JP2002167208A - 連続式黒鉛化炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 品質の均一化や向上を図ることができる黒鉛
化炉を提供すること。 【解決手段】 炉本体１０の上部から投入された原料粉
末Ｐを、炉本体１０に設けられた電極１２、１３間の通
電により加熱して黒鉛化し、この黒鉛粉末Ｑを炉本体１
０の下部から回収する連続式黒鉛化炉であって、黒鉛粉
末Ｑを取り入れる主取り入れ口２１を通電により加熱さ
れる領域の中心部下方に配置するとともに、主取り入れ
口２１から炉本体１０の外側に接続する主連通路２２を
備える主回収系２０と、黒鉛粉末Ｑを取り入れる副取り
入れ口３１を主取り入れ口２１の周囲に配置するととも
に、副取り入れ口３１から炉本体１０の外側に接続する
副連通路３２を備える副回収系３０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、黒鉛粉末を製造す
るための連続式黒鉛化炉に関し、特に炉本体内部で原料
粉末を加熱する領域内の温度差による黒鉛粉末の品質低
下を防止できるようにしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、黒鉛粉末を工業的に製造するに
は、カーボン粉末等の原料粉末を例えば不活性雰囲気下
において約３０００℃〜３５００℃に加熱処理し、原料
粉末を黒鉛化することにより行う。この加熱処理に用い
られる装置としては、従来、特願平１０−１１２５１８
号公報などに記載のような連続式黒鉛化炉が用いられて
いる。連続式黒鉛化炉は、炉本体に設けた電極に通電
し、炉本体の上部から原料粉末を投入するとともに原料
粉末が降下する間にこの電極によって通電加熱して黒鉛
化させ、黒鉛粉末を炉本体の下部から連続して取り出す
といった連続式の製造プロセスを行うものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような連続式の黒
鉛化炉によると、通電加熱される原料粉末（黒鉛粉末）
は、電極と電極の中心が最も高温となり、中心から遠ざ
かるにしたがって低温となるので、中心から離れた位置
にある原料粉末は所定の温度に達していない場合があ
る。そこで、中心に近い位置から黒鉛粉末を取り入れる
ために、加熱領域の下方中央部に取り入れ口を設けて、
この取り入れ口から炉本体外部を接続する連通路を介し
て黒鉛粉末を回収している。しかしながら、回収される
黒鉛粉末には、高温に加熱されたものだけでなく所定の
温度に加熱されなかったものも混入することは避けられ
ず、所定の品質が得られない、あるいは均一な品質が得
られないという問題があった。

【０００４】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、品質の均一化や向上を図ることができる黒鉛
化炉を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１にかかる発明は、炉本体の上部から投入さ
れた原料粉末を、炉本体に設けられた電極間の通電によ
り加熱して黒鉛化し、この黒鉛粉末を炉本体の下部から
回収する連続式黒鉛化炉であって、黒鉛粉末を取り入れ
る主取り入れ口を通電により加熱される領域の中心部下
方に配置するとともに、主取り入れ口から炉本体の外側
に接続する主連通路を備える主回収系と、黒鉛粉末を取
り入れる副取り入れ口を主取り入れ口の周囲に配置する
とともに、副取り入れ口から炉本体の外側に接続する副
連通路を備える副回収系とを備えたことを特徴とする。
この発明にかかる連続式黒鉛化炉は、主回収系と副回収
系を備えたことにより、加熱領域の中心付近から高品質
の黒鉛粉末を得、加熱領域の周辺部からの低品質の黒鉛
粉末を別途得ることができるので、品質の均一化や向上
を図ることができる。

【０００６】請求項２にかかる発明は、請求項１の黒鉛
化炉において、さらに主回収系および副回収系からそれ
ぞれ任意量の黒鉛粉末を回収させる切り出し装置を備え
たことを特徴とする。この連続式黒鉛化炉では、主回収
系および副回収系からの回収量を適宜調節することによ
り、炉本体内における黒鉛粉末の流動方向を調節できる
ので、各回収系から回収される加熱温度の異なる黒鉛粉
末の混入比を調節することができ、品質の調整が可能と
なる。

【０００７】請求項３にかかる発明は、請求項１または
２記載の連続式黒鉛化炉において、副取り入れ口が、主
取り入れ口を囲む同心円上に複数備えられることを特徴
とする。この連続式黒鉛化炉では、加熱領域が中心部か
ら周辺部に遠ざかるにしたがって温度が低下することに
着目し、主取り入れ口から得られるものに対し、異なる
品質の黒鉛粉末が混入されにくくすることができるの
で、主取り入れ口から得られる製品の品質向上と均一化
が容易になる。

【０００８】請求項４にかかる発明は、請求項１、２ま
たは３記載の連続式黒鉛化炉において、副取り入れ口は
隣り合う電極の間に位置するように設けられたことを特
徴とする。この連続式黒鉛化炉では、対となる電極を結
ぶ直線状に温度が上がりやすく、対となる電極を結ぶ直
線から外れた部分、すなわち隣り合う電極の間は同心円
上においても、より低温となるので、この部分に副取り
入れ口を設けて黒鉛粉末を回収することにより、主取り
入れ口から得られる黒鉛粉末の品質をより向上させるこ
とができる。

【０００９】請求項５にかかる発明は、請求項１から４
のいずれか１項記載の連続式黒鉛化炉において、副回収
系から回収された黒鉛粉末を炉本体の上部から投入する
循環装置を備えたことを特徴とする。この連続式黒鉛化
炉では、所定の処理温度まで上昇していないことが想定
される副回収系から回収された黒鉛粉末を再度炉に投入
して加熱処理を行うことにより、高品質の黒鉛粉末を得
ることができる。

【００１０】請求項６にかかる発明は、請求項１から５
のいずれか１項記載の連続式黒鉛化炉において、副取り
入れ口は主取り入れ口よりも下方に配置されることを特
徴とする。この連続式黒鉛化炉では、主取り入れ口に対
し副取り入れ口を下方に配置することによって、加熱領
域の中心付近から主取り入れ口に向かう黒鉛粉末の流れ
を、副取り入れ口から取り入れる流れによって妨げない
ので、主取り入れ口から得られる黒鉛粉末の品質をより
向上させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図を参照して説明する。図１は、本発明にかかる連続式
黒鉛化炉を示す断面図である。この連続式黒鉛化炉は竪
型構造であって、炉本体１０には上部の投入口１１を介
して図示しない原料粉末Ｐの供給手段が接続されるとと
もに、下部には主回収系２０を介する搬送手段（図示せ
ず）と、副回収系３０を介する循環装置５０が接続され
る。炉本体１０の対向する側壁にはそれぞれ電極１２、
１３が取り付けられ、この電極１２、１３より上方を投
入ゾーンａとし、電極１２、１３間の黒鉛化領域Ｆを含
む部分を加熱ゾーンｂとし、電極１２、１３より下方を
冷却兼回収ゾーンｃとしている。

【００１２】炉本体１０は、図１に示すように、下部に
いくにしたがい絞るような形状に形成されており、これ
により冷却効率を高めているが、このように下部を絞る
か否かは任意である。また、炉本体１０は、図２に示す
ように水平断面が略円形で、投入ゾーンａ、加熱ゾーン
ｂ、冷却兼回収ゾーンｃのいずれかに対応して水冷（液
冷）または空冷（ガス冷）等の冷却手段を設けてもよ
い。

【００１３】原料粉末Ｐの供給手段としては、原料粉末
Ｐを所定流量で連続的に投入するスクリューコンベアや
ベルトコンベア、ターンテーブル等が用いられ、これら
の駆動速度によって原料粉末Ｐの単位時間あたりの投入
量が設定される。また、投入される原料粉末Ｐとして
は、粉状体および粒状体を含むものであって、高温度で
加熱すれば黒鉛化でき、加熱温度域で導電性を有するよ
うな、例えば炭素材、炭素の前駆体等が用いられる。

【００１４】搬送手段としては、主回収系２０から送ら
れる黒鉛粉末Ｑを連続的に回収するターンテーブルやス
クリューコンベア、ベルトコンベアが用いられる。な
お、液冷またはガス冷の冷却手段を設けるか否かは任意
である。また、循環装置５０としては、副回収系３０か
ら送られる黒鉛粉末Ｑを連続的に回収し、炉本体１０の
投入口１１に再投入するスクリューコンベアやベルトコ
ンベアが用いられる。

【００１５】電極１２、１３および電極１２ａ、１３ａ
は、図１および図２に示すように、加熱ゾーンｂの黒鉛
化領域Ｆに対応して、炉本体１０の中心を挟んで対称
に、炉本体１０の側壁の同一水平レベルにそれぞれ対向
配置され、制御装置（スイッチング機構）４１を介して
直流または交流の電源４０に接続される。電極１２、１
３および電極１２ａ、１３ａは、この電源４０から制御
装置４１により所定の時間間隔でいずれか１組の電極に
順次通電（例えば５０Ｖ、１０００Ａ）される。通電さ
れた原料粉末Ｐ（黒鉛粉末Ｑ）は、固有抵抗に応じたジ
ュール熱で自ら発熱し、約２５００℃〜３５００℃とな
る黒鉛化領域Ｆで黒鉛化する。本実施形態では２組の電
極により、黒鉛化領域Ｆが炉本体１０の中央付近に略円
形に形成されることになるが、電極は２組以上でも１組
でもよい。１組の場合はスイッチング機構４１は不要
で、黒鉛化領域Ｆは電極間を長径とする楕円形状の黒鉛
化領域Ｆが形成される。

【００１６】主回収系２０は、主取り入れ口２１を炉本
体１０内部に備え、この主取り入れ口２１から主連通路
２２によって炉本体１０の外側に接続している。

【００１７】主取り入れ口２１は黒鉛化領域Ｆにおいて
適正に黒鉛化された原料粉末Ｐ、つまり希望する温度領
域で加熱処理された黒鉛粉末Ｑを効率よく取り出すため
に、対となる電極１２、１３間と電極１２ａ、１３ａ間
の中央部すなわち最も高温となる黒鉛化領域Ｆ中央部の
直下に配置される。また、主連通路２２は切り出し装置
２３を備えていて、主取り入れ口２１から取り入れられ
た黒鉛粉末Ｑは、この切り出し装置２３によって主連通
路２２から切り出される。この切り出し装置２３の駆動
速度によって黒鉛粉末Ｑの時間あたりの回収量が設定さ
れ、これにより原料粉末Ｐ（黒鉛粉末Ｑ）の炉本体１０
内部の滞留時間が調節されている。

【００１８】主回収系２０により切り出された黒鉛粉末
Ｑは、主連通路２２に備えられた冷却手段を有する冷却
部２４を通過して冷却される。冷却部２４の冷却手段と
しては、液冷ジャケット構造や、ガス吹きつけなどが用
いられる。つまり、主回収系２０は希望する温度領域で
加熱処理された黒鉛粉末Ｑを冷却しながら回収する。な
お、図示のものでは主連通路２２は一定の太さの円筒状
に形成されているが、例えば下流に近づくほど薄くかつ
広い形状にすれば、切り出される黒鉛粉末Ｑ塊の表面積
が広くなるので冷却されやすい。

【００１９】副回収系３０は、副取り入れ口３１を炉本
体１０内部に備え、この副取り入れ口３１から副連通路
３２によって炉本体１０の外側に接続している。副回収
系３０は図１および図２に示すように、主回収系２０を
囲んで４系が備えられている。

【００２０】副取り入れ口３１は、黒鉛化領域Ｆにおい
て適正に黒鉛化されない原料粉末Ｐ、つまり処理温度が
最も高温となる黒鉛化領域Ｆ中心部を除き、またこの黒
鉛化領域Ｆ中心部に次いで高温となる電極間を除いて原
料粉末Ｐを効率よく回収するために、図２に示すよう
に、黒鉛化領域Ｆの直下に配置された主取り入れ口２１
の周囲を囲み、同心円上の、電極を結ぶ線の間に配置さ
れ開口している。また、副連通路３２はそれぞれに切り
出し装置３３を備えていて、副取り入れ口３１から取り
入れられた黒鉛粉末Ｑは、この切り出し装置３３によっ
て副連通路３２から切り出される。この切り出し装置３
３の駆動速度によって黒鉛粉末Ｑの時間あたりの回収量
が設定され、これにより原料粉末Ｐ（黒鉛粉末Ｑ）の炉
本体１０内部の滞留時間が調節されている。

【００２１】副回収系３０により切り出された黒鉛粉末
Ｑは、副連通路３２に備えられた冷却手段を有する冷却
部３４を通過して冷却される。冷却部３４の冷却手段と
しては、液冷ジャケット構造や、ガス吹きつけなどが用
いられる。つまり、副回収系３０は希望する温度領域で
加熱処理されていない黒鉛粉末Ｑを冷却しながら回収す
る。なお、図示のものでは副連通路３２は一定の太さの
円筒状に形成されているが、例えば下流に近づくほど薄
くかつ広い形状にすれば、切り出される黒鉛粉末Ｑ塊の
表面積が広くなるので冷却されやすい。

【００２２】続いて、以上のように構成された連続式黒
鉛化炉の動作について説明する。本発明にかかる連続式
黒鉛化炉では、前工程で準備される原料粉末Ｐを多量に
貯蔵することなく、連続的に黒鉛化処理する。先ず、供
給手段から所定流量で送られる原料粉末Ｐを投入口１１
から炉本体１０の投入ゾーンａに投入し、合わせて主回
収系２０の切り出し装置２３および副回収系３０の切り
出し装置３３を駆動して主回収系２０および副回収系３
０から黒鉛粉末Ｑを所定流量切り出すことにより炉本体
１０内で原料粉末Ｐを降下させる。なお、投入時の原料
粉末Ｐの温度は室温であるが、これに限定されず、供給
手段において原料粉末Ｐを加熱してもよい。

【００２３】そして、主回収系２０および副回収系３０
の切り出し装置２３および３３の駆動とともに電極１
２、１３間と電極１２ａ、１３ａ間を通電することによ
り、加熱ゾーンｂにおいて原料粉末Ｐの固有抵抗に応じ
たジュール熱により原料粉末Ｐ自体が加熱される。な
お、投入された原料粉末Ｐは投入ゾーンａにおいて加熱
ゾーンｂからの熱伝導により予熱されるため、投入段階
で非導電性であっても、予熱により導電性となるものが
使用可能である。

【００２４】また、粉粒体は一般的に熱伝導率が小さ
い。したがって、原料粉末Ｐ自体が断熱機能を果たすた
め、外部の熱は炉本体１０外側に放散する一方、内部の
熱は逃げにくくなり、その結果、黒鉛化領域Ｆが２５０
０℃〜３５００℃の温度に保持されることになる。ただ
し、黒鉛化領域Ｆの温度は、炉本体１０の寸法、炉本体
１０内での原料粉末Ｐの移動速度によって適宜設定可能
であり、さらに黒鉛化領域Ｆの範囲も同様に設定でき
る。

【００２５】上述したように、投入ゾーンａに投入され
た原料粉末Ｐは、投入ゾーンａで予熱されながら、切り
出し装置２３および切り出し装置３３による黒鉛粉末Ｑ
の切り出し量に応じて時間経過とともに降下し、加熱ゾ
ーンｂの黒鉛化領域Ｆを通過する間に加熱処理されて黒
鉛化する。黒鉛化された原料粉末Ｐ（黒鉛粉末Ｑ）は、
主取り入れ口２１から主連通路２２に取り込まれ、この
主連通路２２を通過する間に冷却されるとともに搬送手
段により他の装置等へ送られる。一方、副取り入れ口３
１から副連通路３２に取り込まれた黒鉛粉末Ｑは、この
副連通路３２を通過する間に冷却されるとともに循環装
置５０により再度投入口１１から炉本体１０に投入され
る。

【００２６】以上のように、供給手段によって原料粉末
Ｐを炉本体１０に連続的に投入しつつ、黒鉛化領域Ｆに
おいて形成された黒鉛粉末Ｑを搬送手段により連続的に
取り出すとともに、加熱処理温度の低い黒鉛粉末Ｑを再
度炉本体１０に投入して再度加熱処理することにより、
連続的な製造プロセスによる黒鉛粉末Ｑの品質の向上が
実現される。

【００２７】ところで、本実施形態では副回収系３０か
ら回収された黒鉛粉末Ｑは、希望する温度で加熱処理し
てから製品として得ることを目的に、再度炉本体１０に
投入されている。しかし、すべての製品に高温の処理温
度が必要とされるわけではないので、コスト面の要求か
ら、副回収系３０にも搬送手段を接続して比較的低温の
処理による黒鉛粉末Ｑを製品として利用することもでき
る。つまり、１つの炉から同時に別品質の黒鉛粉末Ｑを
得ることができる。また、副取り入れ口３１を本実施形
態のように１重でなく多重に設ければ、１つの炉から同
時に数種類の品質の異なる黒鉛粉末Ｑを得ることもでき
る。

【００２８】なお、上記実施形態において示した各構成
部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の
趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種
々変更可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１にかかる
連続式黒鉛化炉は、黒鉛粉末を回収するにあたり、主取
り入れ口を加熱領域の中心部下方に配置し、主取り入れ
口の周囲に副取り入れ口を配置しているので、炉の中心
部で高温に加熱された黒鉛粉末と、そうでない黒鉛粉末
とに分けて回収することができる。つまり、所定の温度
まで加熱された黒鉛粉末に、所定の温度まで加熱されな
かった黒鉛粉末を混入させずに回収できるので、製品の
品質を向上させることができる。

【００３０】請求項２にかかる連続式黒鉛化炉では、主
取り入れ口から黒鉛を回収する主回収系と、副取り入れ
口から黒鉛を回収する副回収系に、それぞれ任意量の黒
鉛粉末を切り出す切り出し装置を備えたので、それぞれ
の回収量を調節することによって炉内の黒鉛粉末（原料
粉末）の流動方向を調節し、所定の温度まで加熱された
黒鉛粉末をより集中して主回収口から取り入れさせるこ
とができ、さらなる製品の品質の向上と均一化が実現す
る。また、黒鉛粉末の流動方向を調節することによって
各回収系で回収する加熱温度の異なる黒鉛粉末の混入比
を調節できるので、品質の調整が可能となる。

【００３１】請求項３にかかる連続式黒鉛化炉では、副
取り入れ口を、主取り入れ口を囲む同心円上に複数備え
るので、副回収系は、炉の中央に略円形に形成される黒
鉛化領域から等しく離れた領域、つまり加熱温度が等し
く低い領域から一様に黒鉛粉末を回収できる。この連続
式黒鉛化炉によれば、より効率よく加熱温度の異なる黒
鉛粉末を分別できるので、製品の品質向上と均一化が実
現する。

【００３２】請求項４にかかる連続式黒鉛化炉では、副
取り入れ口を隣り合う電極の間に位置するように設けた
ことにより、対となる電極を結ぶ直線から外れた領域
の、加熱されにくい黒鉛粉末を効率よく回収できるの
で、製品の品質向上と均一化が実現する。

【００３３】請求項５にかかる連続式黒鉛化炉では、副
回収系から回収された黒鉛粉末を炉本体の上部から投入
する循環装置を備えたことにより、所定の温度にまで加
熱されなかった黒鉛粉末を再度加熱処理し、高品質の黒
鉛粉末を得ることができる。

【００３４】請求項６にかかる連続式黒鉛化炉では、副
取り入れ口を主取り入れ口よりも下方に配置することに
よって、より効率よく加熱温度の異なる黒鉛粉末を分別
できるので、製品の品質向上と均一化が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる連続式黒鉛化炉の実施形態を
示す断面図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【符号の説明】

１０ 炉本体 １２ １２ａ １３ １３ａ 電極 ２０ 主回収系 ２１ 主取り入れ口 ２２ 主連通路 ２３ 切り出し装置 ３０ 副回収系 ３１ 副取り入れ口 ３２ 副連通路 ３３ 切り出し装置 ５０ 循環装置 Ｆ 黒鉛化領域 Ｐ 原料粉末 Ｑ 黒鉛粉末

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯島 重樹 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリ ングセンター内 Ｆターム(参考） 4G046 EB10 EB12 EC02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉本体の上部から投入された原料粉末
   を、前記炉本体に設けられた電極間の通電により加熱し
   て黒鉛化し、この黒鉛粉末を前記炉本体の下部から回収
   する連続式黒鉛化炉であって、 前記黒鉛粉末を取り入れる主取り入れ口を前記通電によ
   り加熱される領域の中心部下方に配置するとともに、前
   記主取り入れ口から前記炉本体の外側に接続する主連通
   路を備える主回収系と、 前記黒鉛粉末を取り入れる副取り入れ口を前記主取り入
   れ口の周囲に配置するとともに、前記副取り入れ口から
   前記炉本体の外側に接続する副連通路を備える副回収系
   と、を備えたことを特徴とする連続式黒鉛化炉。
2. 【請求項２】 前記主回収系および前記副回収系からそ
   れぞれ任意量の黒鉛粉末を切り出す切り出し装置を備え
   たことを特徴とする請求項１記載の連続式黒鉛化炉。
3. 【請求項３】 前記副取り入れ口は、前記主取り入れ口
   を囲む同心円上に、複数備えられることを特徴とする請
   求項１または２記載の連続式黒鉛化炉。
4. 【請求項４】 前記副取り入れ口は隣り合う前記電極の
   間に位置するように設けられたことを特徴とする請求項
   １、２または３記載の連続式黒鉛化炉。
5. 【請求項５】 前記副回収系から回収された黒鉛粉末を
   前記炉本体の上部から投入する循環装置を備えたことを
   特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の連続式
   黒鉛化炉。
6. 【請求項６】 前記副取り入れ口は前記主取り入れ口よ
   りも下方に配置されることを特徴とする請求項１から５
   のいずれか１項記載の連続式黒鉛化炉。