CN210321181U - 一种节能高效型碳管炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种节能高效型碳管炉，包括外部结构和内部结构，外部结构包括炉头管、大电流变压器、铜板一、铜板二、顶梁、盖板紧固螺丝、盖板、顶梁支架、保温材料入口、端盖、炉壳、炉体支架、炉尾冷却水套出水口、炉尾冷却水套、炉尾冷却水套进水口和冷却水套进水口，内部结构设置在外部结构内，内部结构包括固定螺栓、铜电极、冷却水套、石墨电极套、隔离钢套一、隔离钢套二、炉尾管、过渡法兰、冷却水套出水口和加热碳管。本实用新型与现有技术相比的优点在于：结构简单精巧、功能齐全、提纯效率高、石墨提纯度高、无易损件、保温效果好、能源消耗低。
Description
技术领域
本实用新型涉及石墨提纯领域，具体是指一种节能高效型碳管炉。
背景技术
现有石墨提纯工艺通常在开采石墨矿后进行破碎，然后通过浮选法去除大部分密度较高的石块等杂质，之后再使用酸对纯度较低的石墨进行清洗。通常经过酸洗的石墨纯度可达到95％以上，但是对于石墨电极、人造金刚石行业等所需要石墨纯度相比，还远远不够，因此后道还需要使用高温提纯石墨设备。
现阶段工业上常用的石墨提纯设备有三种，按照单台设备产量由大到小依次为艾奇逊炉、大型石墨提纯炉、碳管炉。
艾奇逊炉在19世纪被艾奇逊发明，主要生产原理为在长形炉体内装入石墨的胚料和保温导电颗粒物(通常为碳)，然后在长形炉体两端通电，使得石墨及保温导电颗粒物由于自身的电阻作用发热，温度可以到达2200℃以上，但是由于用作保温导电的颗粒物通常纯度较低，含有较大比例的杂质，在加热过程中有大量挥发性杂质溢出，对环境污染极大，现有的艾奇逊炉基本为上世纪所建，并未有新建艾奇逊炉。
大型石墨提纯炉相比于艾奇逊炉较为环保，单台设备产量略小于艾奇逊炉，同时支持连续生产，每小时产量可达100kg以上。但是由于为了追求产量，炉体过大，每次产出石墨纯度不稳定，在炉体中间部位的石墨纯度可达99.99％以上，靠近炉壳处的石墨纯度仅为99.9％。对于高端行业，尤其是人造金刚石所需材料而言，纯度过低且质量不够稳定，影响人造金刚石合成质量。
碳管炉相比于艾奇逊炉和大型石墨提纯炉而言产量过小，与本发明同类产品通常单台设备每月产量仅3吨。但是在生产过程中可以连续生产，炉内产品质量较为稳定。同时可以实时对产品进行检验，发生故障时可以及时停机检修，减少单炉损失。
因此，设计出一种节能高效型碳管炉势在必行。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是目前市面上的碳管炉普遍存在结构功能单一、提纯效率低下、石墨提纯度不高、保温效果不良的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种节能高效型碳管炉，包括外部结构和内部结构，所述的外部结构包括炉头管、大电流变压器、铜板一、铜板二、顶梁、盖板紧固螺丝、盖板、顶梁支架、保温材料入口、端盖、炉壳、炉体支架、炉尾冷却水套出水口、炉尾冷却水套、炉尾冷却水套进水口和冷却水套进水口，所述的炉头管下方设有所述的大电流变压器，所述的大电流变压器一侧安装有所述的铜板一，所述的铜板一下方设有所述的铜板二，所述的炉头管一侧设有所述的端盖，所述的炉壳设置在所述的端盖一侧，所述的炉体支架安装在所述的炉壳下方，所述的保温材料入口安装在所述的炉壳上方，所述的盖板安装在所述的保温材料入口上方，所述的盖板紧固螺丝固定在所述的盖板上，所述的顶梁设置在所述的盖板上方，所述的顶梁一端设有所述的顶梁支架，所述的炉壳一侧设有所述的炉尾冷却水套，所述的炉尾冷却水套一端安装有所述的炉尾冷却水套出水口，所述的炉尾冷却水套进水口安装在所述的炉尾冷却水套另一端，所述的冷却水套进水口设置在所述的炉尾冷却水套下方，所述的内部结构设置在外部结构内，所述的内部结构包括固定螺栓、铜电极、冷却水套、石墨电极套、隔离钢套一、隔离钢套二、炉尾管、过渡法兰、冷却水套出水口和加热碳管，所述的石墨电极套设置在所述的炉头管上，所述的石墨电极套上设有所述的冷却水套出水口，所述的铜电极安装在所述的石墨电极套上方，所述的铜电极上设有所述的固定螺栓，所述的固定螺栓一侧设有所述的冷却水套，所述的冷却水套一侧设有所述的过渡法兰，所述的加热碳管安装在所述的炉壳内，所述的加热碳管上方设有所述的隔离钢套二，所述的隔离钢套一设置在所述的隔离钢套二上方，所述的加热碳管一侧安装有所述的炉尾管。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：本碳管炉针对现有碳管炉的缺陷进行改进，将传统碳管炉的水冷改成为多层保温材料相结合的形式，通过计算找出最合适的保温材料比例及厚度。实验结果表明本发明所生产的产品可将石墨由传统的碳管炉产品纯度99.994％进一步提升至99.999％以上，同时单台设备产量比传统碳管炉提升50％，单位产量石墨提纯消耗电能减少20％以上。
作为改进，所述的端盖、顶梁和保温材料入口采用焊接的方式固定在所述的炉壳上。
作为改进，所述的隔离钢套一、隔离钢套二和过渡法兰采用焊接的固定方式连接在所述的端盖上。
作为改进，所述的冷却水套和所述的过渡法兰间通过螺栓相连接。
作为改进，所述的炉尾冷却水套通过焊接固定在所述的炉尾管上。
作为改进，所述的炉壳与所述的隔离钢套一间设有石棉保温板。
作为改进，所述的隔离钢套二内侧设有水玻璃，利用水玻璃的自身特性与石棉保温板固定，石棉保温板厚度大于3cm。
作为改进，所述的加热碳管与所述的所述的隔离钢套二内侧的石棉保温板中间填充有保温碳粉。
作为改进，所述的保温材料入口处均匀填入保温碳粉。
附图说明
图1是一种节能高效型碳管炉的结构示意图。
图2是一种节能高效型碳管炉的侧剖面结构示意图。
图3是一种节能高效型碳管炉的铜电极的结构示意图。
图4是一种节能高效型碳管炉的石墨电极套的结构示意图。
图5是一种节能高效型碳管炉的冷却水套的结构示意图。
如图所示：1、炉头管，2、固定螺栓，3、铜电极，4、冷却水套，5、大电流变压器，6、铜板一，7、铜板二，8、石墨电极套，9、顶梁，10、盖板紧固螺丝，11、盖板，12、顶梁支架，13、保温材料入口，14、端盖，15、隔离钢套一，16、隔离钢套二，17、炉壳，18、炉体支架，19、炉尾冷却水套出水口，20、炉尾冷却水套，21、炉尾冷却水套进水口，22、炉尾管，23、过渡法兰，24、冷却水套出水口，25、冷却水套进水口，26、加热碳管。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
本实用新型在具体实施时，一种节能高效型碳管炉，包括外部结构和内部结构，所述的外部结构包括炉头管1、大电流变压器5、铜板一6、铜板二7、顶梁9、盖板紧固螺丝10、盖板11、顶梁支架12、保温材料入口13、端盖14、炉壳17、炉体支架18、炉尾冷却水套出水口19、炉尾冷却水套20、炉尾冷却水套进水口21和冷却水套进水口25，所述的炉头管1下方设有所述的大电流变压器5，所述的大电流变压器5一侧安装有所述的铜板一6，所述的铜板一6下方设有所述的铜板二7，所述的炉头管1一侧设有所述的端盖14，所述的炉壳17设置在所述的端盖14一侧，所述的炉体支架18安装在所述的炉壳17下方，所述的保温材料入口13安装在所述的炉壳17上方，所述的盖板11安装在所述的保温材料入口13上方，所述的盖板紧固螺丝10固定在所述的盖板11上，所述的顶梁9设置在所述的盖板11上方，所述的顶梁9一端设有所述的顶梁支架12，所述的炉壳17一侧设有所述的炉尾冷却水套20，所述的炉尾冷却水套20一端安装有所述的炉尾冷却水套出水口19，所述的炉尾冷却水套进水口21安装在所述的炉尾冷却水套20另一端，所述的冷却水套进水口25设置在所述的炉尾冷却水套20下方，所述的内部结构设置在外部结构内，所述的内部结构包括固定螺栓2、铜电极3、冷却水套4、石墨电极套8、隔离钢套一15、隔离钢套二16、炉尾管22、过渡法兰23、冷却水套出水口24和加热碳管26，所述的石墨电极套8设置在所述的炉头管1上，所述的石墨电极套8上设有所述的冷却水套出水口24，所述的铜电极3安装在所述的石墨电极套8上方，所述的铜电极3上设有所述的固定螺栓2，所述的固定螺栓2一侧设有所述的冷却水套4，所述的冷却水套4一侧设有所述的过渡法兰23，所述的加热碳管26安装在所述的炉壳17内，所述的加热碳管26上方设有所述的隔离钢套二16，所述的隔离钢套一15设置在所述的隔离钢套二16上方，所述的加热碳管26一侧安装有所述的炉尾管22。
所述的端盖14、顶梁9和保温材料入口13采用焊接的方式固定在所述的炉壳17上。
所述的隔离钢套一15、隔离钢套二16和过渡法兰23采用焊接的固定方式连接在所述的端盖14上。
所述的冷却水套4和所述的过渡法兰23间通过螺栓相连接。
所述的炉尾冷却水套20通过焊接固定在所述的炉尾管22上。
所述的炉壳17与所述的隔离钢套一15间设有石棉保温板。
所述的隔离钢套二16内侧设有水玻璃，利用水玻璃的自身特性与石棉保温板固定，石棉保温板厚度大于3cm。
所述的加热碳管26与所述的所述的隔离钢套二16内侧的石棉保温板中间填充有保温碳粉。
所述的保温材料入口13处均匀填入保温碳粉。
本实用新型的工作原理：端盖、顶梁、保温材料入口焊接在炉壳上，盖板安放在保温材料入口上，顶梁插入顶梁支架并用盖板紧固螺丝提高盖板与保温材料入口的密封性，两个隔离钢套与过渡法兰焊接在端盖上，两个隔离钢套顶部均有与保温材料入口对齐的开口，方便装入保温材料，冷却水套通过螺栓与过渡法兰连接，铜电极插入冷却水套中、石墨电极套插入铜电极中、加热碳管插入石墨电极套中，炉头管(炉尾管)与铜电极、冷却水套通过固定螺栓连接，铜电极通过铜排与大电流变压器连接，炉尾冷却水套焊接在炉尾管上。
在炉壳与隔离钢套一之间塞入石棉保温板或玻璃纤维保温板，在隔离钢套二内测用水玻璃粘厚度3cm以上的石棉保温板或玻璃纤维保温板，其中隔离钢套一中与炉壳上方保温材料入口对齐处的保温材料在粘贴好后暂时切割并移开，通过保温材料入口向加热碳管与粘贴在隔离钢套二内侧的保温材料中间填入保温碳粉，填满后压实并移回隔离钢套二内侧被切割的保温材料，之后向隔离钢套与粘贴在隔离钢套一内侧的保温材料中间填入保温碳粉，填满后压实并移回隔离钢套一内侧被切割的保温材料，最后在保温材料入口处填入保温碳粉，盖上盖板、插入顶梁、拧紧盖板紧固螺丝使得盖板与保温材料入口无缝隙。
铜电极与变压器连接后将电流传至石墨电极套，石墨电极套用于将铜电极与加热碳管连接，在其中插入加热碳管，通电后加热碳管即可升温用于炉内加热。
冷却水套用于给铜电极降温防止铜电极高温融化，同时用于炉体与炉头、炉尾管的连接，冷却水套下方为进水口，上方为出水口，在铜电极通电前应提前接入冷却水源。
在使用本碳管炉前先从冷却水套进水口及炉尾冷却水套进水口通入冷却水，然后从炉头管内向炉内连续缓慢通入氮气作为保护气，之后接通变压器，该变压器需耐大电流，通常使用铜排绕制，待炉内温度稳定后从炉头管内向炉内通入石墨舟，单个石墨舟长度约三十多厘米，可多个连续通入炉内，按照设计的生产节拍从炉头管内连续通入石墨舟，当石墨舟从炉尾管内出来时即为成品，成品石墨纯度可达99.999％，当石墨冷却后即可进行密封包装进行销售。石墨舟尺寸需略小于加热碳管内径以方便氮气作为保护气从炉头管进入从炉头管排出，通过更换石墨舟及改变工艺时间后即可对富勒烯、石墨烯等高端碳材料进行提纯。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具本的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种节能高效型碳管炉，包括外部结构和内部结构，其特征在于：所述的外部结构包括炉头管(1)、大电流变压器(5)、铜板一(6)、铜板二(7)、顶梁(9)、盖板紧固螺丝(10)、盖板(11)、顶梁支架(12)、保温材料入口(13)、端盖(14)、炉壳(17)、炉体支架(18)、炉尾冷却水套出水口(19)、炉尾冷却水套(20)、炉尾冷却水套进水口(21)和冷却水套进水口(25)，所述的炉头管(1)下方设有所述的大电流变压器(5)，所述的大电流变压器(5)一侧安装有所述的铜板一(6)，所述的铜板一(6)下方设有所述的铜板二(7)，所述的炉头管(1)一侧设有所述的端盖(14)，所述的炉壳(17)设置在所述的端盖(14)一侧，所述的炉体支架(18)安装在所述的炉壳(17)下方，所述的保温材料入口(13)安装在所述的炉壳(17)上方，所述的盖板(11)安装在所述的保温材料入口(13)上方，所述的盖板紧固螺丝(10)固定在所述的盖板(11)上，所述的顶梁(9)设置在所述的盖板(11)上方，所述的顶梁(9)一端设有所述的顶梁支架(12)，所述的炉壳(17)一侧设有所述的炉尾冷却水套(20)，所述的炉尾冷却水套(20)一端安装有所述的炉尾冷却水套出水口(19)，所述的炉尾冷却水套进水口(21)安装在所述的炉尾冷却水套(20)另一端，所述的冷却水套进水口(25)设置在所述的炉尾冷却水套(20)下方，所述的内部结构设置在外部结构内，所述的内部结构包括固定螺栓(2)、铜电极(3)、冷却水套(4)、石墨电极套(8)、隔离钢套一(15)、隔离钢套二(16)、炉尾管(22)、过渡法兰(23)、冷却水套出水口(24)和加热碳管(26)，所述的石墨电极套(8)设置在所述的炉头管(1)上，所述的石墨电极套(8)上设有所述的冷却水套出水口(24)，所述的铜电极(3)安装在所述的石墨电极套(8)上方，所述的铜电极(3)上设有所述的固定螺栓(2)，所述的固定螺栓(2)一侧设有所述的冷却水套(4)，所述的冷却水套(4)一侧设有所述的过渡法兰(23)，所述的加热碳管(26)安装在所述的炉壳(17)内，所述的加热碳管(26)上方设有所述的隔离钢套二(16)，所述的隔离钢套一(15)设置在所述的隔离钢套二(16)上方，所述的加热碳管(26)一侧安装有所述的炉尾管(22)。
2.根据权利要求1所述的一种节能高效型碳管炉，其特征在于：所述的端盖(14)、顶梁(9)和保温材料入口(13)采用焊接的方式固定在所述的炉壳(17)上。
3.根据权利要求1所述的一种节能高效型碳管炉，其特征在于：所述的隔离钢套一(15)、隔离钢套二(16)和过渡法兰(23)采用焊接的固定方式连接在所述的端盖(14)上。
4.根据权利要求1所述的一种节能高效型碳管炉，其特征在于：所述的冷却水套(4)和所述的过渡法兰(23)间通过螺栓相连接。
5.根据权利要求1所述的一种节能高效型碳管炉，其特征在于：所述的炉尾冷却水套(20)通过焊接固定在所述的炉尾管(22)上。
6.根据权利要求1所述的一种节能高效型碳管炉，其特征在于：所述的炉壳(17)与所述的隔离钢套一(15)间设有石棉保温板。
7.根据权利要求1所述的一种节能高效型碳管炉，其特征在于：所述的隔离钢套二(16)内侧设有水玻璃，利用水玻璃的自身特性与石棉保温板固定，石棉保温板厚度大于3cm。
8.根据权利要求1所述的一种节能高效型碳管炉，其特征在于：所述的加热碳管(26)与所述的隔离钢套二(16)内侧的石棉保温板中间填充有保温碳粉。
9.根据权利要求1所述的一种节能高效型碳管炉，其特征在于：所述的保温材料入口(13)处均匀填入保温碳粉。
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| CN201920966670.7U CN210321181U (zh) | 2019-06-26 | 2019-06-26 | 一种节能高效型碳管炉 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110260657A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-20 | 内蒙古唐合科技有限公司 | 一种节能高效型碳管炉 |
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2019
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