一种石墨化炉装炉结构的制作方法

1.本技术涉及石墨化炉技术领域，特别是涉及一种石墨化炉装炉结构。


背景技术：

2.艾奇逊石墨化炉（后文简称石墨化炉）是指以发明者艾奇逊的名字命名的一种石墨化炉。石墨化炉于1895年发明并首先在美国取得专利，它的雏形是：在耐火材料构筑的长形炉体内，装入炭的坯料或者颗粒料，组成导电的炉芯，在炉芯的四周是绝热保温料。作为炉芯的两端炉墙上设置有导电电极棒，并与电源相连接，构成通电的回路。当电路接通，炉芯由于电阻的作用即发热升温，使炭的坯料在2200～2300℃的温度下，经高温热处理而转变为负极材料。
3.现有的石墨化炉在结构与功能方面不够完善，尚有待改进之处，首先，现有技术的石墨化炉在工作过程中其内部的温度总会通过炉壁传导至外界，使得石墨化炉内部的温度被过多的传导，石墨化炉的保温性能较差，不够优秀。其次，目前在进行石墨化炉的使用时，常见的装炉结构如中国发明专利201610411989.4公开的利用碳化硅炉用变压器和电阻炉生产石墨化材料的方法中，采用若干坩埚盛装物料（负极材料），再将盛装物料的坩埚沿着炉体的长度方向摆放在两组隔料板之间的下垫层上，相邻坩埚之间不接触，这样的装炉结构中，坩埚仅有单层单排，炉内的大部分空间填充电阻料，使得电阻料的使用量较大，而电阻料属于耗材，导致每炉的电阻料投入成本较大，同时，这种装炉结构导致炉内用于石墨化的物料装入量较少，导致每炉的产量较低，可见，此种装炉结构既会造成每炉成本较高，还会导致每炉的产量较低。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对现有技术中，石墨化炉的保温性能较差，以及目前装炉结构既会造成每炉成本较高，还会导致每炉的产量较低的问题。本技术提供一种石墨化炉装炉结构，能够解决现有技术中的上述问题。
5.一种石墨化炉装炉结构，包括炉体和多个坩埚，所述炉体的底部设置有炭黑层，所述炭黑层上由下到上依次设置有第一细保温层和第一粗保温层，所述炉体的侧壁由外向内依次设置有第二细保温层和第二粗保温层，所述第一粗保温层上、且所述第二粗保温层之间填充有电阻料，多个所述坩埚呈至少两排、至少两层埋设于所述电阻料中，且上层的所述坩埚放置于下层的所述坩埚上，所述电阻料上由下到上依次设置有第三粗保温层、第三细保温层和第四细保温层，且所述第三细保温层和所述第四细保温层中设置有透气预留通道，所述第四细保温层为石墨化后的煅后焦。
6.优选地，上述一种石墨化炉装炉结构中，所述第一细保温层、所述第二细保温层和所述第三细保温层均为煅后焦，且粒径为0-3mm。
7.优选地，上述一种石墨化炉装炉结构中，所述第一粗保温层、所述第二粗保温层和第三粗保温层均为石油焦，且粒径为8-25mm。
8.优选地，上述一种石墨化炉装炉结构中，所述炭黑层的厚度大于80cm，所述第一细保温层的厚度大于20cm，所述第一粗保温层的厚度大于10cm，所述第二细保温层的厚度大于60cm，所述第二粗保温层的厚度大于10cm，所述第三粗保温层的厚度大于10cm，所述第三细保温层的厚度大于10cm。
9.优选地，上述一种石墨化炉装炉结构中，所述电阻料为煅后焦和无烟煤的混合物，且所述无烟煤的粒径大于所述煅后焦的粒径。
10.优选地，上述一种石墨化炉装炉结构中，下层的所述坩埚底部与所述第一粗保温层之间具有所述电阻料，且厚度至少20cm，上层的所述坩埚顶部与所述第三粗保温层之间具有所述电阻料，且厚度至少20cm。
11.优选地，上述一种石墨化炉装炉结构中，在同一层所述坩埚中，任意一个所述坩埚与其相邻的所述坩埚之间的距离大于20cm，且填充有所述电阻料。
12.优选地，上述一种石墨化炉装炉结构中，所述炉体的底部呈台阶收缩状。
13.本技术采用的技术方案能够达到以下有益效果：
14.本技术实施例公开的一种石墨化炉装炉结构中，电阻料周围首先是粗保温料层，粗保温料层外侧是细保温料层，粗保温料层的粒度大于细保温料层的粒度，以使细保温料层的保温效果优于粗保温料层的保温效果，从而形成保温梯度，保温效果更好，避免电阻料内部的温度通过炉壁传导至外界而导致石墨化炉内部的温度被过多的传导，从而提高炉体的保温效果，且粗保温料层内部存在较多间隙，用于形成透气通道，与透气预留通道连通，用于散出石墨化过程中的挥发物，避免内部压力过大而爆炸的危险，避免事故的发生，提高安全性。在电阻料中，多个坩埚呈至少两排、至少两层埋设于电阻料中，每一排具有上下两层坩埚，相较于现有技术，此种摆放坩埚的方式能够使得炉体内装入更多的坩埚，并且坩埚是埋设在电阻料中，以使电阻料将坩埚的四周均匀包围起来，在电阻料发热时，坩埚周围均匀受热，使得坩埚内的物料受热均匀，反应彻底，石墨化效果均匀，可见，这种方式能够在不影响加热效果，石墨化进程的前提下，使得炉体内装入更多的坩埚，提高每炉的产量，同时，此种方式能够减少电阻料的填充量，使得电阻料的使用量较少，从而使得每炉的电阻料投入成本较少，降低每炉的生产成本。
附图说明
15.图1为本技术实施例公开的一种石墨化炉装炉结构的示意图。
16.其中：炉体100、坩埚200、炭黑层310、第一细保温层320、第一粗保温层330、第二细保温层340、第二粗保温层350、电阻料360、第三粗保温层370、第三细保温层380、第四细保温层390。
实施方式
17.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳实施方式。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本技术的公开内容理解的更加透彻全面。
18.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上
或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“底端”、“顶端”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
19.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
20.请参考图1，本技术实施例公开一种石墨化炉装炉结构，包括炉体100和多个坩埚200，坩埚200内装有负极材料原料，其中：
21.炉体100的底部设置有炭黑层310，炭黑层310既能够起到绝缘效果，还能够起到保温效果，在炉体100通电运行过程中，炭黑层310能够避免被击穿，从而避免炉体100底部被击穿而出现漏电等安全事故，以使炉体100底部不被在被击穿的危险。炭黑层310上由下到上依次设置有第一细保温层320和第一粗保温层330，也就是说，在炭黑层310上，首先铺设一层第一细保温层320，然后再在第一细保温层320上铺设一层第一粗保温层330，第一细保温层320的粒径小于第一粗保温层330的粒径，以使第一细保温层320的保温效果优于第一粗保温层330的保温效果，且在炉体100由内向外的方向上依次设置，从而形成保温梯度，保温效果更好。
22.炉体100的侧壁由外向内依次设置有第二细保温层340和第二粗保温层350，也就是说，在炉体100的侧壁首先设置一层第二细保温层340，然后在第二细保温层340的内侧设置一层第二粗保温层350，第二细保温层340的粒径小于第二粗保温层350的粒径，以使第二细保温层340的保温效果优于第二粗保温层350的保温效果，且在炉体100由内向外的方向上依次设置，从而形成保温梯度，保温效果更好，提高炉体100的保温效果。
23.第一粗保温层330上、且第二粗保温层350之间形成炉膛，炉膛内填充有电阻料360，多个坩埚200呈至少两排、至少两层埋设于电阻料360中，每一排具有上下两层坩埚200，且上层的坩埚200直接放置在下层的坩埚200上，相较于现有技术，此种摆放坩埚200的方式能够使得炉体100内装入更多的坩埚200，并且坩埚200是埋设在电阻料360中，也就是说，每个坩埚200周围均填充有电阻料360，以使电阻料360将坩埚200的四周均匀包围起来，在电阻料360发热时，坩埚200周围均匀受热，使得坩埚200内的物料受热均匀，反应彻底，石墨化效果均匀。可见，这种方式能够在不影响加热效果，石墨化进程的前提下，使得炉体100内装入更多的坩埚200，提高每炉的产量。同时，此种方式能够减少电阻料360的填充量，使得电阻料360的使用量较少，从而使得每炉的电阻料360投入成本较少，降低每炉的生产成本。
24.电阻料360上由下到上依次设置有第三粗保温层370、第三细保温层380和第四细保温层390，也就是说，在电阻料360上，首先铺设一层第三粗保温层370，然后再在第三粗保温层370上铺设一层第三细保温层380和第四细保温层390，第三细保温层380的粒径小于第三粗保温层370的粒径，以使第三细保温层380的保温效果优于第三粗保温层370的保温效果，且在炉体100由内向外的方向上依次设置，从而形成保温梯度，保温效果更好。对第四细保温层390的粒径不做过多限制，是因为第四细保温层390为石墨化后的煅后焦，其他保温
层一般设置的是煅后焦生料，煅后焦生料在经历一炉生产后变为煅后焦熟料，也就是石墨化后的煅后焦，将这部分石墨化后的煅后焦铺设到第三细保温层380上形成第四细保温层390，实现重复利用，由于使用的是石墨化后的煅后焦，因此粒径分散，故不做限制。
25.请再次参考图1，可以发现，电阻料360周围首先是粗保温料层，粗保温料层外侧是细保温料层，这样设置是因为粗保温料层的粒径较大，内部存在较多间隙，用于形成透气通道，第三细保温层380和第四细保温层390中设置有透气预留通道，电阻料360周围的粗保温料层形成的透气通道与透气预留通道连通，用于散出石墨化过程中的挥发物，避免内部压力过大而爆炸的危险，避免事故的发生，提高安全性。
26.本技术实施例公开的一种石墨化炉装炉结构中，电阻料360周围首先是粗保温料层，粗保温料层外侧是细保温料层，粗保温料层的粒度大于细保温料层的粒度，以使细保温料层的保温效果优于粗保温料层的保温效果，从而形成保温梯度，保温效果更好，避免电阻料360内部的温度通过炉壁传导至外界而导致石墨化炉内部的温度被过多的传导，从而提高炉体100的保温效果，且粗保温料层内部存在较多间隙，用于形成透气通道，与透气预留通道连通，用于散出石墨化过程中的挥发物，避免内部压力过大而爆炸的危险，避免事故的发生，提高安全性。在电阻料360中，多个坩埚200呈至少两排、至少两层埋设于电阻料360中，每一排具有上下两层坩埚200，相较于现有技术，此种摆放坩埚200的方式能够使得炉体100内装入更多的坩埚200，并且坩埚200是埋设在电阻料360中，以使电阻料360将坩埚200的四周均匀包围起来，在电阻料360发热时，坩埚200周围均匀受热，使得坩埚200内的物料受热均匀，反应彻底，石墨化效果均匀，可见，这种方式能够在不影响加热效果，石墨化进程的前提下，使得炉体100内装入更多的坩埚200，提高每炉的产量，同时，此种方式能够减少电阻料360的填充量，使得电阻料360的使用量较少，从而使得每炉的电阻料360投入成本较少，降低每炉的生产成本。
27.如上文所述，电阻料360周围首先是粗保温料层，粗保温料层外侧是细保温料层，细保温料层的保温效果更好，可选地，第一细保温层320、第二细保温层340和第三细保温层380均可以为煅后焦，且粒径可以为0-3mm，此种细保温料层的保温效果好，煅后焦的电阻较大，能够避免击穿。
28.优选地，第一粗保温层330、第二粗保温层350和第三粗保温层370均可以为石油焦，且粒径可以为8-25mm。由于电阻料360周围首先是粗保温料层，因此粗保温料层中的温度也比较高，以石油焦作为粗保温料层的材料，能够在起到保温隔热的同时，粗保温料层中的热量还能够使得石油焦经过石墨化过程后，可以作为高品质的增碳剂使用，为企业带来可观的经济效益，增加每炉负极材料石墨化生产的附加经济效益。同时粗保温料层的粒径可以为8-25mm，以与细保温料层区分，在每炉生产结束，清炉的时候，粗保温料层和细保温料层混合在一起，通过粒径不同筛分便可以得到石油焦石墨化后的增碳剂，从而能够从混合的粗保温料层和细保温料层中分离得到石油焦石墨化后的增碳剂，提高收集增碳剂的工作效率。
29.具体地，炭黑层310的厚度可以大于80cm，第一细保温层320的厚度可以大于20cm，第一粗保温层330的厚度可以大于10cm，第二细保温层340的厚度可以大于60cm，第二粗保温层350的厚度可以大于10cm，第三粗保温层370的厚度可以大于10cm，第三细保温层380的厚度可以大于10cm。通过对各保温层厚度进行限定，以保证各保温层的保温效果，保温效果
更好，避免电阻料360内部的温度通过炉壁传导至外界而导致石墨化炉内部的温度被过多的传导，从而提高炉体100的保温效果。
30.优选地，电阻料360可以为煅后焦和无烟煤的混合物，通过增加无烟煤，在负极材料石墨化后，无烟煤经过石墨化进程后生产煤系石墨，在电阻率较小的煅后焦中掺入无烟煤，相对于单独采用煅后焦作为电阻料的方案，掺入的无烟煤能够提高混合后的电阻料360的电阻率，在石墨化进程的后期，增大炉阻，避免电阻料360因电阻小而无法持续送电，温度不能持续升高，达不到石墨化的温度要求；相对于单独无烟煤作为电阻料360的方案，掺入的煅后焦能够降低混合后的电阻料360的电阻率，提高导电性，起到为炉芯在送电前期降低炉阻的作用，促进炉芯快速升温，达到石墨化温度。同时还可以将无烟煤也达到石墨化的温度，得到煤系石墨。
31.进一步地，无烟煤的粒径大于煅后焦的粒径，由于无烟煤的比电阻大于煅后焦的比电阻，而对于堆积材料而言，颗粒越小，电阻越大，利用该原理，本技术中提出无烟煤的粒度大于煅后焦的粒度的方案，从而通过调配无烟煤和煅后焦之间的粒度，降低无烟煤的电阻率，提高煅后焦的电阻率，实现二者的电阻率均衡，使得包含两种物料的电阻料360的导电性均匀，温度无突变。同时，经过炉体石墨化后的电阻料360混合料根据粒径不同经过筛分分离，得到煤系石墨，上述电阻料360混合料采用的粒度不同的设计思想，同时也可以实现物料分离，得到不掺入杂质的单独的煤系石墨。
32.作为优选，下层的坩埚200底部与第一粗保温层330之间具有电阻料360，且厚度至少20cm，上层的坩埚200顶部与第三粗保温层370之间具有电阻料360，且厚度至少20cm，以使下层的坩埚200的底部和上层的坩埚200的顶部均被电阻料360包围起来，在电阻料360发热时，坩埚200周围均匀受热，使得坩埚200内的物料受热均匀，反应彻底，石墨化效果均匀。
33.进一步地，在同一层坩埚200中，任意一个坩埚200与其相邻的坩埚200之间的距离大于20cm，且填充有电阻料360，相似地，此种设置使得每个坩埚200均被电阻料360包围起来，坩埚200周围均匀受热，使得坩埚200内的物料受热均匀，反应彻底，石墨化效果均匀。
34.作为优选，炉体100的底部呈台阶收缩状，以减少炭黑层310的使用量，降低每炉炭黑层310投入成本，从而降低每炉的生产成本。
35.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
36.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种石墨化炉装炉结构，其特征在于，包括炉体（100）和多个坩埚（200），所述炉体（100）的底部设置有炭黑层（310），所述炭黑层（310）上由下到上依次设置有第一细保温层（320）和第一粗保温层（330），所述炉体（100）的侧壁由外向内依次设置有第二细保温层（340）和第二粗保温层（350），所述第一粗保温层（330）上、且所述第二粗保温层（350）之间填充有电阻料（360），多个所述坩埚（200）呈至少两排、至少两层埋设于所述电阻料（360）中，且上层的所述坩埚（200）放置于下层的所述坩埚（200）上，所述电阻料（360）上由下到上依次设置有第三粗保温层（370）、第三细保温层（380）和第四细保温层（390），且所述第三细保温层（380）和所述第四细保温层（390）中设置有透气预留通道，所述第四细保温层（390）为石墨化后的煅后焦。2.根据权利要求1所述的一种石墨化炉装炉结构，其特征在于，所述第一细保温层（320）、所述第二细保温层（340）和所述第三细保温层（380）均为煅后焦，且粒径为0-3mm。3.根据权利要求1所述的一种石墨化炉装炉结构，其特征在于，所述第一粗保温层（330）、所述第二粗保温层（350）和第三粗保温层（370）均为石油焦，且粒径为8-25mm。4.根据权利要求1所述的一种石墨化炉装炉结构，其特征在于，所述炭黑层（310）的厚度大于80cm，所述第一细保温层（320）的厚度大于20cm，所述第一粗保温层（330）的厚度大于10cm，所述第二细保温层（340）的厚度大于60cm，所述第二粗保温层（350）的厚度大于10cm，所述第三粗保温层（370）的厚度大于10cm，所述第三细保温层（380）的厚度大于10cm。5.根据权利要求1所述的一种石墨化炉装炉结构，其特征在于，下层的所述坩埚（200）底部与所述第一粗保温层（330）之间具有所述电阻料（360），且厚度至少20cm，上层的所述坩埚（200）顶部与所述第三粗保温层（370）之间具有所述电阻料（360），且厚度至少20cm。6.根据权利要求1所述的一种石墨化炉装炉结构，其特征在于，在同一层所述坩埚（200）中，任意一个所述坩埚（200）与其相邻的所述坩埚（200）之间的距离大于20cm，且填充有所述电阻料（360）。7.根据权利要求1所述的一种石墨化炉装炉结构，其特征在于，所述炉体（100）的底部呈台阶收缩状。

技术总结
本申请涉及一种石墨化炉装炉结构，炉体的底部设置有炭黑层，炭黑层上由下到上依次设置有第一细保温层和第一粗保温层，炉体的侧壁由外向内依次设置有第二细保温层和第二粗保温层，第二细保温层上、且第二粗保温层之间填充有电阻料，多个坩埚呈至少两排、至少两层埋设于电阻料中，电阻料上由下到上依次设置有第三粗保温层、第三细保温层和第四细保温层。电阻料周围首先是粗保温料层，粗保温料层外侧是细保温料层，形成保温梯度，保温效果更好，提高炉体的保温效果，多个坩埚呈至少两排、至少两层埋设于电阻料中，这种方式能够使得炉体内装入更多的坩埚，提高每炉的产量，同时能够减少电阻料的使用量，从而使得每炉的电阻料投入成本较少。较少。较少。


技术研发人员：李新强 李阳
受保护的技术使用者：宁夏碳谷能源科技股份有限公司
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/8/8