

图9为本发明的图5中D处的放大图；

图10为本发明的加热柱的结构示意图；

图11为本发明的送料轴和送料桨的结构示意图；

图12为本发明的换热设备的结构示意图；

其中：1-提纯炉；2-出料装置；3-送料装置；4-除尘设备；5-净化设备；6-换热设备；7-保温仓；101-炉体；102-导风圈；103-进风环；104-加热柱；201-出料仓；202-出料管；203-第一换气管；301-送料管；302-导料板；303-送料仓；304-进料管；305-第二换气管；306-送料轴；307-送料桨；308-送料环；3061-刚性段；3062-柔性段；601-换热箱；602-换热管。

具体实施方式

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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。

下面将结合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。

实施例1：

如图1-12所示，一种高纯石墨提纯系统，高纯石墨提纯系统包括提纯炉1，提纯炉1呈竖直设置的圆柱状，提纯炉1包括炉体101、导风圈102、进风环103和加热柱104，炉体101呈圆柱状壳体，炉体101上下两端分别设置有出气口和出料口，炉体101上部设置有进料口，导风圈102和进风环103分别对应设置于炉体101圆周内外两侧，导风圈102呈哑铃型筒状，导风圈102下端与炉体101密封固定连接、上端与炉体101圆周内壁之间留有间隙，进风环103呈圆环状且其截面呈C形，进风环103截面的开口处与炉体101圆周外侧密封固定连接，炉体101圆周侧壁圆周阵列设置有多个通孔，通孔两端分别连通至进风环103和导风圈102下部，进风环103连通至惰性气体源的出气端，加热柱104同轴固定设置于炉体101内，加热柱104上端呈上凸的半球状且位于炉体101的进料口下方：

导风圈102和进风环103数量相等且一一对应设置，导风圈102和进风环103均为沿加热柱104高度方向均匀阵列设置的多个。

为了避免连续生产时空气进入炉体101内，造成石墨氧化，本实施例中，提纯炉1下方设置有出料装置2，出料装置2包括出料仓201，出料仓201上端与炉体101的出料口连通、下端设置有出料管202；

出料仓201连通设置有两个第一换气管203，两个第一换气管203分别连通至惰性气体源的进气端和出气端；

出料仓201与炉体101连通处和出料管202均设置有阀门。

提纯炉1下方设置有送料装置3，送料装置3包括送料管301、导料板302、送料仓303和送料机构，送料管301一端连通至炉体101的进料口、另一端向外伸出，导料板302位于炉体101内且位于加热柱104上方，导料板302呈外高内底的圆环形，送料仓303位于送料管301上方，送料仓303下部与送料管301连通、上端设置有进料管304；

送料机构包括送料轴306和送料桨307，送料轴306转动设置于送料管301内且与送料管301同轴设置，送料桨307呈螺旋状且螺旋设置于送料轴306圆周外侧；

送料仓303连通设置有两个第二换气管305，两个第二换气管305分别连通至惰性气体源的进气端和出气端；

送料仓303与送料管301连通处和进料管304均设置有阀门。

为了使石墨原料均布在加热柱104周边，送料装置3还包括送料环308，送料环308呈环形管状，送料环308沿炉体101内壁固定设置且位于导料板302上方，送料环308连通至送料管301，送料环308圆周均布有多个送料孔，送料孔位于送料环308下部且呈上大下小的圆台状。

为了优化产品结构，便于控制石墨原料的输送速率，送料环308内设置有隔板，隔板密封设置于送料环308内且位于送料环308与送料管301连通处的一侧，送料轴306包括刚性段3061和柔性段3062，刚性段3061转动设置于送料管301内，柔性段3062转动设置于送料环308内。

为了保障从导风圈102吹出的惰性气体的流动性，降低输送过程中的动能损失，以保障石墨原料的悬浮，导风圈102的截面下部内侧呈圆形、上部内侧呈椭圆形，导风圈102下端与炉体101固定连接处下侧呈圆弧状。

高纯石墨提纯系统还包括除尘设备4和净化设备5，除尘设备4的进气端连通至炉体101的出气口，除尘设备4的出气端连通至净化设备5的进气端。

为了降低能耗，高纯石墨提纯系统还包括换热设备6，换热设备6包括换热箱601和换热管602，换热管602折叠设置于换热箱601内，换热管602两端分别连通至炉体101的出气口和除尘设备4的进气端，换热箱601的进气端连通至净化设备5的出气端和惰性气体源的出气端，换热箱601的出气端通过气泵连通至进风环103；通过调节气泵的功率及开闭状态来调节输入进风环103的惰性气体的输送量和输送速率，以保障加热状态的石墨原料的下落速率。

为了降低能耗，并保障提纯效果，炉体101外侧包裹设置有保温仓7，进风环103均位于保温仓7内，保温仓7内填充有惰性气体，导风圈102内设置有发热体。炉体101内侧设置有保温层，保温层包括从内向外的高性能保温棉、石墨软毡、石墨硬毡和高密度石墨纸，既能有效起到炉膛保温的作用，同时又减小了保温材料本身的蓄热，且该保温结构强度好，不容易松散引起炉胆与加热器之间的绝缘短路。另外，外层为光亮的石墨纸，能有效减少高温气体对流传热，提高保温材料的反射性能。

采用本发明的提纯炉1进行高温提纯时，石墨原料从上向下飘落的过程中被加热柱104加热，石墨原料中的杂质受高温气化，杂质气体向上从出气口排出，未气化的石墨向下从出料口排出，自下向上喷送的惰性气体不仅保障石墨在高温时不被氧化，还控制石墨原料的下落速度，以保证石墨原料有足够的受热时长，使杂质能充分气化。高温提纯过程中无需舟皿，从而降低能耗，并且石墨原料浮空加热，受热均匀，提纯石墨的纯度均匀一致。

本发明的提纯炉1内沿加热柱104高度方向均匀阵列设置的多个导风圈102，多个导风圈102共同作用能保证石墨原料在加热过程中缓缓下降。

本发明的提纯炉1设置有出料装置2和送料装置3，通过多个阀门共同作用，避免空气进入提纯炉1，并且保证提纯炉1能连续生产。

本发明的送料装置3包括送料环308、导料板302和送料机构，送料环308和导料板302保障石墨原料能均匀分布在加热柱104周边，提高热能的利用率，同时使石墨原料受热更为均匀；送料机构控制石墨原料的输送速率，使输送速率与高温提纯速率相匹配，在保障提纯效果的前提下，提高热能的利用率。

本发明还设置有除尘设备4、净化设备5和换热设备6，杂质气体随惰性气体进入换热设备6的换热管602后温度降低，杂质气体凝结成固体，除尘设备4将固体杂质滤除，剩余的气体进入净化设备5，去除其中的杂质气体，留下的惰性气体输入换热设备6的换热箱601，惰性气体在换热箱601内加热后输入提纯炉1。不仅使惰性气体循环使用，降低生产成本和步骤，还在惰性气体进入提纯炉1前进行预热，进一步降低能耗。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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 (9)

1.一种高纯石墨提纯系统，其特征在于，所述高纯石墨提纯系统包括提纯炉（1），所述提纯炉（1）呈竖直设置的圆柱状，提纯炉（1）包括炉体（101）、导风圈（102）、进风环（103）和加热柱（104），所述炉体（101）呈圆柱状壳体，炉体（101）上下两端分别设置有出气口和出料口，炉体（101）上部设置有进料口，所述导风圈（102）和进风环（103）分别对应设置于炉体（101）圆周内外两侧，导风圈（102）呈哑铃型筒状，导风圈（102）下端与炉体（101）密封固定连接、上端与炉体（101）圆周内壁之间留有间隙，所述进风环（103）呈圆环状且其截面呈C形，进风环（103）截面的开口处与炉体（101）圆周外侧密封固定连接，炉体（101）圆周侧壁圆周阵列设置有多个通孔，所述通孔两端分别连通至进风环（103）和导风圈（102）下部，进风环（103）连通至惰性气体源的出气端，所述加热柱（104）同轴固定设置于炉体（101）内，加热柱（104）上端呈上凸的半球状且位于炉体（101）的进料口下方：

所述导风圈（102）和进风环（103）数量相等且一一对应设置，导风圈（102）和进风环（103）均为沿加热柱（104）高度方向均匀阵列设置的多个；

所述提纯炉（1）下方设置有送料装置（3），所述送料装置（3）包括送料管（301）、导料板（302）、送料仓（303）和送料机构，所述送料管（301）一端连通至炉体（101）的进料口、另一端向外伸出，所述导料板（302）位于炉体（101）内且位于加热柱（104）上方，导料板（302）呈外高内底的圆环形，所述送料仓（303）位于送料管（301）上方，送料仓（303）下部与送料管（301）连通、上端设置有进料管（304）；

所述送料机构包括送料轴（306）和送料桨（307），所述送料轴（306）转动设置于送料管（301）内且与送料管（301）同轴设置，所述送料桨（307）呈螺旋状且螺旋设置于送料轴（306）圆周外侧；

所述送料仓（303）连通设置有两个第二换气管（305），两个所述第二换气管（305）分别连通至惰性气体源的进气端和出气端；

所述送料仓（303）与送料管（301）连通处和进料管（304）均设置有阀门。

2.根据权利要求1所述的一种高纯石墨提纯系统，其特征在于，所述提纯炉（1）下方设置有出料装置（2），所述出料装置（2）包括出料仓（201），所述出料仓（201）上端与炉体（101）的出料口连通、下端设置有出料管（202）；

所述出料仓（201）连通设置有两个第一换气管（203），两个所述第一换气管（203）分别连通至惰性气体源的进气端和出气端；

所述出料仓（201）与炉体（101）连通处和出料管（202）均设置有阀门。

3.根据权利要求1所述的一种高纯石墨提纯系统，其特征在于，所述送料装置（3）还包括送料环（308），所述送料环（308）呈环形管状，送料环（308）沿炉体（101）内壁固定设置且位于导料板（302）上方，送料环（308）连通至送料管（301），送料环（308）圆周均布有多个送料孔，所述送料孔位于送料环（308）下部且呈上大下小的圆台状。

4.根据权利要求3所述的一种高纯石墨提纯系统，其特征在于，所述送料环（308）内设置有隔板，所述隔板密封设置于送料环（308）内且位于送料环（308）与送料管（301）连通处的一侧。

5.根据权利要求4所述的一种高纯石墨提纯系统，其特征在于，所述送料轴（306）包括刚性段（3061）和柔性段（3062），所述刚性段（3061）转动设置于送料管（301）内，所述柔性段（3062）转动设置于送料环（308）内。

6.根据权利要求1所述的一种高纯石墨提纯系统，其特征在于，所述导风圈（102）的截面下部内侧呈圆形、上部内侧呈椭圆形，导风圈（102）下端与炉体（101）固定连接处下侧呈圆弧状。

7.根据权利要求1所述的一种高纯石墨提纯系统，其特征在于，所述高纯石墨提纯系统还包括除尘设备（4）和净化设备（5），所述除尘设备（4）的进气端连通至炉体（101）的出气口，除尘设备（4）的出气端连通至净化设备（5）的进气端。

8.根据权利要求7所述的一种高纯石墨提纯系统，其特征在于，所述高纯石墨提纯系统还包括换热设备（6），所述换热设备（6）包括换热箱（601）和换热管（602），所述换热管（602）折叠设置于换热箱（601）内，换热管（602）两端分别连通至炉体（101）的出气口和除尘设备（4）的进气端，换热箱（601）的进气端连通至净化设备（5）的出气端和惰性气体源的出气端，换热箱（601）的出气端通过气泵连通至进风环（103）。

9.根据权利要求1所述的一种高纯石墨提纯系统，其特征在于，所述炉体（101）外侧包裹设置有保温仓（7），所述进风环（103）均位于保温仓（7）内，所述保温仓（7）内填充有惰性气体，并且/或者，所述导风圈（102）内设置有发热体。