一种艾奇逊石墨化炉及装炉方法与流程

1.本发明涉及石墨化炉生产技术领域，尤其涉及一种艾奇逊石墨化炉及装炉方法。


背景技术：

2.新能源负极材料是新能源动力电池的核心组成部分，是炭材料在隔绝氧气的条件下，经过2500℃-3000℃高温石墨化处理后获得的，负极材料石墨化所需的高温条件由石墨化炉实现，石墨化炉主要有艾奇逊石墨化炉、内热串接石墨化炉和箱式石墨化炉，工作原理均为电流的热效应生热，其中，艾奇逊石墨化炉在单炉产能、产品单耗及生产安全等多个方面同时占据优势，因此，是新能源负极材料生产过程中石墨化炉的主流炉型。
3.在使用艾奇逊石墨化炉进行石墨化生产时，需要将装满原料的坩埚以阵列状分层排列布满炉芯区域，坩埚周围均匀填充电阻料，电阻料通电生热后对坩埚进行均匀加热，电阻料外部为保温料，保温料用于减少电阻料产生的热量向外部传导散失。
4.现行的艾奇逊石墨化炉使用天车吊装及人工辅助定位配合完成坩埚装炉，由于装满原料的坩埚重量通常为200kg以上，工人只能采用撬棍等传统手段进行粗糙定位，定位精度很难掌控，无法实现坩埚精确定位，这就使得各坩埚之间的实际间距极不均匀，从而填充到坩埚周围的电阻料有多有少，通电后，电阻料多的部分温度高，甚至可能导致局部超温，引发爆炸等生产安全事故，电阻料少的部分温度低，导致对应的坩埚内部物料无法达到石墨化要求温度，影响产品质量。
5.同时，现行的艾奇逊石墨化炉仅在炉芯上方设置排气结构，但炉芯整体被保温料包裹，炉芯内部（尤其是底部）在石墨化过程中所产生的挥发性气体排出不畅，并且现行艾奇逊石墨化炉仅在炉墙设置冷却通道，但炉墙内侧为一定厚度的保温料，保温料散热能力弱，仍然需要冷却较长时间才能冷却到出炉工序的标定温度，导致石墨化生产周期延长。


技术实现要素：

6.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种艾奇逊石墨化炉及装炉方法，通过设置坩埚底座，坩埚底座上设有定位凹槽，坩埚底部设有相匹配的定位凸台，解决了现行艾奇逊石墨化炉坩埚定位不准确的问题，同时坩埚底座设有底座水平气道，解决了在生产阶段气体排出不畅的技术问题。
7.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：一种艾奇逊石墨化炉，包括炉墙，炉墙内设有若干条冷却通道，还包括炉芯、石墨方管，所述炉芯底部设有坩埚底座，所述坩埚底座设有若干个矩形阵列排布的定位凹槽，所述坩埚底座置有若干个坩埚，所述坩埚底部设有定位凸台，所述定位凹槽与定位凸台尺寸相匹配，定位凹槽深度大于定位凸台高度，所述坩埚底座还设有若干条底座水平气道，所述底座水平气道贯穿坩埚底座并与所在行的定位凹槽相连通，所述底座水平气道两端通过水平设置的石墨方管与冷却通道相连通。
8.通过设置坩埚底座，坩埚底座设有定位凹槽，坩埚设有与定位凹槽相匹配的定位
凸台，保证了各坩埚横向间距和坩埚纵向间距分别一致，使电阻料均匀填充坩埚间隙，避免了因局部电阻料过多带来局部超温引发的爆炉风险，以及因局部电阻料过少带来局部低温影响产品质量的问题。
9.通过在坩埚底座设有底座水平气道，底座水平气道通过石墨方管与冷却通道相连通，使生产阶段炉芯内部气体的顺畅排出，同时也能给在冷却阶段加速炉芯底部的冷却过程，缩短冷却周期。
10.进一步地，所述冷却通道包括相连通的炉底通道与侧墙竖直通道，所述底座水平气道两端通过石墨方管与侧墙竖直通道相连通，侧墙竖直通道在石墨方管连接点的上方和下方分别设有上部闸板与下部闸板。
11.通过设置上部闸板与下部闸板使底座水平气道间的通风状态可控，在生产阶段，上部闸板打开，下部闸板关闭，炉芯产生的气体通过底座水平气道、石墨方管、侧墙竖直通道顺畅溢出；在冷却阶段，全部闸板打开，加快了炉芯底部冷却。
12.进一步地，还包括引风系统，所述侧墙竖直通道在炉墙上部与引风系统相连。
13.通过设置引风系统，在生产阶段，上部闸板打开，下部闸板关闭，引风系统为炉芯提供微负压环境，保证产生的挥发性气体能够通过底座水平气道经过石墨方管、侧墙竖直通道进入引风系统，防止逸散。
14.进一步地，还包括送风系统，所述炉底通道两端与送风系统相连。
15.通过设置送风系统，在冷却阶段，一侧下部闸板打开，另一侧上部闸板打开，两侧闸板交替开合，使送风系统送入的气体通过底座水平气道，加速炉芯底部冷却，结合引风系统冷却效果更好。
16.进一步地，所述石墨方管与冷却通道通过导流口相连，所述导流口为大端朝向冷却通道的喇叭型，导流口为炉墙内预留。通过设置喇叭型的导流口减小了冷却通道向石墨方管内进风阻力。
17.进一步地，单个坩埚底座中定位凹槽矩形阵列排布的行数为2或3，列数为2或3，若干个坩埚底座紧密贴合后，若干个坩埚底座上的全部定位凹槽共同形成一整体矩形阵列，整体矩形阵列分布的定位凹槽之间的横间距相同，纵间距相同。
18.通过坩埚底座中定位凹槽矩形阵列排布的行数为2或3，列数为2或3，保证了坩埚底座的强度。
19.进一步地，所述定位凸台的高度为定位凹槽的深度的1/2。通过定位凸台的高度为定位凹槽的深度的1/2，使坩埚稳定置入坩埚底座。
20.进一步地，所述坩埚间、炉芯顶端与侧方填有电阻料，炉芯下方、炉芯顶端电阻料上方、炉芯侧方电阻料与炉墙之间填充有保温料，保温料填充至与炉墙顶端平齐。
21.一种艾奇逊石墨化炉的装炉方法，采用了一种艾奇逊石墨化炉，包括如下步骤：s01：铺设保温料至炉芯底部位置；s02：在保温料上方水平铺设坩埚底座及石墨方管；s03：铺设保温料至石墨方管上方，预留出炉芯位置；s04：将坩埚置于坩埚底座的定位凹槽；s05：坩埚间、炉芯顶端与侧方填充电阻料，炉芯顶端电阻料上方、炉芯侧方电阻料与炉墙之间填充保温料，保温料填充至与炉墙顶端平齐。
22.通过将坩埚设于坩埚底座，保证了各坩埚横向间距和坩埚纵向间距分别一致，使电阻料均匀填充坩埚间隙，避免了因局部电阻料过多带来局部超温引发的爆炉风险，以及因局部电阻料过少带来局部低温影响产品质量的问题。
23.通过将坩埚底座与石墨方管预埋进保温料，取消了炉芯下部的电阻料，使炉芯底部的保温料、石墨方管和坩埚底座在后续生产阶段中无需循环装炉和出炉，减少了操作步骤。
24.本发明的有益效果是：本发明的一种艾奇逊石墨化炉，通过设置坩埚底座，坩埚底座设有定位凹槽，坩埚设有与定位凹槽相匹配的定位凸台，保证了各坩埚横向间距和坩埚纵向间距分别一致，使电阻料均匀填充坩埚间隙，避免了因局部电阻料过多带来局部超温引发的爆炉风险，以及因局部电阻料过少带来局部低温影响产品质量的问题。
25.通过在坩埚底座设有底座水平气道，底座水平气道通过石墨方管与冷却通道相连通，使生产阶段炉芯内部气体的顺畅排出，同时也能给在冷却阶段加速炉芯底部的冷却过程，缩短冷却周期。
26.通过设置上部闸板与下部闸板使底座水平气道间的通风状态可控，在生产阶段，上部闸板打开，下部闸板关闭，炉芯产生的气体通过底座水平气道、石墨方管、侧墙竖直通道顺畅溢出；在冷却阶段，全部闸板打开，加快了炉芯底部冷却。
27.通过设置引风系统，在生产阶段，上部闸板打开，下部闸板关闭，引风系统为炉芯提供微负压环境，保证产生的挥发性气体能够通过底座水平气道经过石墨方管、侧墙竖直通道进入引风系统，防止逸散。
28.通过设置送风系统，在冷却阶段，一侧下部闸板打开，另一侧上部闸板打开，两侧闸板交替开合，使送风系统送入的气体通过底座水平气道，加速炉芯底部冷却，结合引风系统冷却效果更好。
29.本发明的一种艾奇逊石墨化炉的装炉方法，通过将坩埚设于坩埚底座，保证了各坩埚横向间距和坩埚纵向间距分别一致，使电阻料均匀填充坩埚间隙，避免了因局部电阻料过多带来局部超温引发的爆炉风险，以及因局部电阻料过少带来局部低温影响产品质量的问题。
30.通过将坩埚底座与石墨方管预埋进保温料，取消了炉芯下部的电阻料，使炉芯底部的保温料、石墨方管和坩埚底座在后续生产阶段中无需循环装炉和出炉，减少了操作步骤。
附图说明
31.图1为本发明的一种艾奇逊石墨化炉的纵向剖视图；图2为图1中a-a处的俯视剖面图；图3为本发明的一种艾奇逊石墨化炉的2
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2坩埚底座正视图；图4为本发明的一种艾奇逊石墨化炉的2
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2坩埚底座侧视图；图5为本发明的一种艾奇逊石墨化炉的2
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2坩埚底座俯视图；图6为本发明的一种艾奇逊石墨化炉的2
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3坩埚底座正视图；图7为本发明的一种艾奇逊石墨化炉的2
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3坩埚底座俯视图；
图8为本发明的一种艾奇逊石墨化炉的坩埚示意图；图9为本发明的一种艾奇逊石墨化炉的坩埚与坩埚底座的装配示意图。
32.图中：1、钢结构；2、炉墙；3、保温料；4、电阻料；5、烟囱料；6、坩埚；61、定位凸台；7、引风系统；8、侧墙竖直通道；9、坩埚底座；91、定位凹槽；92、底座水平气道；10、上部闸板；11、下部闸板；12、送风系统；13、炉底通道；14、基础；15、石墨方管；16、导流口。
具体实施方式
33.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”等方位名词以图1的定向为参照。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
34.如图1-9所示，本发明提供了一种艾奇逊石墨化炉，包括炉墙2，炉墙2内设有若干条冷却通道，还包括炉芯、石墨方管15，所述炉芯底部设有坩埚底座9，所述坩埚底座9设有若干个矩形阵列排布的定位凹槽91，所述坩埚底座9置有若干个坩埚6，所述坩埚6底部设有定位凸台61，所述定位凹槽91与定位凸台61尺寸相匹配，定位凹槽91深度大于定位凸台61高度，所述坩埚底座9还设有若干条底座水平气道92，所述底座水平气道92贯穿坩埚底座9并与所在行的定位凹槽91相连通，所述底座水平气道92两端通过水平设置的石墨方管15与冷却通道相连通。
35.通过设置坩埚底座9，坩埚底座9设有定位凹槽91，坩埚6设有与定位凹槽91相匹配的定位凸台61，保证了各坩埚6横向间距和坩埚6纵向间距分别一致，使电阻料4均匀填充坩埚6间隙，避免了因局部电阻料4过多带来局部超温引发的爆炉风险，以及因局部电阻料4过少带来局部低温影响产品质量的问题。
36.通过在坩埚底座9设有底座水平气道92，底座水平气道92通过石墨方管15与冷却通道相连通，使生产阶段炉芯内部气体的顺畅排出，同时也能给在冷却阶段加速炉芯底部的冷却过程，缩短冷却周期。
37.在本实施方式中所述定位凹槽91与定位凸台61均为圆形，且定位凹槽91半径大于定位凸台61半径3-5mm，在保证坩埚6间距精确度的前提下允许安装误差，定位凹槽91与定位凸台61的形状不限于圆形。
38.具体地，所述冷却通道包括相连通的炉底通道13与侧墙竖直通道8，所述底座水平气道92两端通过石墨方管15与侧墙竖直通道8相连通，侧墙竖直通道8在石墨方管15连接点的上方和下方分别设有上部闸板10与下部闸板11。
39.通过设置上部闸板10与下部闸板11使底座水平气道92间的通风状态可控，在生产阶段，上部闸板10打开，下部闸板11关闭，炉芯产生的气体通过底座水平气道92、石墨方管15、侧墙竖直通道8顺畅溢出；在冷却阶段，全部闸板打开，加快了炉芯底部冷却。
40.具体地，还包括引风系统7，所述侧墙竖直通道8在炉墙2上部与引风系统7相连。
41.通过设置引风系统7，在生产阶段，上部闸板10打开，下部闸板11关闭，引风系统7为炉芯提供微负压环境，具体为-2pa左右，保证产生的挥发性气体能够通过底座水平气道92经过石墨方管15、侧墙竖直通道8进入引风系统7，防止逸散。
42.具体地，还包括送风系统12，所述炉底通道13两端与送风系统12相连。
43.通过设置送风系统12，在冷却阶段，一侧下部闸板11打开，另一侧上部闸板10打开，两侧闸板交替开合，使两侧的送风系统12交替送入气体通过底座水平气道92，加速炉芯底部冷却，结合引风系统7冷却效果更好。所述送风系统12送入气体采用常温氮气。
44.具体地，所述石墨方管15与冷却通道通过导流口16相连，所述导流口16为大端朝向冷却通道的喇叭型，导流口16为炉墙2内预留。通过设置喇叭型的导流口16减小了冷却通道向石墨方管15内进风阻力。
45.具体地，单个坩埚底座9中定位凹槽91矩形阵列排布的行数为2或3，列数为2或3，若干个坩埚底座9紧密贴合后，若干个坩埚底座9上的全部定位凹槽91共同形成一整体矩形阵列，整体矩形阵列分布的定位凹槽91之间的横间距相同，纵间距相同。
46.通过坩埚底座9中定位凹槽91矩形阵列排布的行数为2或3，列数为2或3，保证了坩埚底座9的强度。本实施方式中图1-2示出了艾奇逊石墨化炉的炉芯为7行坩埚6，因此横向采用2块2
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2坩埚底座9与1块2
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3坩埚底座9，坩埚底座9的数量根据坩埚6行数适应性调整。
47.具体地，所述定位凸台61的高度为定位凹槽91的深度的1/2。通过定位凸台61的高度为定位凹槽91的深度的1/2，使坩埚6稳定置入坩埚底座9。
48.具体地，所述坩埚6间、炉芯顶端与侧方填有电阻料4，炉芯下方、炉芯顶端电阻料4上方、炉芯侧方电阻料4与炉墙2之间填充有保温料3，保温料3填充至与炉墙2顶端平齐。
49.本发明的艾奇逊石墨化炉底部具有基础14、炉墙2外侧设有钢结构1，均为现有技术。
50.一种艾奇逊石墨化炉的装炉方法，采用了上述的一种艾奇逊石墨化炉，包括如下步骤：s01：铺设保温料3至炉芯底部位置；s02：在保温料3上方水平铺设坩埚底座9及石墨方管15；s03：铺设保温料3至石墨方管15上方，预留出炉芯位置；s04：将坩埚6置于坩埚底座9的定位凹槽91；s05：坩埚6间、炉芯顶端与侧方填充电阻料4，炉芯顶端电阻料4上方、炉芯侧方电阻料4与炉墙2之间填充保温料3，保温料3填充至与炉墙2顶端平齐。
51.其中步骤s05中的电阻料4、保温料3按照图1所示填充，此时还应填充烟囱料5，电阻料4、烟囱料5和保温料3的具体填充方法采用本领域现行方法。
52.通过将坩埚6设于坩埚底座9，保证了各坩埚6横向间距和坩埚6纵向间距分别一致，使电阻料4均匀填充坩埚6间隙，避免了因局部电阻料4过多带来局部超温引发的爆炉风险，以及因局部电阻料4过少带来局部低温影响产品质量的问题。
53.通过将坩埚底座9与石墨方管15预埋进保温料3，取消了炉芯下部的电阻料4，使炉芯底部的保温料3、石墨方管15和坩埚底座9在后续生产阶段中无需循环装炉和出炉，减少了操作步骤。
54.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种艾奇逊石墨化炉，包括炉墙（2），炉墙（2）内设有若干条冷却通道，其特征在于，还包括炉芯、石墨方管（15），所述炉芯底部设有坩埚底座（9），所述坩埚底座（9）设有若干个矩形阵列排布的定位凹槽（91），所述坩埚底座（9）置有若干个坩埚（6），所述坩埚（6）底部设有定位凸台（61），所述定位凹槽（91）与定位凸台（61）尺寸相匹配，定位凹槽（91）深度大于定位凸台（61）高度，所述坩埚底座（9）还设有若干条底座水平气道（92），所述底座水平气道（92）贯穿坩埚底座（9）并与所在行的定位凹槽（91）相连通，所述底座水平气道（92）两端通过水平设置的石墨方管（15）与冷却通道相连通。2.如权利要求1所述的一种艾奇逊石墨化炉，其特征在于：所述冷却通道包括相连通的炉底通道（13）与侧墙竖直通道（8），所述底座水平气道（92）两端通过石墨方管（15）与侧墙竖直通道（8）相连通，侧墙竖直通道（8）在石墨方管（15）连接点的上方和下方分别设有上部闸板（10）与下部闸板（11）。3.如权利要求2所述的一种艾奇逊石墨化炉，其特征在于：还包括引风系统（7），所述侧墙竖直通道（8）在炉墙（2）上部与引风系统（7）相连。4.如权利要求2或3任一所述的一种艾奇逊石墨化炉，其特征在于：还包括送风系统（12），所述炉底通道（13）两端与送风系统（12）相连。5.如权利要求1所述的一种艾奇逊石墨化炉，其特征在于：所述石墨方管（15）与冷却通道通过导流口（16）相连，所述导流口（16）为大端朝向冷却通道的喇叭型，导流口（16）为炉墙（2）内预留。6.如权利要求1所述的一种艾奇逊石墨化炉，其特征在于：单个坩埚底座（9）中定位凹槽（91）矩形阵列排布的行数为2或3，列数为2或3，若干个坩埚底座（9）紧密贴合后，若干个坩埚底座（9）上的全部定位凹槽（91）共同形成一整体矩形阵列，整体矩形阵列分布的定位凹槽（91）之间的横间距相同，纵间距相同。7.如权利要求1所述的一种艾奇逊石墨化炉，其特征在于：所述定位凸台（61）的高度为定位凹槽（91）的深度的1/2。8.如权利要求1所述的一种艾奇逊石墨化炉，其特征在于：所述坩埚（6）间、炉芯顶端与侧方填有电阻料（4），炉芯下方、炉芯顶端电阻料（4）上方、炉芯侧方电阻料（4）与炉墙（2）之间填充有保温料（3），保温料（3）填充至与炉墙（2）顶端平齐。9.一种艾奇逊石墨化炉的装炉方法，采用了如权利要求8所述的艾奇逊石墨化炉，其特征在于，包括如下步骤：s01：铺设保温料（3）至炉芯底部位置；s02：在保温料（3）上方水平铺设坩埚底座（9）及石墨方管（15）；s03：铺设保温料（3）至石墨方管（15）上方，预留出炉芯位置；s04：将坩埚（6）置于坩埚底座（9）的定位凹槽（91）；s05：坩埚（6）间、炉芯顶端与侧方填充电阻料（4），炉芯顶端电阻料（4）上方、炉芯侧方电阻料（4）与炉墙（2）之间填充保温料（3），保温料（3）填充至与炉墙（2）顶端平齐。

技术总结
本发明公开了一种艾奇逊石墨化炉及装炉方法，涉及石墨化炉生产技术领域，其中，石墨化炉包括炉墙、炉芯和石墨方管，炉墙内设有若干条冷却通道，炉芯底部设有坩埚底座，坩埚底座设有若干个矩形阵列排布的定位凹槽，坩埚底座置有若干个坩埚，坩埚底部设有定位凸台，定位凹槽与定位凸台尺寸相匹配，定位凹槽深度大于定位凸台高度，坩埚底座还设有若干条底座水平气道，底座水平气道贯穿坩埚底座并与所在行的定位凹槽相连通，底座水平气道两端通过水平设置的石墨方管与冷却通道相连通。解决了艾奇逊石墨化炉坩埚定位不准确的问题，以及在生产阶段气体排出不畅的技术问题。段气体排出不畅的技术问题。段气体排出不畅的技术问题。


技术研发人员：刘超 郭乃印 刘朝东 周善红 吕博 夏子棋
受保护的技术使用者：沈阳铝镁设计研究院有限公司
技术研发日：2023.08.08
技术公布日：2023/9/7