一种生产石墨类负极材料的艾奇逊炉及其装炉工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于负极材料制备技术领域，具体涉及一种生产石墨类负极材料的艾奇逊 炉及其装炉工艺。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池是当代高性能电池的代表，是一种绿色新能源产品，广泛应用于信息、 电讯及动力产业。随国际生产力的发展，石油资源的快速消耗，城市大量燃油汽车尾气产生 的污染所引起的环境问题日益突出，为真正解决汽车的尾气污染，发展零排放电动车辆的 呼声越来越高。电动车辆性能的关键在于电池，锂离子电池是电动车辆的理想电源。锂离子 电池负极材料对锂离子电池性能的提高起着至关重要的作用。目前商品锂离子电池广泛采 用碳负极材料。其中，石墨类负极材料以其来源广泛，性能稳定，节能环保等几大优势成为 碳负极材料的主要类型。石墨类负极材料的生产过程包括选材、球化、包覆、炭化以及石墨 化，石墨化是人造石墨类负极材料生产过程中一道重要工序。目前，大多数传统方法采取的 是艾奇逊石墨化炉来加工人造石墨类负极材料。
[0003] 艾奇逊炉是19世纪末在生产碳化硅的电阻炉基底础上改造的，其主要特点是装入 炉内的负极材料原料与电阻料(焦粒)共同构成炉阻，通电后产生2000~3000°C的高温使负 极材料原料石墨化。艾奇逊炉的原理是通过电流流经炉内电阻料而使电阻料产生大量热能 (通常电阻料需达到3000度左右的高温），然后再将热能传递到产品，最终实现产品石墨化。 传统使用艾奇逊炉加工负极材料需送电35~60个小时，每吨产品的电耗在15000~16000度， 电单耗高，而且对环境污染较大；同时，由于受自身加工方式限制，艾奇逊炉上层和下层温 度分布不均匀，易造成石墨化过程中产品受热不均导致其石墨化程度不均，从而影响产品 质量。申请号为201510562328.7的专利公开了一种锂电池负极材料石墨化炉，包括由耐火 砼炉头墙体、耐火砼炉尾墙体和两侧耐火砼墙体围成的长方形炉体，在炉头墙体和炉尾墙 体上设有导电电极，导电电极一端伸入至炉体内部，一端伸出到炉头墙体、炉尾墙体外连接 供电电源，长方形炉体内设有炭板箱体，所述炭板箱体包括两端的石墨块墙一，两侧的炭板 墙，上炭板层、下炭板层，以及设置于炭板箱体内的炭块发热芯;该发明以艾奇逊炉为基础， 在炉内设置炭板箱体，利用设置于炭板箱体内的炭块发热芯加热，达到降低能耗，提高产能 的目的；该发明提供了一种不同结构的石墨化炉，并使用该石墨化炉进行锂电池负极材料 的生产。
[0004] 艾奇逊炉的工业应用已有百年历史，目前我国仍普遍应用。这种炉的特点是结构 简单，坚固耐用，容易维修，一直是炭素工业中主要的石墨化设备。尽管如此，艾奇逊石墨化 工艺也存在许多问题，目前石墨化炉大多单纯使用煅后焦作为电阻料，但是煅后焦不能与 水接触，致使冷却方式受限，只能采用自然冷却，降温慢，延长了出炉时间；其次是煅后焦存 在损耗大和污染大的问题，作业过程不便于控制；而且经高温处理后，煅后焦对应的副产 品-增碳剂的质量较低。实际生产中，煅后焦的装量只达到炉体体积的1/3左右，致使单炉所 得辅材的产量较低，质量不稳定。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种降温快、单电耗低 及产品质量稳定的用于生产石墨类负极材料的艾奇逊炉。
[0006] 本发明还提供了一种生产石墨类负极材料的艾奇逊炉的装炉工艺。
[0007 ]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是： 一种生产石墨类负极材料的艾奇逊炉，包括由炉基底、炉头墙体、炉尾墙体和炉墙板围 成的炉体，所述炉体以所述炉头墙体和炉尾墙体的中心轴线对称，所述炉头墙体和炉尾墙 体内分别设置导电电极，所述炉基底的上部由下而上依次设置石英砂层和炭黑层，所述炭 黑层的上部设置炉芯，所述炉芯包括若干层坩埚、设置在所述坩埚外表面的煅后焦层、及设 置在所述煅后焦层外表面的石油焦层，所述炉芯的顶部和侧面设置成型板，所述成型板的 顶部和侧面设置保温材料层，所述炉体的顶部设置集气罩。
[0008] 进一步的，所述石英砂层与所述炭黑层之间设置冶金焦粒层。
[0009] 进一步的，所述坩埚沿炉高方向设置两层，所述坩埚的层间距为150毫米，每层所 述坩埚沿炉长方向至少设置两行，沿炉宽方向至少设置两列，所述坩埚的行与行的缝隙间 距为60毫米，列与列的缝隙间距为10毫米。
[0010] 进一步的，所述坩埚的行与行之间及列与列之间的缝隙填充煅后焦。
[0011] 进一步的，所述石油焦层的厚度为600~800毫米，所述坩埚的顶部和底部铺设的煅 后焦层的厚度均为150毫米，所述成型板顶部的保温材料层厚度为600~1000毫米，所述成型 板侧面的保温材料层厚度为600毫米。
[0012] 进一步的，所述炉墙板包括墙板本体，所述墙板本体为耐火材料制件，所述墙板本 体内设置双层钢筋网，所述双层钢筋网之间设置支撑件，所述墙板本体设置散气通孔，所述 墙板本体的上方设置挂环，所述墙板本体的侧面设置L型挂钩。
[0013] 进一步的，所述集气罩为凹向所述炉体的弧形结构，所述集气罩的最大截面积大 于所述炉体的任一横截面积。
[0014] -种生产石墨类负极材料的艾奇逊炉的装炉工艺，包括以下步骤： 步骤S1:在炉基底上依次铺设石英砂和炭黑，夯实； 步骤S2:吊装和固定炉墙板，将炉体的侧边封闭； 步骤S3:在所述炉墙板的内侧依次吊装成型板和钢板，所述炉墙板与成型板之间预留 填充保温材料的间距，所述成型板与钢板之间预留填充石油焦的间距，分别固定所述成型 板和钢板； 步骤S4:在所述炭黑的上部铺设石油焦，夯实； 步骤S5:在所述石油焦的上部铺设煅后焦； 步骤S6:将负极材料原料装至坩埚中，将第一层坩埚放置在所述煅后焦的上部，在所述 第一层坩埚的上部和周侧分别铺设和填充煅后焦； 步骤S7:将第二层坩埚放置在所述煅后焦的上部，在所述第二层坩埚的上部和周侧分 别铺设和填充煅后焦，重复若干次该步骤，直至达到设计的炉芯要求； 步骤S8:在所述煅后焦的上部、及所述成型板与钢板之间分别铺设和填充石油焦，夯 实，将钢板抽离； 步骤S9:在所述石油焦的上部铺设成型板，将所述石油焦完全覆盖； 步骤S10:在所述成型板的上部、及所述炉墙板与所述成型板之间分别铺设和填充保温 材料； 步骤S11:装炉完毕，清理现场，检查线路，设定升温曲线，计算通电量，进行通电升温。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下： 本发明通过上述内容，提供了一种降温快，单位产品电耗低，产品质量稳定的生产石墨 类负极材料的艾奇逊炉。本发明中使用了石油焦，并围绕煅后焦进行铺设或填充，使得产品 出炉时，煅后焦避免了与外界接触，从而将传统的单一采用自然冷却的方式，改变为可以采 用水喷淋冷却的方式，降温加快，缩短了出炉时间，使得单位时间的产品产量增加;其次通 过炉体中各层材料间的相互作用，加上严格的装炉工艺，使炉芯的温度可达到3000°C以上， 负极材料的质量更优;而且石油焦层8作为生产增碳剂的原料，通过高温处理，所得增碳剂 的各项性能更好，质量更优;采用本发明的炉体结构后，在保障炉温及负极材料产量的前提 下，煅后焦和石油焦层8的装炉量增加，增碳剂产量相比传统工艺翻倍，为厂里增加了效益， 同时，相比传统工艺，本发明单位(吨)产品耗电大幅降低，维持在吨耗电5000度左右，节能 效果显著。<