CN204298068U - 一种核石墨模块体的生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种核石墨模块体的生产系统，涉及石墨高温生产装置领域。该生产系统按照物料的输送方向，包括依次连接的：混料机、冷等静压机、第一连续石墨化炉、高温高压浸渍机和第二连续石墨化炉，配以密闭输料系统、真空系统、冷却系统、进出气系统、回收系统和电源系统。采用本实用新型实施例提供的核石墨模块体的生产系统，可得到高纯度、高密度、高强度、高性能的核石墨模块体，实现了核石墨的工业化生产，能够满足工业对核石墨的需求。

Description

一种核石墨模块体的生产系统

技术领域

本实用新型涉及石墨高温生产装置领域，尤其涉及一种核石墨模块体的生产系统。

背景技术

石墨具有耐高温、良好的导电导热性能、良好的润滑性、可塑性、抗热震性以及化学性能稳定等特点，因此，石墨材料越来越广泛地应用于各行业领域，已成为现代工业技术中不可缺少的一种非金属材料。石墨材料作为一种工业原料，在一些特殊行业和高科技技术领域内具有举足轻重的地位，如原子能、汽车工业、航天技术等，这些行业使用的石墨均须是碳含量在99.9％以上的高纯度石墨。一般石墨产品的纯度无法满足高纯石墨行业的要求，因而，高纯石墨材料的开发、生产已成为石墨材料向更宽、更深领域发展亟需解决的问题之一。

核石墨技术含量更高，附加值更大。核石墨材料的热膨胀系数低，在高温下不易变形，同时能有效吸附核辐射粒子，具有良好的中子减速性能，作为减速剂存在于核反应堆中。因此，从第一代核电站建设时起，核石墨外罩就是重要的安全技术，核石墨是名副其实的核电站里的“安全卫士”。

2013年1月，我国自主研发的世界首座第四代核电站在位于山东省荣成市的华能石岛湾核电厂重新开工建设。这是中国拥有自主知识产权的第一座高温气冷堆示范电站，也是世界上第一座具有第四代核能系统安全特性模块式高温气冷堆商用规模示范电站。核电站反应堆的升级换代，对核石墨的需求也水涨船高。新一代的核石墨外罩需要做到一步成型，无缝衔接，这对核石墨材料的生产技术提出了新的要求。

目前中国的核石墨研究水平已处于世界前列，但其工业生产水平却严重脱节，缺乏核石墨的工业生产工艺。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种核石墨模块体的生产系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种核石墨模块体的生产系统，按照物料的输送方向，包括依次连接的：混料机1、冷等静压机2、第一连续石墨化炉3、高温高压浸渍机4和第二连续石墨化炉5，配以密闭输料系统、真空系统、冷却系统、进出气系统、回收系统和电源系统。

具体地，第一连续石墨化炉3和第二连续石墨化炉5均包括不锈钢外壳、石墨内衬套筒和绝缘填充层，且不锈钢外壳上缠绕冷却管。

优选地，第一连续石墨化炉3和第二连续石墨化炉5均包括进料筒6、上储料筒7、炉体8和下储料筒9，进料筒6的底部与上储料筒7的上部连通，上储料筒7的底部与炉体8的上部连通，炉体8的底部通过出料筒与下储料筒9连通。

优选地，进料筒1的出口斜角设置为20-30°。

优选地，进料筒1的进口处设置有进口阀门10，进料筒1的出口处设置有出口阀门11，进口阀门10和出口阀门11均为电控阀门；进料筒1的底部设置有光电管，光电管分别与进口阀门10和出口阀门11信号连接。

优选地，上储料筒7的出口处设置有冷却结构，上储料筒7的出口的斜角设置为20－30°。

优选地，炉体8内设置有中频加热线圈13，中频加热线圈13中设置有高纯石墨碳管14。

优选地，中频加热线圈13的上部和下部均设置测温管15；在炉体8内相同温度的同一区段内，相邻两个中频加热线圈13之间设置一个测温管15。

优选地，高纯石墨碳管14外还依次设置有绝缘层16和保温层17。

优选地，炉体8从进料口到出料口依次包括：升温区、高温区、降温区和冷却区，且所述升温区、高温区、降温区和冷却区分别设置有加热温控系统。

本实用新型的有益效果是：采用本实用新型实施例提供的核石墨模块体的生产系统，可得到高纯度、高密度、高强度、高性能的核石墨模块体，实现了核石墨的工业化生产，能够满足工业对核石墨的需求。

附图说明

图1是核石墨模块体的生产系统的结构示意图；

图2是连续石墨化炉的结构示意图。

图中，各符号的含义如下：

1混料机，2冷等静压机，3第一连续石墨化炉，4高温高压浸渍机，5第二连续石墨化炉，6进料筒，7上储料筒，8炉体，9下储料筒，10进口阀门，11出口阀门，12法兰，13中频加热线圈，14高纯石墨碳管，15测温管，16绝缘层，17保温层，18排料管。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种核石墨模块体的生产系统，按照物料的输送方向，依次包括：混料机1、冷等静压机2、第一连续石墨化炉3、高温高压浸渍机4和第二连续石墨化炉5，配以密闭输料系统、真空系统、冷却系统、进出气系统、回收系统和电源系统。

该生产系统的工作过程包括：

步骤一，一次石墨化过程：

经过密闭管道输送高纯石墨、石墨粉和添加剂煤沥青到混料机内进行充分混合后，输送到冷等静压机料仓内，在350mp压力下成型，获得高密度的核石墨模块体，然后将该核石墨模块体输送到第一连续石墨化炉进行一次石墨化处理。10万吨核石墨模块体生产过程中，这些高纯石墨和石墨粉仍有极少量(849.9公斤)的无机杂质(B、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO、MgO、CuO等)存在，这些无机杂质经强冷却后成纳米级材料，可以直接回收销售。煤沥青在300-700℃温度段内将产生大量气体，强冷却后煤沥青中的主要成份为氢和碳氢化合物(甲烷、苯并芘)，共计225吨，在1000℃-2800℃温度段内，其中的苯并芘分子结构被破坏分解成CO₂和H₂排出，其余物质可直接回收处理；有9吨灰分回收后作为染料添加剂利用；还有部分挥发性物质(CO₂、N₂、H₂O蒸汽)可直接挥发至空气中。

步骤二，高温高压浸渍过程：

一次石墨化后对核石墨模块体进行高温高压浸渍。将核石墨模块体装入高温 高压浸渍机内，用真空系统抽真空，开始向高温高压浸渍机内注入煤沥青、碳纤维、高纯石墨，在注入的同时继续抽真空；注入后，关闭真空系统，利用煤沥青加压泵继续向浸渍机内注入，并用煤沥青为介质加压，使高温高压机浸渍室内压力达到100pa，温度不低于1000℃；加压设定时间结束后，打开降压阀，降低浸渍室内压力，浸渍室内剩余物(煤沥青、碳纤维、高纯石墨)用压缩空气排出到储存容器当中，并回收重复使用；高温高压浸渍直到沥青全部碳化为止，使全部废气转换成CO₂、N₂、H₂O蒸汽。制品将得到最大的浸渍增大密度，这是因为沥青不仅能浸入制品的全部气孔,而且沥青没有减压后外溢现象，只有极少气体(10.01公斤的CO₂、N₂、H₂O蒸汽)排放至空气中，核石墨模块体经冷却后转入下二次石墨化处理过程。

步骤三，二次石墨化过程：

经过步骤二处理后得到的核模块，再通过2800℃二次石墨化将获得高纯度、高密度、高强度、高性能的核石墨模块，核石墨模块在二次石墨化过程中仍会产生100公斤无机杂质(B、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO、MgO、CuO)，这些物质经强冷却后成纳米级材料，直接回收待用。

该生产系统主要是利用石墨耐高温，以及良好电导体的性质，石墨中的杂质在极高温度下通过自身的蒸气压挥发或升华，从导气孔中逸出至与主体设备相连的导管并进行冷凝收集。主体设备有两套冷凝收集器，生产一定时间后可切换，通过冷凝收集器后用切换阀切换，将前一套冷凝器中的收集物清理后备用，通过冷凝收集器后再进入一个用循环水冷却的冷却桶。

可见，采用本实用新型实施例提供的核石墨模块体的生产系统，可得到高纯度、高密度、高强度、高性能的核石墨模块体，实现了核石墨的工业化生产，能够满足工业对核石墨的需求。

本实施例中，第一连续石墨化炉3和第二连续石墨化炉5均包括不锈钢外壳、石墨内衬套筒和绝缘填充层，且不锈钢外壳上缠绕冷却管。

如图2所示，第一连续石墨化炉3和第二连续石墨化炉5均包括进料筒6、上储料筒7、炉体8和下储料筒9，进料筒6的底部可与上储料筒7的上部连通，上储料筒7的底部与炉体8的上部连通，炉体8的底部通过出料筒与下储料筒9连通。

其中，进料筒的底部设置有阀门，将阀门打开，可以使进料筒与上储料筒连通。

上储料筒的底部与炉体的上部可以通过法兰连接。

首先，空炉运行：

连续石墨化炉安装冷调试完成后，进行空载运行，在200－500℃下将炉内湿气、粉尘抽出，然后在2800℃下运行10小时。

然后，负载运行：

除进料筒外连续石墨化炉先抽真空至≤-0.09MPa后充氩气。

负载运行具体为：

进料：进料筒装满料后关闭上部和下部的阀门，抽真空至≤-0.09MPa；然后充氩气，达到一个大气压；打开下部的阀门向上储料筒送料，送料完毕后，关闭下部的阀门，再打开上部的阀门重新进料，重复以上操作，直至炉体和下储料筒中均充满料。进料筒的供料速度≥500公斤/小时；

提纯：炉体内通电升温至2800℃，并保持该温度3小时；

出料：打开下储料筒底部连接的排料阀，通过排料管18排料，当排料量达到500公斤时，进料筒开始进料，同时继续排料，排料至2.5吨(炉体下部的0.5吨与下储料筒的2吨)时，将2.5吨排料返回至原料堆作为原料使用；排料量达到2.5吨后，得到的排料即为产品，可以连续出料包装。

最后，停炉

因节假日或检修需停炉时，先停电，冷却水和氩气不停，将料清空，炉体温度低于400℃后可停气，低于100℃后可停水。

因此，采用上述结构的连续石墨化炉，实现了石墨化的密闭式、连续式的生产，不但减小了劳动强度，而且避免了大量的废气和粉尘的产生。

进料筒1的出口斜角为20-30°。

其中，本实施例中，进料筒1可以采用A3钢板制作，内表面抛光，将出口设置成一定的倾斜角度，且斜角可以为20-30°，可以保证物料从进料筒顺畅的输送至上储料筒中。

本实施例中，进料筒1的进口处设置有进口阀门10，进料筒1的出口处设置有 出口阀门11，进口阀门10和出口阀门11均为电控阀门；进料筒1的底部设置有光电管(图中未示出)，光电管分别与进口阀门10和出口阀门11信号连接。

工作过程为：物料从进料筒向上储料筒中输送完毕时，物料输送完毕的光电管工作讯号就会传送给进口阀门和出口阀门，使进口阀门打开，出口阀门关闭，重新向进料筒中进料。这一装置在气封技术成熟的条件下可用气封装置取代，直接通过气封装置连续向上储料筒送料。

采用上述结构，实现了对进料筒进料的自动控制。

上储料筒7的出口处设置有冷却结构，上储料筒7的出口的斜角设置为20－30°。

其中，上储料筒通过法兰12与炉体连通，上储料筒的储量为1.5吨。其中，出口处设置的冷却结构可以采用夹层水冷结构。

将出口的斜角设置为20－30°，可以保证物料从上储料筒能够顺畅的输送至炉体内。

本实施例中，炉体8内设置有中频加热线圈13，中频加热线圈13中设置有高纯石墨碳管14。

在中频加热线圈中设置有高纯石墨碳管，在克服了中频加热渗透性不均匀的同时，使用石墨碳管可以在中频电磁场的作用下形成很强的感应电流，从而使石墨碳管迅速发热升温，以保证炉膛能够达到设定要求的高温，从而得到高纯度的核石墨。

本实施例中，中频加热线圈13的上部和下部均可以设置测温管15，优选地，在炉体内相同温度的同一区段内，相邻两个中频加热线圈之间可以设置一个测温管。

由于炉体的高度尺寸比较大，为了使炉体内各区段的温度能够达到设定的要求，可以在炉体内沿着竖向设置多个中频加热线圈，为了采集到比较准确的炉体内区段的温度，可以在每个中频加热线圈的上部和下部均设置测温管。其中，测温管可以采用双比色红外仪用测温管。

优选地，在炉体内相同温度的同一区段内，在相邻两个中频加热线圈之间设置一个测温管，用于测量相邻两个中频加热线圈的温度，在保证测量准确的前 提下，可以节约成本。

本实施例中，高纯石墨碳管14外还可以依次设置有绝缘层16和保温层17。

本实施例中，炉体8从进料口到出料口依次包括：升温区、高温区、降温区和冷却区，且升温区、高温区、降温区和冷却区分别设置有加热温控系统。

炉体分四段制造，上下共两段，中段分二段，分四段后每段间的联结结构既保证了温度上升快，又使石墨原料各点温度均匀，从而能够实现原料推进过程中杂质迅速蒸发排走。每段的加热温控自成系统，可以对每段进行独立的温度控制。

通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：采用本实用新型实施例提供的核石墨模块体的生产系统，可得到高纯度、高密度、高强度、高性能的核石墨模块体，实现了核石墨的工业化生产，能够满足工业对核石墨的需求。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。

上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、 “包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种核石墨模块体的生产系统，其特征在于，按照物料的输送方向，包括依次连接的：混料机、冷等静压机、第一连续石墨化炉、高温高压浸渍机和第二连续石墨化炉，配以密闭输料系统、真空系统、冷却系统、进出气系统、回收系统和电源系统。

2.根据权利要求1所述的核石墨模块体的生产系统，其特征在于，所述第一连续石墨化炉和所述第二连续石墨化炉均包括不锈钢外壳、石墨内衬套筒和绝缘填充层，且所述不锈钢外壳上缠绕冷却管。

3.根据权利要求1所述的核石墨模块体的生产系统，其特征在于，所述第一连续石墨化炉和所述第二连续石墨化炉均包括进料筒、上储料筒、炉体和下储料筒，所述进料筒的底部与所述上储料筒的上部连通，所述上储料筒的底部与所述炉体的上部连通，所述炉体的底部通过出料筒与所述下储料筒连通。

4.根据权利要求3所述的核石墨模块体的生产系统，其特征在于，所述进料筒的出口斜角设置为20-30°。

5.根据权利要求3所述的核石墨模块体的生产系统，其特征在于，所述进料筒的进口处设置有进口阀门，所述进料筒的出口处设置有出口阀门，所述进口阀门和所述出口阀门均为电控阀门；所述进料筒的底部设置有光电管，所述光电管分别与所述进口阀门和出口阀门信号连接。

6.根据权利要求3所述的核石墨模块体的生产系统，其特征在于，所述上储料筒的出口处设置有冷却结构，所述上储料筒的出口的斜角设置为20－30°。

7.根据权利要求3所述的核石墨模块体的生产系统，其特征在于，所述炉体内设置有中频加热线圈，所述中频加热线圈中设置有高纯石墨碳管。

8.根据权利要求7所述的核石墨模块体的生产系统，其特征在于，所述中频加热线圈的上部和下部均设置测温管；在所述炉体内相同温度的同一区段内，相邻两个所述中频加热线圈之间设置一个测温管。

9.根据权利要求7所述的核石墨模块体的生产系统，其特征在于，所述高纯石墨碳管外还依次设置有绝缘层和保温层。

10.根据权利要求3所述的核石墨模块体的生产系统，其特征在于，所述炉体从进料口到出料口依次包括：升温区、高温区、降温区和冷却区，且所述升 温区、高温区、降温区和冷却区分别设置有加热温控系统。