碳质材料的碳原子为不规则排列，只有通过2200～2600℃的高温热处理，使碳原子发生再结晶，重新有序排列，才能呈现石墨的晶体结构，从而具有石墨的许多优良性能，如导电性和导热性显著提高，化学和热稳定性更好，杂质减少，硬度降低，更易于机械加工等等。石墨化炉的功能就是使碳质材料转化为人造石墨材料，例如为钢铁冶炼、铝冶炼、负极材料、其它有色金属行业、核工业等提供优质碳元素的石墨材料。
目前，使用得最为广泛的石墨化炉是艾奇逊炉。艾奇逊炉为敞开式长方形炉体结构，生产过程为将炭化物纵向或横向并列，并在炭化物的周围填充冶金焦和石英沙，在炉体的长度方向通电，利用焦炭的电阻发热，最终使被加热物本身也产生电阻发热；在焦炭的外围再用焦粉、炭黑、硅砂/焦炭/碳化硅混合物等衬料进行热屏蔽以隔热。
现有的艾奇逊炉的缺陷主要有：
1、艾奇逊炉为卧式、敞开式结构，热能损耗严重，所耗电能按变量单耗为20～40GJ/T，并且产品纯度不高；
2、炉体冷却时间长，石墨化过程在通电加热时需2～7天，但要使大量的填料焦炭冷却，需要2周左右的较长时间，进行喷水强制冷却对环境污染影响大，效率低；
3、产品受热不均，中心温度达到2600度，而外围温度仅在1000度左右，导致产品石墨化程度不均，质量不稳定；
4、高温过程中排放的二氧化硫气体无法收集治理，造成环境污染。
综上，现有的艾奇逊炉不能达到节能减排，操作安全，产品质量稳定的要求。

本发明旨在提供一种竖式高温连续石墨化炉，能够解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种竖式高温连续石墨化炉，其特征在于，包括封闭的炉体、位于炉体下方的冷却区、位于冷却区下方的出料口、与出料口连接的出料装置以及与所述冷却区连接的冷却系统；炉体设计为竖式圆柱型结构；炉体的上端具有进料口；炉体上设有电极对；电极对包含上部电极和下部电极，上部电极位于炉体顶部，下部电极位于炉体底部，上部电极和下部电极之间设计为下部横截面积大于上部横截面积的伞形电场或锥台形电场。
进一步地，电极对为石墨电极材料，上部电极为垂直放置的柱状电极，下部电极为水平放置的环形中空电极。
进一步地，电极对分布在炉体的中轴线上。
进一步地，冷却系统为循环水冷却系统。
进一步地，还包括将原材料运送到进料口的上料装置，上料装置设置在炉体外。
进一步地，上料装置采用液压动力驱动，或者采用机械动力驱动。
进一步地，竖式高温连续石墨化炉还包括：连接在所述炉体与所述冷却区之间的高温缓冲区。
进一步地，竖式高温连续石墨化炉还包括与炉体相连的烟道，以及连接在烟道与炉体之间的脱硫装置。
进一步地，烟道通过脱硫装置采用双碱水幕进行烟气的脱硫脱尘，脱硫装置采用碳酸钠和氢氧化钙进行清洁水的再生。
进一步地，炉体烟道采用环形四孔形状，出料装置采用自动控制系统。
进一步地，上部电极和下部电极之间采用大功率直流送电方式，形成伞形电场或锥台形电场。
进一步地，进料口与炉体形成倒伞形或倒锥台形的原料下落区。
竖式高温连续石墨化炉的上部电极与下部电极之间形成伞形高温区域，与原材料下落形成的自然形状以及区域分布相符合，与物体自然流动规律相一致，使原材料必须经过高温石墨化区域出料，确保了每个区域的原材料在下落过程中都能得到加热，因而原材料受热均匀，保证了产品品质。此外，封闭炉体内，伞形高温区域上部自然形成高温预热区，使得原材料有效预热，热能利用高，节能效果突出；并且炉体的封闭结构使得石墨化过程中，没有杂质混入原材料，产品纯度高。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明的示意性实施例的石墨化炉的炉体结构示意图；
图2是根据本发明的示意性实施例的石墨化炉的整体结构示意图；
标号说明：炉体1，冷却区3，进料口4，出料口5，上部电极6，下部电极7，伞形电场或锥台形电场8，高温缓冲区9，上料装置13，脱尘装置14，脱硫装置15，烟道16，烟道口161，布料装置20，原料30，出料装置41，导料管45，预热区51，原料下落区60。

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
参见图1和图2，本发明具体实施方式如下：
根据本发明的示意性实施例一种竖式高温连续石墨化炉，包括封闭的炉体1、位于炉体下方的冷却区3、位于冷却区下方的出料口5、与出料口5连接的出料装置41，以及与所述冷却区3连接的冷却系统；炉体1设计为竖式圆柱型结构；炉体的上端具有进料口4；炉体上设有电极对；电极对包含上部电极6和下部电极7，上部电极6位于炉体1的顶部，例如，上部电极6的上端设置在炉体1的顶端之上以进行连接电源，上部电极6的下端设置在炉体1的顶端之下，通常位于进料口4下方，下部电极7位于炉体1底部，例如，电极对包含垂直放置的柱状上部电极6和水平放置的环形下部电极7，上部电极6和下部电极7之间设计为下部横截面积大于上部横截面积的伞形电场或锥台形电场8，以形成伞形或锥台形高温区。
竖式高温连续石墨化炉的上部电极6与下部电极7之间形成伞形或锥台形高温区域，与原材料下落形成的自然形状以及区域分布相符合，与物体自然流动规律相一致，使原材料必须经过高温石墨化区域出料，确保了每个区域的原材料在下落过程中都能得到加热，因而原材料受热均匀，保证了产品品质。此外，封闭炉体内，伞形高温区域上部自然形成高温预热区51，使得原材料有效预热，热能利用高，节能效果突出；并且炉体的封闭结构使得石墨化过程中，没有杂质混入原材料，产品纯度高。
炉体1为圆柱形结构，其相对敞口式的现有的加热炉是封闭的，或者说至少炉体1的侧面是封闭的，即除了进料口4以及其他必要的连接件之外，没有其他使杂质进入的通道，以防止除原料外的杂质进入炉体，从而保证产品的纯度。进料口4位于炉体1的顶部中央，进料口4上可以设有盖子以盖住炉体，出料口5位于石墨化炉的底部，例如位于石墨化炉的底部中央位置。进料口4的横截面面积大于上部电极6的横截面面积，使原材料均匀依附上部电极6的表面进入炉体1，有效降低上部电极导热温度。
进一步地，进料口4与炉体1形成倒伞形或倒锥台形的原料下落区60。如图1所示，进料口4上设有导料装置，例如导料板或导料管，本专利中采用导料管45，炉体1上可以设有多个进料口4，例如，三个，四个，五个，六个等，导料管45斜向设置在进料口4上，导料管45的方向与炉体1的中轴线形成锐角，以使进料口4与炉体1形成倒伞形或倒锥台形的原料下落区60。这样，便于加料。原料通过进料口4下落到倒伞形或倒锥台形的原料下落区60，倒伞形或倒锥台形的原料下落区60与伞形或锥台形的高温区8的形状相对应。从上至下，原料下落的截面逐渐增大，例如，原料下落的截面开始为伞的尖部，随后原料下落的截面为伞的中部截面，而高温区8的截面逐渐也逐渐增大，开始为伞的尖部，随后为伞的中部截面，因此，原料下落的截面与高温区8的截面吻合，最大限度的利用了电极的能量，能量浪费小，因而可以大量节约用电，降低成本，其用电量如后面的表2所示。
电极对位于炉体的中轴线上，上部电极6和下部电极7的中轴线重合，上部电极6和下部电极7设置在炉体中的具体方式可以采用现有技术，本发明的重点不在于此，所以不再赘述。上部电极6也可以采用多对电极围绕下部电极7的中轴设置的方式，这样形成的电场通常为圆锥台形，这样的加热范围更大些。上部电极的数目可根据实际情况而定，可为一对或者多对，都不影响本发明实施例的实现。
上部电极6和下部电极7之间可采用大功率直流送电方式，形成伞形电场或锥台形电场8。直流电没有交变磁场和电感损失，也没有表面效应及临近效应等电损失，电利用效率较高，节约能源。
伞形电场或锥台形电场8中产生的焦耳热可使伞形电场或锥台形电场8覆盖区域的温度达到2200度～2600度，形成一个伞形或锥台形高温区域。根据热流效应，伞形或锥台形高温区域上方会形成一个高温预热区51，例如为柱形，该柱形空间的高度例如可以为进料口4到上部电极6的下端之间的高度。高温预热区51的高度大约为炉体1高度的5％至30％，例如为炉体高度的5％，10％，12％，15％，18％，20％，22％，25％，30％，从而在原材料进入伞形或锥台形高温区8之前进行1300度～2200度左右的预热，让碳素材料提前开始挥发杂质元素，并在相邻的六角环形片状体之间建立新的原子键，延长碳素材料在下落过程中被石墨化的时间，有效的利用了热能，并提高了产品石墨化程度。
上窄下宽的伞形电场或锥台形电场高温区8可在垂直放置的柱状上部电极6和水平放置的环形中空下部电极7之间形成，使得原材料能充分进入电场高温区段，产品石墨化程度高，产品质量稳定。因此，上部电极6和下部电极7之间只要能形成伞形电场或锥台形电场高温区8就可，上部电极6和下部电极7的形状、材质都不影响本发明实施例的实现。优选地，上部电极6为高功率石墨电极，下部电极7为高功率细结构石墨环。
下部电极7的负极连接线可从炉体1的侧面引进，不影响本发明实施例的实现。
炉体1内衬采用性能好的耐火材料，有效保护炉体1，并阻止炉体1内部的电场受到外部干扰，保证电场高温区相对集中、稳定。
该耐火材料的具体性能参数可参见下表1。
表1炉衬材料的性能
  体积密度  (g/cm3)   耐温度  (℃)  电阻率 (μΩm)   抗压强度  (MPa)   热导率  (W/mK)   1.30   2800   300   57   10
本发明竖式石墨化炉的热损失小，热能利用率高，则节能效果突出，与现有各种石墨化炉的耗电量对比可参见下表2。
表2本发明石墨化炉与现有石墨化炉的耗电量对比
  名称   艾奇逊石墨化炉   串接石墨化炉   本发明石墨化炉   耗电量   3800-4500  KWH/吨   3000-4000  KWH/吨   1460KWH/吨
由表2得知，使用本发明石墨化炉时，每吨产品仅耗电1460KWH，耗电量远低于现有各种石墨化炉。
本发明可采用无污染的循环水冷系统。该循环水冷系统可以包括设置在炉体内的冷却区3，设置在炉体外的循环水池、冷却水塔、设置在冷却区3内的冷却水管、以及各种连接管等部件(图中未示出)，冷却水管与循环水池，冷却水塔连接。冷却区3位于炉体下方，例如，冷却区3位于下部电极7和出料口5之间。冷却区3的形状可以为柱形，这样便于制作，冷却区3的直径可以小于炉体1的直径，其中，冷却区3的直径可以为炉体1的直径的40％至70％，例如为40％、50％、60％或70％。
进一步地，竖式高温连续石墨化炉还包括高温缓冲区9，设置在炉体1与冷却区3之间，是连接炉体1和冷却区3的一个过渡区，高温缓冲区9为下部电极与所述冷却系统之间的空间，通常为柱形空间，这个空间要起到对高温产品初步的冷却作用，这种冷却不需冷却系统，而是依靠炉体的上下温差来实现。高温缓冲区9利用物体自然流动规律，高温产品自然下落到高温缓冲区9，高温缓冲区9的柱形空间的高度要根据实际需要来确定，例如，柱形空间的高度为炉体高度的20％至80％，优选地为50％至80％，例如为70％，80％。这样，冷却水不与下部电极7直接触，保护了下部电极7，而且降低了高温产品的温度，减少了后序的冷却过程的用水量，有效节约水资源，明显减少环境污染。
高温缓冲区9也可以做成柱形，其直径可以为炉体1的直径的50％至90％，例如为50％、50％、60％或70％、80％或90％。如图1和图2所示，炉体1、高温缓冲区9和冷却区3依次连接，而且直径依次减小，这样，便于冷却。
参见图2，本发明竖式石墨化炉可包括将原材料运送到进料口4的上料装置13，上料装置13可以设置在炉体1外部，例如设置在炉体1的上方，上料装置13采用液压动力驱动，或者采用机械动力驱动都不影响本发明实施例的实现。
出料装置41设置在石墨化炉的底部，例如设置在出料口5的下方，并与出料口5连接，其可以采用自动控制系统自动出料，例如采用液压动力驱动，或者采用机械动力驱动，以实现自动出料。
本发明所说的原材料可以是煅后石油焦、电煅煤、工艺冶金焦、碳素材料以及其它可石墨化的材料，都不影响本发明实施例的实现。
参见图2，进一步地，竖式高温连续石墨化炉还包括与炉体相连的烟道16，以及连接在烟道与炉体之间的脱硫装置。脱硫装置可以包括脱硫水塔。进一步地，烟道通过脱硫装置采用双碱水幕进行烟气的脱硫脱尘，脱硫装置15采用碳酸钠和氢氧化钙进行清洁水的再生。脱硫装置可以采用适合用上述方式进行处理的设备，例如采用麻石除硫设备。
生产过程中形成的气体经脱尘装置14，例如为布袋除尘装置，排出炉外，生产过程中产生的废气由与烟道16连接的脱硫装置15进行脱硫处理，由烟道口161排出炉外，炉体烟道采用环形四孔形状，即烟道截面主要呈环形，烟道侧壁上设有四个排气孔，这样，增加了排气空间，有利于炉体内部的高温废气完全导出。本发明竖式高温连续石墨化炉可完成碳素材料从上料、入料、预热、石墨化、冷却、出料、废气处理的全过程，安全适用、技术成熟、产品质量稳定并且节能减排。
脱硫装置15的工作原理是：含烟尘及硫氧化物的烟气通过烟道进入脱硫装置15，含有[OH-]离子的碱性吸收液从脱硫装置15的螺旋喷嘴喷出，形成与烟气逆向的多排高速雾化水幕，增加了烟尘硫氧化物与水的碰撞概率，并充分利用雾化液滴的速度来造成很高的气液相对速度，以保证脱硫装置15的除尘和脱硫效果。脱硫废水由底部溢流孔排出进入沉淀池，沉淀中和再生，使用双碱法循环使用。净化后的气体，通过烟道上部排出，从而达到除尘脱硫，防治废气的目的。
使用钠钙双碱法中和脱硫废水是利用钠盐易溶于水，在脱硫装置15内部采用钠碱吸收SO2，吸收后的脱硫液在再生池内利用廉价的石灰进行再生，从而使得钠离子循环吸收利用。其基本化学原理可分脱硫过程和再生过程：
I脱硫过程：
Na2CO3+SO2←→Na2SO3+CO2↑                (1)
2NaOH+SO2←→Na2SO3+H2O                   (2)
Na2SO3+SO2+H2O←→2NaHSO3                 (3)
以上三式视吸收液酸碱度不同而异：(1)式为吸收启动反应式；碱性较高时(pH＞9)，(2)式为主要反应；碱性降低到中性甚至酸性时(5＜PH＜9)，则按(3)式发生反应。
II再生过程：
2NaHSO3+Ca(OH)2←→Na2SO3+CaSO3↓+2H2O    (4)
Na2SO3+Ca(OH)2←→2NaOH+CaSO3↓           (5)
在经过脱硫后的吸收液中加入Ca(OH)2浆液(Ca(OH)2达到过饱和状况)，中性(两性)的NaHSO3很快跟定量送入的石灰浆液反应，使循环液的pH值升高，HSO3-被中和生成SO32-，随后生成的部分SO32-又继续跟石灰浆液中Ca2+反应，反应生成的半水亚硫酸钙慢慢沉淀下来，从系统中排出，从而使吸收液中各离子浓度保持平衡，吸收液恢复对SO2的吸收能力，循环使用。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、竖式高温连续石墨化炉的上部电极采用垂直放置的柱状电极，下部电极采用水平放置的环形中空电极，在电极对之间形成伞形高温区域，利用物体自然流动规律，使原材料必须经过高温石墨化区域出料，确保了产品品质。
2、封闭炉体内，伞形高温区域上部自然形成高温预热区，使得原材料有效预热，热能利用高，节能效果突出，每吨产品仅耗电1460KW；
3、炉体的封闭结构使得石墨化过程中，没有杂质混入原材料，产品纯度高；炉体内衬材料采用碳质复合材料，有效提高炉体使用周期。
4、采用高温缓冲区段，使产品温度逐步降低，利用循环水冷却装置进一步进行产品冷却，成本低，消耗小，并避免产生多余废气，对环境无污染；
5、炉体与烟道相连，集中引导高温废气，安装环保脱硫系统，采用循环双碱水对高温废气脱硫除尘，实现可持续化绿色生产。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。