一種連續式直流超高溫石墨化電爐的制作方法
【專利摘要】一種連續式直流超高溫石墨化電爐，屬于冶金工程非金屬材料制備技術領域。所述連續式直流超高溫石墨化電爐的特征在于：兩根石墨電極與直流電源相接，并在爐體中心線上對稱排布，其下端插入爐本體中，插入深度為爐本體高度的1/2～2/3；集塵裝置位于整個設備的最上方；爐本體底部開口處與爐底冷卻設備相連通；爐底冷卻設備直接和出料裝置相對應；出料裝置位于爐底冷卻設備下方。利用此設備進行人造石墨生產，其產品固定碳含量在99.95％以上，平均電阻率小于100μΩ·m，真密度大于2.20g/cm3，各指標均達到高純人造石墨的要求。
【專利說明】
-種連續式直流超高溫石墨化電妒
技術領域
[0001] 本實用新型設及冶金工程非金屬材料制備技術領域，具體設及一種連續式直流超 高溫石墨化電爐及其使用方法。
【背景技術】
[0002] 石墨具有優良的導電導熱性、耐磨性、潤滑性、抗熱震性等特殊性能，而且耐高溫， 化學性質穩定，因而越來越被廣泛應用于原子能、汽車、航天技術、冶金、化工、機械等行業。 石墨現已成為一種現代工業技術中不可缺少的非金屬材料。石墨純度的高低決定著石墨材 料的使用特性和性能，石墨純度越高，應用價值越高。隨著科學技術的不斷發展，一般石墨 產品的純度已無法滿足某些行業對高純石墨的要求，含碳量在99.95% W上的高純石墨的 應用已日趨廣泛。在國家大力發展的新能源汽車領域，高純散狀人造石墨作為動力電池的 主要原料，也將會起到重要作用。因而，高純石墨的開發、生產已成為石墨材料向更寬、更深 領域發展急需解決的材料問題之一。
[0003] 目前石墨提純方法主要分為浮選法、酸堿法、氨氣酸法、氯化賠燒法和高溫法五 種。其中浮選法提純后的純度不高，一般用于初步提純。而酸堿法、氨氣酸法和氯化賠燒法 在制備高純石墨時會產生大量的廢水或廢氣，環境污染大且不易處理，后期環保環節的投 入會大大增加成本。相比W上方法，高溫法污染較小，并能得到較高含碳量的產品。目前高 溫法使用的是艾奇遜石墨化爐和內熱串接石墨化爐兩類設備，而在使用運兩類設備生產人 造石墨的工藝過程中，存在如下無法避免的缺點：一、間歇式生產，生產過程幾乎無法實現 連續化作業;二、產品能耗較高，一般最低均在3200kwh/t W上;=、爐內溫度分布不均勻，因 此石墨化程度不夠穩定，產品質量良莽不齊；四、生產時加入的電阻料和石英砂將導致散狀 石墨產品中含有較多雜質。運些缺點最終會導致散狀石墨產品質量不穩定，生產成本偏高。 【實用新型內容】
[0004] 針對現有人造石墨生產方法存在的問題，本實用新型提供一種連續式直流超高溫 石墨化電爐及使用方法。
[0005] 該技術使用一種連續式直流超高溫石墨化電爐進行高純人造石墨的生產，該種電 爐包括上料裝置1、進料斗2、石墨電極3、集塵裝置4、爐本體5、爐底冷卻設備6、出料裝置7、 成品儲料罐8和螺旋輸送設備10，其中：上料裝置1置于爐本體5的正前方適當位置，上料裝 置1的上端與螺旋輸送設備10相連接;螺旋輸送設備10的末端置于進料斗2之上;進料斗2置 于爐本體5的正上方，其下部出口處與爐本體5直接相連通;爐本體5由鋼板和內襯組成，內 襯為粘±磚;兩根同種規格石墨電極3的頂端通過銅排導線同電源相連接，并通過電極把持 器固定在爐本體5的框架上，其下端插入爐本體5之中；集塵裝置4位于整個設備的最上方， 集塵裝置4安裝有集塵分管道13，并與除塵系統相連通;爐本體5底部開口處與爐底冷卻設 備6相連通，爐底冷卻設備6直接和出料裝置7相對應；出料裝置7位于爐底冷卻設備6的下方 并通過提升裝置一直延伸到成品儲料罐8頂部。
[0006] 特別之處還在于本設備的石墨電極3使用直流電源進行供電。
[0007] 特別之處還在于兩根石墨電極3在爐體中屯、線上對稱排布，其自爐頂插入爐本體5 中的深度為爐本體5高度的1/2~2/3。
[000引特別之處還在于兩根石墨電極3之間的距離是石墨電極3自身直徑的3-6倍。
[0009] 特別之處還在于爐底冷卻設備6的和爐本體5相連接的口徑同兩個石墨電極3之間 產生的高溫區水平截面長度相等。
[0010] 本實用新型方法W前述的連續式直流超高溫石墨化電爐為主要設備進行散狀人 造石墨的生產，其生產使用方法包括原料入爐、干燥般燒、石墨化、冷卻出爐4個工序步驟， 具體操作如下：
[0011] (1)將備好的石油焦或無煙煤等通過如前述設計的連續式直流超高溫石墨化電爐 的上料裝置1和進料斗2送入到爐本體5中，接通電源開始給爐本體5送電加熱升溫，其中，裝 入的石油焦或無煙煤W灰分小于0.5%、硫分小于0.5%、揮發分小于0.6%、真密度>2. Ig/ cm3、粒度I-IOmm的物料為宜；
[0012] (2)隨著爐本體5內溫度上升，物料先后經過干燥、般燒階段，運階段產生的蒸汽和 揮發分將通過位于爐本體5頂部的集塵裝置4收集并排出；
[OOU] (3)由于兩根石墨電極3成直線排布，物料如石油焦等具有導電性，電極通電后，冷 石油焦開始導電，產生電阻熱，在生產狀態下電流集中在兩個電極之間流動，在兩石墨電極 3連線附近區間內可形成一個具有一定高度的3000°C~3500°C高溫區，物料進入到兩石墨 電極3間形成的3000°C~3500°C高溫區上部后溫度上升至3000°C并持續下降，在高溫區段 內滯留1.5~2.5小時，完成石墨化，然后排出，如不能及時排出，溫度會持續升高，有安全隱 患；
[0014] (4)物料完成石墨化后，下落到爐底冷卻設備6中進行冷卻，冷卻到100~300°C后 由爐底冷卻設備6的出料口排入到出料裝置7中出料，待物料自然冷卻至室溫后送入到成品 儲料罐8中等待分裝。
[0015] 使用本實用新型的連續式直流超高溫石墨化電爐進行連續生產時，時隔10~ SOmin裝入一次物料、排出一次產品，物料自進料斗2的進料口進入到由爐底冷卻設備6的出 料口排入到出料裝置7中共需3~4小時。
[0016] 另外需要說明的是生產時由于爐底冷卻設備6和爐本體5相連接的口徑和兩個石 墨電極3之間產生的高溫區水平截面距離相等，所W，物料在高溫區內停留1.5~2.5小時后 可W順利下落到爐底冷卻設備中。而充填到高溫區外距電極一定距離靠近爐殼部分的區域 物料由于爐本體5與爐底冷卻設備6相連通的開口相對較小運一特殊結構，無法下落到爐底 冷卻設備中，留在原處形成一個保溫區，保溫區內的物料一直起到保溫層的作用。在生產過 程中，通過控制出料量來控制兩電極之間電流的穩定性，進而實現爐內高溫區的相對穩定。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型所用連續式直流超高溫石墨化電爐主視示意圖。
[0018] 圖2為本實用新型所用連續式直流超高溫石墨化電爐立面示意圖，也是圖1的左視 斷面示意圖。
[0019] 圖3為本實用新型所用連續式直流超高溫石墨化電爐俯視示意圖。
[0020] 其中，I為上料裝置，2為進料斗，3為石墨電極，4為集塵裝置，5為爐本體，6為爐底 冷卻設備，7為出料裝置，8為成品儲料罐，9為原料儲料倉、10螺旋輸送設備，11為計量斗，12 為提升裝置，13為集塵分管道。
【具體實施方式】
[0021] 本實用新型的實施例如附圖所示，其中圖1為本實用新型所用連續式直流超高溫 石墨化電爐主視示意圖。參照圖1，該連續式直流超高溫石墨化電爐包括上料裝置1、進料斗 2、石墨電極3、集塵裝置4、爐本體5、爐底冷卻設備6、出料裝置7、成品儲料罐8、原料儲料倉 9、螺旋輸送設備10,計量斗11，提升裝置12和集塵分管道13。整個爐子的具體結構正如實用 新型內容所述，其中上料裝置1位于爐本體5正面，上料裝置1的下端與原料儲料倉9相連接， 上料裝置1的上端與螺旋輸送設備10相連接;螺旋輸送設備10的末端置于進料斗2之上;進 料斗2位于爐本體5的正上方;集塵裝置4位于整個設備的最上方，集塵裝置4安裝有對稱布 置的4支集塵分管道13,每支集塵分管道13的末端適度彎曲并對準爐頂的某一部位，集塵裝 置4與除塵系統相連通;爐底冷卻設備6位于爐本體5的正下方；出料裝置7位于爐底冷卻設 備6的下方并通過計量斗11和提升裝置12-直延伸到成品儲料罐8頂部;兩根同種規格石墨 電極3在爐體沿長度中屯、線上對稱排布，兩根石墨電極3之間的距離是石墨電極3自身直徑 的5倍，石墨電極3的頂端通過銅排導線同直流電源相連接，并通過電極把持器固定在爐本 體5的頂板上，其下端插入爐本體5之中，插入的深度為爐本體5高度的1/2~2/3(例如，1/ 2)。
[0022] 本實用新型方法W前述的連續式直流超高溫石墨化電爐為主要設備，日產為15t， W石油焦為原料進行散狀人造石墨的生產，其生產使用方法包括W下步驟：
[0023] (1)將備好的石油焦經上料裝置、進料斗送入到本項實用新型所設計的立式石墨 化電爐中，接通直流電源，對石墨化爐開始加熱，其中，石油焦的灰分為0.48 %、硫含量為 0.36%、揮發分為0.57%、真密度〉2.1g/cm3、分礦粒度為I-IOmm(例如，2-lOmm);
[0024] (2)隨著爐內溫度上升，物料先后經過干燥、般燒階段，運階段產生的蒸汽和揮發 分將通過爐頂集塵設備排出；
[0025] (3)物料石油焦具有導電性，電極通電后，冷石油焦開始導電，產生電阻熱，在生產 狀態下電流集中在兩個電極之間流動，在電極連線附近區間內可形成一個3000°C~3200°C 的高溫區。物料下降到達3000°C W上的高溫區內快速升溫并平均在高溫區滯留停留2小時 10分鐘，完成石墨化后排出；
[0026] (4)物料石墨化完成后，進入爐底冷卻設備進行冷卻，冷卻到180°C后進入出料設 備中出料，待物料自然冷卻至室溫后進行分裝。
[0027] 使用本實用新型的連續式直流超高溫石墨化電爐進行連續生產時，時隔10~ 30min(例如，15min)裝入一次物料、排出一次產品，物料自進料口進入到出料口排出平均需 要3~4小時(例如，3小時）。
[00%]生產過程中爐子內襯溫度最高為1200°C，實現穩定生產后，對高純散狀人造石墨 抽樣化驗，結果列表(見表1)如下。
[0029]表 1
[0030]
[0031] 通過上表的數據分析，生產的高純散狀人造石墨平均固定碳含量在99.95% W上， 硫分含量低于0.05%，平均電阻率小于10化Q ? m，真密度大于2.20g/cm3，各項物性指標均 達到高純石墨的要求。
[0032] 本實用新型設計的連續式直流超高溫石墨化電爐具有如下的技術效果：
[0033] (1)使用本實用新型所設計的連續式直流超高溫石墨化電爐設備可W進行散狀人 造石墨專口的連續化生產，運和石墨電極石墨化過程中產生的副產品相比是一個很大的進 步；
[0034] (2) W直流電為電源且石墨電極成直線布置，在石墨化爐內可W獲得均勻的溫度 場，處于高溫區的原料均能獲得比較一致的加熱或保溫，可保證生產出的散狀石墨充分石 墨化，質量均勻，純度較高；
[0035] (3)爐內存在一個保溫區，保溫區的物料不隨高純散狀石墨排出，可避免蓄熱損 失，因此生產高純散狀人造石墨的電耗可降至2000kwh/t W下；
[0036] (4)由于保溫區對高溫區的一定隔離作用，電爐內襯溫度可降低到1150~1250°C， 溫度的降低對內襯耐火材料要求必將有所降低，另一方面也可W明顯增加連續式直流超高 溫石墨化電爐的整體壽命，減少維修時間，提高作業效率；
[0037] (5)生產的高純散狀人造石墨質量均勻，平均固定碳含量在99.95% W上，硫分含 量低于0.05%，平均電阻率小于10化Q ? m，真密度大于2.20g/cm3，各項物性指標均達到國 家標準中所定義的高純人造石墨的要求。
【主權項】
1. 一種連續式直流超高溫石墨化電爐，其特征在于，該種電爐包括上料裝置（I)、進料 斗(2)、石墨電極(3)、集塵裝置(4)、爐本體(5)、爐底冷卻設備(6)、出料裝置(7)、成品儲料 罐(8)和螺旋輸送設備（10)，其中：上料裝置（1)置于爐本體(5)的正前方適當位置，上料裝 置（1)的上端與螺旋輸送設備（10)相連接;螺旋輸送設備（10)的末端置于進料斗（2)之上； 進料斗（2)置于爐本體(5)的正上方，其下部出口處與爐本體(5)直接相連通;爐本體(5)由 鋼板和內襯組成，內襯為粘土磚;兩根同種規格石墨電極(3)的頂端通過銅排導線同電源相 連接，并通過電極把持器固定在爐本體(5)的框架上，其下端插入爐本體(5)之中；集塵裝置 (4)位于整個設備的最上方，集塵裝置(4)安裝有集塵分管道(13)，并與除塵系統相連通;爐 本體(5)底部開口處與爐底冷卻設備(6)相連通，爐底冷卻設備(6)直接和出料裝置(7)相對 應；出料裝置(7)位于爐底冷卻設備(6)的下方并通過提升裝置一直延伸到成品儲料罐(8) 頂部。2. -種如權利要求1所說的連續式直流超高溫石墨化電爐，其特征在于，該種電爐的石 墨電極(3)使用直流電源進行供電。3. -種如權利要求1所說的連續式直流超高溫石墨化電爐，其特征在于，該種電爐的兩 根石墨電極(3)在爐體中心線上對稱排布，其自爐頂插入爐本體(5)中的深度為爐本體(5) 高度的1/2~2/3。4. 一種如權利要求1所說的連續式直流超高溫石墨化電爐，其特征在于，該種電爐的兩 根石墨電極(3)之間的距離是石墨電極(3)自身直徑的3-6倍。5. -種如權利要求1所說的連續式直流超高溫石墨化電爐，其特征在于，該種電爐的爐 底冷卻設備(6)的和爐本體(5)相連接的口徑同兩個石墨電極(3)之間產生的高溫區水平截 面長度相等。
【文檔編號】C01B31/04GK205472678SQ201620168334
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月3日
【發明人】陳文仲, 畢艷秋, 高天天, 安鑫
【申請人】沈陽中禾能源科技有限公司