本發(fā)明涉及石墨化爐的余熱利用技術(shù)領(lǐng)域，具體地來說是一種串接石墨化爐的節(jié)能方法及裝置。

背景技術(shù)：

石墨化爐用于生產(chǎn)煉鋼炭素陽極材料、電池負(fù)極材料、碳纖維、石墨導(dǎo)熱材料、坩堝、滲碳劑、碳復(fù)合材料等特殊碳材料產(chǎn)品，在各類工業(yè)的冶煉電爐中，會消耗大量的炭素電極（由煤、焦等炭素原料制成，一般成圓柱狀，直徑從幾十毫米到上千毫米，長度從幾百毫米到幾千毫米），許多工藝要求高的場所需要采用石墨電極，以降低電阻、減少電極損耗。石墨電極的制造，是利用串接石墨化爐將普通炭素電極經(jīng)高溫石墨化處理后制成。在炭素材料——石墨制品的生產(chǎn)中需要消耗大量的能源，能耗的費(fèi)用約占炭素制品生產(chǎn)成本的30％～40％左右，而炭素生產(chǎn)過程中的石墨化工序，更是一個能源消耗的大戶。

串接石墨化爐的工作原理是：在數(shù)十米長的條形爐坑中，放入待加工的柱狀電極，多根電極首尾相連成一長條的串聯(lián)電極組，直徑較細(xì)的電極也可“品”字型堆放成三條或多條串聯(lián)電極組；用填充焦粉將電極組覆蓋嚴(yán)實，使電極不裸露在空氣中，后續(xù)升溫后還有保溫作用；然后在電極組兩端壓接直流電極板，使串聯(lián)的電極組持續(xù)通電發(fā)熱。當(dāng)溫度達(dá)到3000℃以上時，電極炭素原料的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，即變?yōu)槭牧?。這種大型爐坑串接電極通電加熱使炭素材料石墨化的裝備，就稱為“串接石墨化爐”。一般串接石墨化爐通電升溫到石墨化完成需要時間大約在16小時左右，但石墨化后所形成2000多度的電極不能立即暴露在空氣中，否則會發(fā)生氧化成為不合格產(chǎn)品，需冷卻到一定溫度才可出爐，避免制品氧化，降溫時間則長達(dá)7天左右。常規(guī)的串接石墨化爐一般由多條爐坑并行排列，其中一個爐坑在進(jìn)行石墨化過程時，另一個爐坑可裝料準(zhǔn)備，再一個爐坑完工出料，而其它7～8組爐坑都在冷卻降溫。這種常規(guī)的串接石墨化爐有以下不足和缺點(diǎn)：

1、每組石墨化爐一般需要設(shè)有10～12個爐坑（1裝、1出、1生產(chǎn)、7～8冷卻、1～2檢修備用），采用U型爐結(jié)構(gòu)，每個爐室長28～50m、寬2米左右（含隔墻），則每組石墨化爐占地寬度24米以上，加上通道等，廠房寬度達(dá)30米左右?？梢娖湔嫉卮?，并且大跨距廠房修建時其土建和建設(shè)成本高。另外，由于爐室從常溫開始通電石墨化，送電時間長，每組石墨化爐的產(chǎn)能小，因此噸產(chǎn)品廠房投資大。

2、每個石墨化完成后的爐坑中，電極加上所填充的覆蓋料有數(shù)十噸左右，其溫度可達(dá)2000多度左右。這樣的高溫物料則所富集的熱能相當(dāng)多，待自然冷卻后，這些熱能損失殆盡，熱能損失巨大。

3、采取自然冷卻方式時間長，大量爐坑等待冷卻無法循環(huán)投入生產(chǎn)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

因此，有必要探尋一種全新的對于石墨化爐的節(jié)能方法及裝置，以達(dá)到縮短冷卻時間和余熱利用，提高其生產(chǎn)線產(chǎn)能的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種熱能回用于生產(chǎn)工藝，以加快高溫物料的冷卻速度，減少占用爐坑數(shù)量，從而減少建設(shè)配置的爐坑數(shù)量，以便快速提高新裝物料初始溫度從而減少加熱電耗、減少占地降低土建投資的方法及裝置，該方法充分利用空氣做載體，將熱能回用于生產(chǎn)工藝中，以節(jié)省能耗、加速冷卻，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷問題，實現(xiàn)高溫物料的冷卻及熱量的二次利用，具體地說是一種串接石墨化爐的節(jié)能方法及裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種串接石墨化爐的節(jié)能方法，該方法是利用空氣做載體，將一組已經(jīng)完成石墨化過程后的石墨化爐坑內(nèi)的熱量通過鼓風(fēng)機(jī)向中空隔墻及底板連通的氣道內(nèi)吹入常溫的空氣流，空氣流經(jīng)過曲折貫通的氣道后將被加熱，帶走大量熱能，使已經(jīng)完成石墨化過程后的物料冷卻降溫；被加熱后攜帶大量熱能的空氣，通過管道再送入另一組新裝物料需要進(jìn)行石墨化的爐坑隔墻及底板連通的氣道內(nèi)，空氣攜帶的熱量將通過中空隔墻及底板對需加熱的低溫物料進(jìn)行預(yù)熱升溫，提高新裝物料的初始溫度，加快高溫料的冷卻、減少低溫料通電升溫所需的電耗。

進(jìn)一步地，所述的一種串接石墨化爐的節(jié)能方法，其中所述已經(jīng)完成石墨化過程后的石墨化爐坑與新裝物料需要進(jìn)行石墨化的爐坑數(shù)量相匹配，曲折貫通的氣道和與其連通的管道構(gòu)成空氣流回路，并在所述各個爐坑的進(jìn)出氣口處設(shè)置閥門與其連通的管道通過閥門選擇性連通，所述鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)、換熱溫度和時間通過DCS或PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制，并對閥門切換、風(fēng)量調(diào)節(jié)、過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄過程通過微機(jī)進(jìn)行控制。

一種串接石墨化爐的節(jié)能方法的裝置，包括石墨化爐本體，還包括爐坑隔墻、底板、氣道、進(jìn)出氣口、耐高溫截止閥、耐高溫管道、耐高溫聯(lián)通閥、鼓風(fēng)機(jī)，所述爐坑隔墻和底板至少為兩組以上，并且所述爐坑隔墻和底板設(shè)計呈中空狀結(jié)構(gòu)，多組呈中空狀結(jié)構(gòu)的爐坑隔墻和底板形成曲折貫通的氣道，在石墨化爐本體的爐體兩端設(shè)有外接的進(jìn)出氣口，在所述進(jìn)出氣口處配置有耐高溫截止閥，所有石墨化爐的爐坑的進(jìn)出氣口均用耐高溫管道相聯(lián)通，在耐高溫管道上配置有耐高溫聯(lián)通閥，耐高溫管道與多組貫通的氣道形成一個曲折的連通氣路，在連通氣路一端的耐高溫管道6處配有大風(fēng)量鼓風(fēng)機(jī)，另一端配有外排管，所述外排管可連接余熱利用系統(tǒng)或排氣煙囪。

進(jìn)一步地，所述串接石墨化爐的節(jié)能方法的裝置，其中所述爐坑隔墻和底板采用耐高溫蓄熱導(dǎo)熱材料制造。

采用本發(fā)明的串接石墨化爐的節(jié)能方法及裝置，利用空氣做載體，將完成石墨化過程后的熱量通過鼓風(fēng)機(jī)向氣道內(nèi)吹入常溫的空氣，空氣經(jīng)過氣道后將被加熱，帶走大量熱能，從而給完成石墨化過程后的物料冷卻降溫，被加熱后攜帶大量熱能的空氣送入新裝物料需要進(jìn)行石墨化的爐坑氣道內(nèi)，對需加熱的低溫物料進(jìn)行預(yù)熱，減少低溫物料通電升溫所需的電耗。通過該節(jié)能方法的裝置滿足將廢棄熱能回用于工藝過程中，加快高溫物料冷卻速度，從而減少建設(shè)配置的爐坑數(shù)量，可快速提高新裝物料初始溫度。具有結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約加熱電耗，占地面積小，節(jié)省設(shè)備和土建投資。與現(xiàn)有技術(shù)相比，實現(xiàn)了串接石墨化爐高溫物料的冷卻及熱量的二次利用，節(jié)約能源并提高生產(chǎn)效率。具體的有益效果是：

1、對于常規(guī)的串接石墨化爐每座石墨化爐的通電加熱初始溫度，相比之下從過去的常溫進(jìn)行加熱提升到1000℃，每噸石墨化制品可減少電耗1500kWh以上。

2、完成石墨化生產(chǎn)的高溫物料冷卻時間從過去的自然冷卻7天，減少到5天以內(nèi)。而每組石墨化爐的冷卻占用爐坑數(shù)量可以從7～8座減少到5座，整組石墨化爐的配置爐坑數(shù)量可以減少2～3座。從而可減少設(shè)備一次性投資15%以上。

3、由于爐坑數(shù)量減少，可減少戰(zhàn)地面積20%，進(jìn)一步降低土建建設(shè)投資。

4、利用空氣換熱后，尾氣余熱可以很方便的收集和加以再次利用，還能起到進(jìn)一步節(jié)能降耗的作用。

5、整個操作過程可通過DCS或PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，從而實現(xiàn)全自動切換、調(diào)節(jié)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄。自動化程度高，過程控制安全可靠，能大大降低工人勞動強(qiáng)度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中所示：1-爐坑隔墻、2-底板、3-氣道、4-進(jìn)出氣口、5-耐高溫截止閥、6-耐高溫管道、7-耐高溫聯(lián)通閥、8-鼓風(fēng)機(jī)、9-外排管。

具體實施方式

為進(jìn)一步說明本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步說明：

一種串接石墨化爐的節(jié)能方法，該方法是利用空氣做載體，將已經(jīng)完成石墨化過程后的石墨化爐坑內(nèi)的熱量通過鼓風(fēng)機(jī)向中空隔墻及底板連通的氣道內(nèi)吹入常溫的空氣流，空氣流經(jīng)過曲折貫通的氣道后將被加熱，帶走大量熱能，使已經(jīng)完成石墨化過程后的物料冷卻降溫，被加熱后攜帶大量熱能的空氣，再通過管道送入另一組新裝物料需要進(jìn)行石墨化的爐坑隔墻及底板連通的氣道內(nèi)，空氣攜帶的熱量將通過中空隔墻及底板對需加熱的低溫物料進(jìn)行預(yù)熱，減少低溫物料通電升溫所需的電耗。

進(jìn)一步地，所述的一種串接石墨化爐的節(jié)能方法，其中所述已經(jīng)完成石墨化過程后的石墨化爐坑與新裝物料需要進(jìn)行石墨化的爐坑數(shù)量相匹配，曲折貫通的氣道和與其連通的管道構(gòu)成空氣流回路，并在所述各個爐坑的進(jìn)出氣口處設(shè)置閥門與其連通的管道通過閥門選擇性連通，所述鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)、換熱溫度和時間通過DCS或PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制，并對閥門切換、風(fēng)量調(diào)節(jié)、過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄過程通過微機(jī)進(jìn)行控制。

在實際應(yīng)用過程中，爐坑的數(shù)量至少包括兩組以上，已經(jīng)完成石墨化過程后的石墨化爐坑與新裝物料需要進(jìn)行石墨化的爐坑數(shù)量相匹配，同時各組石墨化爐之間相應(yīng)氣道和連通的管道構(gòu)成空氣流或者是氣流回路，同時在所述各個爐坑的進(jìn)出氣口處設(shè)置閥門與其連通的管道通過閥門選擇性連通，從而構(gòu)成空氣流或者是氣流回路。其中鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)、換熱溫度和時間的控制，則可由常規(guī)溫度、壓力以及流量儀表進(jìn)行檢測，整個控制過程可通過DCS或PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，并對閥門的自動切換、鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)、過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄過程通過微機(jī)進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)全自動控制。

如圖1所示，一種串接石墨化爐的節(jié)能方法的裝置，包括石墨化爐本體，還包括爐坑隔墻1、底板2、氣道3、進(jìn)出氣口4、耐高溫截止閥5、耐高溫管道6、耐高溫聯(lián)通閥7、鼓風(fēng)機(jī)8，所述爐坑隔墻1和底板2至少為兩組以上，并且所述爐坑隔墻1和底板2設(shè)計呈中空狀結(jié)構(gòu)，多組呈中空狀結(jié)構(gòu)的爐坑隔墻1和底板2形成曲折貫通的氣道3，在石墨化爐本體的爐體兩端設(shè)有外接的進(jìn)出氣口4，在所述進(jìn)出氣口4處配置有耐高溫截止閥5，所有石墨化爐的爐坑的進(jìn)出氣口4均用耐高溫管道6相聯(lián)通，在耐高溫管道6上配置有耐高溫聯(lián)通閥7，耐高溫管道6與多組貫通的氣道3形成一個曲折的連通氣路，在連通氣路一端的耐高溫管道6處配有大風(fēng)量鼓風(fēng)機(jī)8，另一端配有外排管9，所述外排管9可連接余熱利用系統(tǒng)或排氣煙囪。

進(jìn)一步地，所述爐坑隔墻1和底板2采用耐高溫蓄熱導(dǎo)熱材料制造。

在實際應(yīng)用過程中，可根據(jù)實際需要的產(chǎn)能由爐坑的容積來設(shè)計爐坑隔墻及底板2的規(guī)格，通過計算最優(yōu)換熱效率確定氣道曲折結(jié)構(gòu)，確定管道尺寸和閥門型號。而對于選擇鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量和壓力，以及其它元器件的參數(shù)，也是通過實際爐坑的容積來選定。

首先將帶有耐高溫聯(lián)通閥7的耐高溫管道6與進(jìn)出氣口4處配置耐高溫截止閥5密封連接，進(jìn)出氣口4處的耐高溫截止閥5與各個爐坑隔墻1的進(jìn)出氣口4密封連接，耐高溫管道6的一端安裝鼓風(fēng)機(jī)8，另一端連接外排管9。這樣，從鼓風(fēng)機(jī)8開始經(jīng)過爐坑兩端的耐高溫管道6、進(jìn)出氣口4、多組呈中空狀結(jié)構(gòu)的爐坑隔墻1和底板2形成曲折貫通的氣道3，耐高溫管道6與多組氣道3形成一個曲折的連通氣路，最后可從連通氣路直接可到外排管9。其控制方法是，通過選擇各個爐坑的進(jìn)出氣口4處的耐高溫截止閥5和耐高溫聯(lián)通閥7進(jìn)行相應(yīng)的打開或關(guān)閉來控制，實現(xiàn)貫通各組石墨化爐之間相應(yīng)爐坑隔墻1和底板2的氣流通道。

在具體實施過程中，當(dāng)需要進(jìn)行冷卻和預(yù)熱時，先將高溫爐坑和預(yù)熱爐坑的進(jìn)出氣口4處所配設(shè)的耐高溫截止閥5打開，兩個爐坑之間的耐高溫管道6內(nèi)的耐高溫聯(lián)通閥7也打開，而將其它爐坑的閥門關(guān)閉。通過鼓風(fēng)機(jī)8產(chǎn)生空氣流，空氣從高溫爐坑一端的進(jìn)氣口進(jìn)入到高溫爐坑的氣道3內(nèi)，通過爐坑隔墻1和底板2將高溫物料的熱量傳導(dǎo)轉(zhuǎn)移到空氣流中。高溫空氣流在鼓風(fēng)機(jī)8的作用下，帶高溫?zé)崃康目諝鈴母邷貭t坑另一端的出氣口進(jìn)入到耐高溫管道6內(nèi)，經(jīng)過管道聯(lián)通閥7及預(yù)熱爐坑的進(jìn)氣口進(jìn)入到預(yù)熱爐坑的氣道3內(nèi)。通過爐坑隔墻1和底板2將高溫空氣流的熱量傳導(dǎo)給預(yù)熱物料，降溫后的高溫空氣流再進(jìn)入耐高溫管道6最后通過外排管9排送出去。為了提高熱利用率，除了將正在進(jìn)行換熱的兩個爐坑氣路連通外，則將其它爐坑相應(yīng)的閥門全部關(guān)閉，使熱空氣不會經(jīng)過其它爐坑，確保最高換熱利用率。

在實際應(yīng)用過程中，經(jīng)過熱平衡計算，3000℃以上的物料可將空氣流平均加熱到1400℃以上，而這1400℃的熱空氣又可將另一座新裝爐的常溫物料進(jìn)行預(yù)熱時，溫度可以達(dá)到1000℃以上。根據(jù)實際生產(chǎn)過程中統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，一座爐坑的物料若從常溫狀態(tài)即開始通電，當(dāng)加熱到1000℃，從常溫狀態(tài)送電石墨化，噸產(chǎn)品電耗高達(dá)4000kWh，從1000℃開始送電石墨化噸產(chǎn)品電耗不足2200kWh。在采用本發(fā)明所述的方法及裝置后，在熱能回收利用的同時，也加速了高溫物料的冷卻，常規(guī)自然冷卻需要至少7天時間，運(yùn)用本發(fā)明后可以減少到5天以內(nèi)就能完成冷卻。當(dāng)空氣流在加熱完預(yù)熱爐坑后，尾氣溫度仍然高達(dá)400～500℃左右，還可以通過外排管進(jìn)行收集后送入工廠余熱利用系統(tǒng)進(jìn)行二次換熱節(jié)能應(yīng)用。這樣能進(jìn)一步提高余熱利用率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

在具體實施應(yīng)用過程中，對于高溫和低溫爐坑的配對，各組石墨化爐之間相應(yīng)氣道和連通管道所形成的連通氣路，是通過采取選擇各個爐坑的進(jìn)出氣口處閥門和連通管道閥門進(jìn)行相應(yīng)的打開或關(guān)閉來控制實現(xiàn)。鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)、換熱溫度和時間的控制，則可由常規(guī)溫度、壓力以及流量儀表進(jìn)行檢測，整個控制過程可通過DCS或PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，從而實現(xiàn)全自動切換、調(diào)節(jié)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄。

采用本發(fā)明的串接石墨化爐的節(jié)能方法及裝置，利用空氣做載體，將完成石墨化過程后的熱量通過鼓風(fēng)機(jī)向氣道內(nèi)吹入常溫的空氣，空氣經(jīng)過氣道后將被加熱，帶走大量熱能，從而給完成石墨化過程后的物料冷卻降溫，被加熱后攜帶大量熱能的空氣送入新裝物料需要進(jìn)行石墨化的爐坑氣道內(nèi)，對需加熱的低溫物料進(jìn)行預(yù)熱，減少低溫物料通電升溫所需的電耗。通過該節(jié)能方法的裝置滿足將廢棄熱能回用于工藝過程中，加快高溫物料冷卻速度，從而減少建設(shè)配置的爐坑數(shù)量，可快速提高新裝物料初始溫度。具有結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約加熱電耗，占地面積小，節(jié)省設(shè)備和土建投資。與現(xiàn)有技術(shù)相比，實現(xiàn)了串接石墨化爐高溫物料的冷卻及熱量的二次利用，節(jié)約能源并提高生產(chǎn)效率。本發(fā)明能廣泛應(yīng)用于各種規(guī)格的串接石墨化爐系統(tǒng)。

本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于具體實施方式所公開的技術(shù)方案，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式，并不限制本發(fā)明，凡依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何細(xì)微修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。