CN205258011U - 一种卧式艾奇逊石墨化炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种卧式艾奇逊石墨化炉，属于石墨化炉技术领域，包括由炉基底、炉头墙体、炉尾墙体和炉墙板围成的炉体，炉头墙体和炉尾墙体分别由导电电极、衬块、石墨粉和耐火砖组成，所述炉基底的上部由下而上依次设置石英砂层和炭黑层，所述炭黑层的上部设置炉芯，所述炉芯包括若干层坩埚、设置在所述坩埚外表面的煅后焦层、及设置在所述煅后焦层外表面的石油焦层，所述炉芯的顶部和侧面设置成型板，所述成型板的顶部和侧面设置保温材料层，炉体的顶部设置集气罩。本实用新型的石墨化炉能达到更高的石墨化温度，负极材料原料及辅材的石墨化程度更高，产品的性能更好，降温快，出炉快，增产节能效果显著。

Description

一种卧式艾奇逊石墨化炉

技术领域

本实用新型属于石墨化炉技术领域，具体涉及一种卧式艾奇逊石墨化炉。

背景技术

艾奇逊炉是19世纪末在生产碳化硅的电阻炉基底础上改造的，其主要特点是装入炉内的负极材料原料与电阻料(焦粒)共同构成炉阻，通电后产生2000~3000℃的高温使负极材料原料石墨化。艾奇逊炉的原理是通过电流流经炉内电阻料而使电阻料产生大量热能（通常电阻料需达到3000度左右的高温），然后再将热能传递到产品，最终实现产品石墨化。传统使用艾奇逊炉加工负极材料需送电30~65个小时，每吨产品的电耗在15000~16000度，电单耗高，而且对环境污染较大；同时，由于受自身加工方式限制，艾奇逊炉上层和下层温度分布不均匀，易造成石墨化过程中产品受热不均导致其石墨化程度不均，从而影响产品质量。申请号为201510562328.7的专利公开了一种锂电池负极材料石墨化炉，包括由耐火砼炉头墙体、耐火砼炉尾墙体和两侧耐火砼墙体围成的长方形炉体，在炉头墙体和炉尾墙体上设有导电电极，导电电极一端伸入至炉体内部，一端伸出到炉头墙体、炉尾墙体外连接供电电源，长方形炉体内设有炭板箱体，所述炭板箱体包括两端的石墨块墙一，两侧的炭板墙，上炭板层、下炭板层，以及设置于炭板箱体内的炭块发热芯。该发明以艾奇逊炉为基础，在炉内设置炭板箱体，利用设置于炭板箱体内的炭块发热芯加热，达到降低能耗，提高产能的目的。该实用新型提供了一种不同结构的石墨化炉，并使用该石墨化炉进行锂电池负极材料的生产。

艾奇逊炉的工业应用已有百年历史，目前我国仍普遍应用。这种炉的特点是结构简单，坚固耐用，容易维修，一直是炭素工业中主要的石墨化设备。尽管如此，艾奇逊石墨化工艺也存在许多问题，目前石墨化炉大多单纯使用煅后焦作为电阻料，但是煅后焦不能与水接触，致使冷却方式受限，只能采用自然冷却，降温慢，延长了出炉时间；其次是煅后焦存在损耗大和污染大的问题，作业过程不便于控制；而且经高温处理后，煅后焦对应的副产品-增碳剂的质量较低。实际生产中，煅后焦的装量只达到炉体体积的1/3左右，致使单炉所得辅材的产量较低，质量不稳定。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种降温快、节能增产的卧式艾奇逊石墨化炉。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种卧式艾奇逊石墨化炉，包括由炉基底、炉头墙体、炉尾墙体和炉墙板围成的炉体，所述炉体以所述炉头墙体和炉尾墙体的中心轴线对称，所述炉基底的上部由下而上依次设置石英砂层和炭黑层，所述炭黑层的上部设置炉芯，所述炉芯包括若干层坩埚、设置在所述坩埚外表面的煅后焦层、及设置在所述煅后焦层外表面的石油焦层，所述炉芯的顶部和侧面设置成型板，所述成型板的顶部和侧面设置保温材料层，所述炉头墙体和炉尾墙体分别由导电电极、衬块、石墨粉和耐火砖组成，每两个所述导电电极之间设置衬块，靠近所述炉芯一侧的导电电极凸出所述衬块1~2厘米，所述导电电极的长度大于所述衬块的长度，所述导电电极远离所述炉芯的一侧通过耐火砖加固，所述导电电极、衬块和耐火砖围成的空间内填充石墨粉，所述炉体的顶部设置集气罩。

进一步的，所述炉墙板包括墙板本体，所述墙板本体为耐火材料制件，所述墙板本体内设置双层钢筋网，所述双层钢筋网之间设置支撑件，所述墙板本体设置散气通孔，所述墙板本体的上方设置挂环，所述墙板本体的侧面设置L型挂钩。

进一步的，所述散气通孔为45度向上的斜孔。

进一步的，所述坩埚沿炉高方向设置2~3层。

进一步的，所述集气罩为凹向所述炉体的弧形结构，所述集气罩的最大截面积大于所述炉体的任一横截面积。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型通过上述内容，提供了一种降温快，单位产品电耗低，产品质量稳定的生产石墨类负极材料的艾奇逊炉。本实用新型中使用了石油焦，并围绕煅后焦进行铺设或填充，使得产品出炉时，煅后焦避免了与外界接触，从而将传统的单一采用自然冷却的方式，改变为可以采用水喷淋冷却的方式，降温加快，缩短了出炉时间，使得单位时间的产品产量增加；其次通过炉体中各层材料间的相互作用，加上严格的装炉工艺，使炉芯的温度可达到3000℃以上，负极材料的质量更优；而且石油焦作为生产增碳剂的原料，通过高温处理，所得增碳剂的各项性能更好，质量更优；采用本实用新型的炉体结构后，在保障炉温及负极材料产量的前提下，煅后焦和石油焦的装炉量增加，增碳剂产量相比传统工艺翻倍，为厂里增加了效益，同时，相比传统工艺，本实用新型单位（吨）产品耗电大幅降低，维持在吨耗电5000度左右，节能效果显著。

采用本实用新型的石墨化炉生产锂电池负极材料，炉芯能达到更高的温度，负极材料原料、煅后焦及石油焦的石墨化程度更高，负极材料成品及增碳剂的性能更好，负极材料成品的吨耗电降低为传统的1/3左右，增碳剂的产量翻倍，而且炉体降温快，出炉快，环保节能效果显著。

附图说明

图1：本实用新型一种卧式艾奇逊石墨化炉的结构示意图；

图2：本实用新型图1的剖视图；

图3：本实用新型图2的A-A剖视图；

图4：本实用新型图3的B-B剖视图；

图5：本实用新型图1中炉墙板的剖视图；

其中，1-炉基底，2-炉头墙体，3-炉尾墙体，4-炉墙板，5-导电电极，6-衬块，7-石墨粉，8-耐火砖，9-石英砂层，10-炭黑层，11-石油焦层，12-煅后焦层，13-坩埚，14-成型板，15-保温材料层，16-集气罩，17-气体回收总管，18-气体收集管道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1~图5，一种卧式艾奇逊石墨化炉，包括由炉基底1、炉头墙体2、炉尾墙体3和炉墙板4围成的炉体，炉体以炉头墙体2和炉尾墙体3的中心轴线对称，炉基底1的上部由下而上依次设置石英砂层9和炭黑层10，炭黑层10的上部设置炉芯，炉芯包括若干层坩埚13、设置在坩埚13外表面的煅后焦层12、及设置在煅后焦层12外表面的石油焦层11，炉芯的顶部和侧面设置成型板14，成型板14的顶部和侧面设置保温材料层15，炉头墙体2和炉尾墙体3分别由导电电极5、衬块6、石墨粉7和耐火砖8组成，每两个导电电极5之间设置衬块6，靠近炉芯一侧的导电电极5凸出衬块61~2厘米，导电电极5的长度大于衬块6的长度，导电电极5远离炉芯的一侧通过耐火砖8加固，导电电极5、衬块6和耐火砖8围成的空间内填充石墨粉7，炉体的顶部设置集气罩16。

其中，导电电极5与变压器电连接；优选的是，导电电极5沿炉宽方向设置4行，沿炉高方向设置3列；衬块6为石墨制件。

如图5所示，炉墙板4包括墙板本体4-1，墙板本体为耐火材料制件，墙板本体内设置双层钢筋网4-2，双层钢筋网之间设置支撑件4-3，墙板本体设置散气通孔4-4，墙板本体的上方设置挂环4-5，墙板本体的侧面设置L型挂钩4-6。其中，墙板本体为耐火材料制件，为炉墙板4的主要支撑部件，内部采用双层钢筋网，且双层网络之间依靠三角形支撑件连接，首先双层钢筋网增加了墙板本体的抗裂性能，防止墙板本体较大的侧向压力损坏炉墙板，三角形支撑件的支撑性能远强于一根钢筋的支撑性能，能够增强双层钢筋网的连接，防止较大侧向压力下钢筋网的形变，对炉墙板的抗压强度和抗拉强度提高较大；散气通孔便于炉体内挥发份的排出和收集，挂环方便炉墙板的移动，起重设备可以直接通过挂环吊起炉墙板进行移动；L型挂钩的开口部位朝下，便于炉墙板的吊装，在未将炉体材料放入时起到平衡支撑的作用，方便炉体的安装和材料的放入。

散气通孔4-4为45度向上的斜孔，使内部气体很容易排出，而外部空气更难进去，降低了产品发生氧化的可能，同时降低对炉墙板4的烧损程度。

本实用新型中坩埚为圆柱空心体，为碳素材料经高温处理后形成的。坩埚在使用前必须将其内部及外部清理干净，在装料的前、中、后需特别注意避免坩埚外部的灰分、水分等杂质内入。坩埚内盛装负极材料原料的具体步骤为：①清理坩埚：彻底清理坩埚内部及外部的杂物，保持坩埚的清洁干净；②装料：将负极材料原料装入坩埚内部，在此过程中，要轻装、轻放，防止坩埚被破坏，装料完毕后将盛装好负极材料原料的坩埚的盖子盖上；③编号、记录：将装料完毕的坩埚进行编号，并记录，即可进行装炉。

本实用新型中，坩埚13沿炉高方向设置两层，坩埚13的层间距为150毫米。每层坩埚13沿炉长方向至少设置两行，沿炉宽方向至少设置两列，坩埚13的行与行之间的缝隙间距为60毫米，列与列之间的缝隙间距为10毫米。坩埚13的行与行之间及列与列之间的缝隙填充煅后焦。

本实用新型中，石英砂、炭黑、石油焦、煅后焦、保温材料、负极材料原料、及冶金焦粒的来源并无特殊限制，可以为一般市售，且均为本领域技术人员所熟知的原料。保温材料可以采用冶金焦粒与石英砂的混合物，可以反复使用；负极材料原料可以采用灰分少，水分少，易导电，超细高碳的材料，具体的可以采用碳微球料、针状焦、沥青焦或天然石墨。

集气罩16为凹向炉体的弧形结构，集气罩16的最大截面积大于炉体的任一横截面积。具体的，集气罩16的上部设置与气体回收总管17相连通的气体收集管道18；集气罩16为耐高温制件，其上设置有若干气体吸入口，气体吸入口与气体收集管道18相通，气体回收总管17与负压机组连接。

本实用新型中，的卧式艾奇逊石墨化炉的装炉工艺，包括如下步骤：

步骤S1：在炉基底上依次铺设石英砂和炭黑，夯实；

步骤S2：吊装和固定炉墙板，将炉体的侧边封闭；

步骤S3：在炉墙板的内侧依次吊装成型板和钢板，炉墙板与成型板之间预留填充保温材料的间距，成型板与钢板之间预留填充石油焦的间距，分别固定成型板和钢板；

步骤S4：在炭黑的上部铺设石油焦，夯实；

步骤S5：在石油焦的上部铺设煅后焦；

步骤S6：将负极材料原料装至坩埚中，将第一层坩埚放置在煅后焦的上部，在第一层坩埚的上部和周侧分别铺设和填充煅后焦；

步骤S7：将第二层坩埚放置在煅后焦的上部，在第二层坩埚的上部和周侧分别铺设和填充煅后焦，重复若干次该步骤，直至达到设计的炉芯要求；

步骤S8：在煅后焦的上部、及成型板与钢板之间分别铺设和填充石油焦，夯实，将钢板抽离；

步骤S9：在石油焦的上部铺设成型板，将石油焦完全覆盖；

步骤S10：在成型板的上部、及炉墙板与成型板之间分别铺设和填充保温材料；

步骤S11：装炉完毕，清理现场，检查线路，设定升温曲线，计算通电量，进行通电升温。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种卧式艾奇逊石墨化炉，包括由炉基底、炉头墙体、炉尾墙体和炉墙板围成的炉体，所述炉体以所述炉头墙体和炉尾墙体的中心轴线对称，其特征在于：所述炉基底的上部由下而上依次设置石英砂层和炭黑层，所述炭黑层的上部设置炉芯，所述炉芯包括若干层坩埚、设置在所述坩埚外表面的煅后焦层、及设置在所述煅后焦层外表面的石油焦层，所述炉芯的顶部和侧面设置成型板，所述成型板的顶部和侧面设置保温材料层，所述炉头墙体和炉尾墙体分别由导电电极、衬块、石墨粉和耐火砖组成，每两个所述导电电极之间设置衬块，靠近所述炉芯一侧的导电电极凸出所述衬块1~2厘米，所述导电电极的长度大于所述衬块的长度，所述导电电极远离所述炉芯的一侧通过耐火砖加固，所述导电电极、衬块和耐火砖围成的空间内填充石墨粉，所述炉体的顶部设置集气罩。

2.如权利要求1所述的卧式艾奇逊石墨化炉，其特征在于：所述炉墙板包括墙板本体，所述墙板本体为耐火材料制件，所述墙板本体内设置双层钢筋网，所述双层钢筋网之间设置支撑件，所述墙板本体设置散气通孔，所述墙板本体的上方设置挂环，所述墙板本体的侧面设置L型挂钩。

3.如权利要求2所述的卧式艾奇逊石墨化炉，其特征在于：所述散气通孔为45度向上的斜孔。

4.如权利要求1所述的卧式艾奇逊石墨化炉，其特征在于：所述坩埚沿炉高方向设置2~3层。

5.如权利要求1所述的卧式艾奇逊石墨化炉，其特征在于：所述集气罩为凹向所述炉体的弧形结构，所述集气罩的最大截面积大于所述炉体的任一横截面积。