本技术涉及石墨化炉冷却技术领域,具体涉及一种石墨化炉的热管辅助冷却装置、石墨化炉及方法,应用于石墨化炉,所述石墨化炉内具有保温层,所述热管辅助冷却装置包括:吸热单元,包括多个热管,且沿自外向内的方向依次布设在所述保温层上;多个所述热管的工作温度沿自外向内的方向依次增加;辅助冷却单元,包括冷却水装置,所述吸热单元的一端连接所述冷却水装置。本发明通过对热管冷却辅助装置进行模块化设计,通过对不同工作温度的热管的布置位置进行设计,配合冷却水装置,以在实现高效冷却,缩短冷却时间的同时,解决热应力集中问题。
背景技术
由于石墨具有诸多良好的性能,在生产和生活中得到广泛的应用。但是,自然界中形成的石墨,由于其形成过程漫长、成分较多、良莠不齐等原因,以及随着社会对石墨需求的增加,已经无法满足市场需求。因此,工业石墨的生产变得尤为重要。石墨化炉作为工业石墨生产的关键设备,其运行效率和冷却技术将会直接影响到产品的质量和生产成本。传统的石墨化炉一般采用自然冷却的方式进行降温,这种方式虽然简单易行,但是所需时间长,占据生产周期的90%以上,严重制约了生产效率的提升。为了克服这一难题,业界开始探索更为高效的冷却技术。
早期的冷却模块设计,如余热管路盘管、金属直管或蛇形盘管等,被尝试应用于石墨化炉的冷却系统中,然而,这些冷却方式在实际应用中暴露出冷却效率低、无法满足快速冷却需求的问题。特别是在2700K以上的高温环境下,这些传统冷却模块的散热效果更是大打折扣,无法满足石墨化炉的生产需求。
为了进一步提升石墨化炉的冷却效率,热管冷却技术逐渐进入人们的视野。热管冷却主要是通过冷却介质物态变化时吸收或释放热量的特性,实现高效的热交换。然而,在石墨化炉的实际应用中,热管冷却技术也面临诸多挑战。例如,公开号为CN116608698A的现有技术1提出热管冷却石墨化炉,其中主要采用风机对高温热管进行冷却,然而,风机对高温热管的散热效果有限,无法满足在2700K以上的高温热管的散热需求。
此外,公开号为CN219914097U的现有技术2提出一种用于石墨化炉冷却的大温差组合热管,该技术方案通过碳碳复合材料带连接成热管组,实现对石墨化炉的快速冷却。然而,由于热管会深埋入石墨化炉内部,碳碳复合材料带的应用不可避免地会对石墨化炉的内部结构造成物理性破坏,从而影响炉体的热稳定性。另外,该技术方案在实际应用中还需应对一个关键问题,石墨化炉内部极端且多变的温度环境,尤其是当温度梯度急剧增大时,容易引发热应力集中现象,长此以往,将会影响炉体的整体使用寿命,特别是在温度急剧升高后,超过了热管的工作极限,往往会使高温热管的如钠、钾等工质沸腾,降低热管的传热性能。
实现思路