[发明专利]一种连续式直流超高温石墨化电炉及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金工程非金属材料制备技术领域，具体涉及一种连续式直流超高温石墨化电炉及其使用方法。

背景技术

石墨具有优良的导电导热性、耐磨性、润滑性、抗热震性等特殊性能，而且耐高温，化学性质稳定，因而越来越被广泛应用于原子能、汽车、航天技术、冶金、化工、机械等行业。石墨现已成为一种现代工业技术中不可缺少的非金属材料。石墨纯度的高低决定着石墨材料的使用特性和性能，石墨纯度越高，应用价值越高。随着科学技术的不断发展，一般石墨产品的纯度已无法满足某些行业对高纯石墨的要求，含碳量在99.95％以上的高纯石墨的应用已日趋广泛。在国家大力发展的新能源汽车领域，高纯散状人造石墨作为动力电池的主要原料，也将会起到重要作用。因而，高纯石墨的开发、生产已成为石墨材料向更宽、更深领域发展急需解决的材料问题之一。

目前石墨提纯方法主要分为浮选法、酸碱法、氢氟酸法、氯化焙烧法和高温法五种。其中浮选法提纯后的纯度不高，一般用于初步提纯。而酸碱法、氢氟酸法和氯化焙烧法在制备高纯石墨时会产生大量的废水或废气，环境污染大且不易处理，后期环保环节的投入会大大增加成本。相比以上方法，高温法污染较小，并能得到较高含碳量的产品。目前高温法使用的是艾奇逊石墨化炉和内热串接石墨化炉两类设备，而在使用这两类设备生产人造石墨的工艺过程中，存在如下无法避免的缺点：一、间歇式生产，生产过程几乎无法实现连续化作业；二、产品能耗较高，一般最低均在3200kwh/t以上；三、炉内温度分布不均匀，因此石墨化程度不够稳定，产品质量良莠不齐；四、生产时加入的电阻料和石英砂将导致散状石墨产品中含有较多杂质。这些缺点最终会导致散状石墨产品质量不稳定，生产成本偏高。

发明内容

针对现有人造石墨生产方法存在的问题，本发明提供一种连续式直流超高温石墨化电炉及使用方法。

该技术使用一种连续式直流超高温石墨化电炉进行高纯人造石墨的生产，该种电炉结构及部件包括上料装置1、进料斗2、石墨电极3、集尘装置4、炉本体5、炉底冷却设备6、出料装置7、成品储料罐8和螺旋输送设备10，其中：上料装置1置于炉本体5的正前方适当位置，上料装置1的上端与螺旋输送设备10相连接；螺旋输送设备10的末端置于进料斗2之上；进料斗2置于炉本体5的正上方，其下部出口处与炉本体5直接相连通；炉本体5由钢板和内衬组成，内衬为粘土砖；两根同种规格石墨电极3的顶端通过铜排导线同电源相连接，并通过电极把持器固定在炉本体5的框架上，其下端插入炉本体5之中；集尘装置4位于整个设备的最上方，集尘装置4安装有集尘分管道13，并与除尘系统相连通；炉本体5底部开口处与炉底冷却设备6相连通，炉底冷却设备6直接和出料装置7相对应；出料装置7位于炉底冷却设备6的下方并通过提升装置一直延伸到成品储料罐8顶部。

特别之处还在于本设备的石墨电极3使用直流电源进行供电。

特别之处还在于两根石墨电极3在炉体中心线上对称排布，其自炉顶插入炉本体5中的深度为炉本体5高度的1/2～2/3。

特别之处还在于两根石墨电极3之间的距离是石墨电极3自身直径的3-6倍。

特别之处还在于炉底冷却设备6的和炉本体5相连接的口径同两个石墨电极3之间产生的高温区水平截面长度相等。

本发明方法以前述的连续式直流超高温石墨化电炉为主要设备进行散状人造石墨的生产，其生产使用方法包括原料入炉、干燥煅烧、石墨化、冷却出炉4个工序步骤，具体操作如下：

(1)将备好的石油焦或无烟煤等通过如前述设计的连续式直流超高温石墨化电炉的上料装置1和进料斗2送入到炉本体5中，接通电源开始给炉本体5送电加热升温，其中，装入的石油焦或无烟煤以灰分小于0.5％、硫分小于0.5％、挥发分小于0.6％、真密度>2.1g/cm³、粒度1-10mm的物料为宜；

(2)随着炉本体5内温度上升，物料先后经过干燥、煅烧阶段，这阶段产生的蒸汽和挥发分将通过位于炉本体5顶部的集尘装置4收集并排出；

(3)由于两根石墨电极3成直线排布，物料如石油焦等具有导电性，电极通电后，冷石油焦开始导电，产生电阻热，在生产状态下电流集中在两个电极之间流动，在两石墨电极3连线附近区间内可形成一个具有一定高度的3000℃～3500℃高温区，物料进入到两石墨电极3间形成的3000℃～3500℃高温区上部后温度上升至3000℃并持续下降，在高温区段内滞留1.5～2.5小时，完成石墨化，然后排出，如不能及时排出，温度会持续升高，有安全隐患；