專利名稱：直熱式炭粉石墨化裝置及直熱式炭粉石墨化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及炭粉熱處理領(lǐng)域，特別涉及一種直熱式炭粉石墨化裝置和方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，炭粉石墨化是鋰離子電池負(fù)極材料生產(chǎn)過(guò)程中的重要步驟，對(duì)炭負(fù)極材料的品質(zhì)和成本影響很大。一直以來(lái)國(guó)內(nèi)外炭粉石墨化都是采用兩種方法，一種是艾奇遜爐坩堝石墨化法，這種方法將待石墨化炭粉裝入石墨坩堝中，再將坩堝埋入焦粉中， 利用焦粉通電后的電阻熱間接對(duì)炭粉加熱，然而這種石墨化方法要求爐體的體積很大，而且石墨化的溫度也不均勻，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量，由于坩堝需要反復(fù)使用，所以溫度不宜升的過(guò)高，然而溫度的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，這種方法的另一個(gè)明顯缺點(diǎn)是一次性投入大、間接加熱造成能源消耗過(guò)高，石墨坩堝的損耗也比較大，而且操作比較麻煩，人工投入大；第二種方法是串接石墨化法，它是對(duì)裝炭粉的坩堝直接通電加熱，然而這種方法單爐產(chǎn)量低，最高石墨化溫度也受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種體積小、能耗低、損耗低、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高的直熱式炭粉石墨化裝置，使得投資和生產(chǎn)的費(fèi)用大大降低、 生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量均勻而且石墨化溫度可以達(dá)到3200°C。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的直熱式炭粉石墨化裝置，包括爐頭、爐尾以及絕緣保溫層，所述爐頭和所述爐尾均為電極且各分別設(shè)置在裝置的相對(duì)兩面，所述絕緣保溫層設(shè)置在除所述爐頭和所述爐尾的其他四面，所述爐頭、所述爐尾和所述絕緣保溫層相互配合形成一個(gè)封閉腔體。上述的直熱式炭粉石墨化裝置，所述腔體內(nèi)設(shè)置至少一層可拆卸的輔助導(dǎo)電體， 所述輔助導(dǎo)電體是石墨紙、石墨氈或炭氈。上述的直熱式炭粉石墨化裝置，所述腔體內(nèi)還包括絕緣隔離層，所述絕緣隔離層為矩形槽，所述絕緣隔離層以木質(zhì)復(fù)合板作為底層和兩側(cè)面。上述的直熱式炭粉石墨化裝置，還包括導(dǎo)電過(guò)渡段，所述導(dǎo)電過(guò)渡段為爐頭和爐尾與腔體之間的空隙，所述導(dǎo)電過(guò)渡段由填充料和封閉石墨板組成，所述填充料填充于所述電極和所述封閉石墨板之間，所述填充料是石墨粉和/或石墨塊。上述的直熱式炭粉石墨化裝置，所述絕緣保溫層為中粒徑比待石墨化炭粉小的炭粉或炭黑或兩者的混合物。上述的直熱式炭粉石墨化裝置，還包括絕緣絕熱層，所述絕緣絕熱層設(shè)置在所述絕緣保溫層的下方，所述絕緣絕熱層包括石英砂和炭粉混合層以及石英砂層，所述石英砂和炭粉混合層設(shè)置在石英砂層的上方。上述的直熱式炭粉石墨化裝置，所述電極為水冷型石墨電極。上述的直熱式炭粉石墨化裝置，還包括爐頂覆蓋層，所述覆蓋層設(shè)置在上部絕緣保溫層的上方，所述爐頂覆蓋層為焦粉。上述的直熱式炭粉石墨化裝置，還包括爐墻，所述爐墻由耐火磚砌筑形成。上述的直熱式炭粉石墨化裝置，還包括在線測(cè)溫裝置，所述在線測(cè)溫裝置插入到所述腔體中。一種直熱式炭粉石墨化方法，用電極給絕緣保溫層包圍的待石墨化炭粉直接通電，電流經(jīng)過(guò)待石墨化炭粉產(chǎn)生熱量達(dá)到石墨化溫度，使炭粉石墨化。本發(fā)明的有益效果是體積小、能耗低、損耗低、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高，使得投資和生產(chǎn)的費(fèi)用大大降低并且生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量均勻，而且3200°C的石墨化溫度進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明直熱式炭粉石墨化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-爐墻，2-爐頭，3-爐尾，4-絕緣保溫層，5-石英砂和炭粉混合層，6_石英砂層，7-填充料，8-封閉石墨板，9-覆蓋層，10-絕緣隔離層，11-在線測(cè)溫裝置，12-輔助導(dǎo)電體。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖和一個(gè)較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明如圖所示，本裝置包括爐墻1、爐頭2、爐尾3、絕緣保溫層4、石英砂和炭粉混合層 5、石英砂層6、填充料7、封閉石墨板8、覆蓋層9、絕緣隔離層10、在線測(cè)溫裝置11以及輔助導(dǎo)電體12，本裝置可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要來(lái)設(shè)計(jì)它的大小，所述爐墻1用耐火磚砌筑而成， 可以保證不會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高使得爐墻毀壞變形，所述爐頭2和所述爐尾3為水冷型石墨電極，用以給待石墨化炭粉供電加熱，用木質(zhì)復(fù)合板作為絕緣隔離層10，一來(lái)可以方便待石墨化炭粉的裝填，二來(lái)可以使得在通電加熱初期起到絕緣和隔離待石墨化炭粉與絕緣保溫層 4的作用；有時(shí)為了加強(qiáng)待石墨化炭粉相對(duì)于絕緣保溫層4的導(dǎo)電優(yōu)勢(shì)，可以在待石墨化炭粉中鋪設(shè)若干層輔助導(dǎo)電體12，具體做法為裝填待石墨化炭粉時(shí)，先將各層作為輔助導(dǎo)電體12的石墨氈、石墨紙或炭氈拆掉，將在線測(cè)溫裝置11放置到腔體中，然后根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置輔助導(dǎo)電體12的層數(shù)，例如可以每加入20cm厚的待石墨化炭粉后設(shè)置一層輔助導(dǎo)電體；可以在爐頭2和爐尾3與腔體之間的空隙內(nèi)填充填充料7和封閉石墨板8組成導(dǎo)電過(guò)渡段，所述填充料7可以是石墨粉和/或石墨塊，導(dǎo)電過(guò)渡段一來(lái)可以保證待石墨化炭粉與兩端電極充分連通，二來(lái)由于石墨化過(guò)程中高溫炭粉與電極直接接觸可能會(huì)導(dǎo)致電極過(guò)熱，壽命減低，因此用石墨粉和/或石墨塊以及石墨板將待石墨化炭粉與電極隔離。裝填待石墨化炭粉完畢后，在上方覆蓋上木質(zhì)復(fù)合板，在木質(zhì)復(fù)合板的上方鋪上顆粒中粒徑比待石墨化炭粉小的炭粉或炭黑或兩者的混合物，因?yàn)樘糠垲w粒的中粒徑越小，所以導(dǎo)電能力也越差，電阻越大，采用比待石墨化炭粉中粒徑小的炭粉覆蓋在待石墨化炭粉上可以保證通電時(shí)，絕大部分電流從待石墨化炭粉中通過(guò)；當(dāng)通電加熱時(shí)，由于待石墨化炭粉在石墨化過(guò)程中不斷有氣體產(chǎn)生，由于絕緣保溫層4采用的是粒徑很小的炭粉顆粒，所以氣體上升會(huì)將這些小直徑的炭粉顆粒吹起漂浮到空氣中，對(duì)環(huán)境和人體造成傷害， 因此要在炭粉或炭黑或兩者的混合物上再覆蓋一層焦粉作為覆蓋層9，以防止炭粉被吹起漂浮在空氣中，也進(jìn)一步增強(qiáng)了保溫的效果。在裝置的底部還包括石英砂層6，石英砂有良好的絕緣效果，但是當(dāng)溫度達(dá)到 1670°C以上石英砂開(kāi)始熔融。將石英砂和炭粉混合在一起，石英砂在高溫下會(huì)和炭粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳化硅，而碳化硅可以耐受2100°C的高溫，并且較炭材料也具有良好的絕緣性能，所以要在石英砂層6的上方設(shè)置石英砂和炭粉混合層5，以保證絕緣保溫的效果。直熱式炭粉石墨化方法為待以上各道工序全部完成后，用電極給絕緣保溫層4 包圍的待石墨化炭粉直接通電，電流經(jīng)過(guò)待石墨化炭粉產(chǎn)生熱量達(dá)到石墨化溫度，使炭粉石墨化，石墨化溫度最高可以達(dá)到3200°C，由于直接給炭粉通電產(chǎn)生熱量進(jìn)行石墨化，熱量損失小、受熱均勻、升溫快，所以能耗低、效率高、周期短，可以極大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量，并且生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量也均勻穩(wěn)定。本發(fā)明較之目前使用艾奇遜爐坩堝石墨化法、串接石墨化法所需設(shè)備的使用率、 廠房的利用率均有大幅度提高，可大大降低對(duì)加工的投資，對(duì)炭粉的石墨化生產(chǎn)周期短、效率高并且極大的減少了能源和設(shè)備的損耗。
權(quán)利要求
1.直熱式炭粉石墨化裝置，其特征在于，包括爐頭O)、爐尾(3)以及絕緣保溫層G)， 所述爐頭( 和所述爐尾C3)均為電極且各分別設(shè)置在裝置的相對(duì)兩面，所述絕緣保溫層 (4)設(shè)置在除所述爐頭(2)和所述爐尾(3)的其他四面，所述爐頭O)、所述爐尾(3)和所述絕緣保溫層(4)相互配合形成一個(gè)封閉腔體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直熱式炭粉石墨化裝置，其特征在于，所述腔體內(nèi)設(shè)置至少一層可拆卸的輔助導(dǎo)電體(12)，所述輔助導(dǎo)電體(12)是石墨紙、石墨氈或炭氈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直熱式炭粉石墨化裝置，其特征在于，所述腔體內(nèi)還包括絕緣隔離層，所述絕緣隔離層(10)為矩形槽，所述絕緣隔離層(10)以木質(zhì)復(fù)合板作為底層和兩側(cè)面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的直熱式炭粉石墨化裝置，其特征在于，還包括導(dǎo)電過(guò)渡段，所述導(dǎo)電過(guò)渡段為爐頭⑵和爐尾⑶與腔體之間的空隙，所述導(dǎo)電過(guò)渡段由填充料(7)和封閉石墨板(8)組成，所述填充料(7)填充于所述電極和所述封閉石墨板(8)之間，所述填充料(7)是石墨粉和/或石墨塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的直熱式炭粉石墨化裝置，其特征在于，所述絕緣保溫層(4)為中粒徑比待石墨化炭粉小的炭粉或炭黑或兩者的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的直熱式炭粉石墨化裝置，其特征在于，還包括絕緣絕熱層，所述絕緣絕熱層設(shè)置在所述絕緣保溫層的下方，所述絕緣絕熱層包括石英砂和炭粉混合層(5)以及石英砂層(6)，所述石英砂和炭粉混合層( 設(shè)置在石英砂層(6) 的上方。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的直熱式炭粉石墨化裝置，其特征在于，所述電極為水冷型石墨電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的直熱式炭粉石墨化裝置，其特征在于，還包括爐頂覆蓋層(9)，所述覆蓋層(9)設(shè)置在上部絕緣保溫層的上方，所述爐頂覆蓋層(9)為焦粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的直熱式炭粉石墨化裝置，其特征在于，還包括爐墻 (1)，所述爐墻(1)由耐火磚砌筑形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的直熱式炭粉石墨化裝置，其特征在于，還包括在線測(cè)溫裝置(11)，所述在線測(cè)溫裝置(11)插入到所述腔體中。
11.一種直熱式炭粉石墨化方法，其特征在于，用電極給絕緣保溫層(4)包圍的待石墨化炭粉直接通電，電流經(jīng)過(guò)待石墨化炭粉產(chǎn)生熱量達(dá)到石墨化溫度，使炭粉石墨化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種直熱式炭粉石墨化裝置，包括爐頭、爐尾以及絕緣保溫層，所述爐頭和所述爐尾均為電極且各分別設(shè)置在裝置的相對(duì)兩面，所述絕緣保溫層設(shè)置在除所述爐頭和所述爐尾的其他四面，所述爐頭、所述爐尾和所述絕緣保溫層相互配合形成一個(gè)封閉腔體。本發(fā)明直熱式炭粉石墨化裝置具有體積小、能耗低、損耗低、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，使得投資和生產(chǎn)的費(fèi)用大大降低且生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量均勻，而且3200℃的石墨化溫度進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102491311SQ20111036712
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者單秉福, 李鵬, 馬軍旗 申請(qǐng)人:單秉福, 李鵬, 馬軍旗