CN114950328A - 电磁式反应釜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种电磁式反应釜，包括釜体、封头、主轴、进料口、出料口、电磁搅拌器以及螺带；电磁搅拌器设于釜体外，螺带位于釜体内且环绕设置在主轴上；螺带在电磁力作用下运动，实现釜体内物料的搅拌，使物料充分混合；同时螺带内产生感应电流，感应电流产生的涡流热对物料进行加热，热量无需从釜体外传递至釜体内，加热效率更高。主轴为中空结构，在主轴的中空结构内设有加热器；一方面，加热器与涡流热形成反应釜内外两个加热源，提高了物料的加热效率和加热温度，确保加热效果，另一方面在螺带的搅拌作用下物料与主轴不断接触，实现主轴对物料的热传递，解决了釜体中心温度低、加热慢、加热效率低的问题。
Description
技术领域
本发明属于反应釜技术领域，尤其涉及一种电磁式反应釜。
背景技术
锂电池是当前最流行的可充电电池。理想的锂电池具有寿命长，体积小，重量轻，能量密度高，安全性，环境兼容性，成本低等特点。在制造锂电池高端负极材料过程中最核心的环节就是石墨的包覆造粒工艺。常规的包覆造粒方法是将包覆剂或者粘结剂与物料简单混合，但石墨的包覆造粒工艺对产品粒径及包覆均匀性都有要求，否则难以满足市场对负极材料的严苛要求，尤其是在汽车用动力负极材料领域，要求长循环、高倍率、高能量密度等，负极的生产工艺对产品性能影响很大。同时锂电池负极材料用到的包覆造粒物料有粉料及沥青焦等，这些物料的搅拌混合难度十分大，流动阻力也很强，因此，负极材料生产过程中物料的混合搅拌及加热效果成为决定产品质量的最重要因素之一。
目前普遍使用的石墨造粒包覆设备为反应釜，反应釜的广义理解为物理或化学反应的容器。通过对容器的结构设计与参数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配功能。
市场上现有的石墨反应釜虽多种多样，但是仍存在较为明显的问题：
1、搅拌浆带或螺带与物料的接触面积有限，导致物料的混合效果和均匀度不够，热交换不充分，例如授权公告号为CN106000268B，名称为一种用于制造锂离子电池负极材料的高温反应釜的中国专利文献。
2、现有反应釜的传热效率较低。加热丝等加热装置安装在反应釜釜体外，通过加热丝等加热装置加热反应釜釜体，然后利用釜体将热量传递给其内的物料，实现加热，釜体内无法快速升温加热，加热效率较低，同时较长时间的预热会大大浪费资源，提高使用成本，例如申请公布号CN108854925A，名称为一种配套包覆造粒反应釜的多段式可拆卸电加热炉的中国专利文献，以及授权公告号为CN209438612U，名称为一种可快速提高传热效率的石墨反应釜。
3、反应过程中物料粘度、物料间的粘结度都是比较大，锥形釜体的底部易出现死角，且物料容易堵住出料口，极大地影响加热效果及生产效率、产品质量。
4、目前负极材料生产过程中均遇到物料升华或蒸发，导致釜体上封头的人孔及法兰孔堵塞的问题，这一问题也成为行业发展的一个瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁式反应釜，以解决釜体内物料混合效果不佳、加热效率低的问题。本发明在釜体外设有电磁搅拌器，釜体内设有由导电材质制成的螺带，螺带在电磁力作用下运动，实现釜体内物料的搅拌，使物料充分混合；同时螺带内产生感应电流，感应电流产生的涡流热对物料进行加热，热量无需从釜体外传递至釜体内，加热效率更高。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种电磁式反应釜，包括釜体、设于所述釜体顶部的封头、贯穿所述釜体内部且两端延伸至釜体外部的主轴、设于所述封头上的进料口以及设于所述釜体底部的出料口；
所述反应釜还包括电磁搅拌器和螺带；所述电磁搅拌器设于所述釜体外，所述螺带位于所述釜体内且环绕设置在所述主轴上。
进一步地，所述釜体和主轴均是由导电材质制成。
进一步地，所述主轴为中空结构，在所述主轴的中空结构内设有加热器。
优选地，所述加热器为感应加热器，所述感应加热器有多个，多个所述感应加热器沿着主轴长度方向布置。
优选地，所述感应加热器的感应线圈由空心铜管绕制而成。
进一步地，所述螺带呈螺旋状地环绕在旋转机构上，所述旋转机构套设在所述主轴上。
进一步地，所述旋转机构包括多个活动环和连杆；多个所述活动环套设于所述主轴上且通过连杆连接；位于釜体内且在所述主轴下部固设有下限位环；所述旋转机构置于所述下限位环上。
进一步地，在多个所述活动环上均设有加强支杆，在部分所述加强支杆的两侧设有用于清理釜体内壁凝结物料的第一刮带，在最上端的加强支杆上设有与所述封头弧度相同且用于清理封头内壁凝结物料的第二刮带，在最下端的加强支杆上设有刮板；所述螺带还固定在所述加强支杆上。
优选地，位于釜体内且在所述主轴上部固设有上限位环。
进一步地，所述螺带包括第一侧螺带、第二侧螺带和中心螺带；所述第一侧螺带与所述第二侧螺带左右交替且同向设置；所述中心螺带位于第一侧螺带与第二侧螺带之间，且所述中心螺带与所述第一侧螺带和所述第二侧螺带反向设置；同向是指第一侧螺带和第二侧螺带均为螺旋式上升或螺旋式下降，反向是指中心螺带为螺旋式下降或螺旋式上升。
进一步地，对于釜体底部为锥形的反应釜，所述第一侧螺带和第二侧螺带贯穿釜体的直筒部分和锥形部分，所述中心螺带贯穿釜体的直筒部分。
优选地，所述第一侧螺带、第二侧螺带和中心螺带均采用宽面内开孔设计。
进一步地，所述电磁搅拌器由多个电磁搅拌模块组成环状结构，每个所述电磁搅拌模块由铁芯和线圈构成。
进一步地，在所述封头上设有排气阀。
有益效果
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明所提供的一种电磁式反应釜，通过改变电磁搅拌器通电的频率和电流大小，智能控制电磁力的大小，实现螺带强弱搅拌和不同转速下的搅拌，螺带在电磁力作用下旋转运动使釜体内物料搅拌更加充分、均匀，提高了物料混合效果和均匀度；同时，螺带内的感应电流产生涡流热，涡流热直接对物料加热，无需从釜体外传递至釜体内，无热量传递过程，提高了加热效率，螺带运动使涡流热在物料内运动，进一步提高了加热效率。
在主轴内增设加热器，再加上螺带、主轴和釜体的涡流热，大幅提高了加热效率和加热温度，反应釜内外有两个加热源，实现对物料的充分加热；第一刮带和第二刮带避免了物料在釜体内壁和封头上的沉积，防止了凝结物料堵塞封头；出料口的刮板设计防止了物料堵塞出料口。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本发明实施例中电磁式反应釜的结构示意图；
图2是本发明实施例中主轴结构示意图；
图3是本发明实施例中加热器在主轴内的位置图；
图4是本发明实施例中单个加热器示意图；
图5是本发明实施例中感应加热器纵截面图；
图6是本发明实施例中螺带通过旋转机构安装在主轴上的示意图；
图7是本发明实施例中螺带结构示意图；
图8是本发明实施例中电磁搅拌器立体结构图；
图9是本发明实施例中电磁搅拌器横截面图；
图10是本发明实施例中电磁搅拌器纵截面图。
其中，1-主轴，11-上限位环，12-下限位环，13-上卡环，14-下卡环，2-排气阀，3-封头，4-釜体，5-电磁搅拌器，51-电磁搅拌模块，511-铁芯，512-线圈，513-保温石棉，52-螺栓，6-出料口，7-进料口，8-螺带，81-第一侧螺带，82-第二侧螺带，83-中心螺带，9-加热器，91-感应线圈，92-耐火材料，10-旋转机构，101-活动环，102-连杆，103-加强支杆，104-第一刮带，105-第二刮带，106-刮板。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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的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。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
如图1所示，本发明实施例所提供的一种电磁式反应釜包括釜体4、设于釜体4顶部的封头3、贯穿釜体4内部且两端延伸至釜体4外部的主轴1、设于封头3上的进料口7、设于釜体4底部的出料口6、电磁搅拌器5以及螺带8；电磁搅拌器5设于釜体4外，螺带8位于釜体4内且环绕设置在主轴1上。
当电磁搅拌器5通电时，在电磁搅拌器5内产生交变磁场，交变磁场切割螺带8，在螺带8内产生感应电流，感应电流与交变磁场相互作用产生电磁力，螺带8在电磁力的作用下运动，实现釜体4内物料的搅拌，使物料充分混合、搅拌均匀，提高了物料混合效果和均匀度；当物料为导电物料时，电磁力还能驱动物料运动，进一步提高了物料混合效果；同时，螺带8内的感应电流产生涡流热，涡流热直接对物料加热，无需从釜体4外传递至釜体4内，无热量传递过程，提高了加热效率，螺带8运动使涡流热在物料内运动，进一步提高了加热效率。本发明通过改变电磁搅拌器5的通电频率和电流大小来调节交变磁场强度，调节感应电流大小，进而调节电磁力和涡流热的大小，实现了釜体4内物料搅拌速度和加热温度的调节，实现了螺带8强弱搅拌和不同转速下的搅拌。
在本发明的一个具体实施方式中，釜体4和主轴1均是由导电材质制成。示例性的，螺带8、主轴1和釜体4均采用耐高温不锈钢材料制成。在电磁搅拌器5的交变磁场下，在由导电材质制成的釜体4和主轴1内产生感应电流，进而在釜体4和主轴1内产生涡流热，涡流热直接对物料进行加热，进一步提高了加热效率和加热温度，主轴1贯穿釜体4内部，主轴1的涡流热解决了釜体4中心加热慢、加热效率低的问题。
在本发明的一个具体实施方式中，如图2所示，主轴1为中空结构，主轴1通过上卡环13、下卡环14固定在釜体4上。如图3所示，在主轴1的中空结构内设有加热器9，一方面，主轴1内的加热器9与涡流热形成反应釜内外两个加热源，提高了物料的加热效率和加热温度，确保加热效果，另一方面在螺带8的搅拌作用下物料与主轴1不断接触，实现主轴1对物料的热传递，解决了釜体4中心温度低、加热慢、加热效率低的问题。
在本发明的一个具体实施方式中，如图4所示，主轴1内的加热器9为感应加热器，感应加热器有多个，多个感应加热器沿着主轴1长度方向布置，如图2所示；如图5所示，每个感应加热器外均设有耐火材料92，感应加热器的感应线圈91由空心铜管绕制成圆环状置于主轴1内，且每个感应加热器可以通用、互换。当感应加热器的感应线圈91通交流电而产生电磁场，主轴1、螺带8迅速升温，并将温度传递给物料，热传递效率高，加热效果好。
在本发明的一个具体实施方式中，如图6所示，螺带8呈螺旋状地环绕在旋转机构10上，旋转机构10套设在主轴1上。螺带8在电磁力作用下运动，螺带8的运动带动旋转机构10绕主轴1转动，进而螺带8绕主轴1旋转运动，加大了螺带8的运动幅度，提高了物料的搅拌幅度，进而提高了物料的混合效果。
在本发明的一个具体实施方式中，如图6所示，旋转机构10包括多个活动环101和连杆102；多个活动环101套设于主轴1上且通过连杆102连接；位于釜体4内且在主轴1下部固设有下限位环12；旋转机构10置于下限位环12上，下限位环12限制了旋转机构10向下运动的位置。
在本发明的一个具体实施方式中，如图6所示，在多个活动环101上均设有加强支杆103，加强支杆103的长度与该加强支杆103所在釜体4截面的截面半径适应，在部分加强支杆103的两侧(例如在釜体4直筒部分的加强支杆103两侧)设有用于清理釜体4内壁凝结物料的第一刮带104，在最上端的加强支杆103上设有与封头3弧度相同且用于清理封头3内壁凝结物料的第二刮带105，在最下端的加强支杆103上设有刮板106；螺带8还固定在加强支杆103上。加强支杆103增加了螺带8的稳固性；在电磁力的作用下，螺带8和旋转机构10均做旋转运动，第一刮带104、第二刮带105和刮板106均做旋转运动，第一刮带104和第二刮带105随时清理凝结物料，防止了物料在釜体4和封头3上的凝结，防止了物料堵塞封头3的人孔及法兰孔；对于底部为锥形的反应釜，为了避免反应过程中物料相互粘结，在釜体4底部出现死角，堵住物料出料口6，设计刮板106，通过刮板106的旋转运动将物料搅拌打碎出料。旋转机构10支撑整个螺带8、第一刮带104、第二刮带105和刮板106在电磁搅拌器5产生的电磁力作用下做旋转运动。
在本发明的一个具体实施方式中，如图6所示，位于釜体4内且在主轴1上部固设有上限位环11，上限位环11限制了旋转机构10向上运动的位置。
在本发明的一个具体实施方式中，如图7所示，螺带8包括第一侧螺带81、第二侧螺带82和中心螺带83。第一侧螺带81与第二侧螺带82左右交替且同向设置，同向是指第一侧螺带和第二侧螺带均为螺旋式上升或螺旋式下降，本实施例中，相对于釜体4底部，第一侧螺带81与第二侧螺带82环绕主轴1呈上升式分布。中心螺带83位于第一侧螺带81与第二侧螺带82之间，且中心螺带83与第一侧螺带81和第二侧螺带82反向设置，反向是指中心螺带为螺旋式下降或螺旋式上升，本实施例中，相对于釜体4底部，中心螺带83环绕主轴1呈下降式分布。
第一侧螺带81和第二侧螺带82带动物料上提，中心螺带83带动物料下压，由于上提需要克服物料重力，因此设置两条呈上升式分布的侧螺带，而下压顺着重力方向，因此设置一条呈下降式分布的中心螺带83。螺带8采用三螺带8螺旋式设计，保证了物料的充分搅拌、混合。
在本发明的一个具体实施方式中，对于釜体4底部为锥形的反应釜，中心螺带83的长度小于第一侧螺带81和第二侧螺带82的长度，即第一侧螺带81和第二侧螺带82贯穿釜体4的直筒部分和锥形部分，中心螺带83贯穿釜体4的直筒部分。由于锥形部分体积小，物料容易在锥形部分聚集，因而不需要下压作用，因此在锥形部分不需要设置中心螺带83。
在本发明的一个具体实施方式中，如图7所示，第一侧螺带81、第二侧螺带82和中心螺带83均采用宽面内开孔设计，既保证物料与螺带8充分的接触面积，又保证物料不堆积在螺带8上，有充分下落的孔径。
在本发明的一个具体实施方式中，如图8～10所示，电磁搅拌器5采用模块化设计，电磁搅拌器5由6个电磁搅拌模块51通过螺栓52组成环状结构，釜体4位于环状结构内。每个电磁搅拌模块51由铁芯511和线圈512构成，线圈512采用空心螺旋管绕制而成，在空心部分通冷却水，实现线圈的冷却。在每个电磁搅拌模块51外设有保温石棉513。
在本发明的一个具体实施方式中，在封头3上设有排气阀2。
以上所揭露的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，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电磁式反应釜，包括釜体、设于所述釜体顶部的封头、贯穿所述釜体内部且两端延伸至釜体外部的主轴、设于所述封头上的进料口以及设于所述釜体底部的出料口；其特征在于：
所述反应釜还包括电磁搅拌器和螺带；所述电磁搅拌器设于所述釜体外，所述螺带位于所述釜体内且环绕设置在所述主轴上。
2.如权利要求1所述的电磁式反应釜，其特征在于：所述釜体和主轴均是由导电材质制成。
3.如权利要求1所述的电磁式反应釜，其特征在于：所述主轴为中空结构，在所述主轴的中空结构内设有加热器；
优选地，所述加热器为感应加热器，所述感应加热器有多个，多个所述感应加热器沿着主轴长度方向布置；
优选地，所述感应加热器的感应线圈由空心铜管绕制而成。
4.如权利要求1所述的电磁式反应釜，其特征在于：所述螺带呈螺旋状地环绕在旋转机构上，所述旋转机构套设在所述主轴上。
5.如权利要求4所述的电磁式反应釜，其特征在于：所述旋转机构包括多个活动环和连杆；多个所述活动环套设于所述主轴上且通过连杆连接；位于釜体内且在所述主轴下部固设有下限位环；所述旋转机构置于所述下限位环上。
6.如权利要求5所述的电磁式反应釜，其特征在于：在多个所述活动环上均设有加强支杆，在部分所述加强支杆的两侧设有用于清理釜体内壁凝结物料的第一刮带，在最上端的加强支杆上设有与所述封头弧度相同且用于清理封头内壁凝结物料的第二刮带，在最下端的加强支杆上设有刮板；所述螺带还固定在所述加强支杆上；
优选地，位于釜体内且在所述主轴上部固设有上限位环。
7.如权利要求1所述的电磁式反应釜，其特征在于：所述螺带包括第一侧螺带、第二侧螺带和中心螺带；所述第一侧螺带与所述第二侧螺带左右交替且同向设置；所述中心螺带位于第一侧螺带与第二侧螺带之间，且所述中心螺带与所述第一侧螺带和所述第二侧螺带反向设置；同向是指第一侧螺带和第二侧螺带均为螺旋式上升或螺旋式下降，反向是指中心螺带为螺旋式下降或螺旋式上升。
8.如权利要求7所述的电磁式反应釜，其特征在于：对于釜体底部为锥形的反应釜，所述第一侧螺带和第二侧螺带贯穿釜体的直筒部分和锥形部分，所述中心螺带贯穿釜体的直筒部分；
优选地，所述第一侧螺带、第二侧螺带和中心螺带均采用宽面内开孔设计。
9.如权利要求1所述的电磁式反应釜，其特征在于：所述电磁搅拌器由多个电磁搅拌模块组成环状结构，每个所述电磁搅拌模块由铁芯和线圈构成。
10.如权利要求1～9中任一项所述的电磁式反应釜，其特征在于：在所述封头上设有排气阀。
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2022
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