一种用于负极材料高温炭化加工的箱式炉制造技术

本实用新型专利技术提出一种用于负极材料高温炭化加工的箱式炉,具有箱体和与其适配的箱盖。箱体、箱盖由质地均匀的钢质底板和钢质侧壁经焊接成形制成外形为长方体或正方体，与工业炉作热源相配合使用。其箱体内侧贴有炭毡、炭布、石墨纸之一或二者以上的复合体的保护内衬。本实用新型专利技术改变了传统负极材料高温炭化使用推板窑、工业炉内装石墨坩埚，坩埚装料量少、使用寿命短、成本高的现状，能为企业提升产能、降低制造成本，具有实用推广价值。

A Box Furnace for High Temperature Carbonization of Anode Material

【技术实现步骤摘要】
一种用于负极材料高温炭化加工的箱式炉
本技术属于精细化工粉体材料高温炭化加工的工业加热
，具体涉及一种可提高产量降低成本的用于负极材料高温炭化加工的箱式炉。
技术介绍
随着新能源汽车工业的不断发展，动力型锂离子电池负极材料需求不断增长，高端负极材料的包覆技术、二次造粒技术迅速发展和完善，都急需负极材料高温处理工艺设备的完善和发展与之配套。负极材料的包覆技术、二次造粒技术将得到普遍广泛的认可与应用，完成负极材料的包覆、二次造粒后的粉体材料均需要高温炭化加工处理。负极材料属于精细化工颗粒粉体物料，所以负极材料高温炭化加工的难度在于如何处理好装料出料的装炉作业及高温氛围的物料保护。目前，负极材料的炭化加工设备主要是推板窑。工业推板窑，由于设备简单，操作方便，长期以来一直是负极材料高温炭化的常用设备。然而，如何提高炭化的产量，降低负极材料加工成本，是困扰该炉型生产的难题。现有技术下，使用推板窑进行负极材料高温炭化加工所用的石墨坩埚容积小，装料量只有几公斤到十多公斤；需要的坩埚数量大，石墨坩埚成本高，且单个坩埚装料低，导致产量低；使用氮气保护，热效率极低。为了解决推板窑产量低成本高的问题，有人研究在常用工业炉中装入大型圆柱型石墨坩埚。但即使是大型圆柱型石墨坩埚，其尺寸也是有限的，最大可做成外径600mm高度1200mm，由于石墨坩埚属于脆性材料，必须保留一定壁部厚度，最大有效容积可装料100公斤左右，一个常用工业炉内也需要装入十多个坩埚。使用大量石墨坩埚成本极高，而且装出炉工作量大。装出炉作业极易出现坩埚碰损打碎造成粉料损失。现有技术下，在常用工业高温炭化炉采用的石墨坩锅装料，炉室有效装料空间利用率低、装料量小，坩埚成本高，操作难度大，是限制其推广和普及的主要因素之一。因此，急需一种新的技术方案解决负极材料粉体加工量低、成本高的问题。
技术实现思路
本技术的目的是提出一种用于负极材料高温炭化加工的箱式炉。本技术的技术方案：一种用于负极材料高温炭化加工的箱式炉，其具有箱体和与箱体适配的箱盖，箱盖从箱体上口嵌入，箱盖大小恰好能镶嵌入箱体里，箱体外形为长方体或正方体，箱体由钢质底板和钢质侧壁经焊接而成，箱体内壁及箱盖底面均贴有炭毡、炭布、石墨纸之一或其复合体组成的内衬保护层，箱盖与箱体间的缝隙用炭毡或炭布填塞，保证箱式炉箱盖密封性能良好，箱式炉的长宽高与工业炉内部空间尺寸相适应，且箱式炉与工业炉之间留有间隙，间隙之间填充保护性介质。内衬保护层具有防止钢质箱体在高温炭化过程中被氧化起皮掉渣，污染被加工处理的物料的作用。保护性介质是颗粒填充料，一方面保持钢质箱体受热不易变形，另一方面隔绝高温炉内氧化性氛围，防止钢质箱体被氧化，延长箱式炉使用寿命。箱式炉与其它工业炉作热源配合使用，尺寸相适应，尽可能的大的利用工业炉内部空间。箱式炉在工业炉中是独立分离体，整体吊入吊出，成为工业炉的“炉中炉”，解决了粉体材料在高温热处理过程中装出炉难，易污染问题，保护粉体材料不被污染不被氧化。工业炉可以是环式焙烧炉、二次隧道窑、艾奇逊炉、井式炉等。采用方形箱体结构，保证箱式炉机械强度的基础上，最大限度提升单炉装料量，装出炉作业更为快捷方便，改善了原先石墨坩埚装料量低，装料装炉出炉操作复杂，工人劳动强度大的缺陷，提高了单炉产能，降低了生产成本。如果工业炉较大，制作一个匹配的箱式炉，重量较大，不方便吊装，可以制作多个尺寸匹配的箱式炉，多个箱式炉装入工业炉中，单个箱式炉的重量就不是很大，就方便了吊入吊出。上述技术方案中，箱式炉密封保护效果好，箱式炉内被加工的粉体物料得到充分保护，延长了箱式炉使用寿命，保护了被加工粉体物料不受内外环境的污染。本技术的有益效果：1、本技术的箱式炉为长方体、或立方体箱体设计，充分利用钢质箱体耐高温、机械强度好，可以制作成与常用工业炉尺寸相适应的大小，相比有限尺寸的圆柱型石墨坩埚充分利用了工业炉有效空间，单炉粉体物料装料有效容积可提升40%-90%。以
技术介绍
中炉型尺寸计算，常用工业炉单体炉装料量由原先的5吨可提升至7-9吨，单炉增量效益显著，有效缓解使用石墨坩埚产能低的问题。2、本技术的箱式炉方形箱体，消除了外形圆柱型石墨坩埚外切圆空间需填充颗粒填充料的影响，节省了填充料使用量和填充料吸热产生的无效能源消耗，为企业节省了天然气等能源消耗产生的经济支出。3、本技术的箱式炉钢质箱体本体厚度均匀，较石墨坩锅本体而言气密性高，被加工的负极材料颗粒包覆物碳源前驱体受热分解气化，在箱式炉内物料负极材料的颗粒和颗粒间隙之间窜行流动，当达到热解气相沉积温度时，烃类组份气相热解聚合沉积在颗粒表面，形成了负极材料典型的“核-壳”结构，对提高加工物料的质量性能发挥重要作用。箱式炉壁厚度均等，消除了壁厚差异导致的受热不均对包覆负极材料品质均一性的影响，更具市场推广应用的现实意义。4、本技术的箱式炉钢质材质焊接成形结构，较石墨坩锅本体具有更优的机械性能，钢质箱式炉耐久性和重复利用率更高，也不会因装出炉箱体碰损造成加工物料损失。附图说明图1为现有技术石墨坩埚有效装料截面（横向剖面）示意图；图2为本技术箱式炉有效装料截面（横向剖面）示意图；图3为本技术箱式炉纵向剖面示意图；附图标记：1-箱盖、2-炉内空间、3-箱体、4-内衬保护层、5-工业炉、6-石墨坩埚、7-颗粒填充料、8-石墨坩埚有效装料截面、9-箱式炉有效装料截面。具体实施方式本技术提供一种箱式炉，具有箱体和与其适配的箱盖，与常用工业炉相配合使用，形成一种“炉中炉”的箱式结构。如图3所示，钢质箱体由厚度均匀的底板和侧壁经焊接形成外形为长方体的箱式结构。箱式炉其内衬有炭毡、炭布、石墨纸之一或其复合体作为内衬。内衬材料保护箱体内物料不被污染，同时保持箱式炉的气密性。本技术的箱式炉的箱体及箱盖的具体尺寸设计优先考虑与其配套使用的工业炉炉室的尺寸形状。最佳设计尺寸为箱式炉与其配套使用的工业炉炉室内壁有100~200mm的间距的间隙。此间隙装入粒径1mm—6mm的颗粒填充料。颗粒填充料可以是焦粒、焦粉或河沙，隔断箱式炉与热气流或氧化性气体直接接触，保护箱式炉不被氧化侵蚀，延长箱式炉使用寿命。箱式炉最佳尺寸为长边长度为180~200cm，短边长度为80~100cm，高度120~150cm，底板厚度和四周侧壁厚度均为5~15mm。箱式炉炉盖长边长度为179~199cm，短边长度为79~99cm，箱盖厚度为10~20mm，较箱体材质更厚重些最好。圆柱坩埚相互间相切形成的空间无法得到利用（图1所示），而箱式炉为长方体外形，较圆柱坩埚更能充分利用空间，提高装料量。使用本技术箱式炉提高装料量40~70%。同时减少了填充料的使用量，减少了无效燃气费用支出，相应提高了热能有效利用率40~70%。本技术的箱式炉的箱体顶部设有适配箱盖，箱盖与箱体之间缝隙可用炭毡或炭布填塞。通过箱盖自重与粘有的炭毡或碳布内衬作为密封层，保证了箱式炉内部物料的密封性。密封在箱式炉内的负极材料骨料颗粒表面包覆物在加热过程中，烃质组份受热气相分解，随着炉室温度的升高气相分解物炭化沉积在负极材料骨料颗粒的表面，形成了热解炭膜，使负极材料的包覆效果更加完整更加致密。使用本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于负极材料高温炭化加工的箱式炉，其特征是具有箱体（3）和与箱体（3）适配的箱盖（1），箱体（3）外形为长方体或正方体，箱体（3）由钢质底板和钢质侧壁经焊接而成，箱体（3）内壁及箱盖（1）底面均贴有炭毡、炭布、石墨纸之一或其复合体组成的内衬保护层（4），箱盖（1）从箱体（3）上口嵌入，箱盖（1）与箱体（3）间的缝隙用炭毡或炭布填塞，箱式炉的长宽高与工业炉内部空间尺寸相适应，且箱式炉与工业炉之间留有间隙，间隙之间填充保护性介质。

【技术特征摘要】
1.一种用于负极材料高温炭化加工的箱式炉，其特征是具有箱体（3）和与箱体（3）适配的箱盖（1），箱体（3）外形为长方体或正方体，箱体（3）由钢质底板和钢质侧壁经焊接而成，箱体（3）内壁及箱盖（1）底面均贴有炭毡、炭布、石墨纸之一或其复合体组成的内衬保护层（4），箱盖（1）从箱体（3）上口嵌入，箱盖（1）与箱体（3）间的缝隙用炭毡或炭布填塞，箱式炉的长宽高与工业炉内部空间尺寸相适应，且箱式炉与工业炉之间留有间隙，间隙之间填充保护性介质。2.根据权利要求1所述的用于负极材料高温炭化加工的箱式炉，其特征是箱体（3）底板厚度为5～15mm，四周侧壁厚度为5～15mm，箱盖（1）厚度为10～20mm。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴世锋，刘琳，徐立宏，东红，李元，朱小龙，郭彥兵，
申请(专利权)人：方大炭素新材料科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：甘肃,62