CN107651679A - 一种石墨化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨化炉。所述石墨化炉包括位于炉体外侧用于感应加热物料的感应线圈，该感应线圈为封装感应线圈；所述石墨化炉为无金属炉壳石墨化炉，设置在石墨化炉最外层的感应线圈兼作炉壳。本发明的石墨化炉无炉壳，无保温层，可以使得炉体体积不受限制，一次投入后维护成本极低，尤其适合物料热处理的大批量连续生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨化炉，属于石墨化炉领域。
背景技术
随着新能源动力的发展，锂离子电池越来越被投资者青睐，碳负极材料作为锂离子电池的关键组成部分其市场也面临井喷式发展。碳负极材料生产过程中的一个关键步骤就是提高石墨化度和提高纯度。石墨化是指高温下碳原子由杂乱不规则排列转变为规则排列的六方平面网状结构，即石墨微晶结构，其目的是获得石墨高导电、高导热、耐腐蚀、耐摩擦等的性能。石墨化温度可高达3100℃，温度越高，石墨微晶结构发育越完善，从而石墨化度提高；同时在如此高的温度下，其他低熔点的原子均以气体形式排出，从而实现材料的提纯。完成石墨化度高或纯度提高的设备我们称作石墨化炉，需要石墨化处理的材料还包括碳纳米管、核石墨、天然石墨和人造石墨等。
艾奇逊炉是实现大批量高温石墨化生产的石墨化炉，其特点是批量大，但是由于其为开放式结构，尾气无集中处理，使用大量的填料焦炭为电阻发热，从而造成能耗高，污染环境，温度不均匀。虽有经过技术改进的内串电极式石墨化炉，但能耗高，污染大，温度不均匀的问题没得到解决。中国专利CN201010108189.8公开了一种竖式高温连续石墨化炉，以上下电极对连接直流电源，以物料为电阻发热，其缺点是能耗高，加热效率低。后又出现中频感应石墨化炉，如中国专利CN201410666556.4公开的一种立式连续感应高温石墨化炉、中国专利CN201410016297.0公开的一种超高温石墨化处理设备、中国专利CN201210487294.6公开的一种连续式高温石墨提纯设备、中国专利CN200910042891.6公开的石墨提纯及石墨化高温立式连续感应加热炉、中国专利CN200920009018.2公开的连续立式中频高温高纯石墨生产设备等，其特点是加热效率高，能耗低，但是粉体的导热系数较低，从而造成炉内材料的温度均匀性较差，产品的性能参差不齐，并且这些石墨化炉均有炉壳结构，除了需要炉壳冷却水冷却外，还限制了加热炉的体积大小，同时维护成本过高，实际中并未实现物料的大批量生产。
发明内容
本发明旨在提供一种石墨化炉，该石墨化炉无炉壳，无保温层，可以使得炉体体积不受限制，一次投入后维护成本极低，尤其适合物料热处理的大批量连续生产。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种石墨化炉，其结构特点是，包括位于炉体外侧用于感应加热物料的感应线圈，该感应线圈为封装感应线圈；所述石墨化炉为无金属炉壳石墨化炉，设置在石墨化炉最外层的感应线圈兼作炉壳。
由此，本发明以封装感应线圈兼作外层炉壳，不再设置传统的金属炉壳，使炉体大小不再受金属炉壳的限制，即可以减去金属炉壳的体积，炉壳直径通常为加热线圈的1.2-1.8倍，降低占地面积，又可以省去金属炉壳的制造成本和冷却成本，同时不再使用传统的碳毡、石墨毡、刚玉等保温材料，直接利用粉体物料导热性较差的特点，在感应线圈内侧形成保温层，利用电磁感应磁场可以穿过非导体的特性，对粉体物料直接加热，极大地提高了石墨化炉的加热效率。
根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：
所述感应线圈上部为转动盘，转动盘边缘部分由支撑体支撑，优选转动盘边缘由感应线圈支撑；所述转动盘上设有搅拌轴，该搅拌轴贯穿转动盘并固定在转动盘上；优选所述搅拌轴上设有调节搅拌轴伸入炉体内部长度的调节结构；优选所述搅拌轴由石墨材料制成。由此，以搅拌轴对物料进行搅拌，提高了炉内物料的温度均匀性。搅拌轴可以调节伸入炉体内长度，当搅拌轴下部由于氧化磨损等损耗后可以通过调节伸入炉体内的长度来实现新的补充，当搅拌轴由于氧化和磨损造成损耗时，可以直接调节其在炉内的长度，避免拆炉更换的麻烦，同时省去保温层和内部坩埚带来的损耗，大大降低生产成本，方便物料的大批量规模化生产。
所述转动盘上还固定有转动轴，转动轴与外部驱动装置相联带动转动盘旋转。由此，搅拌轴旋转时同时起到搅拌作用，使物料加热过程更均匀。
为了方便杂质气体快速溢出，所述搅拌轴内部设有沿轴线的通孔，作为炉体内杂质的排气通道和测温通道，优选搅拌轴上具有均匀分布的由外向内斜向上的开孔。由此，方便杂质气体通过斜向开孔进入搅拌轴的排气通道内。
进一步地，所述转动盘上固定有多个搅拌轴；多个搅拌轴沿转动盘中心线均匀分布；优选搅拌轴边缘到感应线圈的距离为50-500mm。由此，搅拌轴被感应线圈加热形成二级加热元件，可以提高加热区域面积，同时进一步提高炉内温度，提高加热效率；此外，搅拌轴可以通电发热进一步加热物料。
所述炉体包括位于转动盘上部的进料口，作为底部起支撑和保温作用的基底以及位于基底中间的出料口和其下部的冷却区。
为了保证物料被加热的更加均匀，所述转动盘的转速不高于6r/min，优选为0 -3r/min。
优选地，所述感应线圈的直径为0.5~5m，优选0.5~3m。
优选地，被加热物料直接装于由感应线圈与基底组成的容器内，位于感应线圈内壁的部分物料兼作保温层。
优选地，所述感应线圈的电流频率为300-3000HZ、加热功率为300-3000kW。
藉由上述结构，本发明利用粉体物料的导热性能较差的特点，将粉体物料直接作为保温材料使用，同时利用感应加热技术加热效率高，升温速度快的特点，感应加热产生的交变磁场可以穿过非导体，本发明将两者巧妙的结合在一起，摒弃传统方案中的石墨坩埚和保温层以及炉壳，大大降低了炉子的成本，使炉子的大小不再受限制，将高温区扩大到传统方案的4-5倍，方便大批量生产。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.采用感应加热的方法，加热效率高，能耗低，无低压大电流，不需要低压整流，减少变压器的铜损与铁损的消耗，生产成本低，其电加热效率提高了50%。
2.无金属炉壳，不受炉壳大小限制，炉体尺寸没有限制，加热区直径可以达到2-10m，为传统感应炉的2-6倍，单炉次处理产量升高，更适合量产。
3.无炉壳，无冷却水，避免了漏水造成的危险，同时节约冷却水***的能耗。
4.摒弃传统的碳毡保温层，利用负极材料粒度小、堆积比重小、传热效率低的特点，直接以粉体作为保温材料，即避免向外传送热量损耗，提高整体热效率，又降低保温材料造成的维修成本。
5.搅拌轴可以被感应加热，作为热源同时对粉体物料加热，将高温区扩大到原来的4-5倍，使粉体物料更加均匀。
6.当炉内搅拌轴由于氧化和磨损造成损耗时，可以方便的调节伸入炉内的搅拌轴长度，直接省去拆炉造成的维护成本。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构原理图；
图2是所述电极的纵剖面示意图。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
一种石墨化炉，如图1所示，包括炉子外侧为用于感应加热物料的感应线圈5，感应线圈5上部为转动盘2，转动盘2边缘部分由感应线圈5支撑，转动盘2上设有搅拌轴4，搅拌轴4贯穿并固定在转动盘2上，搅拌轴4可以调节伸入炉体内长度，当搅拌轴4下部由于氧化磨损等损耗后可以通过调节来实现伸入炉体内长度的新的补充，转动盘2上还固定有转动轴3，转动轴3与外部驱动装置相联带动转动盘3旋转，还包括位于转动盘2上部的进料口1，作为底部起支撑和保温作用的基底6以及位于基底6中间的出料口7和其下部的冷却区8
工作时，感应线圈5产生的交变磁场物料直接加热，通过调节感应线圈5的电流强度来调节物料加热深度，靠近感应线圈5内壁的部分物料作为保温材料，这种直接使用物料兼作保温层，无额外的保温层的结构形式，即降低了热量的流失，又避免由保温层损耗造成的维护成本。此外，搅拌轴4也可以被感应加热。搅拌轴4旋转时不断搅拌物料，通过接触物料对物料加热，使其温度更加均匀，也使杂质气体更加容易沿内部排气通道溢出，当炉内的搅拌轴4由于氧化和磨损造成损耗时，可以方便的调节其在炉内的长度，避免拆炉维护的麻烦。
所述搅拌轴为石墨材质制成，搅拌轴内部具有排气通道。搅拌轴数量不少于2根，转动盘旋转速度不高于6r/min，最好是0-3r/min。
所述基底由氧化锆、氧化铝、氧化硅、氧化镁、石墨或其他耐火材料中的一种或多种组成，各组分之间的比例不做限定，任意比例混合均可。
如图2所示，搅拌轴4上均匀设有多个斜向开孔9，方便杂质气体通过斜向开孔9进入排气通道10内溢出。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (10)
1.一种石墨化炉，其特征在于，包括位于炉体外侧用于感应加热物料的感应线圈（5），该感应线圈（5）为封装感应线圈；所述石墨化炉为无金属炉壳石墨化炉，设置在石墨化炉最外层的感应线圈（5）兼作炉壳。
2.根据权利要求1所述的石墨化炉，其特征在于，所述感应线圈（5）上部为转动盘（2），转动盘（2）边缘部分由支撑体支撑，优选转动盘（2）边缘由感应线圈（5）支撑；所述转动盘（2）上设有搅拌轴（4），该搅拌轴（4）贯穿转动盘（2）并固定在转动盘（2）上；优选所述搅拌轴（4）上设有调节搅拌轴（4）伸入炉体内部长度的调节结构；优选所述搅拌轴（4）由石墨材料制成。
3.根据权利要求2所述的石墨化炉，其特征在于，所述转动盘（2）上还固定有转动轴（3），转动轴（3）与外部驱动装置相联带动转动盘（3）旋转。
4.根据权利要求2所述的石墨化炉，其特征在于，所述搅拌轴（4）内部设有沿轴线的通孔，作为炉体内杂质的排气通道和测温通道，优选搅拌轴（4）上具有均匀分布的由外向内斜向上的开孔（9）。
5.根据权利要求2所述的石墨化炉，其特征在于，所述转动盘（2）上固定有多个搅拌轴（4）；多个搅拌轴（4）沿转动盘（2）中心线均匀分布；优选搅拌轴（4）边缘到感应线圈（5）的距离为50-500mm。
6. 根据权利要求2所述的石墨化炉，其特征在于，所述转动盘（2）的转速不高于6r/min，优选为0 -3r/min。
7.根据权利要求1-6之一所述的石墨化炉，其特征在于，所述炉体包括位于转动盘（2）上部的进料口（1），作为底部起支撑和保温作用的基底（6）以及位于基底（6）中间的出料口（7）和其下部的冷却区（8）。
8.根据权利要求7所述的石墨化炉，其特征在于，被加热物料直接装于由感应线圈（5）与基底（6）组成的容器内，位于感应线圈（5）内壁的部分物料兼作保温层。
9.根据权利要求1-6之一所述的石墨化炉，其特征在于，所述感应线圈（5）的直径为0.5m-5m，优选为0.5m-3m。
10.根据权利要求1-6之一所述的石墨化炉，其特征在于，所述感应线圈（5）的电流频率为300-3000HZ、加热功率为300-3000kW。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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