一种串接石墨化炉的节能方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种串接石墨化炉的节能方法及装置，该方法是利用空气做载体，将完成石墨化过程后的热量通过鼓风机向气道内吹入常温的空气，空气经过气道后将被加热，带走大量热能，从而给完成石墨化过程后的物料冷却降温，被加热后携带大量热能的空气送入新装物料需要进行石墨化的炉坑气道内，对需加热的低温物料进行预热，减少低温物料通电升温所需的电耗。通过该节能方法的装置满足将废弃热能回用于工艺过程中，加快高温物料冷却速度，从而减少建设配置的炉坑数量，可快速提高新装物料初始温度。具有结构简单，节约加热电耗，占地面积小，节省设备和土建投资，实现串接石墨化炉高温物料的冷却及热量的二次利用，节约能源并提高生产效率。
【专利说明】
一种串接石墨化炉的节能方法及装置
技术领域
[0001]本发明涉及石墨化炉的余热利用技术领域，具体地来说是一种串接石墨化炉的节能方法及装置。
【背景技术】
[0002]石墨化炉用于生产炼钢炭素阳极材料、电池负极材料、碳纤维、石墨导热材料、坩祸、渗碳剂、碳复合材料等特殊碳材料产品，在各类工业的冶炼电炉中，会消耗大量的炭素电极(由煤、焦等炭素原料制成，一般成圆柱状，直径从几十毫米到上千毫米，长度从几百毫米到几千毫米)，许多工艺要求高的场所需要采用石墨电极，以降低电阻、减少电极损耗。石墨电极的制造，是利用串接石墨化炉将普通炭素电极经高温石墨化处理后制成。在炭素材料一一石墨制品的生产中需要消耗大量的能源，能耗的费用约占炭素制品生产成本的30%?40 %左右，而炭素生产过程中的石墨化工序，更是一个能源消耗的大户。
[0003]串接石墨化炉的工作原理是:在数十米长的条形炉坑中，放入待加工的柱状电极，多根电极首尾相连成一长条的串联电极组，直径较细的电极也可“品”字型堆放成三条或多条串联电极组;用填充焦粉将电极组覆盖严实，使电极不裸露在空气中，后续升温后还有保温作用；然后在电极组两端压接直流电极板，使串联的电极组持续通电发热。当温度达到30000C以上时，电极炭素原料的分子结构发生变化，即变为石墨材料。这种大型炉坑串接电极通电加热使炭素材料石墨化的装备，就称为“串接石墨化炉”。一般串接石墨化炉通电升温到石墨化完成需要时间大约在16小时左右，但石墨化后所形成2000多度的电极不能立即暴露在空气中，否则会发生氧化成为不合格产品，是需要将其降成常温才可出炉，降温时间则长达7天左右。常规的串接石墨化炉一般由多条炉坑并行排列，其中一个炉坑在进行石墨化过程时，另一个炉坑可装料准备，再一个炉坑完工出料，而其它7?8组炉坑都在冷却降温。这种常规的串接石墨化炉有以下不足和缺点:
1、每组石墨化炉一般需要设有10?12个炉坑(I装、I出、I生产、7?8冷却、I?2检修备用)，每炉坑长50米左右、宽2米左右(含隔墙)，则每组石墨化炉占地宽度24米以上，加上通道等，厂房宽度达30米左右。可见其占地大，并且大跨距厂房修建时其土建和建设成本高。
[0004]2、每个石墨化完成后的炉坑中，电极加上所填充的覆盖料有数十吨左右，其温度可达2000多度左右。这样的高温物料则所富集的热能相当多，待自然冷却后，这些热能损失殆尽，热能损失巨大。
[0005]3、采取自然冷却方式时间长，大量炉坑等待冷却无法循环投入生产，严重影响生产效率。
[0006]因此，有必要探寻一种全新的对于石墨化炉的节能方法及装置，以达到缩短冷却时间和余热利用，提高其生产线产能的目的。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种串接石墨化炉的节能方法及装置，该方法充分利用空气做载体，将热能回用于生产工艺中，以节省能耗、加速冷却，解决现有技术存在的缺陷问题，实现高温物料的冷却及热量的二次利用。
[0009 ]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为:
一种串接石墨化炉的节能方法，该方法是利用空气做载体，将已经完成石墨化过程后的石墨化炉坑内的热量通过鼓风机向中空隔墙及底板连通的气道内吹入常温的空气流，空气流经过曲折贯通的气道后将被加热，带走大量热能，使已经完成石墨化过程后的物料冷却降温，被加热后携带大量热能的空气，再通过管道送入另一组新装物料需要进行石墨化的炉坑隔墙及底板连通的气道内，空气携带的热量将通过中空隔墙及底板对需加热的低温物料进行预热，减少低温物料通电升温所需的电耗。
[0010]进一步地，该方法通过自动控制系统实现过程控制。在实际应用过程中，对于高温和低温炉坑的配对，各组石墨化炉之间相应气道和连通管道所形成的连通气路，是通过采取选择各个炉坑的进出气口处阀门和连通管道阀门进行相应的打开或关闭来控制实现。鼓风机风量的调节、换热温度和时间的控制，则可由常规温度、压力以及流量仪表进行检测，整个控制过程可通过DCS或PLC控制系统进行调节和控制，从而实现全自动切换、调节、监控和数据记录。
[0011]—种串接石墨化炉的节能方法的装置，包括石墨化炉本体，还包括炉坑隔墙、底板、气道、进出气口、耐高温截止阀、耐高温管道、耐高温联通阀、鼓风机，所述炉坑隔墙和底板至少为两组以上，并且所述炉坑隔墙和底板设计呈中空状结构，多组呈中空状结构的炉坑隔墙和底板形成曲折贯通的气道，在石墨化炉本体的炉体两端设有外接的进出气口，在所述进出气口处配置有耐高温截止阀，所有石墨化炉的炉坑的进出气口均用耐高温管道相联通，在耐高温管道上配置有耐高温联通阀，耐高温管道与多组贯通的气道形成一个曲折的连通气路，在连通气路一端的耐高温管道处配有大风量鼓风机，另一端配有外排管，所述外排管可连接余热利用系统或排气烟囱。
[0012]进一步地，所述炉坑隔墙和底板采用耐高温蓄热导热材料制造。
[0013]采用本发明的串接石墨化炉的节能方法及装置，利用空气做载体，将完成石墨化过程后的热量通过鼓风机向气道内吹入常温的空气，空气经过气道后将被加热，带走大量热能，从而给完成石墨化过程后的物料冷却降温，被加热后携带大量热能的空气送入新装物料需要进行石墨化的炉坑气道内，对需加热的低温物料进行预热，减少低温物料通电升温所需的电耗。通过该节能方法的装置满足将废弃热能回用于工艺过程中，加快高温物料冷却速度，从而减少建设配置的炉坑数量，可快速提高新装物料初始温度。具有结构简单，节约加热电耗，占地面积小，节省设备和土建投资。与现有技术相比，实现了串接石墨化炉高温物料的冷却及热量的二次利用，节约能源并提高生产效率。具体的有益效果是:
1、对于常规的串接石墨化炉每座石墨化炉的通电加热初始温度，相比之下从过去的常温进行加热提升到400?500°C，可直接减少电耗每天20000kWh以上。
[0014]2、完成石墨化生产的高温物料冷却时间从过去的自然冷却7天，减少到5天以内。而每组石墨化炉的冷却占用炉坑数量可以从7?8座减少到5座，整组石墨化炉的配置炉坑数量可以减少2?3座。从而可减少设备一次性投资15%以上。
[0015]3、由于炉坑数量减少，整组石墨化炉的宽度变窄，厂房跨距可减小20%，这样就能进一步降低企业的土建投资成本。
[0016]4、利用空气换热后，尾气余热可以很方便的收集和加以再次利用，还能起到进一步节能降耗的作用。
[0017]5、整个操作过程可通过DCS或PLC控制系统进行调节和控制，从而实现全自动切换、调节、监控和数据记录。自动化程度高，过程控制安全可靠，能大大降低工人劳动强度。
【附图说明】
[0018]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0019]图1是本发明的结构示意图。
[0020]图中所示:1_炉坑隔墙、2-底板、3-气道、4-进出气口、5-耐高温截止阀、6-耐高温管道、7-耐高温联通阀、8-鼓风机、9-外排管。
【具体实施方式】
[0021]为进一步说明本发明的发明构思，以下将结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明:
一种串接石墨化炉的节能方法，该方法是利用空气做载体，将已经完成石墨化过程后的石墨化炉坑内的热量通过鼓风机向中空隔墙及底板连通的气道内吹入常温的空气流，空气流经过曲折贯通的气道后将被加热，带走大量热能，使已经完成石墨化过程后的物料冷却降温，被加热后携带大量热能的空气，再通过管道送入另一组新装物料需要进行石墨化的炉坑隔墙及底板连通的气道内，空气携带的热量将通过中空隔墙及底板对需加热的低温物料进行预热，减少低温物料通电升温所需的电耗。
[0022]进一步地，该方法通过自动控制系统实现过程控制。在实际应用过程中，对于高温和低温炉坑的配对，各组石墨化炉之间相应气道和连通管道所形成的连通气路，是通过采取选择各个炉坑的进出气口处阀门和连通管道阀门进行相应的打开或关闭来控制实现。鼓风机风量的调节、换热温度和时间的控制，则可由常规温度、压力以及流量仪表进行检测，整个控制过程可通过DCS或PLC控制系统进行调节和控制，从而实现全自动切换、调节、监控和数据记录。
[0023]如图1所示，一种串接石墨化炉的节能方法的装置，包括石墨化炉本体，还包括炉坑隔墙1、底板2、气道3、进出气口 4、耐高温截止阀5、耐高温管道6、耐高温联通阀7、鼓风机8，所述炉坑隔墙I和底板2至少为两组以上，并且所述炉坑隔墙I和底板2设计呈中空状结构，多组呈中空状结构的炉坑隔墙I和底板2形成曲折贯通的气道3，在石墨化炉本体的炉体两端设有外接的进出气口 4，在所述进出气口 4处配置有耐高温截止阀5，所有石墨化炉的炉坑的进出气口 4均用耐高温管道6相联通，在耐高温管道6上配置有耐高温联通阀7，耐高温管道6与多组贯通的气道3形成一个曲折的连通气路，在连通气路一端的耐高温管道6处配有大风量鼓风机8，另一端配有外排管9，所述外排管9可连接余热利用系统或排气烟囱。
[0024]进一步地，所述炉坑隔墙I和底板2采用耐高温蓄热导热材料制造。
[0025]在实际应用过程中，可根据实际需要的产能由炉坑的容积来设计炉坑隔墙及底板2的规格，通过计算最优换热效率确定气道曲折结构，确定管道尺寸和阀门型号。而对于选择鼓风机风量和压力，以及其它元器件的参数，也是通过实际炉坑的容积来选定。
[0026]首先将带有耐高温联通阀7的耐高温管道6与进出气口4处配置耐高温截止阀5密封连接，进出气口 4处的耐高温截止阀5与各个炉坑隔墙I的进出气口 4密封连接，耐高温管道6的一端安装鼓风机8，另一端连接外排管9。这样，从鼓风机8开始经过炉坑两端的耐高温管道6、进出气口 4、多组呈中空状结构的炉坑隔墙I和底板2形成曲折贯通的气道3，耐高温管道6与多组气道3形成一个曲折的连通气路，最后可从连通气路直接可到外排管9。其控制方法是，通过选择各个炉坑的进出气口 4处的耐高温截止阀5和耐高温联通阀7进行相应的打开或关闭来控制，实现贯通各组石墨化炉之间相应炉坑隔墙I和底板2的气流通道。
[0027]在具体实施过程中，当需要进行冷却和预热时，先将高温炉坑和预热炉坑的进出气口 4处所配设的耐高温截止阀5打开，两个炉坑之间的耐高温管道6内的耐高温联通阀7也打开，而将其它炉坑的阀门关闭。通过鼓风机8产生空气流，空气从高温炉坑一端的进气口进入到高温炉坑的气道3内，通过炉坑隔墙I和底板2将高温物料的热量传导转移到空气流中。高温空气流在鼓风机8的作用下，带高温热量的空气从高温炉坑另一端的出气口进入到耐高温管道6内，经过管道联通阀7及预热炉坑的进气口进入到预热炉坑的气道3内。通过炉坑隔墙I和底板2将高温空气流的热量传导给预热物料，降温后的高温空气流再进入耐高温管道6最后通过外排管9排送出去。为了提高热利用率，除了将正在进行换热的两个炉坑气路连通外，则将其它炉坑相应的阀门全部关闭，使热空气不会经过其它炉坑，确保最高换热利用率。
[0028]在实际应用过程中，经过热平衡计算，3000°C以上的物料在开始的一天内，可将空气流平均加热到1400°C以上，而这1400°C的热空气又可将另一座新装炉的常温物料进行预热时，温度可以达到500°C以上。根据实际生产过程中统计数据显示，一座炉坑的物料若从常温状态即开始通电，当加热到500°C需要的电耗超过20000kWh。在采用本发明所述的方法及装置后，在热能回收利用的同时，也加速了高温物料的冷却，常规自然冷却需要至少7天时间，运用本发明后可以减少到5天以内就能完成冷却。当空气流在加热完预热炉坑后，尾气温度仍然高达400?500°C左右，还可以通过外排管进行收集后送入工厂余热利用系统进行二次换热节能应用。这样能进一步提高余热利用率，降低企业生产成本。
[0029]在具体实施应用过程中，对于高温和低温炉坑的配对，各组石墨化炉之间相应气道和连通管道所形成的连通气路，是通过采取选择各个炉坑的进出气口处阀门和连通管道阀门进行相应的打开或关闭来控制实现。鼓风机风量的调节、换热温度和时间的控制，则可由常规温度、压力以及流量仪表进行检测，整个控制过程可通过DCS或PLC控制系统进行调节和控制，从而实现全自动切换、调节、监控和数据记录。
[0030]采用本发明的串接石墨化炉的节能方法及装置，利用空气做载体，将完成石墨化过程后的热量通过鼓风机向气道内吹入常温的空气，空气经过气道后将被加热，带走大量热能，从而给完成石墨化过程后的物料冷却降温，被加热后携带大量热能的空气送入新装物料需要进行石墨化的炉坑气道内，对需加热的低温物料进行预热，减少低温物料通电升温所需的电耗。通过该节能方法的装置满足将废弃热能回用于工艺过程中，加快高温物料冷却速度，从而减少建设配置的炉坑数量，可快速提高新装物料初始温度。具有结构简单，节约加热电耗，占地面积小，节省设备和土建投资。与现有技术相比，实现了串接石墨化炉高温物料的冷却及热量的二次利用，节约能源并提高生产效率。本发明能广泛应用于各种规格的串接石墨化炉系统。
[0031]本发明的保护范围不仅限于【具体实施方式】所公开的技术方案，以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不限制本发明，凡依据本发明的技术方案所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
【主权项】
1.一种串接石墨化炉的节能方法，其特征在于:该方法是利用空气做载体，将已经完成石墨化过程后的石墨化炉坑内的热量通过鼓风机向中空隔墙及底板连通的气道内吹入常温的空气流，空气流经过曲折贯通的气道后将被加热，带走大量热能，使已经完成石墨化过程后的物料冷却降温，被加热后携带大量热能的空气，再通过管道送入另一组新装物料需要进行石墨化的炉坑隔墙及底板连通的气道内，空气携带的热量将通过中空隔墙及底板对需加热的低温物料进行预热，减少低温物料通电升温所需的电耗。2.根据权利要求1所述的一种串接石墨化炉的节能方法，其特征在于:该方法通过自动控制系统实现过程控制。3.如权利要求1或2所述的一种串接石墨化炉的节能方法的装置，包括石墨化炉本体，其特征在于:还包括炉坑隔墙(I)、底板(2)、气道(3 )、进出气口(4)、耐高温截止阀(5)、耐高温管道(6)、耐高温联通阀(7)、鼓风机(8)，所述炉坑隔墙(I)和底板(2)至少为两组以上，并且所述炉坑隔墙(I)和底板(2)设计呈中空状结构，多组呈中空状结构的炉坑隔墙(I)和底板(2)形成曲折贯通的气道(3)，在石墨化炉本体的炉体两端设有外接的进出气口(4)，在所述进出气口(4)处配置有耐高温截止阀(5)，所有石墨化炉的炉坑的进出气口(4)均用耐高温管道(6)相联通，在耐高温管道(6)上配置有耐高温联通阀(7)，耐高温管道(6)与多组贯通的气道(3)形成一个曲折的连通气路，在连通气路一端的耐高温管道(6)处配有大风量鼓风机(8)，另一端配有外排管(9)，所述外排管(9)可连接余热利用系统或排气烟囱。4.根据权利要求3所述的一种串接石墨化炉的节能方法的装置，其特征在于:所述炉坑隔墙(I)和底板(2)采用耐高温蓄热导热材料制造。
【文档编号】F27D17/00GK105841500SQ201610232822
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】祁晓牧
【申请人】贵州顺安机电设备有限公司