一种箱式石墨化炉及生产方法

技术领域

本发明涉及石墨化炉生产技术领域，尤其涉及一种箱式石墨化炉及生产方法。

背景技术

负极材料是新能源动力电池的核心组成部分，随着新能源汽车的蓬勃发展，负极材料产能跨越式增长。石墨化是负极材料生产中最重要的环节，是将负极原料在3000℃进行高温改性的过程，目前市场采用艾奇逊石墨化炉、内热串接石墨化炉和箱式石墨化炉完成石墨化生产。

内热串接石墨化炉产品质量好，安全性高，但装炉量低，吨产品能耗最高，通常用于对产品质量要求较高的工况下，市场总体占有率不高；艾奇逊石墨化炉的安全性较高，其产品质量及产能等方面也能达到较高水平，在市场占比最大；箱式石墨化炉是近年发展得到的新炉型，图1为现行箱式石墨化炉的结构示意图，与艾奇逊石墨化炉和内热串接石墨化炉相比，由于箱式石墨化炉不需要坩埚，直接将原料放入箱体进行石墨化处理，充分利用了炉芯空间，因此装炉量大幅提高，在石墨化炉中具有显著优势。

但由于艾奇逊石墨化炉和内热串接石墨化炉的炉芯内部除了装有物料的坩埚外，还有大量散装电阻料，而箱式石墨化炉炉芯内部均为物料，以致炉芯内部可燃性挥发物显著增多，炉芯箱板的密封使挥发物可能存在局部溢出不畅，炉芯内部产生压力，并且，石墨化过程中炉芯物料受热不均时，局部还可能存在超温气化升华，产生更大的内部压力，炉内内部压力过大则会导致爆炉，而目前的箱式石墨化炉并未设有能够快速泄压的结构，一旦爆炉发生，不仅会破坏炉体及车间厂房，损失物料，还会威胁工人生命安全。

在箱式石墨化炉的出炉阶段，通过吸料天车取出炉芯上部箱板上方的保温料，再打开炉芯上部箱板，将石墨化完成的物料吸料出炉，但是由于现行箱式石墨化炉的炉芯被保温料包围，保温料散热能力弱，而吸料天车温度上限为300-500℃，石墨化炉需要冷却一个月以上才能使炉内温度降到吸料天车的适用温度，长时间的冷却周期使箱式石墨化炉的生产周期大幅延长。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种箱式石墨化炉及生产方法，通过将箱式炉芯结构中的上箱板为倒V形，炉墙结构中的复合浇注料板活动设置，使箱式石墨化炉散热速度快，能够随时泄压，解决了现有技术中冷却周期长且不含快速泄压结构的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种箱式石墨化炉，包括箱式炉芯结构、炉墙结构，箱式炉芯结构设于炉墙结构内，箱式炉芯结构与炉墙结构间填充有保温料；

所述箱式炉芯结构由上箱板、纵向侧箱板、横向侧箱板、下箱板组成箱形，所述上箱板纵截面为倒V形，上箱板水平夹角a至少大于保温料安息角b5°，所述炉墙结构包括矮墙、复合浇注料板，所述矮墙纵截面为U型，矮墙两侧的高度使保温料自然滑落后的最高点在横向侧箱板竖直方向的中点到最低点之间，所述复合浇注料板活动设于矮墙两侧，复合浇注料板下部可与矮墙外壁密贴，复合浇注料板顶端高于上箱板。所述箱式炉芯结构还包括若干个竖直设置横向排列的内部箱板，所述内部箱板的高度与上箱板相匹配。

通过箱式炉芯结构中的上箱板为倒V形，炉墙结构中的复合浇注料板活动设置，使箱式石墨化炉的石墨化过程中能够随时通过移动复合浇注料板快速泄压，保证炉内压力处于工程安全水平，确保箱式石墨化炉的安全生产，并且冷却阶段散热速度快，缩短了冷却周期，提高了生产效率；

通过将矮墙两侧的高度使保温料自然滑落后的最高点在横向侧箱板竖直方向的中点到最低点之间，保温料上层滑落使炉芯上部快速散热，下层仍在炉中，尽可能地减少了保温料的循环量，降低生产成本；

通过上箱板的水平夹角a至少大于保温料安息角b5°，保证上箱板上方保温料全部滑落，不影响上箱板对应部位的冷却。

进一步地，所述炉墙结构还包括压力感应元件和若干压力传动机构，所述压力传动机构包括压力传动轴和压力传动轴外腔，所述复合浇注料板外壁与压力传动轴相连，压力传动轴与压力传动轴外腔水平滑动相连，压力传动轴外腔远离箱式炉芯结构的一端与压力感应元件相连，压力传动轴在压力传动轴外腔内滑动带动复合浇注料板水平移动。

通过设置压力传动机构，压力感应元件检测到炉内压力超出允许压力时，使压力传动轴带动复合浇注料板向外水平移动，以保证炉内压力处于安全值，从而保证箱式石墨化炉的安全生产。

进一步地，复合浇注料板的上、下两端分别与上、下两组压力传动机构的压力传动轴相连，两组压力传动机构同步运动。

通过复合浇注料板的上、下两端分别与上、下两组压力传动机构的压力传动轴相连，压力传动轴的连接处远离了箱式炉芯结构所对应的侧方中部区域，减少了在石墨化过程中保温料高温对压力传动轴使用寿命和支撑强度的影响。

进一步地，还包括混凝土基础，所述混凝土基础设于炉墙结构下方，混凝土基础内设有接料通道，接料通道设于两侧复合浇注料板的活动路程下方。通过在混凝土基础中设置接料通道，使滑落的保温料落入接料通道内，易于回收。

进一步地，还包括接料小车，接料小车顶端开口宽于复合浇注料板的活动路程，所述接料通道底部设有轨道，轨道延伸至箱式石墨化炉外部，接料小车沿轨道进入或离开接料通道。

通过设置接料小车，进一步地使滑落的保温料易于回收，能够通过接料小车将收集到保温料输送至炉外，便于之后对保温料的高温余热回用。

进一步地，所述混凝土基础设有防漏沿，所述防漏沿底端低于接料小车上沿，当接料小车进入接料通道时防漏沿位于接料小车上沿内侧。

通过设置防漏沿，防止保温料滑落时从混凝土基础与接料小车的间隙漏至轨道，阻碍接料小车移动。

进一步地，还包括外部支撑墙，所述外部支撑墙设于复合浇注料板外侧并与混凝土基础顶端相连，所述外部支撑墙顶端设有防尘集气罩。通过设置防尘集气罩对石墨化过程中产生的有害气体收集，并且具有防尘功能，保障施工环境。

一种箱式石墨化炉的生产方法，采用了一种箱式石墨化炉，包括如下步骤：

S01：移动复合浇注料板使其与矮墙外壁密贴；

S02：在箱式炉芯结构内装料并且在箱式炉芯结构与炉墙结构间填充保温料；

S03：通电进行石墨化生产，当石墨化过程中压力值超过安全值时，移动复合浇注料板泄压，压力值恢复到安全值时则移动回与矮墙外壁密贴；

S04：石墨化完成后断电；

S05：移动复合浇注料板，保温料从复合浇注料板与矮墙外壁间流出；

S06：冷却完成后打开上箱板出料。

通过以上步骤的生产方法，散热速度快，缩短了冷却周期，提高了生产效率，能够随时泄压，保证生产安全。

进一步地，所述步骤S05：接料小车进入复合浇注料板的活动路程下方，移动复合浇注料板，保温料从复合浇注料板与矮墙外壁间流出到接料小车内，接料小车运走流出的保温料。通过此步骤使滑落的保温料易于回收，能够通过接料小车将收集到保温料输送至炉外，便于之后对保温料的高温余热回用。

本发明的有益效果是：

本发明的一种箱式石墨化炉，通过箱式炉芯结构中的上箱板为倒V形，炉墙结构中的复合浇注料板活动设置，使箱式石墨化炉的石墨化过程中能够随时通过移动复合浇注料板快速泄压，保证炉内压力处于安全值，确保箱式石墨化炉的安全生产，并且冷却阶段散热速度快，缩短了冷却周期，提高了生产效率；

通过将矮墙两侧的高度使保温料自然滑落后的最高点在横向侧箱板竖直方向的中点到最低点之间，保温料上层滑落使炉芯上部快速散热，下层仍在炉中，尽可能地减少了保温料的循环量，降低生产成本；

通过上箱板水平夹角a至少大于保温料安息角b5°，保证上箱板上方保温料全部滑落，不影响上箱板对应部位的冷却。

通过设置压力传动机构，压力感应元件检测到炉内压力超出允许压力时，使压力传动轴带动复合浇注料板向外水平移动，以保证炉内压力始终在允许范围内，从而保证箱式石墨化炉的安全生产。通过复合浇注料板的上、下两端分别与上、下两组压力传动机构的压力传动轴相连，压力传动轴的连接处远离了箱式炉芯结构所对应的侧方中部区域，减少了在石墨化过程中保温料高温对压力传动轴使用寿命和支撑强度的影响。

通过在混凝土基础中设置接料通道，使滑落的保温料落入接料通道内，易于回收。通过设置接料小车，进一步地使滑落的保温料易于回收，能够通过接料小车将收集到保温料输送至炉外，便于之后对保温料的高温余热回用。通过设置防漏沿，防止保温料滑落时从混凝土基础与接料小车的间隙漏至轨道，阻碍接料小车移动。

本发明的一种箱式石墨化炉的生产方法，通过采用了一种箱式石墨化炉及S01-S06步骤的生产方法，散热速度快，缩短了冷却周期，提高了生产效率，能够随时泄压，保障生产安全。

通过S05中采用接料小车接取保温料，使滑落的保温料易于回收，能够通过接料小车将收集到保温料输送至炉外，便于之后对保温料的高温余热回用。

附图说明

图1为现行箱式石墨化炉的纵向剖面图；

图2为本发明一种箱式石墨化炉石墨化时的纵向剖面图；

图3为本发明一种箱式石墨化炉冷却时的纵向剖面图。

图中：1、现行炉体外墙；2、上箱板；3、横向侧箱板；4、内部箱板；5、下箱板；6、炉芯物料；7、保温料；8、矮墙；9、复合浇注料板；10、压力传动轴；11、压力传动轴外腔；12、外部支撑墙；13、防尘集气罩；14、混凝土基础；141、接料通道；142、防漏沿；15、接料小车；16、轨道。

具体实施方式

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2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。

图1为现行箱式石墨化炉的结构示意图，图中示出了现行炉体外墙1。

如图2-3所示，本发明实施例提供了一种箱式石墨化炉，包括箱式炉芯结构、炉墙结构，箱式炉芯结构设于炉墙结构内，箱式炉芯结构与炉墙结构间填充有保温料7；

所述箱式炉芯结构由上箱板2、纵向侧箱板、横向侧箱板3、下箱板5组成箱形，所述上箱板2纵截面为倒V形，上箱板2水平夹角a至少大于保温料7安息角b5°，所述炉墙结构包括矮墙8、复合浇注料板9，所述矮墙8纵截面为U型，矮墙8两侧的高度使保温料7自然滑落后的最高点在横向侧箱板3竖直方向的中点到最低点之间，所述复合浇注料板9活动设于矮墙8两侧，复合浇注料板9下部可与矮墙8外壁密贴，复合浇注料板9顶端高于上箱板2。所述箱式炉芯结构内部还设有内部箱板4。

通过箱式炉芯结构中的上箱板2为倒V形，炉墙结构中的复合浇注料板9活动设置，使箱式石墨化炉的石墨化过程中能够随时通过移动复合浇注料板9快速泄压，保证炉内压力值处于安全值，确保箱式石墨化炉的安全生产，并且冷却阶段散热速度快，缩短了冷却周期，提高了生产效率；

通过将矮墙8两侧的高度使保温料7自然滑落后的最高点在横向侧箱板3竖直方向的中点到最低点之间，保温料7上层滑落使炉芯上部快速散热，下层仍在炉中，尽可能地减少了保温料7的循环量，降低生产成本；

通过上箱板2水平夹角a至少大于保温料7安息角b5°，保证上箱板2上方保温料7全部滑落，不影响上箱板2对应部位的冷却。

具体地，所述炉墙结构还包括压力感应元件和若干压力传动机构，所述压力传动机构包括压力传动轴10和压力传动轴外腔11，所述复合浇注料板9外壁与压力传动轴10相连，具体为螺纹连接，压力传动轴10与压力传动轴外腔11水平滑动相连，压力传动轴外腔11远离箱式炉芯结构的一端与压力感应元件相连，压力传动轴10在压力传动轴外腔11内滑动带动复合浇注料板9水平移动。压力传动机构沿箱式石墨化炉纵向排布。

通过设置压力传动机构，压力感应元件检测到炉内压力超出允许压力时，使压力传动轴10带动复合浇注料板9向外水平移动，当炉内严重超压时，复合浇注料板9通过压力传动机构快速打开，实现瞬间泄压，使炉内压力在允许范围内，以保证箱式石墨化炉的安全生产。

具体地，复合浇注料板9的上、下两端分别与上、下两组压力传动机构的压力传动轴10相连，两组压力传动机构同步运动。

通过复合浇注料板9的上、下两端分别与上、下两组压力传动机构的压力传动轴10相连，压力传动轴10的连接处远离了箱式炉芯结构所对应的侧方中部区域，减少了在石墨化过程中保温料7高温对压力传动轴使用寿命和支撑强度的影响。

具体地，还包括混凝土基础14，所述混凝土基础14设于炉墙结构下方，混凝土基础14内设有接料通道141，接料通道141设于两侧复合浇注料板9的活动路程下方。通过在混凝土基础14中设置接料通道141，使滑落的保温料7落入接料通道141内，易于回收。

更具体地，还包括接料小车15，接料小车15顶端开口宽于复合浇注料板9的活动路程，所述接料通道141底部设有轨道16，轨道16延伸至箱式石墨化炉外部，接料小车15沿轨道16进入或离开接料通道141。

通过设置接料小车15，进一步地使滑落的保温料7易于回收，能够通过接料小车15将收集到保温料7输送至炉外，便于之后对保温料7的高温余热回用。

更具体地，所述混凝土基础14设有防漏沿142，所述防漏沿142底端低于接料小车15上沿，当接料小车15进入接料通道141时防漏沿142位于接料小车15上沿内侧。

通过设置防漏沿142，防止保温料7滑落时从混凝土基础14与接料小车15的间隙漏至轨道16，阻碍接料小车15移动。

具体地，还包括外部支撑墙12，所述外部支撑墙12设于复合浇注料板9外侧并与混凝土基础14顶端相连，所述外部支撑墙12顶端设有防尘集气罩13。通过设置防尘集气罩13对石墨化过程中产生的有害气体收集，并且具有防尘功能，保障施工环境。

一种箱式石墨化炉的工作过程：

首先将复合浇注料板9移动至与矮墙8外壁密贴，完成炉芯物料6和保温料7等装炉作业，安装防尘集气罩13，然后开始通电进入生产状态，待通电结束，首先将接料小车15移动至复合浇注料板9的活动路程下方，移动复合浇注料板9远离箱式炉芯结构，保温料7滑落至接料小车15内，滑落完成后接料小车15将高温保温料7输送至炉外进行高温余热回用，箱式炉芯结构内的物料进入自然冷却阶段，待冷却至目标温度后，开始吸料作业，完成出炉。

一种箱式石墨化炉的生产方法，采用了一种箱式石墨化炉，包括如下步骤：

S01：移动复合浇注料板9使其与矮墙8外壁密贴；

S02：在箱式炉芯结构内装料并且在箱式炉芯结构与炉墙结构间填充保温料7；

S03：通电进行石墨化生产，当石墨化过程中压力值超过安全值时，移动复合浇注料板9泄压，压力值恢复到安全值时则移动回与矮墙8外壁密贴；

S04：石墨化完成后断电；

S05：移动复合浇注料板9，保温料7从复合浇注料板9与矮墙8外壁间流出；

S06：冷却完成后打开上箱板2出料。

通过以上步骤的生产方法，散热速度快，缩短了冷却周期，提高了生产效率，能够随时泄压，保证生产安全。

进一步地，所述步骤S05：接料小车15进入复合浇注料板9的活动路程下方，移动复合浇注料板9，保温料7从复合浇注料板9与矮墙8外壁间流出到接料小车15内，接料小车15运走流出的保温料7。通过此步骤使滑落的保温料7易于回收，能够通过接料小车15将收集到保温料7输送至炉外，便于之后对保温料7的高温余热回用。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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。