用于艾奇逊型石墨化炉的匣钵坩埚[实用新型专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201721339529.1
(22)申请日 2017.10.18
(73)专利权人 陕西三义高科石墨新材料有限公
司
地址 722306 陕西省宝鸡市眉县金渠镇霸
王河工业园眉兴大道40号
(72)发明人 汪应成　
(74)专利代理机构 北京科亿知识产权代理事务
所(普通合伙) 11350
代理人 宋秀珍
(51)Int.Cl.
C01B 32/205(2017.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
(54)实用新型名称用于艾奇逊型石墨化炉的匣钵坩埚(57)摘要提供一种用于艾奇逊型石墨化炉的匣钵坩埚，具有坩埚本体和与其适配的坩埚盖，坩埚本体由厚度均匀的底板和侧壁一体化成型制成外形为直棱柱状的匣钵结构，其内具有与坩埚本体外形相同且一次成型制得的坩埚槽，且棱柱转角通过圆角过渡；与坩埚本体外侧壁相平齐匹配设有坩埚盖，坩埚盖下端一体化制有纳入坩埚槽槽口内且外缘与坩埚槽槽口侧壁相贴合的凸出部，凸出部中间切割制有减轻盖体自重并增加盖体支撑强度的内凹棱锥空腔。

本实用新型改善了艾奇逊型石墨化炉石墨化提纯生产时产能低电耗大的现状，在保证坩埚机械强度的基础上，能为企业带来提升产能并节约电费支出的双重收益，
更具现实意义和推广价值。

权利要求书1页 说明书4页 附图7页CN 207435031 U 2018.06.01
C N 207435031
U
1.用于艾奇逊型石墨化炉的匣钵坩埚，具有坩埚本体(1)和与其适配的坩埚盖(2)，其特征在于：所述坩埚本体(1)由厚度均匀的底板(101)和侧壁(102)一体化成型制成外形为直棱柱状的匣钵结构，其内具有与坩埚本体(1)外形相同且一次成型制得的坩埚槽(103)，且棱柱转角通过圆角(104)过渡；与坩埚本体(1)外侧壁相平齐匹配设有坩埚盖(2)，所述坩埚盖(2)下端一体化制有纳入坩埚槽(103)槽口内且外缘与坩埚槽(103)槽口侧壁相贴合的凸出部(201)，所述凸出部(201)中间切割制有减轻盖体自重并增加盖体支撑强度的内凹棱锥空腔(202)。

2.根据权利要求1所述的用于艾奇逊型石墨化炉的匣钵坩埚，其特征在于：所述坩埚本体(1)横截面形状为矩形、正方形、直角三角形或直角梯形。

3.根据权利要求1所述的用于艾奇逊型石墨化炉的匣钵坩埚，其特征在于：所述坩埚本体(1)横截面形状为矩形，所述矩形的长边a与短边b之比等于艾奇逊型石墨化炉炉腔长宽之比。

4.根据权利要求1或2或3或所述的用于艾奇逊型石墨化炉的匣钵坩埚，其特征在于：所述坩埚本体(1)底板(101)厚度δ和四周侧壁(102)厚度δ为30-60mm。

权　利　要　求　书1/1页CN 207435031 U
用于艾奇逊型石墨化炉的匣钵坩埚
技术领域
[0001]本实用新型属基于艾奇逊型石墨化炉石墨负极提纯用石墨坩埚技术领域，具体涉及一种可提高产用于艾奇逊型石墨化炉的匣钵坩埚。

背景技术
[0002]随着锂电池石墨负极需求的不断增长，负极石墨提纯产业迅速扩大，目前，市场上完成负极材料提纯的石墨化炉主要分为两类，一类是内热式设计的串接炉，另一类是外热式设计的艾奇逊型石墨化炉。

其中，外热式艾奇逊型石墨化炉较内热式的串接炉，由于设备构成简单、操作方便、因此长期以来一直是碳素工业石墨化生产企业主要采用的炉型热工设备。

然而，如何提高外热式艾奇逊型石墨化炉的热效率，减少因过剩电阻料填充所产生的不必要的电能消耗，并提升单炉提纯产量，是困扰企业使用该炉型生产的难题。

现有技术下，使用艾奇逊型石墨化炉进行负极材料提纯所用的填料坩埚直径为φ500mm或600mm,高1100mm的圆柱形坩埚(如图1所示)，并采用两层立装装炉(如图2、图3所示)，单炉装料量为35-40吨，而受圆柱坩埚的圆切外形影响，相邻坩埚之间预留较多圆切空间，且必须用电阻料填充，而电阻料的填充不仅增加了更多电能消耗，且限制了该炉型的单炉产能比。

为此，授权公告号为CN203269577U的石墨化炉提出采用外形为长方体，截面为正方形，内槽呈圆柱体的新型坩埚填料(如图4所示)，但该外方内圆式石墨坩埚在实际应用时，受坩埚本体四角厚壁处热阻远大于四边薄壁处热阻影响，非常不利于保证石墨负极材料提纯品质的均一性；此外，一些采用分体式方形石墨坩埚，以及多孔状方形石墨坩埚的设计，又存在因制孔或分体可拆卸结构本身，导致的坩埚整体机械强度降低，其实际重复利用率并不如预期理想，以及密封性欠佳的弊端，因此综合考虑，现提出如下改进技术方案。

实用新型内容
[0003]本实用新型解决的技术问题：提供一种用于艾奇逊型石墨化炉的匣钵坩埚，通过一体成型带圆角过渡匣钵结构的直棱柱型坩埚，保证机械强度的基础上，最大限度提升单炉填料量，减少原先因圆柱坩埚装炉时圆切空隙过大导致的电阻料过剩填充的热能消耗，提升单炉产能20-25％；并通过壁厚均匀的匣钵结构消除因壁厚不均导致的产品均一性欠佳的影响，石墨提纯品质均一性、密封性均更有保障，为企业带来可观产能和产值的双重实际收益。

[0004]本实用新型采用的技术方案：用于艾奇逊型石墨化炉的匣钵坩埚，具有坩埚本体和与其适配的坩埚盖，所述坩埚本体由厚度均匀的底板和侧壁一体化成型制成外形为直棱柱状的匣钵结构，其内具有与坩埚本体外形相同且一次成型制得的坩埚槽，且棱柱转角通过圆角过渡；与坩埚本体外侧壁相平齐匹配设有坩埚盖，所述坩埚盖下端一体化制有纳入坩埚槽槽口内且外缘与坩埚槽槽口侧壁相贴合的凸出部，所述凸出部中间切割制有减轻盖体自重并增加盖体支撑强度的内凹棱锥空腔。

[0005]上述技术方方案中，为相较圆柱坩埚槽提升单只坩埚填料量，作为优选技术方案，
所述坩埚本体横截面形状为矩形、正方形、直角三角形或直角梯形。

[0006]上述技术方案中，在艾奇逊型石墨化炉炉形尺寸不变的情况下，为与矩形艾奇逊型炉型相适应，最大限度地利用矩形炉腔以及坩埚槽空腔，实现单只坩埚填料量的最大化，消除过多富余圆切空隙影响，作为优选技术方案，所述坩埚本体横截面形状为矩形，所述矩形的长边a与短边b之比等于艾奇逊型石墨化炉炉腔长宽之比。

[0007]上述技术方案中，为保证坩埚本体结构强度的同时与单炉填料量、电焦耳损失之间具有最优的产能比，作为优选技术方案，所述坩埚本体底板厚度δ和四周侧壁厚度δ为30-60mm。

[0008]本实用新型与现有技术相比的优点：
[0009]1、本方案直棱柱型坩埚设计，相较圆柱型坩埚充分利用了坩埚外部圆切空间，在坩埚本体厚度一定，横截面幅宽一定的情况下，矩形或正方形坩埚较圆形坩埚的单炉容积可提升20-25％，以背景技术中炉型尺寸计算，单炉装料量从原先的35-40吨可提升至43.7-50吨，单炉增值效益显著，有效缓解使用艾奇逊型石墨化炉产能转化率低的问题；[0010]2、本方案外形为棱柱型的坩埚，消除了圆柱型外形坩埚外圆切空间需填充过剩电阻料的影响，节省了过剩的电阻料能源消耗，为企业节省必要的电费经济支出；
[0011]3、本方案坩埚本体匣钵厚度均匀，较外方内圆的坩埚本体而言，保留了圆柱型坩埚圆周壁厚均等的优势，消除了壁厚差异显著导致的受热不均对石墨提纯品质均一性的影响，更具市场推广应用的现实意义；
[0012]4、本方案一体成型结构，较分体可拆卸型坩埚本体和制孔的方形坩埚本体具有更优的机械性能，坩埚耐用性和重复利用率更高；
[0013]5、本方案坩埚盖内凹棱锥空腔的设置，一方面减轻了承载自重，避免了因双层堆垒装炉导致塌陷的发生，另一方面通过盖体内凹棱锥空腔所具有的多个三角形斜切面，提高了盖体的支撑强度。

附图说明
[0014]图1为现有技术下单只圆柱状坩埚的立体结构示意图；
[0015]图2为现有技术图1中坩埚在艾奇逊型石墨化炉内的装炉排布示意图；
[0016]图3为图2的俯视结构示意图；
[0017]图4为现有技术下内圆外方坩埚结构示意图；
[0018]图5为本实用新型矩形坩埚实施例的坩埚本体纵切剖视示图；
[0019]图6为本实用新型矩形坩埚实施例的坩埚本体俯视图；
[0020]图7为本实用新型矩形坩埚实施例的坩埚盖纵切剖视图；
[0021]图8为本实用新型矩形坩埚实施例的坩埚盖内侧面主视图；
[0022]图9为本实用新型矩形坩埚实施例的单只坩埚整体纵切剖视图；
[0023]图10为本实用新型正方形坩埚实施例的俯视图；
[0024]图11为本实用新型直角三角形坩埚装炉组合实施例的俯视图；
[0025]图12为本实用新型直角梯形坩埚装炉组合实施例的俯视图。

具体实施方式
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

[0027]现有技术下，基于内热串接炉原理而设计的卧式方形高温石墨化炉所采用的方形坩埚(CN205973814U)，设备整体结构趋于特殊、复杂化，设备成本攀升，维护难度增大，是限制其推广和普及的主要因素之一；因此，长久以来，方法简单、容易实现、生产可靠、故障少的艾奇逊炉是石墨化生产企业所选用的主要炉型热工设备。

[0028]本实用新型提供一种用于艾奇逊型石墨化炉的匣钵坩埚，具有坩埚本体1 和与其适配的坩埚盖2，为解决并改善困扰企业使用该炉型生产电极负极材料时产能有待提升和电费成本有待降低的双重难题，所述坩埚本体1由厚度均匀的底板101和侧壁102一体化成型制成外形为直棱柱状的匣钵结构(如图5、图6所示)，其内具有与坩埚本体1外形相同且一次成型制得的坩埚槽103，且棱柱转角通过圆角104过渡。

采用厚度均匀的底板101和侧壁102，相较外方内圆式坩埚设计而言(CN203269577U)，该坩埚石墨化提纯品质的均一性更有保证。

此外，坩埚本体1采用一体成型结构，较分体可拆卸式方形坩埚和制孔方形坩埚在保证坩埚整体机械强度上更具优势。

直棱柱外形，较圆柱外形由于充分利用了外部圆切空间，因此减少了过剩电阻料的填充，减少了电费支出，提高了热能有效利用率。

棱柱通过圆角104过渡，提升了坩埚本体1的机械强度，削弱了应力分布不均的影响。

此外，与坩埚本体1外侧壁相平齐匹配设有坩埚盖2，所述坩埚盖2下端一体化制有纳入坩埚槽103槽口内且外缘与坩埚槽103槽口侧壁相贴合的凸出部201(如图9所示)，所述凸出部201中间切割制有减轻盖体自重并增加盖体支撑强度的内凹棱锥空腔202 (如图7、图8所示)。

[0029]上述技术方方案中，为相较圆柱坩埚槽提升单只坩埚填料量，作为优选技术方案，所述坩埚本体1横截面形状为矩形、正方形、直角三角形或直角梯形。

上述技术方案中，在艾奇逊型石墨化炉炉形尺寸不变的情况下，为与矩形艾奇逊型炉型相适应，最大限度地利用矩形炉腔以及坩埚槽空腔，实现单只坩埚填料量的最大化，并消除过多富余圆切空隙影响，作为优选技术方案，所述坩埚本体1横截面形状为矩形，所述矩形的长边a与短边b之比等于艾奇逊型石墨化炉炉腔长宽之比。

上述技术方案中，为保证坩埚本体结构强度的同时与单炉填料量、电焦耳损失之间具有最优的产能比，作为优选技术方案，所述坩埚本体底板厚度δ和四周侧壁厚度δ为30-60mm。

[0030]可见，本实用新型直棱柱型坩埚设计，相较圆柱型坩埚充分利用了坩埚外部圆切空间，在坩埚本体厚度一定，横截面幅宽一定的情况下，矩形或正方形坩埚较圆形坩埚的单炉容积可提升20-25％，以背景技术中炉型尺寸计算，单炉装料量从原先的35-40吨可提升至43.7-50吨，单炉增值效益显著，有效缓解使用艾奇逊型石墨化炉产能转化率低的问题；外形为棱柱型的坩埚，消除了圆柱型外形坩埚外圆切空间需填充过剩电阻料的影响，节省了过剩的电阻料能源消耗，为企业节省必要的电费经济支出；坩埚本体匣钵厚度均匀，较外方内圆的坩埚本体而言，保留了圆柱型坩埚圆周壁厚均等的优势，消除了壁厚差异显著导致的受热不均对石墨提纯品质均一性的影响，更具市场推广应用的现实意义；一体成型结构，较分体可拆卸型坩埚本体和制孔的方形坩埚本体具有更优的机械性能，坩埚耐用性和重复利用率更高；坩埚盖内凹棱锥空腔的设置，一方面减轻了承载自重，避免了因双层堆垒装炉导致塌陷的发生，另一方面通过盖体内凹棱锥空腔所具有的多个三角形斜切面，提高了盖体的支撑强度。

[0031]优选实施例：具体地，在艾奇逊型石墨化炉炉型尺寸不变的情况下，综合原先φ
500mm和φ600，高h1100mm的圆柱形坩埚而考虑，以矩形坩埚实施例为例，本实用新型矩形的坩埚本体1以及坩埚盖2的具体尺寸设计优选为：坩埚本体1长边a长度为610mm，短边b长度为510mm，坩埚高度h仍保留 1100mm，底板101厚度δ和四周侧壁102厚度δ均为40mm,坩埚槽103过渡圆弧104内圆弧半径R为100mm,坩埚本体1外圆弧半径r为80mm。

坩埚盖2 长边a长度为610mm，短边b长度为510mm，内圆弧半径R为100mm、外圆弧半径r为80mm，边缘厚度(δ1) 20mm,竖直纵向厚度(δ2)55mm，坩埚盖2内凹棱锥空腔202与水平面之间夹角为8°。

[0032]除上述矩形坩埚实施例外，本实用新型具有同等效果的还包括横截面为正方形的坩埚本体(如图10所示)。

此外，以正方形或矩形坩埚为基础，采用不同横截面形状的棱柱坩埚的结构，且最终以正方形或矩形坩埚为基础进行排列组合后，获得相同的效果，所述坩埚本体1的横截面形状还可为直角三角形(如图11所示)或直角梯形(如图12所示)。

[0033]综上所述，本实用新型在提高单炉产能；减少了因过剩电阻料填充所带来不必要的电能消耗；确保坩埚可重复利用的机械强度方面较其他同类坩埚产品更具综合性优势，且石墨化提纯产品品质的均一性更有保障，更具改进的现实意义；最后，由于本实用新型基于市场应用普及程度较高的艾奇逊型石墨化炉而设计，保留了使用艾奇逊型石墨化炉提纯生产电极负极材料所具有的设备简单、操作方便、改进容易的优势，通过仅对炉内装料坩埚形状进行微小的改进，却能为企业带来可观的产能提升和降低电费支出的双重收益，市场潜力大，应用前景广阔，更能满足市场需求。

[0034]上述实施例，只是本实用新型的较佳实施例，并非用来限制本实用新型实施范围，故凡以本实用新型权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本实用新型权利要求范围之内。

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