一种节能型石墨高温膨胀炉系统的制作方法

本发明涉及石墨膨胀技术领域，尤其涉及一种石墨高温膨胀炉系统。

背景技术：

膨胀石墨是在石墨层间插入外来物质后形成的一类新型原子、分子尺度上的复合材料，已成为石墨行业内新的发展方向。它既保留了石墨的优异理化特性，同时由于碳原子平面与插入物质的相互作用，产生了一系列新的理化特性，如高导电性、超导性、触媒特性、储氢特性等。经高温膨胀制得的膨胀石墨外观类似蠕虫，热力学性质稳定，具有非常大的比表面积和丰富的孔结构，可用作油等有机污染物的吸附材料。由膨胀石墨制成的石墨纸、板、带材和各种密封部件具有优良的可压缩性、回弹性和柔软性，广泛应用于石油、化工、冶金、宇航及核反应堆等科技领域。

现有的石墨膨胀的生产方法及其装置多为燃烧天然气、液化气或燃油作为加热源，也有少数采用电热丝或硅碳棒通以电流作为加热源。但后者由于结构、流程上的原因，存在启动加温时间长、炉温不能随时、便捷调整(致使产品质量差)、能耗大、电热丝和硅碳棒使用寿命短等缺点；前者虽然加热方式上较为先进，但由于炉子结构的原因，燃烧室和炉膛均是分开的且炉膛几乎都为直径较大的直管(而且很长)，因而，也存在诸如加热达温时间长(一般为1-3小时)、能耗大(就液化气为例一般160-180公斤/吨产品)、热利用率低、热损耗大、炉体大、投资大等缺点。

因此，提供一种炉温升温时间短、使用寿命长、调温敏捷、降低能耗、提高热利用率的石墨高温膨胀炉系统是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种节能型石墨高温膨胀炉系统，该系统炉温升温时间短、使用寿命长、调温敏捷、降低能耗、提高热利用率。

根据本发明的一个方面，提供一种节能型石墨高温膨胀炉系统，包括：给料系统、燃烧系统、分别与给料系统、燃烧系统相连的石墨膨胀炉、与石墨膨胀炉相连的固气分离系统。其中，石墨膨胀炉包括外炉体、设置于外炉体内的炉膛以及炉膛与外炉体之间形成的隔热层，炉膛包括从外炉体底壁向上延伸的直立式炉膛以及与直立式炉膛连通并环绕直立式炉膛外壁螺旋向下延伸的螺旋式炉膛，其中，直立式炉膛包括与燃烧系统连通的下开口、与螺旋式炉膛连通的上开口以及设置于直立式炉膛底部与给料系统连通的进料口，外炉体底部设置有出料口，螺旋式炉膛通过出料口与固气分离系统连通。燃烧系统通过直立式炉膛的下开口向直立式炉膛内喷入燃烧的燃气，给料系统通过进料口向直立式炉膛内部吹入石墨，石墨与燃气燃烧产生的高温烟气，与高温烟气共同流经直立式炉膛、螺旋式炉膛，石墨在高温烟气作用下生成膨胀石墨，膨胀石墨与烟气通过出料口进入固气分离系统，在固气分离系统内膨胀石墨在重力作用下与烟气分离，回收得到膨胀石墨。

可选择地，给料系统包括料仓、与料仓相连的螺旋送料机，螺旋送料机通过进料管与石墨膨胀炉的进料口连通，进料管上设置有送料风机。

可选择地，燃烧系统包括燃气供应装置以及通过燃气管与燃气供应装置连通的喷气点火装置，喷气点火装置设置于石墨膨胀炉的下开口处，燃气管上设置有第一阀门。

可选择地，固体分离系统包括一级固气分离器以及设置于一级固气分离器底部的密闭卸料器，一级固气分离器通过出料管与石墨膨胀炉的出料口连通。

可选择地，固气分离系统进一步包括与一级固气分离器通过出料支管相连的二级固气分离器，出料支管上设置有出料风机以及第二阀门。

可选择地，固体分离系统进一步包括与第二固气分离器的底部相连的固体微粒返回管，固体微粒返回管与出料管连通以将第二固气分离器分离出的固体微粒返回出料管重新回收。

可选择地，二级固气分离器顶部开有气体出口。

可选择地，邻近石墨膨胀炉的出料口在出料管上设置有除渣器。

可选择地，石墨膨胀炉的螺旋式炉膛贴靠直立式炉膛外壁向下螺旋延伸并与直立式炉膛连接成一体，直立式炉膛与螺旋式炉膛的连接处，直立式炉膛的外壁为螺旋式炉膛的内壁，其中，螺旋式炉膛环绕直立式炉膛外壁2～5圈。

可选择地，进一步包括测温与显示装置，测温与显示装置包括与石墨膨胀炉的螺旋式炉膛外壁连接的测温端以及延伸于石墨膨胀炉的外炉体的外部的显示端。

发明的有益效果为：

本发明的节能型石墨高温膨胀炉系统的石墨膨胀炉的炉膛设计合理、结构紧凑、直曲结合，其中，直立式炉膛的部分外壁同时作为螺旋式炉膛的部分内壁，节省铸造炉膛所需钢材，节约了生产设备所需投资。

本发明的节能型石墨高温膨胀炉系统对送料风机与出料风机协同作用，通过风量的合理分配使得整个膨胀炉系统内的风压与膨胀炉内的物料处于最佳的匹配状态。

本发明的节能型石墨高温膨胀炉系统采用了二级固体分离工艺，即一级固气分离器的尾气(由于含极少量的细粒膨化石墨)经出料风机进入二级旋风固气分离器，提高膨胀石墨的回收率，避免部分膨胀石墨因质量过轻与烟气一起排出系统。

本发明的节能型石墨高温膨胀炉系统中部分细粒膨化石墨由二级固气分离器底部经回料管返回出料管，该部分物料在流程中形成局部的闭路，以进行细粒膨化石墨的再回收，可提高膨化石墨的产率，膨化石墨的产率达到80％以上。

本发明的节能型石墨高温膨胀炉系统将石墨经由进料管进入直立式炉膛的底端，石墨在直立式炉膛内竖直向上运动而后进入螺旋式炉膛内螺旋运动过程中，石墨被均匀的加温、膨胀。

本发明的节能型石墨高温膨胀炉系统设置的螺旋式炉膛螺旋向下，避免因膨胀后的石墨重量轻(堆集密度为每立方厘米0.005g)，不易下落致使在炉膛内长时间停留，造成石墨碳化，降低了石墨膨胀效率和膨胀石墨的产出率。

本发明的节能型石墨高温膨胀炉系统升温速度快，通过下开口向直立式炉膛内喷射点燃的燃气，燃气燃烧生成的高温烟气向上流动以加温炉膛，直立式炉膛的升温段为5.2-6.5米，炉温加热至950-1000℃，传统的石墨膨胀炉升温到950-1000℃需要70～90分钟，本发明的节能型石墨高温膨胀所需加温持续时间约为30分钟。

本发明的节能型石墨高温膨胀炉系统采用下方进料、下方出料，石墨膨胀变轻在直立式炉膛内向上运动后进入螺旋式炉膛内，石墨原料中存在的不膨胀杂质因重量大，无法与膨胀后的石墨一起进入螺旋式炉膛，将不膨胀杂质与膨胀石墨分开，得到的膨胀石墨的纯度高。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的节能型石墨高温膨胀炉系统的结构示意图。

附图标记：料仓01、螺旋送料机02、进料管03、送料风机04、燃气供应装置05、燃气管06、喷气点火装置07、第一阀门08、外炉体11、隔热层14、直立式炉膛12、螺旋式炉膛13、进料口125、出料口110、一级固气分离器20、密闭卸料器29、出料管21、出料支管22、二级固气分离器23、出料风机24、第二阀门25、除渣器28、气体出口230。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征向量可以相互任意组合。

如图1所示，一种节能型石墨高温膨胀炉系统，包括：给料系统、燃烧系统、分别与给料系统、燃烧系统相连的石墨膨胀炉、与石墨膨胀炉相连的固气分离系统。其中，石墨膨胀炉包括外炉体11、设置于外炉体11内的炉膛以及炉膛与外炉体之间形成的隔热层14，炉膛包括自外炉体11底壁向上延伸的直立式炉膛12以及与直立式炉膛12连通并环绕直立式炉膛12外壁螺旋向下延伸的螺旋式炉膛13。其中，直立式炉膛12包括燃烧系统连通的下开口、与螺旋式炉膛13连通的上开口以及设置于直立式炉膛12底部与给料系统连通的进料口125，外炉体11底部设置有出料口110，螺旋式炉膛13通过出料口110与固气分离系统连通。燃烧系统通过直立式炉膛12的下开口向直立式炉膛12内通入点燃的燃气，给料系统通过进料口125向直立式炉膛12内部吹入石墨，天燃气燃烧产生的高温烟气共同流经直立式炉膛12、螺旋式炉膛13。石墨在高温烟气作用下生成膨胀石墨，膨胀石墨与烟气一起通过出料口110进入固气分离系统，在固气分离系统内膨胀石墨在重力作用下与烟气分离，即得到膨胀石墨。在此条件下，石墨经由进料管进入直立式炉膛12的底端，石墨在直立式炉膛12内竖直向上运动而后进入螺旋式炉膛13内螺旋向下运动过程中，被均匀的加温、膨胀，避免因膨胀后的石墨重量轻(堆集密度为每立方厘米0.005g)，不易下落致使在炉膛内长时间停留，造成石墨碳化，降低石墨膨胀效率。

优选地，隔热层14中填充有绝热颗粒，填充量为80％～95％，其中绝热颗粒为硅酸铝颗粒。

优选地，石墨膨胀炉底部设置有用于支撑石墨膨胀炉的支架(未标号)。

如图1所示，给料系统包括料仓01、与料仓01相连的螺旋送料机02，螺旋送料机02通过进料管03与石墨膨胀炉的进料口125连通，进料管03上设置有送料风机04。其中，石墨通过给料系统进入石墨膨胀炉的加料速率为40-75公斤/小时，优选地，石墨通过给料系统进入石墨膨胀炉的加料速率为50-65公斤/小时。在此条件下，石墨处理量大、石墨膨胀效率高。例如，在实际操作过程中，可以选择石墨通过给料系统进入石墨膨胀炉的加料速率为50公斤/小时、55公斤/小时、58公斤/小时、60公斤/小时、62公斤/小时或65公斤/小时。

如图1所示，燃烧系统包括燃气供应装置05以及通过燃气管06与燃气供应装置05连通的喷气点火装置07，喷气点火装置07设置于石墨膨胀炉的下开口处，燃气管06上设置有第一阀门08。在此条件下，喷气点火装置07通过下开口向直立式炉膛12内喷射火焰与燃气以加温炉膛，直立式炉膛的升温段为5.2-6.5米，炉温加热至950-1000℃，传统的石墨膨胀炉升温到950-1000℃需要70～90分钟，本发明的高温膨胀炉系统所需加温持续时间约为30分钟，比现有膨胀炉节约时间40～60分钟，极大地提高了生产效率，缩短生产周期，节约生产成本。

如图1所示，固体分离系统包括一级固气分离器20以及设置于一级固气分离器20底部的密闭卸料器29，一级固气分离器20通过出料管21与石墨膨胀炉的出料口110连通。在此条件下，一级固气分离器20将螺旋式炉膛输出的膨胀石墨与烟气分离，以收集膨胀石墨。

优选地，出料管21为冷却管，出料管21外壁设置有冷却管(图未示)，冷却管中循环流动冷水以降低出料管21中流动的烟气与膨胀石墨的温度，以降低排出至系统外部的烟气温度，减少对环境造成的热污染。

如图1所示，优选地，固气分离系统进一步包括与一级固气分离器20通过出料支管22相连的二级固气分离器23，出料支管22上设置有出料风机24以及第二阀门25。固体分离系统进一步包括与第二固气分离器23的底部相连对固体微粒返回管27，固体微粒返回管27与出料管21连通以将第二固气分离器23分离出的固体微粒返回出料管21重新回收。在此条件下，对进入固气分离器20中未完全与烟气分离的膨胀石墨进行二次分离，以进一步提高膨胀石墨产率，部分物料在流程中形成局部的闭路，从而有利于细粒膨化石墨的再回收，

如图1所示，二级固气分离器23顶部开有气体出口230，以将分离出的烟气排出至系统外。

如图1所示，邻近石墨膨胀炉的出料口110在出料管21上设置有除渣器28，由于膨胀石墨的重量很轻，通过除渣器28能够滤除其中未完全膨胀的石墨以及其它固体杂质。

优选地，石墨膨胀炉的螺旋式炉膛13贴靠直立式炉膛外壁12向下螺旋延伸并与直立式炉膛12连接成一体，直立式炉膛12与螺旋式炉膛13的连接处，直立式炉膛12的外壁为螺旋式炉膛13的内壁。在此条件下，节省铸造炉膛所需钢材，节约了生产设备所需投资。其中，螺旋式炉膛13环绕直立式炉膛12外壁2～5圈。优选地，螺旋式炉膛13环绕直立式炉膛12外壁3～4圈，在此条件下，螺旋式炉膛13的长度设计更加合理紧凑，保证石墨在炉膛中停留的时间充足避免石墨膨胀不完全，同时避免石墨在高温环境中滞留导致石墨碳化，降低生产率，影响产物品质。

如图1所示，该节能型石墨高温膨胀炉系统进一步包括测温与显示装置19，测温与显示装置19包括与石墨膨胀炉的螺旋式炉膛13外壁连接的测温端以及延伸于石墨膨胀炉的外炉体11的外部的显示端。以实时测量并显示螺旋式炉膛13中的温度，便于使用过程中对炉膛温度进行调节。

其中，该节能型石墨高温膨胀炉系统的操作方法如下：

首先开启出料风机24，调整第二阀门25以使膨胀炉的炉膛内产生压力稳定的负压，打开第一阀门08对直立式炉膛12进行加温，使得炉膛内的温度维持900-1100℃。调节第一阀门08控制或维持炉温的恒定，将原料可膨胀石墨经由进料管03于直立式炉膛12的底端均匀给入，可膨胀石墨在直立式炉膛12内竖直向上运动而后在螺旋式炉膛13内螺旋向下运动过程中，在此运动过程中，可膨胀石墨被均匀的加温、膨化。其中，炉温的较佳值为950-1000℃，直立式炉膛12的总加温段为5.2-6.5米，加温持续时间约10-30秒，石墨的加料速率为40-75公斤/小时。

石墨在石墨高温膨胀炉中膨胀成为膨胀石墨经出料管21进入一级旋风固气分离器20并最终通过底端密闭卸料器29回收。一级固气分离器20的尾气(由于含极少量的细粒膨化石墨)经出料风机24进入二级固气分离器23，其中未能与烟气分离开的细粒膨胀石墨经由二级固气分离器23底部的经固体微粒返回管27重新返回出料管21，该部分物料在流程中形成局部的闭路，以进行细粒膨化石墨的再回收。

实施例1：

原料石墨含碳量为99.5％(+50目)、由硫酸制备的可膨胀石墨(膨胀倍率300ml/g，溶液的ph值为6.5～6.8)，给料速度为45kg/h。

燃气管06中的石油液化气或管道煤气通过第一阀门08经喷气点火装置07点燃后喷入直立式炉膛12，点火前要开启出料风机24以使炉膛内形成负压，自点火始约30分钟，测温与显示装置19指示炉温可达980℃。此时，开启密闭卸料器29和送料风机04，料仓01中的原料石墨便经进料管03进入直立式炉膛12，而后在直立式炉膛12、螺旋式炉膛13内被均匀加温、膨化约15-30秒后，再经出料管21进入一级固气分离器20，最后通过底端密闭卸料器21成为最终产品,其产量为39.3kg/h，膨胀倍率为312cm³/g，产品能耗为130kg/t。

一级固气分离器20的尾气(由于含极少量的细粒膨化石墨)经出料风机24进入二级固气分离器23，其中细粒膨化石墨由二级固气分离器23底部经固体微粒返回管27返回出料管21，经稳定运行后的计算，其产品产率可达87％。

实施例2：

若只将原料石墨换成含碳量为99.0％(+80目)、由硫酸制备的可膨胀石墨(膨胀倍率280ml/g，溶液的ph值为6.0～6.7)，给料速度在60kg/h，按照实例1的生产条件，则可得到产量为51.0kg/h、产率为85％、膨胀倍率为288cm³/g的产品。

实施例3：

若只将原料石墨换成含碳量为99.2％(+80目、由硫酸制备的可膨胀石墨(膨胀倍率200ml/g，溶液的ph值为6.1～6.5)，给料速度在50kg/h，按照实例1的生产条件，则可得到产量为43.0kg/h、产率为86％、膨胀倍率为210cm³/g的产品。

需要说明的是，在本文中，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物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物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……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。