一種核石墨模塊體的生產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石墨高溫生產(chǎn)裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種核石墨模塊體的生產(chǎn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨具有耐高溫、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、良好的潤(rùn)滑性、可塑性、抗熱震性以及化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此，石墨材料越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各行業(yè)領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)中不可缺少的一種非金屬材料。石墨材料作為一種工業(yè)原料，在一些特殊行業(yè)和高科技技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有舉足輕重的地位，如原子能、汽車工業(yè)、航天技術(shù)等，這些行業(yè)使用的石墨均須是碳含量在99.9%以上的高純度石墨。一般石墨產(chǎn)品的純度無(wú)法滿足高純石墨行業(yè)的要求，因而，高純石墨材料的開發(fā)、生產(chǎn)已成為石墨材料向更寬、更深領(lǐng)域發(fā)展亟需解決的問(wèn)題之一。
[0003]核石墨技術(shù)含量更高，附加值更大。核石墨材料的熱膨脹系數(shù)低，在高溫下不易變形，同時(shí)能有效吸附核輻射粒子，具有良好的中子減速性能，作為減速劑存在于核反應(yīng)堆中。因此，從第一代核電站建設(shè)時(shí)起，核石墨外罩就是重要的安全技術(shù)，核石墨是名副其實(shí)的核電站里的“安全衛(wèi)士”。
[0004]2013年I月，我國(guó)自主研發(fā)的世界首座第四代核電站在位于山東省榮成市的華能石島灣核電廠重新開工建設(shè)。這是中國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第一座高溫氣冷堆示范電站，也是世界上第一座具有第四代核能系統(tǒng)安全特性模塊式高溫氣冷堆商用規(guī)模示范電站。核電站反應(yīng)堆的升級(jí)換代，對(duì)核石墨的需求也水漲船高。新一代的核石墨外罩需要做到一步成型，無(wú)縫銜接，這對(duì)核石墨材料的生產(chǎn)技術(shù)提出了新的要求。
[0005]目前中國(guó)的核石墨研宄水平已處于世界前列，但其工業(yè)生產(chǎn)水平卻嚴(yán)重脫節(jié)，缺乏核石墨的工業(yè)生產(chǎn)工藝。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種核石墨模塊體的生產(chǎn)系統(tǒng)，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的前述問(wèn)題。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種核石墨模塊體的生產(chǎn)系統(tǒng)，按照物料的輸送方向，包括依次連接的:混料機(jī)1、冷等靜壓機(jī)2、第一連續(xù)石墨化爐3、高溫高壓浸漬機(jī)4和第二連續(xù)石墨化爐5，配以密閉輸料系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)出氣系統(tǒng)、回收系統(tǒng)和電源系統(tǒng)。
[0009]具體地，第一連續(xù)石墨化爐3和第二連續(xù)石墨化爐5均包括不銹鋼外殼、石墨內(nèi)襯套筒和絕緣填充層，且不銹鋼外殼上纏繞冷卻管。
[0010]優(yōu)選地，第一連續(xù)石墨化爐3和第二連續(xù)石墨化爐5均包括進(jìn)料筒6、上儲(chǔ)料筒7、爐體8和下儲(chǔ)料筒9，進(jìn)料筒6的底部與上儲(chǔ)料筒7的上部連通，上儲(chǔ)料筒7的底部與爐體8的上部連通，爐體8的底部通過(guò)出料筒與下儲(chǔ)料筒9連通。
[0011]優(yōu)選地，進(jìn)料筒I的出口斜角設(shè)置為20-30°。
[0012]優(yōu)選地，進(jìn)料筒I的進(jìn)口處設(shè)置有進(jìn)口閥門10，進(jìn)料筒I的出口處設(shè)置有出口閥門11，進(jìn)口閥門10和出口閥門11均為電控閥門；進(jìn)料筒I的底部設(shè)置有光電管，光電管分別與進(jìn)口閥門10和出口閥門11信號(hào)連接。
[0013]優(yōu)選地，上儲(chǔ)料筒7的出口處設(shè)置有冷卻結(jié)構(gòu)，上儲(chǔ)料筒7的出口的斜角設(shè)置為20 - 30°。
[0014]優(yōu)選地，爐體8內(nèi)設(shè)置有中頻加熱線圈13，中頻加熱線圈13中設(shè)置有高純石墨碳管14。
[0015]優(yōu)選地，中頻加熱線圈13的上部和下部均設(shè)置測(cè)溫管15 ;在爐體8內(nèi)相同溫度的同一區(qū)段內(nèi)，相鄰兩個(gè)中頻加熱線圈13之間設(shè)置一個(gè)測(cè)溫管15。
[0016]優(yōu)選地，高純石墨碳管14外還依次設(shè)置有絕緣層16和保溫層17。
[0017]優(yōu)選地，爐體8從進(jìn)料口到出料口依次包括:升溫區(qū)、高溫區(qū)、降溫區(qū)和冷卻區(qū)，且所述升溫區(qū)、高溫區(qū)、降溫區(qū)和冷卻區(qū)分別設(shè)置有加熱溫控系統(tǒng)。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果是:采用本實(shí)用新型實(shí)施例提供的核石墨模塊體的生產(chǎn)系統(tǒng)，可得到高純度、高密度、高強(qiáng)度、高性能的核石墨模塊體，實(shí)現(xiàn)了核石墨的工業(yè)化生產(chǎn)，能夠滿足工業(yè)對(duì)核石墨的需求。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是核石墨模塊體的生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是連續(xù)石墨化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中，各符號(hào)的含義如下:
[0022]I混料機(jī)，2冷等靜壓機(jī)，3第一連續(xù)石墨化爐，4高溫高壓浸漬機(jī)，5第二連續(xù)石墨化爐，6進(jìn)料筒，7上儲(chǔ)料筒，8爐體，9下儲(chǔ)料筒，1進(jìn)口閥門，11出口閥門，12法蘭，13中頻加熱線圈，14高純石墨碳管，15測(cè)溫管，16絕緣層，17保溫層，18排料管。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0024]如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種核石墨模塊體的生產(chǎn)系統(tǒng)，按照物料的輸送方向，依次包括:混料機(jī)1、冷等靜壓機(jī)2、第一連續(xù)石墨化爐3、高溫高壓浸漬機(jī)4和第二連續(xù)石墨化爐5，配以密閉輸料系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)出氣系統(tǒng)、回收系統(tǒng)和電源系統(tǒng)。
[0025]該生產(chǎn)系統(tǒng)的工作過(guò)程包括:
[0026]步驟一，一次石墨化過(guò)程:
[0027]經(jīng)過(guò)密閉管道輸送高純石墨、石墨粉和添加劑煤瀝青到混料機(jī)內(nèi)進(jìn)行充分混合后，輸送到冷等靜壓機(jī)料倉(cāng)內(nèi)，在350mp壓力下成型，獲得高密度的核石墨模塊體，然后將該核石墨模塊體輸送到第一連續(xù)石墨化爐進(jìn)行一次石墨化處理。10萬(wàn)噸核石墨模塊體生產(chǎn)過(guò)程中，這些高純石墨和石墨粉仍有極少量(849.9公斤)的無(wú)機(jī)雜質(zhì)(B、Si02、Fe203、Al203、MnO、MgO、CuO等)存在，這些無(wú)機(jī)雜質(zhì)經(jīng)強(qiáng)冷卻后成納米級(jí)材料，可以直接回收銷售。煤瀝青在300-700°C溫度段內(nèi)將產(chǎn)生大量氣體，強(qiáng)冷卻后煤瀝青中的主要成份為氫和碳?xì)浠衔?甲烷、苯并芘)，共計(jì)225噸，在1000°C _2800°C溫度段內(nèi)，其中的苯并芘分子結(jié)構(gòu)被破壞分解成0)2和H2排出，其余物質(zhì)可直接回收處理；有9噸灰分回收后作為染料添加劑利用；還有部分揮發(fā)性物質(zhì)(C02、N2、H20蒸汽)可直接揮發(fā)至空氣中。
[0028]步驟二，高溫高壓浸漬過(guò)程:
[0029]—次石墨化后對(duì)核石墨I(xiàn)旲塊體進(jìn)彳丁尚溫尚壓浸潰。將核石墨t旲塊體裝入尚溫尚壓浸漬機(jī)內(nèi)，用真空系統(tǒng)抽真空，開始向高溫高壓浸漬機(jī)內(nèi)注入煤瀝青、碳纖維、高純石墨，在注入的同時(shí)繼續(xù)抽真空；注入后，關(guān)閉真空系統(tǒng)，利用煤瀝青加壓泵繼續(xù)向浸漬機(jī)內(nèi)注入，并用煤瀝青為介質(zhì)加壓，使高溫高壓機(jī)浸漬室內(nèi)壓力達(dá)到lOOpa，溫度不低于1000°C;加壓設(shè)定時(shí)間結(jié)束后，打開降壓閥，降低浸漬室內(nèi)壓力，浸漬室內(nèi)剩余物(煤瀝青、碳纖維、高純石墨)用壓縮空氣排出到儲(chǔ)存容器當(dāng)中，并回收重復(fù)使用；高溫高壓浸漬直到瀝青全部碳化為止，使全部廢氣轉(zhuǎn)換成C02、N2、H20蒸汽。制品將得到最大的浸漬增大密度，這是因?yàn)闉r青不僅能浸入制品的全部氣孔，而且瀝青沒有減壓后外溢現(xiàn)象，只有極少氣體(10.01公斤的C02、N2、H20蒸汽)排放至空氣中，核石墨模塊體經(jīng)冷卻后轉(zhuǎn)入下二次石墨化處理過(guò)程。
[0030]步驟三，二次石墨化過(guò)程:
[0031]經(jīng)過(guò)步驟二處理后得到的核模塊，再通過(guò)2800°C 二次石墨化將獲得高純度、高密度、高強(qiáng)度、高性能的核石墨模塊，核石墨模塊在二次石墨化過(guò)程中仍會(huì)產(chǎn)生100公斤無(wú)機(jī)雜質(zhì)(B、S12, Fe203、A1203、MnO、MgO, CuO)，這些物質(zhì)經(jīng)強(qiáng)冷卻后成納米級(jí)材料，直接回收待用。
[0032]該生產(chǎn)系統(tǒng)主要是利用石墨耐高溫，以及良好電導(dǎo)體的性質(zhì)，石墨中的雜質(zhì)在極高溫度下通過(guò)自身的蒸氣壓揮發(fā)或升華，從導(dǎo)氣孔中逸出至與主體設(shè)備相連的導(dǎo)管并進(jìn)行冷凝收集。主體設(shè)備有兩套冷凝收集器，生產(chǎn)一定時(shí)間后可切換，通過(guò)冷凝收集器后用切換閥切換，將前一套冷凝器中的收集物清理后備用，通過(guò)冷凝收集器后再進(jìn)入一個(gè)用循環(huán)水冷卻的冷卻桶。
[0033]可見，采用本實(shí)用新型實(shí)施例提供的核石墨模塊體的生產(chǎn)系統(tǒng)，可得到高純度、高密度、高強(qiáng)度、高性能的核石墨模塊體，實(shí)現(xiàn)了核石墨的工業(yè)化生產(chǎn)，能夠滿足工業(yè)對(duì)核石墨的需求。
[0034]本實(shí)施例中，第一連續(xù)石墨化爐3和第二連續(xù)石墨化爐5均包括不銹鋼外殼、石墨內(nèi)襯套筒和絕緣填充層，且不銹鋼外殼上纏繞冷卻管。
[0035]如圖2所示，第一連續(xù)石墨化爐3和第二連續(xù)石墨化爐5均包括進(jìn)料筒6、上儲(chǔ)料筒7、爐體8和下儲(chǔ)料筒9，進(jìn)料筒6的底部可與上儲(chǔ)料筒7的上部連通，上儲(chǔ)料筒7的底部與爐體8的上部連通，爐體8的底部通過(guò)出料筒與下儲(chǔ)料筒9連通。
[0036]其中，進(jìn)料筒的底部設(shè)置有閥門，將閥門打開，可以使進(jìn)料筒與上儲(chǔ)料筒連通。
[0037]上儲(chǔ)料筒的底部與爐體的上部可以通過(guò)法蘭連接。
[0038]首先，空爐運(yùn)行:
[0039]連續(xù)石墨化爐安裝冷調(diào)試完成后，進(jìn)行空載運(yùn)行，在200 - 500°C下將爐內(nèi)濕氣、粉塵抽出，然后在2800°C下運(yùn)行10小時(shí)。
[0040]然后，負(fù)載運(yùn)行:
[0041]除進(jìn)料筒外連續(xù)石墨化爐先抽真空至彡-0.09MPa后充氬氣。
[0042]負(fù)載運(yùn)行具體為:
[0043]進(jìn)料:進(jìn)料筒裝滿料后關(guān)閉上部和下