專利名稱：石墨提純及石墨化高溫立式連續(xù)感應加熱爐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種感應加熱爐，特別是一種能實現對顆粒狀天 然石墨連續(xù)提純工藝、以及能實現對顆粒狀天然石墨進行連續(xù)石墨化 工藝的高溫立式連續(xù)感應加熱爐。 技術背景
天然微晶石墨(俗稱土狀石墨，學術上稱隱晶質石墨)是我國的 優(yōu)勢礦產資源之7，與天然鱗片石墨(也稱顯晶質石墨或晶質石墨) 相比微晶石墨提純技術難度較大，國內外對天然微晶石墨的研究也較 少，雖然國內也能少量提純，但采用的方法大多是氫氟酸濕法工藝， 存在工藝復雜、成本高、環(huán)境污染嚴重、回收率低、資源浪費較大的 缺點。鱗片石墨的提純也是以氫氟酸濕法工藝為主，雖然能達到產業(yè) 化生產，但同樣存在工藝復雜、成本高、環(huán)境污染嚴重、回收率低、 資源浪費較大的缺點。高溫提純工藝可彌補氫氟酸濕法提純的不足， 具有高效率、低能耗、綠色環(huán)保的特點。
實用新型內容
本實用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一種采用火法工藝一 步提純顆粒狀天然石墨及實現對顆粒狀石墨進行連續(xù)石墨化工藝的高 溫立式連續(xù)感應加熱爐。
本實用新型的技術方案 一種石墨提純及石墨化高溫立式連續(xù)感 應加熱爐為立式結構，生產工作制為連續(xù)工作方式，最高使用溫度為
300(TC，加熱方式為感應加熱，加熱對象為顆粒狀石墨(包括天然石墨顆粒和人造石墨顆粒)和整形包覆后的顆粒狀電池石墨負極材料。
加熱爐爐膛為一個立式圓柱體空間，中部為加熱區(qū)，底部為水冷 卻區(qū)，爐膛上方連接進料系統(tǒng)、下方連接出料系統(tǒng)，物料在進料系統(tǒng) 和出料系統(tǒng)協(xié)調作用下進入爐膛，以均勻速度下落并通過爐膛，物料 中的灰份和灰發(fā)份在爐膛溫度作用以及溫度環(huán)境下的純化氣體作用下 變成揮發(fā)物質，該揮發(fā)物質在高溫反應氣壓和清掃氣體作用下從排放 管排到爐外， 一步實現連續(xù)提純或連續(xù)石墨化工藝。
本高溫立式連續(xù)感應加熱爐，包括進料裝置、爐體、爐膛、感應 加熱線圈、觀察窗裝置、支撐腳和出料裝置，其特征在于-
所述石墨提純及石墨化高溫立式連續(xù)感應加熱爐為立式結構，其 爐體是由底座、外筒和爐蓋組成彼此連通的可通水的夾層結構的立式 圓柱桶式爐體，底座和爐蓋各設有中心孔，爐體是通過底座固定在支
撐腳上；
所述爐膛為一個立式圓柱體空間的爐膛，爐膛上端設有上T形法 蘭套，其上T形法蘭套穿過爐蓋中心孔伸至爐膛內上部，其爐膛下端 設有下T形法蘭套，下T形法蘭套設有水冷卻套，水冷卻套固定在爐 膛、爐管的下方，下T形法蘭套依次穿過水冷卻套和底座與爐膛連通， 下T形法蘭套上設有氣咀；爐膛上的爐管下端通過定位環(huán)設置在底座 中心上，上端通過密封墊與爐蓋中心孔處相觸；爐管外周上設置保溫 層和對爐管加熱的由獨立電源供電的感應加熱線圈，其保溫層是由內 保溫層和外保溫層及蓋板組成，感應加熱線圈的數量為1~2個；
所述的爐膛中的上T形法蘭套通過三通分別與進料裝置和觀察窗裝置連通，爐膛下T形法蘭套與出料裝置連通；
所述的爐體上設有排放管、測溫裝置和一個給氣裝置，其排放管 沿爐體圓周均勻傾斜設置，即排放管沿爐體圓周依次穿過爐體、外保 溫層、內保溫層和爐管與爐膛相通使之形成向上傾斜向外排放結構， 測溫裝置從爐體一側依次穿過爐體、外保溫層和內保溫層與爐管外壁 相觸，所述測溫裝置所測量的溫度作為工藝參考值。給氣裝置從爐體 一側依次穿過爐體、外保溫層內保溫層和爐管與爐膛相通；所述的設 置在爐體上的排放管的數量為1 2組以上，其每組為沿圓周均布的兩
個以上排放管，設置在爐體上的測溫裝置數量為1~2個。
底座、外筒、爐蓋均構成不銹鋼夾層結構，夾層內通水冷卻，外 筒焊接在底座上，底座設有中心孔，中心孔與爐管相通，爐蓋與外筒 法蘭連接，爐蓋設有中心孔。
爐膛為一個立式圓柱體空間，冷卻套及夾層水冷式爐體均通有冷 卻水，爐膛上方連接進料裝置、下方連接出料裝置，物料在進料裝置 和出料裝置協(xié)調作用下進入爐膛，以均勻速度下落并通過爐膛，物料 中的灰份和灰發(fā)份在爐膛溫度作用以及溫度環(huán)境下的純化氣體作用下 變成揮發(fā)物質，該揮發(fā)物質在高溫反應氣壓和清掃氣體作用下從排放 管排到爐外。
感應加熱線圈的數量為1~2個；本加熱爐如采用兩個感應加熱線
圈，即兩個感應線圈為兩個彼此獨立的水冷卻線圈，由兩套獨立電源 供電，兩個感應加熱線圈同時加熱爐管，使爐膛產生工作溫度，以加 熱爐膛中的顆粒狀石墨材料，兩個感應加熱線圈的工作溫度獨立可調，爐管通過定位環(huán)定位中心，以確保與感應線圈同心，加熱均勻。
本爐管上的保溫裝置由外保溫層、內保溫層、蓋板組成，外保溫 層為氧化物筒體，內保溫層為碳黑，其碳黑保溫層填充在氧化物筒體 保溫層和爐管之間，蓋板的作用是防止碳黑泄露到感應線圈上造成絕 緣不良。
本實用新型中的給氣裝置是設置在爐體上與爐膛相通，純化氣體 從給氣裝置中進入高溫區(qū)感應加熱線圈下方的爐膛區(qū)域并往上方向流 動。
保護氣體(或清掃氣體)是從焊接在下T形法蘭套上的氣咀給入， 通過下T形法蘭套流入爐膛內，為了確保爐膛氣體從下往上流動，出 料裝置中的上閥門和下閥門任何時候至少有一只處于關閉狀態(tài)。
本加熱爐中的排放管是將爐膛中的廢氣、灰份和灰發(fā)份是通過排 放管排往爐外，經凈化系統(tǒng)處理后排入大氣。
所述觀察窗裝置由觀察鏡、照明燈、氣咀、閥門組成，通過觀察 窗裝置可觀察物料在爐膛中的高度和落料情況，以便統(tǒng)調物料在爐膛 中的流動速度和松緊程度。觀察時將閥門和照明燈打開，清掃氣體從 氣咀隨閥門的開啟流入爐膛，以清潔觀察視場，觀察完畢關閉閥門和 照明燈，清掃氣體也隨閥門而關閉。
本加熱爐物料在進料裝置和出料裝置協(xié)調作用下進入爐膛，以均 勻速度下落并通過爐膛，物料中的灰份和灰發(fā)份在爐膛溫度作用以及 溫度環(huán)境下的純化氣體作用下變成揮發(fā)物質，該揮發(fā)物質在高溫反應 氣壓和清掃氣體作用下從排放管排到爐外。本石墨提純高溫立式連續(xù)感應加熱爐彌補了氫氟酸濕法提純的不足，具有高效率、低能耗、綠 色環(huán)保的特點。


附圖為本實用新型的結構示意圖(雙感應加熱線圈結構)；圖中
1—料斗，2—輸送管，3—減速機構，4一觀察鏡，5—照明燈，6—觀 察筒，7—氣咀，8—閥門，9—上T形法蘭套，IO—密封墊，ll一爐蓋， 12—蓋板，13—排放管，14一外筒，15—外保溫層，16—感應加熱線 圈，17—內保溫層，18—測溫裝置，19一爐管，20—爐膛，21—給氣 裝置，22—定位環(huán)，23—底座，24—水冷卻套，25—下T形法蘭套， 26—支撐腳，27—氣咀，28—輸出管，29—減速機構，30—閥門，31 一波紋管，32—真空閥門，33—氣咀，34—出料斗，35—閥門，36— 出料口
具體實施方式
參看附圖， 一種石墨提純及石墨化高溫立式連續(xù)感應加熱爐，包 括進料裝置、爐體、爐膛20、感應加熱線圈16、觀察窗裝置、支撐腳 26和出料裝置，其特征在于
所述的石墨提純及石墨化高溫立式連續(xù)感應加熱爐為立式結構， 其爐體是由底座23、外筒14和爐蓋11組成彼此連通的可通水的夾層 結構的立式圓柱桶式爐體，底座23和爐蓋11各設有中心孔，爐體是 通過底座固定在支撐腳26上；
所述的爐膛20為一個立式圓柱體空間的爐膛，爐膛20上端設有上T形法蘭套9，上T形法蘭套9穿過爐蓋11中心孔伸至爐膛20內 上部，爐膛20下端設有下T形法蘭套25，下T形法蘭套25設有水冷 卻套24。水冷卻套24固定在爐膛20、爐管19下方，下T形法蘭套 25依次穿過水冷卻套24和底座23與爐膛20連通，下T形法蘭套25 上設有氣咀27;爐膛上的爐管19下端通過定位環(huán)22設置在底座23 中心上，上端通過密封墊10與爐蓋11中心孔處相觸；爐管19外周上 設置保溫層和對爐管加熱的由獨立電源供電的感應加熱線圈16，其保 溫層是由內保溫層17和外保溫層15及蓋板12組成，保溫層中的內保 溫層17為碳黑保溫層，外保溫層15為氧化物筒體保溫層，其碳黑保 溫層填充在氧化物筒體保溫層與爐管19之間；蓋板12的作用是防止 碳黑泄露到感應線圈上造成絕緣不良。
本連續(xù)感應加熱爐中設有兩個感應加熱線圈16;即兩個感應加熱 線圈16為兩套獨立電源供電的功率可調的彼此獨立的水冷卻線圈。所 述兩個感應加熱線圈16為兩個彼此獨立的水冷卻線圈，由兩套獨立電 源供電，兩個感應加熱線圈16同時加熱爐管19，使爐膛20產生工作 溫度，以加熱爐膛20中的顆粒狀石墨材料， 一般情況下將爐管上部的 感應加熱線圈16所加熱的工作區(qū)域設置為低溫區(qū)，爐管下方的感應加 熱線圈16所加熱的工作區(qū)域設置為高溫區(qū)，低溫區(qū)和高溫區(qū)的工作溫 度獨立可調，爐管19通過定位環(huán)22定位中心，以確保與感應線圈同 心，加熱均勻。
所述的爐膛20中的上T形法蘭套9通過三通分別與進料裝置和觀 察窗裝置連通，爐膛20下T形法蘭套與出料裝置連通；所述的爐體上設有排放管13、測溫裝置18和給氣裝置21，其排 放管13沿爐體圓周均勻傾斜設置，即排放管13沿爐體圓周依次穿過 爐體、外保溫層15、內保溫層17和爐管19與爐膛20相通使之形成 向上傾斜向外排放結構，測溫裝置18從爐體一側依次穿過爐體、外保 溫層15和內保溫層17與爐管19外壁相觸，給氣裝置21從爐體一側 依次穿過爐體、外保溫層15內保溫層17和爐管19與爐膛20相通； 純化氣體從給氣裝置21進入高溫區(qū)感應加熱線圈16下方的爐膛區(qū)域 并往上方向流動。所述的設置在爐體上的排放管13的數量為2組，其 每組為沿圓周均布的兩個以上的排放管13，爐膛20中的廢氣、灰份、 灰發(fā)份通過兩組排放管13排往爐外，經凈化系統(tǒng)處理后排入大氣，上 排放管13主要負責排放低溫區(qū)產生的廢氣、灰份和灰發(fā)份，下部排放 管13主要負責排放高溫區(qū)產生的廢氣、灰份和灰發(fā)份；本爐體上設有 兩個完全相同的測溫裝置18; —個測溫裝置18安裝在低溫區(qū)，另一 個測溫裝置18安裝在高溫區(qū)，通過測溫裝置測得的溫度值作為工藝參 考值。
觀察窗裝置由觀察鏡4、照明燈5、觀察筒6構成，其觀察筒6上 有氣咀7，觀察筒6下端通過法蘭8與爐膛的上T形法蘭套9相連； 通過觀察窗裝置可觀察物料在爐膛20中的高度和落料情況，以便統(tǒng)調 物料在爐膛20中的流動速度和松緊程度。觀察時將閥門8和照明燈5 打開，清掃氣體從氣咀7隨閥門8的開啟流入爐膛，以清潔觀察視場， 觀察完畢關閉閥門8和照明燈5，清掃氣體也隨閥門8而關閉。
進料裝置是包括料斗1、輸送管2及貫穿于其中的帶有螺旋葉片的擠料軸和由電機驅動的減速機構3，其料斗1與輸送管2連通，輸 送管2通過三通分別連通爐膛20和觀察窗裝置。電機為變頻電機，可 實現輸送管2擠料軸上的葉片轉速在一定范圍內無級變速，確保進料 流量精確可調。
出料裝置包括出料斗34、輸出管28及貫穿于其中的帶有螺旋葉 的擠料軸和由電機驅動的減速機構29，其輸出管28分別與爐膛20的 下T形法蘭套25和出料斗34連通，其出料斗34上設有真空閥門32 和氣咀33，其出料斗34上端設有波紋管31和上閥門30，其波紋管 31通過上閥門30與輸出管28出口端相連，出料斗34下端依次設有 下閥門35和出料口 36，所述的上閥門30和下閥門35任何時候至少 有一個閥門處于關閉狀態(tài)。出料裝置的出料流量同樣可實現精確可調。
爐膛20上方連接進料裝置、下方連接出料裝置，物料在進料裝置 和出料裝置協(xié)調作用下進入爐膛20，以均勻速度下落并通過爐膛20， 物料中的灰份和灰發(fā)份在爐膛溫度作用以及溫度環(huán)境下的純化氣體作 用下變成揮發(fā)物質，該揮發(fā)物質在高溫反應氣壓和清掃氣體作用下從 兩組排放管13排到爐外。
所述給氣裝置21從爐一側依次穿過爐體、兩個保溫層和爐管19 與爐膛20相通。給氣裝置21進入高溫區(qū)感應加熱線圈16下方的爐膛 區(qū)域并往上方向流動。
保護氣體(或清掃氣體)從焊接在下T形法蘭套25上的氣咀27 給入，通過下法蘭套25流入爐膛20，為了確保爐膛氣體從下往上流 動，閥門30、閥門35任何時候至少有一只處于關閉狀態(tài)。本感應加熱爐的工作過程首先關閉出料裝置中的電機和閥門30
及閥門35，料斗1加滿料，打開所有冷卻水，關閉氣咀27保護氣體。 打開真空系統(tǒng)和真空閥門32，將料斗34腹腔抽成真空，抽真空完畢， 從氣咀33加入保護氣體，使料斗34腹腔壓力恢復到大氣壓力，打開 輸送管3，將料斗1中的物料泵入爐膛20，通過觀察窗裝置確認物料 在爐膛中的高度，物料加滿到工藝要求后，關閉輸送管2，向兩個感 應加熱線圈16送電，爐管19開始升溫，通過兩個測溫裝置18測量爐 管19筒體外側對應部位的當前溫度值，即爐膛溫度當前值，當溫度升 到某工藝值后，氣咀27輸入保護氣體(或清掃氣體)。間隔一段工藝 時間，從給氣裝置21小流量輸入純化氣體，當高溫區(qū)物料雜質被清除 到一定程度(經驗判斷)，逐步增加純化氣體流量和爐膛溫度到正常工 藝值，打開閥門30 (閥門35仍然關閉)，啟動出料裝置，輸出管28 向出料斗34出料，啟動進料裝置，輸送管2向爐膛20送料，通過觀 察窗裝置確認物料在爐膛20中的滿料情況，精調進料裝置和出料裝置 的流量值，使進料裝置和出料裝置的流量同步協(xié)調，運行中定期通過 觀察窗裝置檢查爐膛20中的落料情況，確保物料在爐膛20中保持合 適的松緊度。
物料在爐膛20中受溫度、純化氣體、保護氣體(或清掃氣體)、 進料裝置中的輸送管2、出料裝置中輸出管28的推力及重力幾大因素 的作用下，可連續(xù)不斷地完成雜質揮發(fā)、雜質排放及物料從上往下定 向流動等重要工藝過程，達到連續(xù)生產的工藝要求。
物料中的雜質(灰份和灰發(fā)份)在爐膛溫度作用以及溫度環(huán)境下的純化氣體作用下變成揮發(fā)物質。該揮發(fā)物質在高溫反應氣壓和清掃 氣體作用下，通過兩組排放管13排往爐外，經凈化系統(tǒng)處理后排入大 氣。設置兩組排放管的目的在于在爐膛中設置一個從上到下，從低 到高的梯度溫區(qū)，使低溫揮發(fā)雜質和高溫揮發(fā)雜質分流排放，以減少 反應氣壓對爐膛的不利影響，防止噴爐現象發(fā)生，提高系統(tǒng)工作安全
性。隨著出料斗34中的物料增加，料斗重量也相應增加(波紋管31 可基本消除閥門30對出料斗34的拉力作用，確保出料斗34被稱量準 確)。通過料斗34重量可判定料斗物料的多少，料滿后，同步關閉進 料裝置和出料裝置及出料裝置中的閥門30，打開閥門35、出料斗34 中的加工完物料通過閥門35、出料口 36送往爐外。出料完畢，關閉 閥門35，打開真空閥門32，再次將出料斗34抽成真空，抽真空完畢， 再次從氣咀33加入保護氣體，使出料斗34腹腔壓力恢復到大氣壓。 完畢，關閉氣咀33保護氣體，同步打開閥門30、輸送管2、輸出管 28，爐膛中物料重新從上往下流動，周而復始，實現了連續(xù)生產作業(yè)， 增加料斗34的容積和真空抽速，可使下料時間比例即生產連續(xù)率達到 97%以上。
在開爐前段時間，由于高溫區(qū)下方的冷料無法提純或石墨化，從 料斗34出爐的前幾斗料應重新回到料斗1中再次進入爐膛20，通過 物料化驗確認出料斗34出來的物料達到工藝指標后，才能收集合格產 品，出料速度、供氣流量、工作溫度等主要參數的調整都必須以物料 化驗結果為準，通過參數調整，確認物料化驗指標合格后，才能按正 確參數生產和收集物料。
權利要求1、一種石墨提純及石墨化高溫立式連續(xù)感應加熱爐，包括進料裝置、爐體、爐膛(20)、感應加熱線圈(16)、觀察窗裝置、支撐腳(26)和出料裝置，其特征在于所述的石墨提純及石墨化高溫立式連續(xù)感應加熱爐為立式結構，其爐體是由底座(23)、外筒(14)和爐蓋(11)組成彼此連通的可通水的夾層結構的立式圓柱桶式爐體，底座(23)和爐蓋(11)各設有中心孔，爐體通過底座固定在支撐腳(26)上；所述的爐膛(20)為一個立式圓柱體空間的爐膛，爐膛(20)上端設有上T形法蘭套(9)，其上T形法蘭套(9)穿過爐蓋(11)中心孔伸至爐膛(20)內上部，其爐膛(20)下端設有下T形法蘭套(25)，下T形法蘭套(25)設有水冷卻套(24)，水冷卻套(24)固定在爐膛(20)、爐管(19)下方，下T形法蘭套(25)依次穿過水冷卻套(24)和底座(23)與爐膛(20)連通，下T形法蘭套(25)上設有氣咀(27)；爐膛上的爐管(19)下端通過定位環(huán)(22)設置在底座(23)中心上，上端通過密封墊(10)與爐蓋(11)中心孔處相觸；爐管(19)外周上設置保溫層和對爐管加熱的由獨立電源供電的感應加熱線圈(16)，其保溫層由內保溫層(17)和外保溫層(15)及蓋板(12)組成，感應加熱線圈(16)的數量為1～2個；所述的爐膛(20)中的上T形法蘭套(9)通過三通分別與進料裝置和觀察窗裝置連通，爐膛(20)下T形法蘭套(25)與出料裝置連通；所述的爐體上設有排放管(13)、測溫裝置(18)和給氣裝置(21)，其排放管(13)沿爐體圓周均勻傾斜設置，即排放管(13)沿爐體圓周依次穿過爐體、外保溫層(15)、內保溫層(17)和爐管(19)與爐膛(20)相通使之形成向上傾斜向外排放結構，測溫裝置(18)從爐體一側依次穿過爐體、外保溫層(15)和內保溫層(17)與爐管(19)外壁相觸，給氣裝置(21)從爐體一側依次穿過爐體、外保溫層(15)內保溫層(17)和爐管(19)與爐膛(20)相通；所述的設置在爐體上的排放管(13)的數量為1～2組，其每組為沿圓周均布的兩個以上排放管，設置在爐體上的測溫裝置(18)數量為1～2個。
2、 如權利要求l所述的石墨提純及石墨化高溫立式連續(xù)感應加熱爐，其 特征在于所述的觀察窗裝置是由觀察鏡(4)、照明燈(5)、觀察筒(6)構成， 其觀察筒(6)上設有氣咀(7)，觀察筒(6)下端通過閥門(8)與爐膛(20) 的上T形法蘭套(9)相連。
3、 如權利要求1所述的石墨提純及石墨化高溫立式連續(xù)感應加熱爐，其 特征在于所述的進料裝置是包括料斗(1)、輸送管(2)及貫穿于其中的帶有 螺旋葉片的擠料軸和由電機驅動的減速機構(3)，其料斗(1)與輸送管(2) 連通，輸送管(2)通過三通分別連通爐膛(20)和觀察窗裝置。
4、 如權利要求1或3所述的石墨提純及石墨化高溫立式連續(xù)感應加熱爐， 其特征在于所述的出料裝置包括出料斗(34)、輸出管(28)及貫穿于其中的 帶有螺旋葉片的擠料軸和由電機驅動的減速機構(29)，其輸出管(28)分別 與爐膛(20)的下T形法蘭套(25)和出料斗(34)連通，其出料斗(34) 上設有真空閥門(32)和氣咀(33)，其出料斗(34)上端依次設有波紋管(31) 和上閥門(30)，其波紋管(31)通過上閥門(30)與輸出管(28)出口端相 連，出料斗(34)下端依次設有下閥門(35)和出料口 (36)，所述的上閥門(30)和下閥門(35)任何時候至少有一個閥門處于關閉狀態(tài)。
5、 如權利要求1或3所述的石墨提純及石墨化高溫立式連續(xù)感應加熱爐，其特征在于所述的爐體內設有兩個對爐管(19)加熱的感應加熱線圈(16)， 即兩個感應加熱線圈(16)為兩套獨立電源供電的功率可調的彼此獨立的水 冷卻線圈。
6、如權利要求1所述的一種石墨提純及石墨化高溫立式連續(xù)感應加熱 爐，其特征在于所述的內保溫層(17)為碳黑保溫層，外保溫層(15)為氧 化物筒體保溫層，其碳黑保溫層填充在氧化物筒體保溫層與爐管(19)之間。
專利摘要本實用新型涉及一種石墨提純及石墨化高溫立式連續(xù)感應加熱爐。本感應加熱爐為立式結構感應加熱爐，包括包括爐體、爐膛、感應加熱線圈、觀察窗裝置和進出料裝置等。本加熱爐為立式結構，連續(xù)工作方式和感應加熱，最高使用溫度為3000℃，本爐膛為一個圓柱體空間，爐膛上方連接進料裝置、下方連接出料裝置，物料在進料裝置和出料裝置協(xié)調作用下進入爐膛，以均勻速度下落并通過爐膛，物料中的灰份和灰發(fā)份在爐膛溫度作用以及溫度環(huán)境下的純化氣體作用下變成揮發(fā)物質，該揮發(fā)物質在高溫反應氣壓和清掃氣體作用下從排放管排到爐外，一步實現連續(xù)提純或連續(xù)石墨化工藝。本感應加熱爐彌補氫氟酸濕法提純的不足，具有高效率、低能耗、綠色環(huán)保的特點。
文檔編號C01B31/04GK201362594SQ20092006369
公開日2009年12月16日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權日2009年3月19日
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