一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，包括依次連接的進料系統、加熱段、冷卻段、尾氣系統和出料系統；進料系統是一個底部帶漏斗口的錐形料倉和給料機；進料系統、加熱段、冷卻段和出料系統均通過傳感電路和測控系統相連接；其中的加熱段臥管兩端有封蓋封閉的長形筒體，長形筒體橫截面為左右對稱直邊，上下對稱半圓弧邊；在整段長形筒體的下半圓弧邊內全程置有一根第一螺旋桿，其中的上述冷卻段是一根兩端有封蓋封閉的金屬長圓筒體；金屬長圓筒體外表有夾層水套；本發明針對以粉體或小顆粒為主的炭質中間體物料的處理，具有低能耗、低成本、操作簡單、最大程度降低污染。
【專利說明】一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，主要針對以粉體或小顆粒為主的炭質中間體物料進行連續熱處理，并且本裝置可以滿足物料被加熱時隔絕空氣和排除可燃性揮發份的要求，更具體地說，其主要應用領域為鋰離子電池負極材料中間體的炭化處理。
【背景技術】
[0002]在鋰離子電池用炭負極材料的工業生產中，經常要對炭質中間體的進行1000°C左右的熱處理，業內通常稱之為炭化處理，與之對應的設備稱為炭化爐。部分種類炭質中間體經過炭化處理后，可以直接作為負極產品進行使用或銷售。還有一部分炭質中間體需要最終進行石墨化處理，而石墨化處理屬于高能耗產業，隨石墨化排放的尾氣也會造成環境污染。在石墨化前對它們預先進行炭化會顯著提高材料振實密度，降低揮發分，從而提高石墨化爐單爐產量，大幅度降低石墨化生產成本，減輕環保壓力。
[0003]目前，對于以粉體或小顆粒為主的炭質中間體物料的熱處理裝置主要有兩類，推板道窯和井式爐。上述兩種熱處理裝置有其各自的優點但都存在相當多的明顯不足。
[0004]推板窯作為以粉體或小顆粒為主的炭質中間體物料的熱處理裝置，具有難以克服的多個缺點:1、加熱元件及坩堝的損耗很大，設備運轉維護費用大；2、被熱處理炭質中間體物料為間接加熱，推板及坩堝的加熱屬于無效加熱，熱效率低，能耗大。3、大量惰性的保護氣體的使用，進一步提高了生產成本；4、人工對坩堝進行裝、出料作業，操作麻煩，多污染，增大了作業者勞動量且不利于作業者的健康；5、高揮發分物料產生的揮發分在高溫下會在推板窯的加熱元件上積碳，從而造成加熱元件頻繁損壞，因此推板窯無法對高揮發分物料進行處理。
[0005]井式爐作為以粉體或小顆粒為主的炭質中間體物料的熱處理裝置，其缺點也同樣是很明顯的:1、間歇操作，生產周期較長，無法實現大規模連續生產，單位設備產能低；2、在每次生產過程中其加熱裝置對爐甄的加熱同樣屬于無效加熱，存在著較大的能源浪費，熱效率低下；3、爐甄反復急冷急熱，造成爐甄使用壽命普遍較低；4、由于爐甄多為深井形式，其作業過程麻煩且多粉塵彌漫，從而也存在作業者勞動量大和不利于作業者健康的情況。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題在于提供一種低能耗、低成本、操作簡單、最大程度降低污染、滿足物料在高溫時隔絕空氣及排放可燃性氣體的要求的臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，主要的應用領域為鋰離子電池負極材料中間體的炭化處理。
[0007]為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的:
一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，包括依次連接的進料系統、加熱段、冷卻段、尾氣系統和出料系統；進料系統是一個底部帶漏斗口的錐形料倉和給料機；進料系統、力口熱段、冷卻段和出料系統均通過傳感電路和測控系統相連接；加熱段為兩段或多段臥管從高到低上下設置且段之間串聯連接；兩段或多段臥管的第一段是預熱部分，第二段或第二段以上臥管是主加熱部分；上述每段臥管結構基本相同，均為兩端有封蓋封閉的長形筒體，長形筒體由耐高溫的導熱材料構成，其中一端上方有進料口，另端下方有出料口 ；在長形筒體的頂部還有與筒體內腔相通的一個或多個揮發成分排出口 ；在長形筒體進料口和出料口之間部分，水平地置于長筒加熱爐的爐膛中；長形筒體橫截面為左右對稱直邊，上下對稱半圓弧邊；在整段長形筒體的下半圓弧邊內全程置有一根第一螺旋桿，第一螺旋桿的最大外徑與長形筒體下半圓弧的弧面相匹配；第一螺旋桿傳動主軸從出料口一端的封蓋穿出，經水冷軸承、風冷翅片軸段，接第一減速驅動電機；上述冷卻段是一根兩端有封蓋封閉的金屬長圓筒體，水平安置；金屬長圓筒體外表有夾層水套；金屬長圓筒體一端上方有熟料進口，另端下方有一個或兩個互相靠近的熟料出口 ；金屬長圓筒體內全程置有一根第二螺旋桿，第二螺旋桿的最大外徑與金屬長圓筒體的內徑相匹配；第二螺旋桿傳動主軸是中空的，內通循環冷卻水；第二螺旋桿傳動主軸從熟料出口一端的封蓋穿出接第二減速驅動電機；上述出料系統是由接料拉缸和兩個密封接料罐組合而成。
[0008]上述的依次連接是:進料系統給料機通過鎖風閥連接加熱段預熱部分的進料口，加熱段主加熱部分最后一出料口通過第二波紋管連接下方冷卻段的熟料進口 ；冷卻段的一個熟料出口通過接料拉缸連接密封接料罐；或冷卻段的兩個互相靠近的熟料出口分別通過接料拉缸連接密封接料罐。
[0009]上述的段之間串聯連接是，第一段臥管的出料口通過第一波紋管連接下方第二段臥管的進料口 ；或第一段臥管的出料口通過第一波紋管連接下方第二段臥管的進料口，第二段臥管的出料口通過第三波紋管連接下方后面段臥管的進料口。
[0010]本發明的工作原理是:粉狀或顆粒狀的炭質中間體原料從進料系統的錐形料倉進入，經鎖風閥或螺旋輸送機，或兩者以任意順序的串聯隔離配合，依靠給料機控制定量給料，使進料不發生間斷；既隔絕了空氣，又實現了炭質中間體原料連續從進料口進入臥管中；在臥管的長形筒體中，在第一螺旋桿的螺旋葉片推進下，炭質中間體原料在長形筒體下半圓弧的弧面上，一邊不斷攪動，一邊沿長形筒體軸向水平移動；位于長形筒體外的長筒加熱爐通過熱傳遞，對長形筒體壁加熱，長形筒體壁又對其內的炭質中間體原料和第一螺旋桿同時加熱，加熱后的第一螺旋桿又反過來對炭質中間體原料均勻傳熱，縮短了物料加熱時所需最大熱傳導距離，使得炭質中間體原料的加熱更均勻。所產生的大量揮發分會聚在長形筒體內上方的半圓弧空間氣室中，并沿著長形筒體運動到揮發成分排出口，由尾氣系統統一收集處理。上述炭質中間體原料經過一段預熱臥管和一段或一段以上的主加熱臥管處理，變成了溫度為800-1000°C的高溫炭質中間體到達臥管的出料口。高溫炭質中間體經波紋管從熟料進口進入下方冷卻段；在冷卻段的的金屬長圓筒體內，高溫炭質中間體由第二螺旋桿推進并攪拌，充滿循環冷卻水中空的第二螺旋桿傳動主軸直接對高溫炭質中間體換熱冷卻；同時夾層水套中的循環冷卻水也通過金屬長圓筒體壁不斷與攪拌移動的高溫炭質中間體換熱，高溫炭質中間體被充分冷卻。當被冷卻的炭質中間體到達熟料出口，在測控系統的控制下，通過接料拉缸選擇地進入密封接料罐，完成隔絕空氣出料，并利用兩密封接料罐輪流交替工作，使得出料不間斷，實現連續熱處理的目的。
[0011]與現有技術比較，本發明的創新點是: ①炭質中間體在未被熱處理前通常具有較高比例的揮發分，這種揮發分的存在使得其在被加熱時容易發生粘連和板結，而粘連和結塊會導致后續處理增加成本，并使產品質量降低，嚴重時會直接影響熱處理過程排料困難。同時這種揮發分隨加熱大量排出，在現有技術的螺旋推進器中，由于現有螺旋輸送機其外觀界面都是圓形的，并沒有設置專門的氣體通路，而粉料基本充滿了整個輸送機的空間。這使得當物料被加熱時產生的大量揮發性氣體在排放到尾氣系統的過程中，攜帶大量的被加熱粉體、顆粒，造成明顯的收率損失，更為嚴重的是極易發生堵塞尾氣管路，以致發生管內憋壓，易燃易爆氣體外泄等安全問題，因此傳統的螺旋輸送機在本發明中是完全摒棄的。本發明利用第一螺旋桿與橫截面為左右對稱直邊，上下對稱半圓弧邊的長形筒體配合，巧妙地實現了高溫炭質中間體邊攪拌推進，邊加熱排氣，被加熱的炭質中間體通過螺旋推進在臥管的底部行進，炭質中間體被加熱產生的揮發性氣體在螺旋攪拌軸的上方，也就是臥管的頂部空間行進，兩者各行其道，互不影響，因此不會造成，大量物料被氣體裹挾排放到尾氣系統的現象，更不會危及生產安全。本發明的長形筒體內上方的半圓弧空間氣室設計，克服了現有技術的螺旋推進器“氣物并行”的技術難題。
[0012]②本發明的第一螺旋桿傳動主軸從出料口一端的封蓋穿出，均經水冷軸承、風冷翅片軸段，接減速驅動電機；這種結構解決了驅動電機與高溫主軸連接，實現了在高溫環境中傳動軸的填料密封技術難題。
[0013]③本發明在進料段利用經鎖風閥配合靠給料機控制定量給料，在加熱段、冷卻段利用螺旋桿的螺旋葉片不斷推進，在出料段通過接料拉缸選擇兩密封接料罐輪流交替工作；使得進料、加熱、冷卻和出料過程不間斷，實現連續熱處理的目的。
[0014]④本發明可生產高純炭質中間體粉；所產生的揮發分統一通過管道接尾氣系統， 沒有大氣污染排放物，也沒有地下污染排放物。本發明自動化程度較高，屬于國內首倉IJ。本發明在雜質冷卻回收方面使用了副產品回收裝置，克服了生產排放物對環境的污染，具有創新性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的結構示意圖。
[0016]圖2是圖1的A-A剖面結構示意圖。
[0017]附圖中的標記是:1錐形料倉；2給料機；3長形筒體；4進料口；5揮發成分排出口 ；6出料口 ；7長筒加熱爐；8爐膛；9第一螺旋桿；10第一減速驅動電機；12夾層水套；13熟料進口 ；14熟料出口 ；15第二螺旋桿；16第二減速驅動電機；17密封接料罐；18第一波紋管；19第二波紋管。
【具體實施方式】
[0018]以下是參考附圖用具體的實施例對本發明具體描述，但必須知道，該實施方案不能用來構成對本發明的限制。
[0019]實施例1
參考附圖1和附圖2，一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，包括依次連接的進料系統、加熱段、冷卻段、尾氣系統和出料系統；進料系統是一個底部帶漏斗口的錐形料倉(I)和給料機(2);進料系統、加熱段、冷卻段和出料系統均通過傳感電路和測控系統相連接；加熱段為兩段臥管從高到低上下設置且段之間串聯連接；兩段臥管的第一段是預熱部分，第二段臥管是主加熱部分；上述兩段臥管結構基本相同，均為兩端有封蓋封閉的長形筒體
(3)，長形筒體(3)由耐高溫的導熱材料構成，其中一端上方有進料口(4)，另端下方有出料口(6);在長形筒體的頂部還有與筒體內腔相通的一個或多個揮發成分排出口(5);在長形筒體(3)進料口(4)和出料口(6)之間部分，水平地置于長筒加熱爐(7)的爐膛(8)中；長形筒體(3)橫截面為左右對稱直邊，上下對稱半圓弧邊；在整段長形筒體(3)的下半圓弧邊內全程置有一根第一螺旋桿(9)，第一螺旋桿(9)的最大外徑與長形筒體(3)下半圓弧的弧面相匹配；第一螺旋桿(9)傳動主軸從出料口(6) —端的封蓋穿出，經水冷軸承、風冷翅片軸段，接第一減速驅動電機(10 );上述冷卻段是一根兩端有封蓋封閉的金屬長圓筒體(11 )，水平安置；金屬長圓筒體(11)外表有夾層水套(12);金屬長圓筒體(11) 一端上方有熟料進口(13)，另端下方有兩個互相靠近的熟料出口(14);金屬長圓筒體(11)內全程置有一根第二螺旋桿(15)，第二螺旋桿(15)的最大外徑與金屬長圓筒體(11)的內徑相匹配；第二螺旋桿傳動主軸是中空的，內通循環冷卻水；第二螺旋桿傳動主軸從熟料出口(14) 一端的封蓋穿出接第二減速驅動電機(16);上述出料系統是由接料拉缸和兩個密封接料罐(17)組合而成。
[0020]上述的依次連接是:進料系統給料機(2)通過鎖風閥連接加熱段預熱部分的進料口(4);加熱段預熱部分的出料口(6)連接加熱段主加熱部分的進料口(4);加熱段主加熱部分的出料口(6)通過第二波紋管(19)連接下方冷卻段的熟料進口(13);冷卻段的兩個熟料出口(14)分別通過接料拉缸連接密封接料罐(17)。
[0021]上述的段之間串聯連接是，第一段臥管的出料口(6)通過第一波紋管(18)連接下方第二段臥管的進料口(4)。
[0022]上述的給料機(2)為星型給料機。
[0023]上述的夾層水套(12 )上有進水口和回水口，進水口和回水口通過管道外接循環冷卻水系統。
[0024]上述每段臥管上的揮發成分排出口(5)通過管道一起接尾氣系統。
[0025]上述的第一螺旋桿(9)的螺旋葉片與軸的材質是導熱系數大于45 ff/m.V的耐熱金屬材料。
[0026]上述的進料系統、加熱段和冷卻段均分別安裝有維檢修平臺。
[0027]實施例2
一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，包括依次連接的進料系統、加熱段、冷卻段、尾氣系統和出料系統；進料系統是一個底部帶漏斗口的錐形料倉(I)和給料機(2);進料系統、加熱段、冷卻段和出料系統均通過傳感電路和測控系統相連接；加熱段為三段臥管從高到低上下設置且段之間串聯連接；三段臥管的第一段是預熱部分，第二段和第三段臥管是主加熱部分；上述每段臥管結構基本相同，均為兩端有封蓋封閉的長形筒體(3)，長形筒體
(3)由耐高溫的導熱材料構成，其中一端上方有進料口(4)，另端下方有出料口(6);在長形筒體的頂部還有與筒體內腔相通的一個或多個揮發成分排出口(5);在長形筒體(3)進料口(4)和出料口(6)之間部分，水平地置于長筒加熱爐(7)的爐膛(8)中；長形筒體(3)橫截面為左右對稱直邊，上下對稱半圓弧邊；在整段長形筒體(3)的下半圓弧邊內全程置有一根第一螺旋桿(9)，第一螺旋桿(9)的最大外徑與長形筒體(3)下半圓弧的弧面相匹配；第一螺旋桿(9)傳動主軸從出料口(6) —端的封蓋穿出，經水冷軸承、風冷翅片軸段，接第一減速驅動電機(10);上述冷卻段是一根兩端有封蓋封閉的金屬長圓筒體(11)，水平安置；金屬長圓筒體(11)外表有夾層水套(12);金屬長圓筒體(11) 一端上方有熟料進口(13)，另端下方有一個熟料出口(14);金屬長圓筒體(11)內全程置有一根第二螺旋桿(15)，第二螺旋桿(15)的最大外徑與金屬長圓筒體(11)的內徑相匹配；第二螺旋桿傳動主軸是中空的，內通循環冷卻水；第二螺旋桿傳動主軸從熟料出口(14) 一端的封蓋穿出接第二減速驅動電機(16);上述出料系統是由接料拉缸和兩個密封接料罐(17)組合而成。
[0028]上述的依次連接是:進料系統給料機(2)通過鎖風閥連接加熱段預熱部分的進料口(4)，加熱段預熱部分的出料口(6)連接加熱段主加熱部分的進料口(4);加熱段主加熱部分的出料口( 6 )通過第二波紋管(19 )連接下方冷卻段的熟料進口( 13 );冷卻段的熟料出口(14)通過接料拉缸連接密封接料罐(17)。
[0029]上述的段之間串聯連接是，第一段臥管的出料口(6)通過第一波紋管(18)連接下方第二段臥管的進料口(4)，第二段臥管的出料口(6)通過第三波紋管連接下方第三段臥管的進料口(4)。
[0030]上述的給料機(2 )為螺旋給料機、或星型給料機和螺旋給料機兩者的任意順序串聯。
[0031 ] 上述的夾層水套(12 )上有進水口和回水口，進水口和回水口通過管道外接循環冷卻水系統。
[0032]上述每段臥管上的揮發成分排出口(5)通過管道一起接尾氣系統。
[0033]上述的第一螺旋桿(9)的螺旋葉片與軸的材質是導熱系數大于45 ff/m.V的耐熱金屬材料。
[0034]上述的進料系統、加熱段和冷卻段均分別安裝有維檢修平臺。
[0035]上述金屬長圓筒體(11)下方的熟料出口(14)的下端接有一個“Y”型分配器分成兩個出口。
【權利要求】
1.一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，包括依次連接的進料系統、加熱段、冷卻段、尾氣系統和出料系統；進料系統是一個底部帶漏斗口的錐形料倉(I)和給料機(2);進料系統、加熱段、冷卻段和出料系統均通過傳感電路和測控系統相連接；其特征在于:加熱段為兩段或多段臥管從高到低上下設置且段之間串聯連接；兩段或多段臥管的第一段是預熱部分，第二段或第二段以上臥管是主加熱部分；上述每段臥管結構基本相同，均為兩端有封蓋封閉的長形筒體(3)，長形筒體(3)由耐高溫的導熱材料構成，其中一端上方有進料口(4)，另端下方有出料口(6);在長形筒體的頂部還有與筒體內腔相通的一個或多個揮發成分排出口(5);在長形筒體(3)進料口(4)和出料口(6)之間部分，水平地置于長筒加熱爐(7)的爐膛(8)中；長形筒體(3)橫截面為左右對稱直邊，上下對稱半圓弧邊；在整段長形筒體(3)的下半圓弧邊內全程置有一根第一螺旋桿(9)，第一螺旋桿(9)的最大外徑與長形筒體(3)下半圓弧的弧面相匹配；第一螺旋桿(9)傳動主軸從出料口(6) —端的封蓋穿出，經水冷軸承、風冷翅片軸段，接第一減速驅動電機(10);上述冷卻段是一根兩端有封蓋封閉的金屬長圓筒體(11)，水平安置；金屬長圓筒體(11)外表有夾層水套(12);金屬長圓筒體(11)一端上方有熟料進口( 13),另端下方有一個或兩個互相靠近的熟料出口( 14);金屬長圓筒體(11)內全程置有一根第二螺旋桿(15)，第二螺旋桿(15)的最大外徑與金屬長圓筒體(11)的內徑相匹配；第二螺旋桿傳動主軸是中空的，內通循環冷卻水；第二螺旋桿傳動主軸從熟料出口(14)一端的封蓋穿出接第二減速驅動電機(16);上述出料系統是由接料拉缸和兩個密封接料罐(17)組合而成。
2.根據權利要求1所述的一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，其特征在于:所述的依次連接是:進料系統給料機(2)通過鎖風閥連接加熱段預熱部分的進料口(4)，加熱段主加熱部分最后一出料口(6)通過第二波紋管(19)連接下方冷卻段的熟料進口(13);冷卻段的一個或兩個互相靠近的熟料出口(14)通過接料拉缸連接密封接料罐(17)。
3.根據權利要求1所述的一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，其特征在于:所述的段之間串聯連接是，第一段臥管的出料口(6)通過第一波紋管(18)連接下方第二段臥管的進料口(4);或第一段臥管的出料口(6)通過第一波紋管(18)連接下方第二段臥管的進料口(4)，第二段臥管的出料口(6)通過第三波紋管連接下方后面段臥管的進料口(4)。
4.根據權利要求1所述的一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，其特征在于:所述的給料機(2 )為星型給料機、或螺旋給料機、或兩者的任意順序串聯。
5.根據權利要求1所述的一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，其特征在于:所述的夾層水套(12)上有進水口和回水口，進水口和回水口通過管道外接循環冷卻水系統。
6.根據權利要求1所述的一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，其特征在于:所述每段臥管上的揮發成分排出口(5)通過管道一起接尾氣系統。
7.根據權利要求1所述的一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，其特征在于:所述的第一螺旋桿(9)的螺旋葉片與軸的材質是導熱系數大于45 ff/m.°C的耐熱金屬材料。
8.根據權利要求1所述的一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，其特征在于:所述的進料系統、加熱段和冷卻段均分別安裝有維檢修平臺。
9.根據權利要求1所述的一種臥管式炭質中間體連續熱處理裝置，其特征在于:所述金屬長圓筒體(11)下方僅有一個的熟料出口(14)的結構是，在該熟料出口(14)的下端接有一個“γ”型分配器分成兩個出口。
【文檔編號】F27B9/02GK104215066SQ201410447748
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月4日 優先權日:2014年9月4日
【發明者】杜輝玉, 劉軍強, 馬軍旗, 李鵬 申請人:郴州杉杉新材料有限公司