一种具有新型降温系统的石墨化炉的制作方法

本技术涉及石墨化设备，特别涉及一种具有新型降温系统的石墨化炉。

背景技术：

1、随着锂离子电池在电动汽车和储能领域的广泛应用，锂电行业持续高速发展，对负极材料的石墨化提出更高的要求。在锂离子电池用的碳负极材料的工业生产中，常见的碳质材料需要在2500℃以上才能进行石墨化转变，并在高温下将非碳的渣滓全部气化除去，生产出结晶度良好杂质含量非常低的人造石墨，业内通常称之为石墨化处理，与之对应的设备称为石墨化炉。

2、目前，负极材料的石墨化处理一般需经过进料、石墨化处理、冷却和出料过程。目前各阶段大多数单独进行，石墨化过程不连续，降温周期长，导致影响负极产品的收率。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中石墨化过程不连续，降温周期长的缺陷，提供一种具有新型降温系统的石墨化炉。

2、本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

3、本实用新型提供了一种具有新型降温系统的石墨化炉，所述石墨化炉包括炉体，所述炉体内设有中空结构的炉芯，所述炉芯自所述炉体的一端横向延伸至另一端，所述炉芯的两端分别具有与所述炉体的外部连通的开口，所述炉芯内用于通入待石墨化的碳素材料；

4、所述石墨化炉还包括出料段，所述出料段位于所述炉体的外部且与所述炉芯连通，所述出料段上设有冷却组件，所述冷却组件用于对所述出料段内的石墨化产物进行冷却。

5、在本方案中，采用上述结构形式，炉芯对位于其内部的待石墨化的碳素材料进行加热，即加热的温度场均匀位于待石墨化的碳素材料的外周侧，能够对炉芯内部的待石墨化的碳素材料均匀加热，进而提高石墨化产物的均一性，减少石墨化产物的品质差异，提高产品的品质。另外，炉芯内的石墨化产物在出料过程中，利用冷却组件对石墨化产物进行冷却，以将石墨化产物温度降低到常温水平。换言之，石墨化产物的出料进程和冷却进程同时进行，进一步实现石墨化过程的连续性，缩短了生产周期，提高了石墨化效率。

6、较佳地，所述出料段内且位于所述出料段的内腔的外周侧设有液冷通道；

7、所述冷却组件设置在所述液冷通道内，或，所述冷却组件与所述液冷通道连通。

8、在本方案中，采用上述结构形式，通过出料段内部的液冷通道对出料段内部石墨化产物进行冷却，空间布局合理，有效对石墨化产物进行冷却；液冷通道位于石墨化产物的外周侧，还能保证冷却的均匀性，避免石墨化产物冷却速度不均导致的产品均一性较差的问题。

9、较佳地，所述液冷通道有多个，多个所述液冷通道在所述出料段内沿着所述出料段的延伸方向间隔设置；

10、或，所述液冷通道在所述出料段内沿着所述出料段的延伸方向螺旋设置。

11、在本方案中，采用上述结构形式，多个液冷通道分别安装，可以有效提升石墨化产物冷却效率。液冷通道在出料段内沿着出料段的延伸方向螺旋设置，便于液冷通道的安装。

12、较佳地，所述冷却组件包括液冷管道，至少部分所述液冷管道穿过所述液冷通道，所述液冷管道与外部循环冷却液系统连通；

13、或，所述冷却组件包括液冷管道和水嘴，所述液冷通道的进口和出口分别设有所述水嘴，所述水嘴通过所述液冷管道与外部循环冷却液系统连通。

14、在本方案中，采用上述结构形式，冷却液流经液冷管道时，通过对液冷管道降温实现对石墨化产物进行冷却，有效对石墨化产物进行冷却。冷却液通过水嘴从液冷管道中流入液冷通道，以实现对石墨化产物进行降温，水嘴和液冷管道安装在液冷通道外部，便于安装，也便于控制冷却组件的工作状态，可靠性高。

15、较佳地，所述石墨化炉还包括内外水冷螺旋冷却器，所述出料段的出料口与所述内外水冷螺旋冷却器的进料口连通。

16、在本方案中，采用上述结构形式，石墨化产物通过内外水冷螺旋冷却器进行冷却后出炉，实现石墨化的连续性。另外，利用液冷管道对石墨化产物进行第一重冷却，利用内外水冷螺旋冷却器对从出料口中输出的石墨化产物进行第二重冷却，通过连续式的双重冷却对石墨化产物进行降温，降温效果好，进一步加快石墨化产物的冷却速度，提高生产效率。

17、较佳地，所述出料段包括呈预设角度连接的第一段和第二段，所述第二段自所述第一段远离所述炉体的一端向下延伸。

18、在本方案中，采用上述结构形式，相互连接的第一段和第二段组成出料段，延长了石墨化产物的冷却路径，并且第二段弯折向下，一方面减少了石墨化炉的整体长度，有效减少石墨化炉的占用空间，另一方面，便于对接内外水冷螺旋冷却器。

19、较佳地，所述石墨化炉还包括出料段顶紧装置，所述出料段顶紧装置设置于所述第一段远离所述炉芯的一端，所述出料段顶紧装置用于施加给所述第一段朝向所述炉芯方向的力。

20、在本方案中，采用上述结构形式，减少或避免出料段在冷却组件工作的过程中出现剧烈晃动的情况，进而对炉芯进行固定、保护。

21、较佳地，所述出料段的材质为石墨；

22、和/或，所述炉芯的材质为石墨。

23、在本方案中，出料段的材质采用石墨，避免出料段采用其他材料导致石墨化产物被污染。炉芯的材质采用石墨，石墨具有优良的导热性能，由石墨作为中间物对待石墨化的碳素材料进行加热，有效降低热传导过程中损失的能量，进而有效降低成本。除此之外，炉芯的材质采用石墨，也避免炉芯采用其他材料导致石墨化产物被污染。

24、较佳地，所述石墨化炉还包括电加热装置，所述电加热装置用于对所述炉芯进行加热。

25、在本方案中，采用上述结构形式，通过电加热装置对炉芯进行通电加热，炉芯将热量传递给待石墨化的碳素材料以实现高温石墨化，方便控制及维持加热温度的稳定。

26、较佳地，所述石墨化炉还包括电加热装置，所述电加热装置包括正极电连接组件和负极电连接组件，所述正极电连接组件的一端用于与电源正极电连接，所述正极电连接组件的另一端与所述炉芯的一端电连接；所述负极电连接组件的一端用于与电源负极电连接，所述负极电连接组件的另一端与所述炉芯的另一端电连接。

27、在本方案中，采用上述结构形式，正极电连接组件和负极电连接组件分别与电源正极、电源负极通电后，电源正极、正极电连接组件、炉芯、负极电连接组件和电源负极之间形成闭合回路，以实现对炉芯的通电加热，方便工作人员控制电加热装置的工作状态，进而提高石墨化作业的安全可靠性。

28、较佳地，所述正极电连接组件包括依次连接的正极铝排、第一电极软连接铜排和电极正极件，所述电源正极电连接于所述正极铝排，所述电极正极件电连接于所述炉芯。

29、在本方案中，采用上述结构形式，电源正极、正极铝排、第一电极软连接铜排、电极正极件和炉芯依次电连接，利用铝和铜优良的导电性，有效提高了正极电连接组件电连接的安全可靠性。

30、较佳地，所述正极铝排设于所述炉体的下方，两个所述第一电极软连接铜排分别自所述正极铝排的两端端部向上延伸，所述第一电极软连接铜排的另一端连接于位于所述炉芯两侧的所述电极正极件，所述电极正极件伸入所述炉体并与所述炉芯电连接。

31、在本方案中，采用上述结构形式，相互连接的正极铝排、第一电极软连接铜排和电极正极件围合成框架结构，并挂接在炉体上，提高了正极电连接组件的安装稳定性。另外，电极正极件对炉芯两侧进行供电，提高了炉芯通电加热的均匀性。

32、较佳地，所述电极正极件上设有第一液冷夹套，所述第一液冷夹套用于连通循环冷却液；

33、和/或，所述正极铝排和所述第一电极软连接铜排之间通过第一连接件连接，所述第一电极软连接铜排和所述电极正极件之间通过第二连接件连接。

34、在本方案中，采用上述结构形式，通过第一液冷夹套对电极正极件进行冷却，减少或避免出现电极正极件长时间在高温环境下变形、软化等损坏情况，有效提高了电极正极件的使用寿命。通过第一连接件对正极铝排和第一电极软连接铜排进行夹紧、固定，通过第二连接件对第一电极软连接铜排和电极正极件进行夹紧、固定，正极铝排、第一电极软连接铜排和电极正极件之间的固定效果好，进而提高了正极电连接组件内部零部件之间的连接稳定性。

35、较佳地，所述负极电连接组件包括负极铝排、第二电极软连接铜排和电极负极件，所述电源负极电连接于所述负极铝排，所述电极负极件电连接于所述炉芯。

36、在本方案中，采用上述结构形式，电源负极、负极铝排、第二电极软连接铜排、电极负极件和炉芯依次电连接，利用铝和铜优良的导电性，有效提高了负极电连接组件电连接的安全可靠性。

37、较佳地，所述负极铝排设于所述炉体的下方，两个所述第二电极软连接铜排分别自所述负极铝排的两端端部向上延伸，所述第二电极软连接铜排的另一端连接于位于所述炉芯两侧的所述电极负极件，所述电极负极件伸入所述炉体并与所述炉芯电连接。

38、在本方案中，采用上述结构形式，相互连接的负极铝排、第二电极软连接铜排和电极负极件围合成框架结构，并挂接在炉体上，提高了负极电连接组件的安装稳定性。

39、较佳地，所述电极负极件上设有第二液冷夹套，所述第二液冷夹套用于连通循环冷却液；

40、和/或，所述负极铝排和所述第二电极软连接铜排之间通过第三连接件连接，所述第二电极软连接铜排和所述电极负极件之间通过第四连接件连接。

41、在本方案中，采用上述结构形式，通过第二液冷夹套对电极负极件进行冷却，减少或避免出现电极负极件长时间在高温环境下变形、软化等损坏情况，有效提高了电极负极件的使用寿命。在本方案中，采用上述结构形式，通过第三连接件对负极铝排和第二电极软连接铜排进行夹紧、固定，通过第四连接件对第二电极软连接铜排和电极负极件进行夹紧、固定，负极铝排、第二电极软连接铜排和电极负极件之间的固定效果好，进而提高了负极电连接组件内部零部件之间的连接稳定性。

42、较佳地，所述炉体内设有保温料，所述保温料设于所述炉芯的外周侧。

43、在本方案中，采用上述结构形式，通过在炉芯的外周侧填充保温料，随着炉体内部温度的升高，保温料能够防止热量的外失，减少热能的损失，有效降低能耗。

44、较佳地，所述保温料的材料为炭黑。

45、在本方案中，采用上述结构形式，利用炭黑电阻率较高、有阻电和保温作用的特点，将炭黑作为保温料，有效减少热能的损失。

46、较佳地，所述石墨化炉还包括排气管道，所述排气管道的一端与所述炉芯连通，所述排气管道的另一端伸出所述炉体。

47、在本方案中，采用上述结构形式，使得炉芯内的待石墨化的碳素材料经高温石墨化后产生的气体能够通过排气管道排出，避免气体在炉芯内聚集而影响产品质量以及设备的安全运行。

48、较佳地，所述排气管道内设有耐高温的过滤件。

49、在本方案中，采用上述结构形式，通过过滤件对炉芯内的待石墨化的碳素材料经高温石墨化后产生的气体进行过滤，进而减少空气排放污染。

50、较佳地，所述过滤件为石墨化焦粒。

51、在本方案中，采用上述结构形式，采用石墨化焦粒对排气管道内的气体进行过滤，有效起到净化排放的作用，且石墨化焦粒具有耐高温的性能，能够避免被高温损坏，影响过滤效果。

52、较佳地，所述排气管道包括多个排气支管，所述排气支管沿着所述炉芯的延伸方向间隔设置，多个所述排气支管的一端分别与所述炉芯的内腔连通，另一端与所述炉体的外部连通。

53、在本方案中，采用上述结构形式，炉芯中的气体通过位于不同位置的多个排气支管排出，炉芯内石墨化的碳素材料经高温石墨化后产生的气体能够得到及时排放，避免气体堵塞在炉芯内部，从而影响石墨化产物的质量。

54、较佳地，所述排气管道还包括相互连通的连通管路和出口管路，所述连通管路被配置为将多个所述排气支管的远离所述炉芯的一端连通，所述出口管路连接于所述连通管路的侧壁。

55、在本方案中，采用上述结构形式，通过连通管路将多个排气支管的排放气体集合在一起，再通过出口管路排出，有效控制气体最终排放口的数量及位置，进而能够减少与气体最终排放口对接的净化装置的数量，降低成本。

56、较佳地，所述石墨化炉还包括进料组件，所述进料组件连通于所述炉芯的进料口，且所述进料组件用于将所述待石墨化的碳素材料送至所述炉芯内。

57、在本方案中，采用上述结构形式，通过进料组件将待石墨化的碳素材料投放至炉芯内，提高自动化程度，减少人力成本，提高生产效率。

58、较佳地，所述进料组件包括螺旋推料机，所述螺旋推料机的出料口与所述进料口连通。

59、在本方案中，采用上述结构形式，螺旋推料机将投放的待石墨化的碳素材料输送至炉芯内，实现石墨化过程的连续性，输送效率高，进而能够加快石墨化进程，并且安全可靠，密封性能好。

60、较佳地，所述进料组件还包括料仓，所述料仓的出料口与所述螺旋推料机的进料口连通。

61、在本方案中，采用上述结构形式，料仓和螺旋推料机相互配合实现自动化进料，结构紧凑，输送效率高。除此之外，与传统的石墨化炉采用人工投料的方式相比，通过料仓的投料方式，有效降低了危险系数，避免待石墨化的碳素材料中的粉尘对工人的健康造成影响。

62、较佳地，所述料仓的出料口设有控制阀，所述控制阀被配置为通过调节所述控制阀的开度控制所述待石墨化的碳素材料的进入所述炉芯内的量。

63、在本方案中，采用上述结构形式，可以根据实际工况，通过控制阀调整需要进行石墨化的碳素材料的量，灵活程度高。

64、较佳地，所述炉体包括硅酸铝壳体，所述炉芯贯穿所述硅酸铝壳体设置；

65、和/或，所述炉体的外周壁设有护炉带。

66、在本方案中，采用上述结构形式，利用硅酸铝的耐高温性，使得炉芯、待石墨化的碳素材料能够在炉体内部进行加热，提高石墨化炉的可靠性。通过护炉带保护炉体。

67、较佳地，所述炉体的壁面上开设有人孔；

68、和/或，所述石墨化炉还包括底座，所述炉体置于所述底座上。

69、在本方案中，采用上述结构形式，炉体的壁面上开设有人孔，以便工人观察或对石墨化炉进行检修。炉体置于底座上，以便放置炉体，也便于根据实际工况对炉体进行移动。

70、本实用新型的积极进步效果在于：

71、本实用新型中的石墨化炉的炉芯对位于其内部的待石墨化的碳素材料进行加热，即加热的温度场均匀位于待石墨化的碳素材料的外周侧，能够对炉芯内部的待石墨化的碳素材料均匀加热，进而提高石墨化产物的均一性，减少石墨化产物的品质差异，提高产品的品质。另外，炉芯内的石墨化产物在出料过程中，利用冷却组件对石墨化产物进行冷却，以将石墨化产物温度降低到常温水平。换言之，石墨化产物的出料进程和冷却进程同时进行，进一步实现石墨化过程的连续性，缩短了生产周期，提高了石墨化效率。