一种互补炉阻的大型石墨化炉的制作方法

本发明涉及石墨化炉，尤其涉及一种互补炉阻的大型石墨化炉。

背景技术：

1、负极材料石墨化采用石墨化炉，石墨化炉是电阻炉，炉体内部相当于电阻发热体，加载的电流通过电阻发热体生产加热待石墨化物料，实现石墨化生产。在石墨化送电后期，需要保证最小炉阻要求，根据欧姆定律，炉阻过小，会导致电流过大，一旦超过变压器额定电流，就要降低电压，导致送电功率降低，无法升温至最高的石墨化温度。随着石墨化炉技术发展，炉体大型化成为行业共同追求的目标。石墨化炉大型化可以显著提高石墨化炉产能和生产效率，降低负极材料石墨化电耗，同时还可以降低建设成本，是石墨化炉技术进步的重要方向。

2、石墨化炉的大型化在结构上主要有两种方式，一种是通过加宽炉体进行扩容，另一种是通过加长炉体进行扩容。在加宽炉体的方式中，加宽炉体会增加炉体横截面积，根据电阻定律r=ρ•l/s可知，随着炉体的加宽，炉阻随之降低，从而在加宽到一定尺寸时会导致不能达到石墨化后期的最小炉阻要求，无法满足生产。目前主要采用加长炉体的结构方案，加长炉体提高了炉阻，能够保证石墨化炉后期的最小炉阻要求，即保障了生产，但是加长到一定尺寸时过高的炉阻需要较大的供电能力，在实际工程中供电能力是有上限的，不能满足更长炉体的供电需求，从而无法进一步实现大型化，而且炉体过长导致车间跨度加大，对车间成本和安全性都提出了更高的要求。

3、因此，亟需设计一种能够突破目前大型化上限的石墨化炉结构。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种互补炉阻的大型石墨化炉，通过将炉芯分为多个工段，形成两端窄中间宽的结构，通电时两端的高炉阻与中间的低炉阻互补，能够满足生产需求，不受供电能力的限制，突破了石墨化炉大型化的上限。

2、一种互补炉阻的大型石墨化炉，包括炉墙、炉芯和炉头电极，所述炉芯沿炉长方向的两端与炉头电极相连，炉芯与炉墙之间装填有保温料，炉芯装填有坩埚和电阻料，炉芯包括多个工段，工段包括宽度依次递增的头段、颈段和体段，头段设于炉长方向的两端，头段宽度与炉头电极宽度相同，体段设于炉芯中间位置，颈段的两端分别连接头段和体段。

3、通过将炉芯分为多个工段，形成两端窄中间宽的结构，根据电阻定律可以得到，两端的头段和颈段较窄，炉阻较高，中间的体段较宽，炉阻较低，通电时两端的高炉阻与中间的低炉阻互补，保证了整体炉阻的平衡，炉芯的长度及宽度都能够增加，采用该结构的大型石墨化炉整体炉阻仅微弱降低，能够满足生产需求，不受供电能力的限制，突破了石墨化炉大型化的上限，并且相较于传统的加长炉体结构，在相同产能下长度更短，车间建设难度和成本更低。

4、同时，石墨化炉炉芯连接炉头电极的一端无法设置保温料，从而散热较快，炉芯两端温度低于中心温度，整炉物料质量不均匀。通过设置两端窄中间宽的炉芯结构，实现了互补炉阻，根据焦耳定律q=i2r，串联电路中，电流一致，炉阻越高，产生的热量也越多，因此两端的头段热量最高，热量一部分用来升高自身温度，满足生产需要，另外一部分则可以补充头段的散热，保证炉头部位物料质量，提升了整炉物料质量的均匀性。并且，由于炉芯中每个工段的宽度不同，从而每个工段与炉墙之间装填的保温料厚度也不同，炉芯两端的保温料宽于中间，其保温能力更强，减少了热量散失，使物料质量更加均匀。

5、进一步地，颈段为多段，多个颈段的宽度沿头段到体段的方向递增。

6、通过设置宽度递增的多个颈段，保障了炉芯的加热效果，避免了在工段衔接处因为宽度增加过多导致的加热效果变差，影响产品质量。

7、进一步地，相邻工段的宽度差为1个坩埚的直径。

8、通过限制相邻工段的宽度差，优化了工段衔接处的加热效果，产品质量更高。

9、进一步地，头段与每个颈段的长度为2-3个坩埚的直径。

10、通过限制头段和颈段的长度，优化了炉内空间分配，尽量把长度留给体段，使装炉量最大化。如果头段和颈段的长度过短，少于2个坩埚直径时，则会影响对应阶段的加热效果，进而影响产品质量。

11、进一步地，颈段与体段的高度与其宽度同步增加。

12、在传统结构的大型石墨化炉中，加高炉体高度会增加横截面积，降低炉阻，从而无法保证能够石墨化后期的最小炉阻要求，因此不能加高。但本发明的分段结构能够实现互补，因此可以提升颈段和体段的高度，其降低的炉阻可以通过头段补充，保证了整体炉阻的平衡，在满足最小炉阻要求的同时提升了装炉量。

13、本发明的有益效果是：

14、一种互补炉阻的大型石墨化炉，基于电阻定律下的炉阻互补理论，通过将炉芯分为多个工段，形成两端窄中间宽的结构，根据电阻定律可以得到，两端的头段和颈段较窄，炉阻较高，中间的体段较宽，炉阻较低，通电时两端的高炉阻与中间的低炉阻互补，保证了整体炉阻的平衡，炉芯的长度及宽度都能够增加，采用该结构的大型石墨化炉整体炉阻仅微弱降低，能够满足生产需求，不受供电能力的限制，突破了石墨化炉大型化的上限，并且相较于传统的加长炉体结构，在相同产能下长度更短，车间建设难度和成本更低。

15、同时，石墨化炉炉芯连接炉头电极的一端无法设置保温料，从而散热较快，炉芯两端温度低于中心温度，整炉物料质量不均匀。通过设置两端窄中间宽的炉芯结构，实现了互补炉阻，根据焦耳定律q=i2r，炉阻越高，产生的热量也越多，因此两端的头段热量最高，热量一部分用来升高自身温度，满足生产需要，另外一部分则可以补充头段的散热，保证炉头部位物料质量，提升了整炉物料质量的均匀性。并且，由于炉芯中每个工段的宽度不同，从而每个工段与炉墙之间装填的保温料厚度也不同，炉芯两端的保温料宽于中间，其保温能力更强，减少了热量散失，使物料质量更加均匀。

16、并且，在传统结构的大型石墨化炉中，加高炉体高度会增加横截面积，降低炉阻，从而无法保证能够石墨化后期的最小炉阻要求，因此不能加高。但本发明的分段结构能够实现互补，因此可以提升颈段和体段的高度，其降低的炉阻可以通过头段补充，保证了整体炉阻的平衡，在满足最小炉阻要求的同时进一步提升了装炉量。

1.一种互补炉阻的大型石墨化炉，包括炉墙、炉芯和炉头电极，所述炉芯沿炉长方向的两端与炉头电极相连，炉芯与炉墙之间装填有保温料，炉芯装填有坩埚和电阻料，其特征在于，炉芯包括多个工段，工段包括宽度依次递增的头段、颈段和体段，头段设于炉长方向的两端，头段宽度与炉头电极宽度相同，体段设于炉芯中间位置，颈段的两端分别连接头段和体段。

2.如权利要求1所述的一种互补炉阻的大型石墨化炉，其特征在于：颈段为多段，多个颈段的宽度沿头段到体段的方向递增。

3.如权利要求2所述的一种互补炉阻的大型石墨化炉，其特征在于：相邻工段的宽度差为1个坩埚的直径。

4.如权利要求2所述的一种互补炉阻的大型石墨化炉，其特征在于：头段与每个颈段的长度为2-3个坩埚的直径。

5.如权利要求1所述的一种互补炉阻的大型石墨化炉，其特征在于：颈段与体段的高度与其宽度同步增加。