(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910909936.9
(22)申请日 2019.09.24
地址 475000 河南省郑州市杞县葛岗镇东
空村
申请人 张瑞林
(72)发明人 张瑞林 陈国教
(74)专利代理机构 郑州欧凯专利代理事务所
(普通合伙) 41166
代理人 李宣宣
(51)Int.Cl.
F27B 1/24(2006.01)
F27B 1/12(2006.01)
F27D 1/18(2006.01)
F27D 9/00(2006.01)
F27D 19/00(2006.01)
(54)发明名称
及其生产工艺
(57)摘要
本发明公开了一种立式连续锂电池负极材
最高只能达到2600℃，制得的石墨类碳负极材料
的石墨化度低，产品合格率低，冷却装置结构复
杂、排料系统更换慢，使用寿命短。本发明包括炉
冷却系统，冷却系统下部设有排料冷却系统；所
述的支撑架包括立柱，立柱上设有横梁，炉体设
置在横梁上方。本发明炉内物料温度即使达到
2800℃，也不会对炉盖造成损坏，大大增大炉盖
和炉体的使用寿命。权利要求书1页 说明书7页 附图6页CN 110530145 A 2019.12.03
C N 110530145
A
1.一种立式连续锂电池负极材料生产用炉窑，其特征在于：包括炉体(1)和支撑架(5)，炉体上方设有炉盖
(4)，炉体(1)下方设有冷却系统(2)，冷却系统(2)下部设有排料冷却系统(3)；所述的支撑架(5)包括立柱(51)，立柱(51)上设有横梁(52)，炉体(1)设置在横梁
(52)上方。
2.根据权利要求1所述的立式连续锂电池负极材料生产用炉窑，其特征在于：所述的炉盖(4)为向上凸起的球面结构，所述的炉盖(4)包括若干个扇形块(41)，所述扇形块(41)的顶角处设有弧形槽(42)，扇形块(41)的扇面上设有外层孔(43)和内层孔(44)；采用扇形块
(41)组装而成的炉盖具有整体性，炉盖的正常使用寿命达到8-10年，大大提高了炉盖的使用寿命；所述炉盖(4)内表面的最高处于下表面(49)之间的垂直距离(h)大于450mm。
3.根据权利要求2所述的立式连续锂电池负极材料生产用炉窑，其特征在于：所述的扇形块(41)有4块，每块扇形块的圆心角为90°，四块扇形块(41)的弧形槽(42)构成圆形电极孔(45)；每块扇形块(41)上分别设有一个内层孔(44)、两个外层孔(43)。
4.根据权利要求3所述的立式连续锂电池负极材料生产用炉窑，其特征在于：所述扇形块(41)的一侧设有凸起(46)、另一侧设有凹槽(47)，相邻扇形块(41)之间通过凸起(46)与凹槽(47)的配合相连接，相邻扇形块(41)的凸起(46)与凹槽(47)之间设有保温棉(48)；所述扇形块(41)外侧的下表面(49)为平面。
5.根据权利要求1所述的立式连续锂电池负极材料生产用炉窑，其特征在于：所述的冷却系统(2)包括若干级冷却水套，所述的冷却水套从上到下依次包括一级水套(21)、二级水套(22)和三级水套(23)，三级水套(23)与排料冷却系统(3)连接，一级水套(21)的横截面积大于二级水套的横截面积，二级水套(22)上部与一级水套(21)之间设有环形冷却水盘
(26)；
所述的环形冷却水盘(26)内部由冷却水管逐圈盘绕而成。
6.根据权利要求5所述的立式连续锂电池负极材料生产用炉窑，其特征在于：所述二级水套(22)和三级水套(23)的内壁上设有石墨内衬层(27)；
所述一级水套(21)、二级水套(22)和三级水套(23)均为圆柱筒结构。
7.根据权利要求1所述的立式连续锂电池负极材料生产用炉窑，其特征在于：排料冷却系统(3)包括连接板(34)，连接板(34)上方与三级水套(23)连接，连接板(34)上方与三级水套(23)连接，连接板(34)下方设有四级水套(31)和五级水套(32)，四级水套(31)和五级水套(32)之间通过锥形水套(33)连接。
8.根据权利要求7所述的立式连续锂电池负极材料生产用炉窑，其特征在于：所述的连接板(34)下方设有两个四级水套(31)，连接板(34)的下表面设有滑轮(35)；所述的立柱
(51)上还设有移动横梁(53)，移动横梁(53)设置在三级水套(23)下方，移动横梁(53)上设有滑轨(531)，滑轮(35)与滑轨(531)相配合；所述的三级水套(23)下方设有方形板(232)，方形板(232)两侧设有两个盖板(231)，盖板(231)与方形板(232)铰接连接。
权 利 要 求 书1/1页CN 110530145 A
一种立式连续锂电池负极材料生产用炉窑及其生产工艺
技术领域
[0001]本发明涉及锂电池负极材料生产领域，具体涉及一种立式连续锂电池负极材料生产用炉窑。
背景技术
[0002]在锂离子电池负极材料中，石墨类碳负极材料以其来源广泛，价格便宜，一直是负极材料的主要类型；碳质材料是石墨类锂电池负极材料的主要原料，碳质材料的碳原子为不规则排列，只有在炉窑如石墨化炉内通过2200～3000℃的高温热处理，使碳原子发生再结晶，重新有序排列，才能呈现石墨的晶体结构，从而具有石墨的许多优良性能，如导电性和导热性显著提高，化学和热稳定性更好，杂质减少，硬度降低，更易于机械加工等等。石墨化炉的功能就是使碳质材料转化为人造石墨材料，例如为钢铁冶炼、铝冶炼、负极材料、其它有金属行业、核工业等可以提供优质碳元素的石墨材料。
[0003]目前使用得最为广泛的石墨化炉是艾奇逊炉。艾奇逊炉为敞开式长方形炉体结构，生产过程为将炭化物纵向或横向并列，并在炭化物的周围填充冶金焦和石英沙，在炉体的长度方向通电，利用焦炭的电阻发热，最终使被加热物本身也产生电阻发热；在焦炭的外围再用焦粉、炭黑、硅砂/焦炭/碳化硅混合物等衬料进行热屏蔽以隔热。但是现有的艾奇逊炉不能达到节能减排，操作安全，产品质量稳定的要求。
[0004]对此，专利号为“CN201010108180.7”的专利公开了一种“竖式高温连续石墨化炉”。但是这种石墨化炉炉内温度最高只能达到 2600℃，制得的石墨类碳负极材料的石墨化度低，产品合格率低。
[0005]传统竖式石墨化炉的冷却系统是在周边冷却装置内设置中央冷却区域，中央冷却区域的冷却需要单独设置冷却水管将冷却水通入中央冷却区域上部，冷却水在从中央冷却区域上部落到中央冷却区域下部后经过排水口排出，同时，物料从中央冷却区域外侧通过并排出，物料通过中央冷却区域时被周边冷却装置和中央冷却区同时冷却，冷却效果好；但是周边冷却装置得下出口需要集成中央冷却区域冷却水的进出口、物料出口等涉及到的阀门和管道等，切要做到互不干扰，总体结构较为复杂，生产过程容易损坏，使用寿命短。[0006]传统竖式石墨化炉的炉盖均是采用多块的耐火砖堆砌而成的平面结构，并辅助设置支撑横梁、吊扣圈架、T型金属栓等结构，结构较为复杂，且相邻耐火砖之间设有填缝剂、粘合剂等，相邻耐火砖之间的缝隙容易密封不严，导致保温效果差，外部空气进入石墨化炉，石墨被氧化，影响产品质量；且高温烧结单个的耐火砖易脱落，使用寿命短，炉盖的正常使用寿命仅为1-3年。平面结
构的设置使得耐火砖与炉体高温区较近，耐高温效果差，影响炉内温度的提高。
[0007]传统的石墨化炉的排料系统都是设置一个出料口，出料口一旦损坏，需要停产更换，在连续石墨化炉的生产过程中，停产后再生产需要消耗时间长，需要对炉窑重新加热升温，大大增加企业生产成本，且严重影响生产效率。
发明内容
[0008]本发明要解决的技术问题是石墨化炉炉内温度最高只能达到2600℃，制得的石墨类碳负极材料的石墨化度低，产品合格率低，冷却装置结构复杂、排料系统更换慢，使用寿命短，提供一种炉内温度高、结构简单，使用寿命长的立式连续锂电池负极材料生产用炉窑。
[0009]为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种立式连续锂电池负极材料生产用炉窑，包括炉体和支撑架，炉体上方设有炉盖，炉体下方设有冷却系统，冷却系统下部设有排料冷却系统；所述的支撑架包括立柱，立柱上设有横梁，炉体设置在横梁上方。[0010]所述的炉盖为向上凸起的球面结构，所述的炉盖包括若干个扇形块，所述扇形块的顶角处设有弧形槽，扇形块的扇面上设有外层孔和内层孔。
[0011]所述炉盖内表面的最高处于下表面之间的垂直距离h大于 450mm。
[0012]所述的扇形块有块，每块扇形块的圆心角为90°，四块扇形块的弧形槽构成圆形电极孔；
[0013]每块扇形块上分别设有一个内层孔、两个外层孔。
[0014]所述扇形块的一侧设有凸起、另一侧设有凹槽，相邻扇形块之间通过凸起与凹槽的配合相连接，相邻扇形块的凸起与凹槽之间设有保温棉；
[0015]所述扇形块外侧的下表面为平面，用于与炉体的上表面相配合。
[0016]所述的冷却系统包括若干级冷却水套，所述的冷却水套从上到下依次包括一级水套、二级水套和三级水套，三级水套与排料冷却系统连接，一级水套的横截面积大于二级水套的横截面积，二级水套上部与一级水套之间设有环形冷却水盘；
[0017]所述的环形冷却水盘内部由冷却水管逐圈盘绕而成。
[0018]所述二级水套和三级水套的内壁上设有石墨内衬层；
[0019]所述一级水套、二级水套和三级水套均为圆柱筒结构。
[0020]排料冷却系统包括连接板，连接板上方与三级水套连接，连接板下方设有四级水套和五级水套，四级水套和五级水套之间通过锥形水套连接。
[0021]所述的连接板下方设有两个四级水套，连接板的下表面设有滑轮；所述的立柱上还设有移动横梁，移动横梁设置在三级水套下方，移动横梁上设有滑轨，滑轮与滑轨相配合；
[0022]所述的三级水套下方设有方形板，方形板两侧设有两个盖板，盖板与方形板铰接连接。
[0023]一种立式连续锂电池负极材料生产用炉窑的生产工艺，包括以下步骤：①将炉窑内装满物料，开始向炉窑内电极进行若干次间隔送电，间隔送电结束后观察炉内物料，炉内物料红透，烟道内没有水蒸气，物料温度达到1200℃以上，此时开始正式送电；
[0024]②正式送电后，送电功率控制在680～780千伏安，炉盖温度达到600～700度，窑炉内物料继续升温至2200℃，开始从排料口连续排料，同时从物料管道连续加料；
[0025]③步骤②所述的向炉窑内连续加料和连续加料的同时，炉盖温度达到800～950度，物料温度继续升高至2800℃，当物料温度达到2800℃，开始从物料管道连续加料，同时从排料口连续排出合格产品。
[0026]本发明的炉盖制成球面结构，使得炉盖远离高温区，炉内温度可以烧的更高而不
至于损坏炉盖，且炉盖制成一体结构，结实耐用；冷却系统延长，结构更加简单，减少设备维修，增大设备使用寿命；排料冷却系统设置有两套，两套系统可以轻松更换，减少停机维修次数，降低企业成本。
[0027]本发明采用间隔送电的方式，对炉体起到保护作用，正常生产时，炉盖较高，可以耐受更高的温度，使得炉内物料温度即使达到2800℃，也不会对炉盖造成损坏，大大增大炉盖和炉体的使用寿命。
附图说明
[0028]图1是本发明结构示意图；
[0029]图2是图1的局部结构示意图；
[0030]图3是本发明炉盖俯视俯视结构示意图；
[0031]图4是本发明炉盖横截面结构示意图；
[0032]图5是本发明炉盖侧面结构示意图之一；
[0033]图6是本发明炉盖侧面结构示意图之二；
[0034]图7是本发明排料冷却结构示意图；
[0035]图8是本发明三级水套下部结构示意图；
[0036]图9是本发明排料冷却俯视结构示意图。
具体实施方式
[0037]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]如图1至图9示，一种立式连续锂电池负极材料生产用炉窑，包括炉体1和支撑架5，炉体上方设有炉盖4，炉体1下方设有冷却系统2，冷却系统2下部设有排料冷却系统3；所述的支撑架5包括立柱51，立柱51上设有横梁52，炉体1设置在横梁52上方。
[0039]所述的炉盖4为向上凸起的球面结构，所述的炉盖4包括若干个扇形块41，所述扇形块41的顶角处设有弧形槽42，扇形块41的扇面上设有外层孔43和内层孔44。采用扇形块41组装而成的炉盖具有整体性，炉盖的正常使用寿命达到8-10年，大大提高了炉盖的使用寿命。
[0040]所述炉盖4内表面的最高处于下表面49之间的垂直距离h大于450mm。本发明球面结构的炉盖4内表面的最高处于下表面49 之间的垂直距离为500mm，扇形块41的厚度为180-220mm，增大了炉盖本体与炉体高温区的距离，使得炉体内温度即使达到2800℃以上，炉盖仍然不会损坏，更高的炉体温度，大大的提高了产品的石墨化度。本发明生产的锂电池负极材料的石墨化度达到96％，含碳量达到99％以上，而传统工艺制得的锂电池负极材料的石墨化度仅仅能达到90％左右，含碳量仅在99％以内。本发明
制备的锂电池负极材料的质量有了质的飞跃。
[0041]且采用本发明设计的炉窑，脱硫时间也大大缩短，传统的炉窑脱硫完成需要6-7个小时，脱硫后的含硫量在0.05-1.5％之间，而本发明脱硫完成仅需要3-4个小时，成品的含
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