[發(fā)明專利]一種連續(xù)式直流超高溫石墨化電爐及使用方法

有效

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• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105645396B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳文仲;畢艷秋;高天天;安鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽中禾能源科技有限公司
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205
• 代理公司: 北京銘碩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11286
• 代理人: 劉燦強(qiáng),尹淑梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及冶金工程非金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)式直流超高溫石墨化電爐及其使用方法。

背景技術(shù)

石墨具有優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、耐磨性、潤滑性、抗熱震性等特殊性能，而且耐高溫，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因而越來越被廣泛應(yīng)用于原子能、汽車、航天技術(shù)、冶金、化工、機(jī)械等行業(yè)。石墨現(xiàn)已成為一種現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)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(yīng)用價值越高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一般石墨產(chǎn)品的純度已無法滿足某些行業(yè)對高純石墨的要求，含碳量在99.95％以上的高純石墨的應(yīng)用已日趨廣泛。在國家大力發(fā)展的新能源汽車領(lǐng)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(fā)、生產(chǎn)已成為石墨材料向更寬、更深領(lǐng)域發(fā)展急需解決的材料問題之一。

目前石墨提純方法主要分為浮選法、酸堿法、氫氟酸法、氯化焙燒法和高溫法五種。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、氫氟酸法和氯化焙燒法在制備高純石墨時會產(chǎn)生大量的廢水或廢氣，環(huán)境污染大且不易處理，后期環(huán)保環(huán)節(jié)的投入會大大增加成本。相比以上方法，高溫法污染較小，并能得到較高含碳量的產(chǎn)品。目前高溫法使用的是艾奇遜石墨化爐和內(nèi)熱串接石墨化爐兩類設(shè)備，而在使用這兩類設(shè)備生產(chǎn)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(chǎn)，生產(chǎn)過程幾乎無法實現(xiàn)連續(xù)化作業(yè)；二、產(chǎn)品能耗較高，一般最低均在3200kwh/t以上；三、爐內(nèi)溫度分布不均勻，因此石墨化程度不夠穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊；四、生產(chǎn)時加入的電阻料和石英砂將導(dǎo)致散狀石墨產(chǎn)品中含有較多雜質(zhì)。這些缺點最終會導(dǎo)致散狀石墨產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)成本偏高。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有人造石墨生產(chǎn)方法存在的問題，本發(fā)明提供一種連續(xù)式直流超高溫石墨化電爐及使用方法。

該技術(shù)使用一種連續(xù)式直流超高溫石墨化電爐進(jìn)行高純?nèi)嗽焓纳a(chǎn)，該種電爐結(jié)構(gòu)及部件包括上料裝置1、進(jìn)料斗2、石墨電極3、集塵裝置4、爐本體5、爐底冷卻設(shè)備6、出料裝置7、成品儲料罐8和螺旋輸送設(shè)備10，其中：上料裝置1置于爐本體5的正前方適當(dāng)位置，上料裝置1的上端與螺旋輸送設(shè)備10相連接；螺旋輸送設(shè)備10的末端置于進(jìn)料斗2之上；進(jìn)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(nèi)襯組成，內(nèi)襯為粘土磚；兩根同種規(guī)格石墨電極3的頂端通過銅排導(dǎo)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(shè)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(tǒng)相連通；爐本體5底部開口處與爐底冷卻設(shè)備6相連通，爐底冷卻設(shè)備6直接和出料裝置7相對應(yīng)；出料裝置7位于爐底冷卻設(shè)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。

特別之處還在于本設(shè)備的石墨電極3使用直流電源進(jìn)行供電。

特別之處還在于兩根石墨電極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。

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。

特別之處還在于爐底冷卻設(shè)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(chǎn)生的高溫區(qū)水平截面長度相等。

本發(fā)明方法以前述的連續(xù)式直流超高溫石墨化電爐為主要設(shè)備進(jìn)行散狀人造石墨的生產(chǎn)，其生產(chǎn)使用方法包括原料入爐、干燥煅燒、石墨化、冷卻出爐4個工序步驟，具體操作如下：

(1)將備好的石油焦或無煙煤等通過如前述設(shè)計的連續(xù)式直流超高溫石墨化電爐的上料裝置1和進(jìn)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以灰分小于0.5％、硫分小于0.5％、揮發(fā)分小于0.6％、真密度>2.1g/cm³、粒度1-10mm的物料為宜；

(2)隨著爐本體5內(nèi)溫度上升，物料先后經(jīng)過干燥、煅燒階段，這階段產(chǎn)生的蒸汽和揮發(fā)分將通過位于爐本體5頂部的集塵裝置4收集并排出；

(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(dǎo)電性，電極通電后，冷石油焦開始導(dǎo)電，產(chǎn)生電阻熱，在生產(chǎn)狀態(tài)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(qū)間內(nèi)可形成一個具有一定高度的3000℃～3500℃高溫區(qū)，物料進(jìn)入到兩石墨電極3間形成的3000℃～3500℃高溫區(qū)上部后溫度上升至3000℃并持續(xù)下降，在高溫區(qū)段內(nèi)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(xù)升高，有安全隱患；