艾奇逊型石墨化炉高强度匣钵坩埚制造技术

提供一种艾奇逊型石墨化炉高强度匣钵坩埚，具有一体化成型、上大下小、四棱台形状、圆角Ⅰ过渡的方形匣钵坩埚本体和坩埚盖；坩埚本体底板壁厚δ1处处均匀相等、侧壁壁厚δ2底部大于上部；圆角Ⅰ壁厚从顶点向两侧递减；坩埚槽槽底与侧壁圆角Ⅱ过渡。本实用新型专利技术在改善外热型艾奇逊型石墨化炉石墨化提纯坩埚立装装炉生产时产能低、电耗大现状基础上，提升了坩埚本身耐钢丝绳反复吊装摩擦的机械强度，延长了坩埚使用寿命；消除了原先因应力集中导致裂缝出现的影响；降低了坩埚生产的脱模难度，更具多重现实意义和推广价值。

Acheson Graphitization Furnace High Strength Sagging Crucible

A high strength crucible for Acheson graphitization furnace is provided, which has a square box crucible body and crucible cap with integrated forming, large top and small bottom, quadrilateral shape and corner I transition. The crucible body bottom plate thickness is uniform and equal at the place where the side wall thickness is greater than the top; the corner I wall thickness decreases from the top to both sides; and the crucible groove bottom and the side wall corner II transition. The utility model improves the present situation of low productivity and high power consumption in the production of graphitized crucible vertical loading furnace of externally heated Acheson graphitization furnace, enhances the mechanical strength of crucible itself to withstand the repeated lifting friction of steel wire rope, prolongs the service life of crucible, eliminates the influence of cracks originally caused by stress concentration, reduces the difficulty of demoulding crucible production, and has more multiplicity. Practical significance and popularization value.

【技术实现步骤摘要】
艾奇逊型石墨化炉高强度匣钵坩埚
本技术属基于艾奇逊型石墨化炉石墨负极提纯用石墨坩埚
，具体涉及一种艾奇逊型石墨化炉高强度匣钵坩埚。
技术介绍
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，不利于整体吊装出炉，实际重复利用率并不如预期理想，以及密封性欠佳的弊端。为此，为规避外热式艾奇逊型石墨化炉前述类型坩埚的技术缺陷，我公司于2017年10月18日提交了申请号为ZL2017213395291,名称为《用于艾奇逊型石墨化炉的匣钵坩埚》的技术方案。但该匣钵坩埚技术方案虽具有提升产能比、保证石墨负极材料提纯品质更为均一的优势。但是，在生产过程中尤其是用钢丝绳吊装出炉的过程中，以及企业在生产过程中发现，在以下方面仍有待改进和完善：1、由于坩埚本体1为直棱柱结构，对于该类方形坩埚的生产企业来说，存在脱模不易的弊端；2、方形坩埚本体1在用钢丝绳对其反复吊装进出炉的过程中，棱边圆角104所受外力压强最大，若坩埚本体1的壁厚在圆角104处仍均匀相等，则该处最易变形并出现裂缝，坩埚耐用度以及寿命有待改善；3坩埚槽103槽底与内侧壁为直角过渡，直接导致该处应力集中，从弹性力学考虑是影响物体产生疲劳裂纹的主要因素，亦影响坩埚本体使用寿命和整体机械强度；对此，现提出如下改进技术方案。
技术实现思路
本技术解决的技术问题：提供一种艾奇逊型石墨化炉高强度匣钵坩埚，通过一体成型、通过特殊尺寸控制的上大下小、上薄下厚、方便脱模、带圆角Ⅰ、圆角Ⅱ过渡的方形匣钵坩埚；保证其所生产的锂电池石墨负极产品均一性的前提下适当增加方形匣钵坩埚的Ⅰ壁厚；并在坩埚槽槽底改进为圆角Ⅱ过渡的形状、结构改进；解决现有技术下艾奇逊型石墨匣钵坩埚用钢丝绳反复吊装出炉时圆角Ⅰ过渡处机械强度薄弱导致坩埚使用寿衰减的技术问题；并通过圆角Ⅱ过渡解决坩埚槽槽底原先因应力集中易导致坩埚出现疲劳裂纹的技术问题；通过特殊尺寸控制的上大下小、上薄下厚的匣钵结构坩埚，解决一体成型的坩埚本体坩埚生产企业快速脱模的技术问题。综合上述改进，提升单炉产能20-25％；并同时保证用其生产的锂电池石墨负极产品的均一性，为生产企业以及应用企业均带来可观的产能、产值、耐用、易生产等实际收益。本技术采用的技术方案：艾奇逊型石墨化炉高强度匣钵坩埚，具有坩埚本体和与其密封适配扣合的坩埚盖，所述坩埚本体由底板和侧壁一体化成型制成上端开口底端封闭的匣钵结构；坩埚本体内与其一体成型制有上端开口的坩埚槽；其特征在于：所述坩埚本体呈方形匣钵结构，其转角通过增厚的圆角Ⅰ过渡，且增厚的圆角Ⅰ壁厚从圆角圆弧顶点处向圆角圆弧两侧递减设置，与此同时匣钵结构的坩埚本体外形以及坩埚槽均为上大下小近似直棱柱又非直棱柱的四棱台结构；所述坩埚本体的底板壁厚δ1均匀且相等，坩埚本体的侧壁壁厚δ2小于等于并接近底板壁厚δ1；且侧壁顶端开口处壁厚小于侧壁中部以及底端壁厚；所述坩埚槽槽底的底板和侧壁之间还制有圆角Ⅱ。上述技术方案中，为不因上大下小方便脱模的四棱台式结构对坩埚高效利用炉内空间，减少电阻料的填充带来显著干扰和影响，优选地；所述坩埚本体外形以及坩埚槽上大下小的四棱台上端顶面宽度d1与下端底面宽度d2之比为1.005-1.013:1。上述技术方案中，为不因方便脱模、侧壁壁厚略有减少变化的坩埚本体的改造，对应用该特制坩埚生产的电池负极材料品质的均一性产生过多的负面干扰和影响，优选地；所述坩埚本体底板壁厚δ1与侧壁壁厚δ2之比即δ1：δ2为1：0.929-1；增厚的圆角Ⅰ壁厚δ3与侧壁壁厚δ2之比即δ3：δ2为1.5-2:1。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，且其矩形横截面的长边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，且不因圆角Ⅱ的过度内凹设计影响该处机械强度，作为优选技术方案：所述坩埚本体底板厚度δ1为30-60mm；所述圆角Ⅱ半径为15-25mm。本技术与现有技术相比的优点：1、本技术方案上大下小的四棱台形状石墨匣钵坩埚本体的结构改进，底板δ1厚度处处均匀且相等；侧壁厚度δ2：δ1为0.929-1：1的特殊尺寸控制；不仅保证了用其生产锂电池石墨负极产品的均一性，而且较外方内圆的坩埚本体而言，大大消除了因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；较原先上下大小一致的直棱柱结构的匣钵坩埚本体结构在保证结构强度的基础上，对于坩埚生产企业来说，具有方便脱模的优势，可降低坩埚生产的工艺难度；2、本技术方案特殊尺寸控制中d1：d2为1.005-1.013:1即接近1:1的结构设计，不仅仍可实现双层堆叠立装装炉；而且还具有保证双层堆叠强度、保证双层立装装炉稳定性的优势；为有效增加单炉产能，提高热利用效率提供保证；3、本技术方案增厚的圆角Ⅰδ3：δ2为1.5-2:1的圆角厚度范围控制，在保证坩埚生产锂电池石墨负极产品均一性的前提下，增厚的圆角Ⅰ，以及从顶点至两侧渐变的过渡，可有效提升该处用钢丝绳反复吊装进出炉过程中的机械强度；同理地，槽底圆角Ⅱ过渡，不仅削弱了该处应力集中的弊端，还能有效增强坩埚上下堆叠立装装炉过程中，两坩埚之间硬质碰撞接触时的机械强度，协同Ⅰ的共同作用，整体上综合延长了坩埚本体的使用寿命；4、本技术方案方形匣钵结构的坩埚本体较圆柱型坩埚保留了其可充分利用坩埚外部圆切空间，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
技术介绍
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，单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.艾奇逊型石墨化炉高强度匣钵坩埚，具有坩埚本体(1)和与其密封适配扣合的坩埚盖，所述坩埚本体(1)由底板(101)和侧壁(102)一体化成型制成上端开口底端封闭的匣钵结构；坩埚本体(1)内与其一体成型制有上端开口的坩埚槽(103)；其特征在于：所述坩埚本体(1)呈方形匣钵结构，其转角通过增厚的圆角Ⅰ(104)过渡，且增厚的圆角Ⅰ(104)壁厚从圆角圆弧顶点处向圆角圆弧两侧递减设置，与此同时匣钵结构的坩埚本体(1)外形以及坩埚槽(103)均为上大下小近似直棱柱又非直棱柱的四棱台结构；所述坩埚本体(1)的底板(101)壁厚δ1均匀且相等，坩埚本体(1)的侧壁(102)壁厚δ2小于等于并接近底板壁厚δ1；且侧壁(102)顶端开口处壁厚小于侧壁(102)中部以及底端壁厚；所述坩埚槽(103)槽底的底板(101)和侧壁(102)之间还制有圆角Ⅱ(105)。

【技术特征摘要】
1.艾奇逊型石墨化炉高强度匣钵坩埚，具有坩埚本体(1)和与其密封适配扣合的坩埚盖，所述坩埚本体(1)由底板(101)和侧壁(102)一体化成型制成上端开口底端封闭的匣钵结构；坩埚本体(1)内与其一体成型制有上端开口的坩埚槽(103)；其特征在于：所述坩埚本体(1)呈方形匣钵结构，其转角通过增厚的圆角Ⅰ(104)过渡，且增厚的圆角Ⅰ(104)壁厚从圆角圆弧顶点处向圆角圆弧两侧递减设置，与此同时匣钵结构的坩埚本体(1)外形以及坩埚槽(103)均为上大下小近似直棱柱又非直棱柱的四棱台结构；所述坩埚本体(1)的底板(101)壁厚δ1均匀且相等，坩埚本体(1)的侧壁(102)壁厚δ2小于等于并接近底板壁厚δ1；且侧壁(102)顶端开口处壁厚小于侧壁(102)中部以及底端壁厚；所述坩埚槽(103)槽底的底板(101)和侧壁(102)之间还制有圆角Ⅱ(105)。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪应成，
申请(专利权)人：陕西三义高科石墨新材料有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61