CN116136362A - 一种锂电池负极材料生产用石墨化炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂电池负极材料生产用石墨化炉，包括炉头、炉尾、两侧的侧墙及炉底组成的炉体，炉体内部为料箱，料箱内部设有呈长方阵列排列的若干个坩埚，各坩埚纵向间隔50mm，横向间隔20mm，呈长方阵列排列的坩埚整体距离炉头300‑500mm，距离炉尾300‑500mm，距离侧墙1000‑1200mm；炉头、炉尾的墙体对称设置，炉头、炉尾的墙体内设有由石墨电极与石墨块组成的导电墙；两侧的侧墙与炉底内设有散热空气通道；坩埚间、坩埚与导电墙间填充有电阻料。通过限制坩埚在料箱内的位置，使坩埚加热速率稳定，通过对炉头、炉尾导电墙的设置使电阻料的生热速率更加均匀稳定，通过设置散热空气通道使石墨化炉降温均匀且速度稳定。

Description

一种锂电池负极材料生产用石墨化炉

技术领域

本发明涉及石墨化炉技术领域，尤其涉及一种锂电池负极材料生产用石墨化炉。

背景技术

随着动力电池与储能电池等锂电池的广泛应用，其主要材料石墨负极的需求也急剧增加，在人造石墨负极材料的生产中，石墨化为成本最高的工序，占人造石墨负极材料生产成本的50-55%，为了尽可能降低生产成本，使用大型石墨化炉在单次生产过程中生产更多的产品为最直接有效的方式。

艾奇逊石墨化炉是目前应用最广泛的一种炉型，相比其他石墨化炉型具有产量大、加热时间短的优点，艾奇逊炉是外热式的，即由被石墨化的电极坯料和电阻料构成的炉芯作为一个发热体，炉体两端墙上设置有导电电极，并与电源相连接，构成通电的回路。当电路接通，电流由炉头的石墨电极接入，经过导电墙，再通过炉芯时，由电阻料和坩埚产生的焦耳热可以将炉芯温度逐渐加热到2500-3000℃，实现电极坯料的石墨化。但是在艾奇逊炉大型化的同时存在着炉内升温速率不稳定、加热物料不均匀的问题，导致坩埚在高温过程中出现开裂现象，影响了产品质量，并且炉体内温度过高时，在燃烧过程中会挥发气体，产生喷炉甚至爆炸的风险，因此同时需要设有散热结构，而现有技术中常采用水冷等快速降温方式且仅将冷却装置设置在底部，但在大型石墨化炉的实际生产中则会因为局部降温速度过快导致物料开裂，并且额外耗费水与电能，提升了生产成本。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种锂电池负极材料生产用石墨化炉，通过限制坩埚在料箱内的位置，使坩埚加热速率稳定，通过对炉头、炉尾导电墙的设置使电流经过导电墙时通过电阻料的电流更加均匀，进而使电阻料的生热速率更加均匀稳定，通过设置散热空气通道使石墨化炉降温均匀且速度稳定，将内外壁面温度控制在耐火材料合理使用范围内。

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种锂电池负极材料生产用石墨化炉，包括炉头、炉尾、两侧的侧墙及炉底组成的炉体，炉体内部为料箱，料箱内部设有呈长方阵列排列的若干个坩埚，所述料箱内部各坩埚纵向间隔50mm，横向间隔20mm，呈长方阵列排列的坩埚整体距离炉头300-500mm，距离炉尾300-500mm，距离侧墙1000-1200mm；炉头、炉尾的墙体对称设置，炉头、炉尾的墙体内设有由石墨电极与石墨块组成的导电墙；两侧的侧墙与炉底内设有散热空气通道；坩埚之间、坩埚与导电墙之间填充有电阻料。

进一步地，呈长方阵列排列的坩埚整体与两侧墙之间填充有保温料，所述电阻料与保温料的材料为冶金焦，电阻料粒度为10-25mm，保温料的粒度为10mm以下，电阻料与保温料的体积比为2:3。

进一步地，散热空气通道包括炉底空气通道和侧墙空气通道，炉底沿长度方向设有若干条相互平行的炉底空气通道，所述炉底空气通道两端贯穿侧墙，所述侧墙内设有若干条侧墙空气通道，炉底空气通道与相邻的两侧墙空气通道相连通，侧墙空气通道上端在炉顶处与侧墙外侧连通。各炉底空气通道间隔0.4-0.6米。炉体外壁为耐火粘土砖砌筑。

进一步地，炉头、炉尾中心设有长方阵列排列的若干个石墨电极，各石墨电极通过石墨块限位固定；炉体里层的石墨块包围各石墨电极；炉体中层的石墨块设于石墨电极下方。所述长方阵列排列的若干个石墨电极为4×3均匀排列。

进一步地，所述侧墙设有两组相对设置的测温孔，所述测温孔为通孔，一组设于侧墙正中心位置，另一组设于侧墙靠近炉头处，高度与石墨电极长方阵列中心高度相同。

进一步地，炉体里层的导电墙外围设有炭块，炭块底部与两侧设有耐火高铝砖；炉体中层的炉底上方设有耐火高铝砖，与炉体里层的耐火高铝砖平齐，最下行的石墨块下方设有炭块，与耐火高铝砖相连；炉体中层填装石墨碎至与侧墙上方平齐；炉体的外壁上方填有耐火浇注料。

本发明的有益效果是：

1、本发明的一种大型锂电池负极材料石墨化炉，通过限制坩埚在料箱内的位置，使内部组成一套节能稳定的炉芯系统，坩埚生热的速率稳定，内部的物料通过合理的升温曲线升高至3000摄氏度以上，避免了坩埚在高温过程中升温不均匀、速度过快而出现的开裂现象，保证了物料的质量与实收率；

2、通过控制电阻料与保温料的粒度与配比，使电阻料的整体电阻值范围合理，保温料导热系数合理，从而使整个石墨化炉的吨用电功率降到7000kw/h以下，使炉墙炉底温度稳定在耐火材料的使用范围内，增强耐火材料的使用寿命，节省了能源成本；

3、通过设置空气通道使冷空气对侧墙和炉底进行散热，将温度控制在耐火材料合理使用范围内，避免耐火材料温度过高而导致的变形，开裂，散热匀速稳定速度适中，避免“喷炉”现象的产生；

4、通过设置长方阵列排列的炉头电极和由石墨块组成的导电墙，使石墨化炉的最大电流符合炉头石墨电极的用电指标，通过电阻料的电流更加均匀，不会出现偏流现象，进而使电阻料的生热速率均匀稳定，提升了产品的质量。

附图说明

图1为本发明的一种大型锂电池负极材料石墨化炉的横向剖面图；

图2为本发明的一种大型锂电池负极材料石墨化炉在图1的A-A处的纵向剖面图；

图3为本发明的一种大型锂电池负极材料石墨化炉在图1的B-B处的纵向剖面图。

图4为本发明的一种大型锂电池负极材料石墨化炉的横向剖面图；

图5为本发明的料箱俯视图。

图中：1、侧墙；2、侧墙空气通道；3、炉底空气通道；4、耐火浇注料；5、炭块；6、石墨块；7、石墨电极；8、耐火高铝砖；9、石墨碎；10、炉底；11、测温孔；12、坩埚；13、电阻料；14、保温料；15、料箱；16、炉体里层；17、炉体中层。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”等方位名词以图1的定向为参照。

如图1-5所示，本发明实施例提出的一种锂电池负极材料生产用石墨化炉，包括炉头、炉尾、两侧的侧墙1及炉底10组成的炉体，炉体内部为料箱15，料箱15内部设有呈长方阵列排列的若干个坩埚12，所述料箱15内部各坩埚12纵向间隔50mm，横向间隔20mm，呈长方阵列排列的坩埚12整体距离炉头300-500mm，距离炉尾300-500mm，距离侧墙1000-1200mm；炉头、炉尾的墙体对称设置，炉头、炉尾的墙体内设有由石墨电极7与石墨块6组成的导电墙；两侧的侧墙1与炉底10内设有散热空气通道；坩埚12之间、坩埚12与导电墙之间填充有电阻料13。

通过限制坩埚12在料箱15内的位置，使炉体内部组成一套节能稳定的炉芯系统，坩埚12生热的速率稳定，内部的物料通过合理的升温曲线升高至3000摄氏度以上，避免了坩埚12在高温过程中升温不均匀、速度过快而出现的开裂现象，保证了物料的质量与实收率。

具体地，呈长方阵列排列的坩埚12整体与两侧墙1之间填充有保温料14，所述电阻料13与保温料14的材料为冶金焦，电阻料13粒度为10-25mm，保温料14的粒度为10mm以下，电阻料13与保温料14的体积比为2:3。

通过控制电阻料13与保温料14的粒度与配比，使电阻料13的整体电阻值范围合理，保温料14导热系数合理，从而使整个石墨化炉的吨用电功率降到7000kw/h以下，使炉墙炉底温度稳定在耐火材料的使用范围内，增强耐火材料的使用寿命，节省了能源成本。

具体地，散热空气通道包括炉底空气通道3和侧墙空气通道2，炉底10沿长度方向设有若干条相互平行的炉底空气通道3，所述炉底空气通道3两端贯穿侧墙1，所述侧墙1内设有若干条侧墙空气通道2，炉底空气通道3与相邻的两侧墙空气通道2相连通，侧墙空气通道2上端在炉顶处与侧墙1外侧连通。炉底空气通道3每4条为一组，每条间隔0.4-0.6米，每组距离2-3米。炉体外壁为耐火粘土砖砌筑。

通过设置空气通道使冷空气对侧墙1和炉底10进行散热，将温度控制在耐火材料合理使用范围内，避免耐火材料温度过高而导致的变形，开裂；此外还可以将高温后电阻料13和保温料14内部挥发出的气体由耐火粘土砖砖缝或孔隙结构析出，经由空气通道排出，避免“喷炉”现象的产生，散热匀速稳定速度适中，15天左右即可完成。

具体地，炉头、炉尾中心设有长方阵列排列的若干个石墨电极7，各石墨电极7通过石墨块6限位固定；炉体里层16的石墨块6包围各石墨电极7；炉体中层17的石墨块6设于石墨电极7下方。所述长方阵列排列的若干个石墨电极7为4×3均匀排列。

更具体地，炉体里层16包围各石墨电极7的石墨块6为S1、S2、S3、S4，石墨块S1、S2的宽为S3、石墨电极7、S4的宽之和，石墨块S1设于石墨电极长方阵列的上下两侧，石墨块S2设于石墨电极长方阵列中每行石墨电极间；石墨块S3、S4的高与石墨电极7的高相等，石墨块S3设于石墨电极长方阵列的左右两侧，石墨块S4设于石墨电极长方阵列中每列石墨电极7间。

炉体中层17设于石墨电极7下方的石墨块6为S5、S6，石墨块S5、S6的宽与石墨电极7的宽相等，石墨块S5设于石墨电极长方阵列中每行石墨电极7间，石墨块S6与石墨块S1的高相等，石墨块S6设于石墨电极长方阵列最下行石墨电极7下方。

通过设置长方阵列排列的炉头电极和由石墨块6组成的导电墙，使石墨化炉的最大电流符合炉头石墨电极7的用电指标，通过电阻料13的电流更加均匀，不会出现偏流现象，进而使电阻料13的生热速率均匀稳定，提升了产品的质量。

具体地，所述侧墙1设有两组相对设置的测温孔11，所述测温孔11为通孔，一组设于侧墙1正中心位置，另一组设于侧墙1靠近炉头处，高度与石墨电极长方阵列中心高度相同。

通过设置测温孔11，便于将测温装置插入内部的保温料14和电阻料13中，监测料箱15内温度。

具体地，炉体里层16的导电墙外围设有炭块5，炭块5底部与两侧设有耐火高铝砖8；炉体中层17的炉底10上方设有耐火高铝砖8，与炉体里层16的耐火高铝砖8平齐，最下行的石墨块6下方设有炭块5，与耐火高铝砖8相连；炉体中层17填装石墨碎9至与侧墙1上方平齐；炉体的外壁上方填有耐火浇注料4。

砌炭块5和石墨块6所用的石墨糊为粒度小于0.2mm的石墨粉加糖调成稠糊状。导电墙与最外侧耐火粘土砖墙之间填装的石墨碎9为5mm粒度。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种锂电池负极材料生产用石墨化炉，包括炉头、炉尾、两侧的侧墙（1）及炉底（10）组成的炉体，炉体内部为料箱（15），其特征在于：料箱（15）内部设有呈长方阵列排列的若干个坩埚（12），所述料箱（15）内部各坩埚（12）纵向间隔50mm，横向间隔20mm，呈长方阵列排列的坩埚（12）整体距离炉头300-500mm，距离炉尾300-500mm，距离侧墙（1）1000-1200mm；

炉头、炉尾的墙体对称设置，炉头、炉尾的墙体内设有由石墨电极（7）与石墨块（6）组成的导电墙；

两侧的侧墙（1）与炉底（10）内设有散热空气通道；

坩埚（12）之间、坩埚（12）与导电墙之间填充有电阻料（13）。

2.如权利要求1所述的一种锂电池负极材料生产用石墨化炉，其特征在于：呈长方阵列排列的坩埚（12）整体与两侧墙（1）之间填充有保温料（14），所述电阻料（13）与保温料（14）的材料为冶金焦，电阻料（13）粒度为10-25mm，保温料（14）的粒度为10mm以下，电阻料（13）与保温料（14）的体积比为2:3。

3.如权利要求1所述的一种锂电池负极材料生产用石墨化炉，其特征在于：所述散热空气通道包括炉底空气通道（3）和侧墙空气通道（2），炉底（10）沿长度方向设有若干条相互平行的炉底空气通道（3），所述炉底空气通道（3）两端贯穿侧墙（1），所述侧墙（1）内设有若干条侧墙空气通道（2），炉底空气通道（3）与相邻的两侧墙空气通道（2）相连通，侧墙空气通道（2）上端在炉顶处与侧墙（1）外侧连通。

4.如权利要求3所述的一种锂电池负极材料生产用石墨化炉，其特征在于：各炉底空气通道（3）间隔0.4-0.6米。

5.如权利要求1所述的一种锂电池负极材料生产用石墨化炉，其特征在于：炉体外壁为耐火粘土砖砌筑。

6.如权利要求1所述的一种锂电池负极材料生产用石墨化炉，其特征在于：所述炉头、炉尾中心设有长方阵列排列的若干个石墨电极（7），各石墨电极（7）通过石墨块（6）限位固定；炉体里层（16）的石墨块（6）包围各石墨电极（7）；炉体中层（17）的石墨块（6）设于石墨电极（7）下方。

7.如权利要求6所述的一种锂电池负极材料生产用石墨化炉，其特征在于：所述长方阵列排列的若干个石墨电极（7）为4×3均匀排列。

8.如权利要求6所述的一种锂电池负极材料生产用石墨化炉，其特征在于：所述侧墙（1）设有两组相对设置的测温孔（11），所述测温孔（11）为通孔，一组设于侧墙（1）正中心位置，另一组设于侧墙（1）靠近炉头处，高度与石墨电极（7）长方阵列中心高度相同。

9.如权利要求6所述的一种锂电池负极材料生产用石墨化炉，其特征在于：炉体里层（16）的导电墙外围设有炭块（5），炭块（5）底部与两侧设有耐火高铝砖（8）；炉体中层（17）的炉底（10）上方设有耐火高铝砖（8），与炉体里层（16）的耐火高铝砖（8）平齐，最下行的石墨块（6）下方设有炭块（5），与耐火高铝砖（8）相连；炉体中层（17）填装石墨碎（9）至与侧墙（1）上方平齐；炉体的外壁上方填有耐火浇注料（4）。

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