一种连续式直流超高温石墨化电炉的制作方法
【专利摘要】一种连续式直流超高温石墨化电炉，属于冶金工程非金属材料制备技术领域。所述连续式直流超高温石墨化电炉的特征在于：两根石墨电极与直流电源相接，并在炉体中心线上对称排布，其下端插入炉本体中，插入深度为炉本体高度的1/2～2/3；集尘装置位于整个设备的最上方；炉本体底部开口处与炉底冷却设备相连通；炉底冷却设备直接和出料装置相对应；出料装置位于炉底冷却设备下方。利用此设备进行人造石墨生产，其产品固定碳含量在99.95％以上，平均电阻率小于100μΩ·m，真密度大于2.20g/cm3，各指标均达到高纯人造石墨的要求。
【专利说明】
-种连续式直流超高溫石墨化电妒
技术领域
[0001] 本实用新型设及冶金工程非金属材料制备技术领域，具体设及一种连续式直流超 高溫石墨化电炉及其使用方法。
【背景技术】
[0002] 石墨具有优良的导电导热性、耐磨性、润滑性、抗热震性等特殊性能，而且耐高溫， 化学性质稳定，因而越来越被广泛应用于原子能、汽车、航天技术、冶金、化工、机械等行业。 石墨现已成为一种现代工业技术中不可缺少的非金属材料。石墨纯度的高低决定着石墨材 料的使用特性和性能，石墨纯度越高，应用价值越高。随着科学技术的不断发展，一般石墨 产品的纯度已无法满足某些行业对高纯石墨的要求，含碳量在99.95% W上的高纯石墨的 应用已日趋广泛。在国家大力发展的新能源汽车领域，高纯散状人造石墨作为动力电池的 主要原料，也将会起到重要作用。因而，高纯石墨的开发、生产已成为石墨材料向更宽、更深 领域发展急需解决的材料问题之一。
[0003] 目前石墨提纯方法主要分为浮选法、酸碱法、氨氣酸法、氯化赔烧法和高溫法五 种。其中浮选法提纯后的纯度不高，一般用于初步提纯。而酸碱法、氨氣酸法和氯化赔烧法 在制备高纯石墨时会产生大量的废水或废气，环境污染大且不易处理，后期环保环节的投 入会大大增加成本。相比W上方法，高溫法污染较小，并能得到较高含碳量的产品。目前高 溫法使用的是艾奇逊石墨化炉和内热串接石墨化炉两类设备，而在使用运两类设备生产人 造石墨的工艺过程中，存在如下无法避免的缺点：一、间歇式生产，生产过程几乎无法实现 连续化作业;二、产品能耗较高，一般最低均在3200kwh/t W上;=、炉内溫度分布不均匀，因 此石墨化程度不够稳定，产品质量良莽不齐；四、生产时加入的电阻料和石英砂将导致散状 石墨产品中含有较多杂质。运些缺点最终会导致散状石墨产品质量不稳定，生产成本偏高。 【实用新型内容】
[0004] 针对现有人造石墨生产方法存在的问题，本实用新型提供一种连续式直流超高溫 石墨化电炉及使用方法。
[0005] 该技术使用一种连续式直流超高溫石墨化电炉进行高纯人造石墨的生产，该种电 炉包括上料装置1、进料斗2、石墨电极3、集尘装置4、炉本体5、炉底冷却设备6、出料装置7、 成品储料罐8和螺旋输送设备10，其中：上料装置1置于炉本体5的正前方适当位置，上料装 置1的上端与螺旋输送设备10相连接;螺旋输送设备10的末端置于进料斗2之上;进料斗2置 于炉本体5的正上方，其下部出口处与炉本体5直接相连通;炉本体5由钢板和内衬组成，内 衬为粘±砖;两根同种规格石墨电极3的顶端通过铜排导线同电源相连接，并通过电极把持 器固定在炉本体5的框架上，其下端插入炉本体5之中；集尘装置4位于整个设备的最上方， 集尘装置4安装有集尘分管道13，并与除尘系统相连通;炉本体5底部开口处与炉底冷却设 备6相连通，炉底冷却设备6直接和出料装置7相对应；出料装置7位于炉底冷却设备6的下方 并通过提升装置一直延伸到成品储料罐8顶部。
[0006] 特别之处还在于本设备的石墨电极3使用直流电源进行供电。
[0007] 特别之处还在于两根石墨电极3在炉体中屯、线上对称排布，其自炉顶插入炉本体5 中的深度为炉本体5高度的1/2~2/3。
[000引特别之处还在于两根石墨电极3之间的距离是石墨电极3自身直径的3-6倍。
[0009] 特别之处还在于炉底冷却设备6的和炉本体5相连接的口径同两个石墨电极3之间 产生的高溫区水平截面长度相等。
[0010] 本实用新型方法W前述的连续式直流超高溫石墨化电炉为主要设备进行散状人 造石墨的生产，其生产使用方法包括原料入炉、干燥般烧、石墨化、冷却出炉4个工序步骤， 具体操作如下：
[0011] (1)将备好的石油焦或无烟煤等通过如前述设计的连续式直流超高溫石墨化电炉 的上料装置1和进料斗2送入到炉本体5中，接通电源开始给炉本体5送电加热升溫，其中，装 入的石油焦或无烟煤W灰分小于0.5%、硫分小于0.5%、挥发分小于0.6%、真密度>2. Ig/ cm3、粒度I-IOmm的物料为宜；
[0012] (2)随着炉本体5内溫度上升，物料先后经过干燥、般烧阶段，运阶段产生的蒸汽和 挥发分将通过位于炉本体5顶部的集尘装置4收集并排出；
[OOU] (3)由于两根石墨电极3成直线排布，物料如石油焦等具有导电性，电极通电后，冷 石油焦开始导电，产生电阻热，在生产状态下电流集中在两个电极之间流动，在两石墨电极 3连线附近区间内可形成一个具有一定高度的3000°C~3500°C高溫区，物料进入到两石墨 电极3间形成的3000°C~3500°C高溫区上部后溫度上升至3000°C并持续下降，在高溫区段 内滞留1.5~2.5小时，完成石墨化，然后排出，如不能及时排出，溫度会持续升高，有安全隐 患；
[0014] (4)物料完成石墨化后，下落到炉底冷却设备6中进行冷却，冷却到100~300°C后 由炉底冷却设备6的出料口排入到出料装置7中出料，待物料自然冷却至室溫后送入到成品 储料罐8中等待分装。
[0015] 使用本实用新型的连续式直流超高溫石墨化电炉进行连续生产时，时隔10~ SOmin装入一次物料、排出一次产品，物料自进料斗2的进料口进入到由炉底冷却设备6的出 料口排入到出料装置7中共需3~4小时。
[0016] 另外需要说明的是生产时由于炉底冷却设备6和炉本体5相连接的口径和两个石 墨电极3之间产生的高溫区水平截面距离相等，所W，物料在高溫区内停留1.5~2.5小时后 可W顺利下落到炉底冷却设备中。而充填到高溫区外距电极一定距离靠近炉壳部分的区域 物料由于炉本体5与炉底冷却设备6相连通的开口相对较小运一特殊结构，无法下落到炉底 冷却设备中，留在原处形成一个保溫区，保溫区内的物料一直起到保溫层的作用。在生产过 程中，通过控制出料量来控制两电极之间电流的稳定性，进而实现炉内高溫区的相对稳定。
【附图说明】
[0017] 图1为本实用新型所用连续式直流超高溫石墨化电炉主视示意图。
[0018] 图2为本实用新型所用连续式直流超高溫石墨化电炉立面示意图，也是图1的左视 断面示意图。
[0019] 图3为本实用新型所用连续式直流超高溫石墨化电炉俯视示意图。
[0020] 其中，I为上料装置，2为进料斗，3为石墨电极，4为集尘装置，5为炉本体，6为炉底 冷却设备，7为出料装置，8为成品储料罐，9为原料储料仓、10螺旋输送设备，11为计量斗，12 为提升装置，13为集尘分管道。
【具体实施方式】
[0021] 本实用新型的实施例如附图所示，其中图1为本实用新型所用连续式直流超高溫 石墨化电炉主视示意图。参照图1，该连续式直流超高溫石墨化电炉包括上料装置1、进料斗 2、石墨电极3、集尘装置4、炉本体5、炉底冷却设备6、出料装置7、成品储料罐8、原料储料仓 9、螺旋输送设备10,计量斗11，提升装置12和集尘分管道13。整个炉子的具体结构正如实用 新型内容所述，其中上料装置1位于炉本体5正面，上料装置1的下端与原料储料仓9相连接， 上料装置1的上端与螺旋输送设备10相连接;螺旋输送设备10的末端置于进料斗2之上;进 料斗2位于炉本体5的正上方;集尘装置4位于整个设备的最上方，集尘装置4安装有对称布 置的4支集尘分管道13,每支集尘分管道13的末端适度弯曲并对准炉顶的某一部位，集尘装 置4与除尘系统相连通;炉底冷却设备6位于炉本体5的正下方；出料装置7位于炉底冷却设 备6的下方并通过计量斗11和提升装置12-直延伸到成品储料罐8顶部;两根同种规格石墨 电极3在炉体沿长度中屯、线上对称排布，两根石墨电极3之间的距离是石墨电极3自身直径 的5倍，石墨电极3的顶端通过铜排导线同直流电源相连接，并通过电极把持器固定在炉本 体5的顶板上，其下端插入炉本体5之中，插入的深度为炉本体5高度的1/2~2/3(例如，1/ 2)。
[0022] 本实用新型方法W前述的连续式直流超高溫石墨化电炉为主要设备，日产为15t， W石油焦为原料进行散状人造石墨的生产，其生产使用方法包括W下步骤：
[0023] (1)将备好的石油焦经上料装置、进料斗送入到本项实用新型所设计的立式石墨 化电炉中，接通直流电源，对石墨化炉开始加热，其中，石油焦的灰分为0.48 %、硫含量为 0.36%、挥发分为0.57%、真密度〉2.1g/cm3、分矿粒度为I-IOmm(例如，2-lOmm);
[0024] (2)随着炉内溫度上升，物料先后经过干燥、般烧阶段，运阶段产生的蒸汽和挥发 分将通过炉顶集尘设备排出；
[0025] (3)物料石油焦具有导电性，电极通电后，冷石油焦开始导电，产生电阻热，在生产 状态下电流集中在两个电极之间流动，在电极连线附近区间内可形成一个3000°C~3200°C 的高溫区。物料下降到达3000°C W上的高溫区内快速升溫并平均在高溫区滞留停留2小时 10分钟，完成石墨化后排出；
[0026] (4)物料石墨化完成后，进入炉底冷却设备进行冷却，冷却到180°C后进入出料设 备中出料，待物料自然冷却至室溫后进行分装。
[0027] 使用本实用新型的连续式直流超高溫石墨化电炉进行连续生产时，时隔10~ 30min(例如，15min)装入一次物料、排出一次产品，物料自进料口进入到出料口排出平均需 要3~4小时(例如，3小时）。
[00%]生产过程中炉子内衬溫度最高为1200°C，实现稳定生产后，对高纯散状人造石墨 抽样化验，结果列表(见表1)如下。
[0029]表 1
[0030]
[0031] 通过上表的数据分析，生产的高纯散状人造石墨平均固定碳含量在99.95% W上， 硫分含量低于0.05%，平均电阻率小于10化Q ? m，真密度大于2.20g/cm3，各项物性指标均 达到高纯石墨的要求。
[0032] 本实用新型设计的连续式直流超高溫石墨化电炉具有如下的技术效果：
[0033] (1)使用本实用新型所设计的连续式直流超高溫石墨化电炉设备可W进行散状人 造石墨专口的连续化生产，运和石墨电极石墨化过程中产生的副产品相比是一个很大的进 步；
[0034] (2) W直流电为电源且石墨电极成直线布置，在石墨化炉内可W获得均匀的溫度 场，处于高溫区的原料均能获得比较一致的加热或保溫，可保证生产出的散状石墨充分石 墨化，质量均匀，纯度较高；
[0035] (3)炉内存在一个保溫区，保溫区的物料不随高纯散状石墨排出，可避免蓄热损 失，因此生产高纯散状人造石墨的电耗可降至2000kwh/t W下；
[0036] (4)由于保溫区对高溫区的一定隔离作用，电炉内衬溫度可降低到1150~1250°C， 溫度的降低对内衬耐火材料要求必将有所降低，另一方面也可W明显增加连续式直流超高 溫石墨化电炉的整体寿命，减少维修时间，提高作业效率；
[0037] (5)生产的高纯散状人造石墨质量均匀，平均固定碳含量在99.95% W上，硫分含 量低于0.05%，平均电阻率小于10化Q ? m，真密度大于2.20g/cm3，各项物性指标均达到国 家标准中所定义的高纯人造石墨的要求。
【主权项】
1. 一种连续式直流超高温石墨化电炉，其特征在于，该种电炉包括上料装置（I)、进料 斗(2)、石墨电极(3)、集尘装置(4)、炉本体(5)、炉底冷却设备(6)、出料装置(7)、成品储料 罐(8)和螺旋输送设备（10)，其中：上料装置（1)置于炉本体(5)的正前方适当位置，上料装 置（1)的上端与螺旋输送设备（10)相连接;螺旋输送设备（10)的末端置于进料斗（2)之上； 进料斗（2)置于炉本体(5)的正上方，其下部出口处与炉本体(5)直接相连通;炉本体(5)由 钢板和内衬组成，内衬为粘土砖;两根同种规格石墨电极(3)的顶端通过铜排导线同电源相 连接，并通过电极把持器固定在炉本体(5)的框架上，其下端插入炉本体(5)之中；集尘装置 (4)位于整个设备的最上方，集尘装置(4)安装有集尘分管道(13)，并与除尘系统相连通;炉 本体(5)底部开口处与炉底冷却设备(6)相连通，炉底冷却设备(6)直接和出料装置(7)相对 应；出料装置(7)位于炉底冷却设备(6)的下方并通过提升装置一直延伸到成品储料罐(8) 顶部。2. -种如权利要求1所说的连续式直流超高温石墨化电炉，其特征在于，该种电炉的石 墨电极(3)使用直流电源进行供电。3. -种如权利要求1所说的连续式直流超高温石墨化电炉，其特征在于，该种电炉的两 根石墨电极(3)在炉体中心线上对称排布，其自炉顶插入炉本体(5)中的深度为炉本体(5) 高度的1/2~2/3。4. 一种如权利要求1所说的连续式直流超高温石墨化电炉，其特征在于，该种电炉的两 根石墨电极(3)之间的距离是石墨电极(3)自身直径的3-6倍。5. -种如权利要求1所说的连续式直流超高温石墨化电炉，其特征在于，该种电炉的炉 底冷却设备(6)的和炉本体(5)相连接的口径同两个石墨电极(3)之间产生的高温区水平截 面长度相等。
【文档编号】C01B31/04GK205472678SQ201620168334
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月3日
【发明人】陈文仲, 毕艳秋, 高天天, 安鑫
【申请人】沈阳中禾能源科技有限公司