CN1024270C - 碳精体石墨化的方法及装置 - Google Patents

Abstract

要石墨化的碳精体夹持成为一水平链，在该链中，碳精体的相邻端面相互接合在一起，并在石墨化区内通过电流进行加热，接着在冷却区中冷却。在石墨化炉的进口处将单独的碳精体加入链中，而已石墨化的单个碳精体在炉的出口处从链上取下。为了确保链能够理想的自撑住，相邻的碳精体通过轴向销在相邻的端面互相连接在一起。

Description

本发明涉及一种碳精体石墨化的方法，所述碳精体和相邻碳精体的端面互相接合并夹在一起构成一水平链，该链穿过一石墨化炉，在该炉中，水平链在含有保护气氛的石墨化区内由电流加热，并在随后的冷却区内冷却。随着链穿过石墨化炉，链连续从炉的进口处供入。使单个碳精体加入到链上并在炉的出口处连续截短，并从链上再提取一个单独的碳精体。本发明还涉及一种实现该方法的装置。

预热的碳精体在石墨化前，先装配成一链，该链中碳体的相邻端面相互接合在一起，所述的链靠通过自身的一部分长度的电流加热到石墨化所需的温度。为了确保石墨化过能连续进行，链以逐步输送的形式传送过石墨化炉，且其后每一输送步骤都将要石墨化的一个碳精体在炉的进口加入到链中，而一个已石墨化的碳精体同时在炉的出口取下。尽管该石墨化炉特别适用于相邻端面互相连接在一起的碳精体的连续石墨化，但是，由于这种石墨化炉有一个水平炉线，因此需要将水平移动的链很好地撑柱。为此，公知的是给石墨化炉充入松散的碳素材料，如焦炭或木炭。这将为碳精体链提供必要的支撑并将避免石墨化炉中存在有氧化现象。但是，使用这些松散的碳素材料的缺是：会有使之与要石墨化的碳精体一起在石墨化区加热，从而需要更多能量。除此之外，松散碳素材料的升温将增强其导电性使得与链并行的电流发生漏电。

为了克服上述缺陷，有方案打算不将松散碳材料充入石墨化炉中，而是给石墨化炉供入保护气体并且轴向夹持该链使之足以能自撑（奥地利专利申请389，506号和相应美国专利4，956，849 号）。虽然该措施避免了使用松散碳素材料的缺点，然而此情况下需要在链上施加相当大的夹持力才能使链自撑，而且所需夹持力的量值由链的长度来确定，而且甚至在新的碳精体加入链及一个已石墨化的碳精体从链上取下时也要维持该力，从而使结构费用增加。

本发明的目的是提供一种如前述类型的碳精体的石墨化方法，该方法利用了在保护气氛下石墨化的优点而又避免了先有技术中的费用问题。

本发明的目的是这样完成的，将一系列碳精体装配形成一个链，在该链中碳精体在其相邻端面间由轴向销或螺栓互相联接起来，以使该链至少在石墨化炉的一部分能够自撑。

由于在碳精体相邻端面处互相联接相邻碳精体的轴向销或螺栓会有效地防止相邻碳精体的径向发生相互偏移，因此通过这一措施有助于理想地保持链的自撑，又由于链中的碳精体均在其相邻端面处互相联接，就有必要将很小的轴向夹持力施加在链上以保证其自撑，但当碳精体要加入或移出链时则需要将该压力部分或全部地从链上解除。这种情况特别适用于如果链的自撑长度部分仅仅由几个碳精体构成的情况，如果在炉中为链设置中间支座的话，情况更是如此。这些中间支座可以由诸如炉电极构成。这些链的支座也可以由充入部分石墨化炉的松散的碳素材料构成，以便只需很小的轴向夹持力就能保持在松散碳素材料的外部自撑，特别是在碳精体相邻端面互相联接时，情况更是如此。由于在石墨化炉的冷却区提供有松散的碳素材料，因此，将会避免在石墨化区出现这种松散材料的缺点，同时也避免了残留在该石墨化区的这种松散材料与要石墨化的碳精体一起加热以至于与链同一方向流动的电流发生漏电现象。这是由于在炉的石墨化区提供了保护气氛的缘故。

由于碳精体外层的电流传导足以达到所需的电流值，因此使用任何连接销或螺栓都不影响电流在链上的流动。但是销钉或螺栓不应影响链材料的完整性。所以建议用由带碳纤维加强的碳构成的轴向销或螺栓连接链的相邻的碳精体，这种碳纤维保证所述的碳具有所需的强度特性。由于碳精体轴向连接的装置通常设置为邻接在炭精体上形成石墨电极及容纳相应的电极夹所构成的槽处，所以用来容纳作为轴向连接装置的销或螺栓所设置的孔在石墨电极处不会产生材料的损耗。

如果链的较大长度上保持自撑的话，并在含有保护气氛的石墨化炉中的一个连续区域需要这种情况时，那么在碳精体相邻端面处所设置的互相连接碳精体的装置可以通过在链的通常自撑的部位支撑的附加支撑装置来补充，以便在链从轴向夹持力下解除时避免其过渡弯曲。需要保证碳精体能够在轴向力再次加到已弯的链上时重新被压直。如果碳精体被压得对于相应的直链只有很小的偏移时就达到了所期望的结果。因为碳精体能在其相邻端面处互相连接因此链不会分离。不需要提供过高或过低的支撑装置支撑炉内链通常自撑的部分。要保证链的自撑部分的碳精体能够由至少一个支座支撑，该支座设置在链通常的自撑部分的下面，并且链和所述的自撑部分形成了足以允许链的自撑部分通过支座进行无摩擦运动所需要的间隙。在这种情况下减少作用在链上的轴向压力，碳精体将微向下弯曲直到抵住支座。上述间隙只需要保证自撑链无摩擦运动。应当明白，自然支撑和用若干支座支撑将取决于被支撑的碳精体的数量及大小，也取决于支撑的链沿轨道运动的轨道长度，该轨道将主要在电极接头之间延伸以保证有适当的电流流动。电极也可用来支撑链。

该方法可以通过带有石墨化区的石墨化炉装置实现，该石墨化区设置有至少两个支撑碳精体链的电极。在链穿过该炉运动方向上，该石墨化区继续接入有冷却区。该炉还设置有用于传送所述链的传送装置，该传送装置包括分别置有石墨化炉前后两端的两个夹头，该夹头用来夹持其间的链且可沿炉的轴线做调整。关于含有保护气氛的炉的这种结构已经是已知的，在该炉中链穿过保护气氛时是自撑的。由于链的碳精体通过轴向销或螺栓在其相邻端面互相连接，因此，在碳精体间建立了可靠的连接，即是夹持力较小也能使碳精体的径向偏移得到消除。

除了在碳精体相邻端面设置连接装置外，还可以在其弯曲时提供支撑链的装置。特别是在石墨化区该支撑装置与未弯的链之间形成一个间隙，这样，当通过夹头使该链卸截时，碳精体链的任何弯曲将限制在这样的一个范围内;当重新施加夹持力时，使碳精体重新压回到其相应为一个直链的位置上。

图1是本发明的纵向剖示图，表示出一石墨化炉。

图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的放大剖示图;

图3是沿图1中Ⅲ-Ⅲ线的放大剖示图;

图4是显示一个链中两相邻碳精体的侧视图，该链在碳精体间的接合面处分开关在碳精体相邻端面之间用一销钉连接;

图5是显示碳精体链靠近支撑处的横截面示图。

参见附图，将对本发明的方法作进一步详述。

参见图1，要石墨化的一系列碳精体2轴向相互夹持构成一个水平链1，并穿过石墨化炉。其中有一预热区3位于电极4和电极5之间;一个石墨化区6位于电极5和7之间;还有一个冷却区8沿预定的轴向轨道接续在碳精体链1通过的方向上。石墨化炉在预热区3和石墨化区6中含有保护气氛，而在冷却区8中装有松散的碳素材料9（如焦炭或者木炭）构成的基体用以支撑链1。

链1的碳精体2逐步地穿过石墨化炉，并且为此目的先将链1通过两个夹头，并在两个夹头之间沿轴向夹持在一起，并将夹头分别置于炉外与进口11和出口12接近的地方。为了更为清楚起见，图中仅示出了邻近进口11的夹头10。在沿链走向的任何两步骤之间，在炉的入口11处加入碳精体2，并将碳精体从炉的出口12处的链上取下。所希望的是设计成没有维持的轴向压力，否则的话，当链在其支撑炉电极之间运动时，还需要一个轴向压力确保链能够自撑。这依靠链的相邻的碳精体2通过销13在其相邻端面处连接而实现。如图4所示。每当一个新的碳精体2在炉的进口11处加到链上时，碳精体2相邻端面间的连接都确定为销构成的接点。所述的销可以用螺栓替代。它最好由碳制成并由碳纤维加强，且插入碳精体2的端面上形成的盲孔14中。由于已石墨化在碳精体2通常用作石墨电极，其端面上开有槽15用以容纳电极夹，因而安装的这种销13或螺栓通常不产生材料的损失。因为这些销或螺栓均安置在碳精体构成石墨电极的槽15的位置上，如图4所示。在销13外的碳精体之间的导电接触将提供足够的电流。特别是如果置在碳精体2的相邻端面之间的环形接触片16的材料比碳精体2的材料具有更高的导电性的话，将提供更大的电流。

设置在邻接炉的进口11处的炉子电极4可由电极板构成，由夹头10压靠在链1的尾端面上。电极阵5和7必须设置成允许链1相对于该电极阵能够运动的形式。由于这一原因，一个含松散碳素材料的基体17设置在邻接电极阵5和7处，并且邻接电极阵7的基体的松散材料可由设置在冷却区的基体9的松散材料构成。基体17的松散材料仅容置在链1的部分长度上，这样既确保了电极18与链1之间所需的接触，又不防碍链1相对于固定电极18的运动。在链上的运动方向上通过一隔板19限制住基体17，且任何由链1带过隔板19的松散材料都将收集在承接室20中以使接下来的含有保护气氛的石墨化区6不带有松散材料。冷却区8中的基体9的松散材料和邻近电极阵5的基体17的松散材料均通过输入管21和22连续进行添加，以使进入的松散材料的损失得到弥补。

通过石墨化炉输送的链1在电极4和5间的预热区3预热，随之将其加热到电极阵5和石墨化区6的电极阵7之间所需要的石墨化温度。为了减少热损失，炉外壳23设置了一个合适的热绝缘层24，并使该绝缘层邻连在所述的石墨化区域。换句话说，需要从冷却区8通过炉外壳23散失热，为此，在炉子邻接冷却区8处，采用松散材料构成的基体9散热，并在炉外壳23上配有装置25来冷却外壳23。冷却装置25包括冷却管26，冷却液通过冷却管26进行冷却，图3清楚地描述了这种结构。

当需要把要石墨化的碳精体2加在链1的尾端并在链1前端将已石墨化的碳精体2从链1上取下时，将夹头10从该链1上脱开，然后，链1则由在冷却区8中的松散材料构成的基体9、邻接电极阵5的松散材料构成的基体17支撑以及在链1从轴向压力下解除之前，并在石墨化炉外的支座15还与链1连接时，由支座15支撑。由于碳精体2在相邻端面处由销13或螺栓互相连接在一起。因此，链的支撑在很多情况下足以使链1的弯曲保持在允许的范围，并足以保证了在重新施加轴向压力的情况下，碳精体2能够重新作为一直链通过石墨化炉。

此外，如果链自撑部分很长致使弯曲不能保持在允许的限度，这样当由于碳精体的加入或从链中取下使链不受外部夹持力的作用时，就需要用附加 装置28来支撑链的通常的自撑部分。这种附加支撑装置28应该保证链的正常的自撑部分的弯曲限制在允许的范围，而且撑链1的运动在该区域并不产生有害的影响。因此，可以利用在靠近链导电的部位使用保护气氛所得到的优点以及在冷却区用松散的材料构成的基体9所得到的优点，而避免了在冷却区提供保护气氛的缺点和在石墨化区提供松散材料的基体的缺点。在图1和5所示的实施例中，所述支撑装置28由两个杆29构成，该杆在链1轨道的相对两侧延伸并与之平行，且在链1是直的情况下和链1间留有间隙，如虚象所示的那样。当轴向压力减小时，链1的碳精体2将会受杆29支撑并横向对中，这样，就防止了链1的过大弯曲，且链1的重新轴向夹持使得碳精体2又压回到使链再次变直而且无摩擦地穿过杆29的位置处，杆29可以是管状或实芯的，且显然必须能承受其所遇到的温度，因此该杆最好由碳制成、并可由任何的碳纤维加强。也可由V形槽构成的支座28来代替杆29容纳碳精体2，如图5中的虚线所示。由于碳精体在其相邻端面上互相连接，因此，即使碳精体不完全互相同轴连接，碳精体2也不需要通过支座28横向对中，因而该支座28也可以是平的。

很清楚，本发明并不限于上述列举的实施例。例如保护气氛也可以设置在冷却区8以使链在更大的长度上保持自撑。由于碳精体2由销互相连接，因此，将不会大大增加结构费用，特别是在链1突然松开时将由支座28支撑，而该支座28在链1是直的情况下，限定出其和链1的间隙，这样，也不会明显增加结构费用。

Claims (10)

1、一种碳精体石墨化的方法，所述碳精体和相邻碳精体的端面互相接合并夹在一起构成一水平链，该链在含有保护气氛的石墨化区内由电流加热，并随后在冷却区内冷却，随着所述的链穿过石墨化区和冷却区，链连续从石墨化区的前部供入，使单个碳精体加入到链上，并在冷却区之后连续截短并从链上再提取一个单个碳精体，其特征在于：

在装配碳精体时，碳精体通过轴向的销或螺栓在相邻端面处相互连接，以使得链在石墨化区中至少能保持自撑，

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述链的碳精体邻接端面之间设有一垫片，该垫片材料的导电性比所述碳精体材料的导电性高。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述链上施加轴向压力使其自撑，并在所述新的碳精体加入该链之前及碳精体从该链的前端取出之前将所述链从所述的轴向压力下释放。

4、如权利要求3所述的方法，其特征是，当链从所述轴向压力下解除时，该链由所述石墨化区中的支撑装置支撑，而当所述链在所述石墨化区中运动时，该链通过与所述支撑装置邻接的轴向压力保持自撑。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述链在所述石墨化区运动过程中在所述电极接头点之间保持自撑时，在所述支撑装置与该链之间形成一间隙。

6、如权利要求4所述的方法，其特征在于当所述链从所述轴向压力下释放时，该链依靠所述电极接头点之间的支撑装置支撑。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述链由所述炉电极支撑。

8、一种能实现对应任何上述权利要求的方法的装置，包括一个具有一个石墨化区的石墨化炉，该石墨化区具有一个保护气氛，并至少具有两个电极接头以支撑链，该链由碳精体组成，继所述的石墨化区之后沿链的运动方向是一个冷却区;一个链的传送装置，该传送装置包括两个夹头，它们在石墨化炉之前和之后分别布置并在它们之间轴向地夹住链，并可以沿炉轴线方向加以调节;其特征在于：链的碳精体通过轴向的销或螺栓在相邻端面处相互连接，同时在邻接端面间插入一导电垫片。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于所述的销或螺栓由碳纤维加强的碳构成。

10、如权利要求8所述的装置，其特征是在该装置中所述夹头是可操作的，并能够使所述的链从所述轴向压力下释放，其中：

所述的炉包括，当所述的链从所述的轴向压力下释放时用来在所述石墨化区支撑所述的链的支撑装置;

当所述的链在所述的电极接头点之间保持自撑时，所述的支撑装置和所述的链之间形成一间隙。

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