JP2002173309A - 黒鉛化装置および黒鉛化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ジュール熱が充分得ることができ、安定した
操業を実施する。 【解決手段】 供給された炭素粉粒体を加熱して黒鉛化
する黒鉛化炉２を有する。黒鉛化炉２に、炭素粉粒体を
予備加熱する予備加熱装置４を設ける。

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
るための黒鉛化装置および黒鉛化方法に関し、特に、炭
素粉粒体を加熱して黒鉛粉末を製造する黒鉛化装置およ
び黒鉛化方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、黒鉛粉末を工業的に製造する方
法としては、カーボン粉末等の炭素粉粒体（原料粉末）
を、例えば不活性雰囲気下において約３０００℃以上に
加熱処理することにより黒鉛化する方法が知られてい
る。このように黒鉛化する装置としては、炭素粉粒体に
通電して発生するジュール熱によって原料粉末を間接的
に加熱して黒鉛化するアチソン炉が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の黒鉛化装置および黒鉛化方法には、以下
のような問題が存在する。炭素粉粒体に対する加熱は通
電により行われるため、炭素粉粒体には導電性が必要で
ある。ところが、炭素粉粒体は１０００〜１２００℃の
温度で導電性を発現するが、６５０℃以下の温度で供給
されるため、加熱に必要なジュール熱が充分得られない
という問題があった。

【０００４】また、炉内において炭素粉粒体は電極で通
電されて加熱されるため、電極周辺にメタンや水素等の
ガスが発生し、電極周りの状態（嵩比重、押圧力、電気
伝導性、熱伝導性等）が変化し、安定した操業（通電加
熱コントロール）ができないという問題もあった。

【０００５】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、ジュール熱が充分得ることができ、安定し
た操業を実施可能な黒鉛化装置および黒鉛化方法を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、以下の構成を採用している。請求項１記
載の黒鉛化装置は、供給された炭素粉粒体を加熱して黒
鉛化する黒鉛化炉を有する黒鉛化装置であって、前記黒
鉛化炉に、前記炭素粉粒体を予備加熱する予備加熱装置
が設けられることを特徴とするものである。

【０００７】従って、本発明の黒鉛化装置では、予備加
熱することで予め炭素粉粒体から余分なガスを抜くこと
ができる。そのため、黒鉛化炉で炭素粉粒体から発生す
るガスの量を抑制することができ、安定した操業が可能
になる。また、予備加熱温度を調整することで、炭素粉
粒体に導電性を持たせることが可能になるため、黒鉛化
炉で充分なジュール熱を得ることができる。

【０００８】請求項２記載の黒鉛化装置は、請求項１記
載の黒鉛化装置において、前記予備加熱装置は、前記炭
素粉粒体を７００℃以上、且つ１５００℃以下の温度に
予備加熱し、且つ前記黒鉛化炉の上部に設けられること
を特徴とするものである。

【０００９】従って、本発明の黒鉛化装置では、炭素粉
粒体を７００℃以上の温度で加熱することで、予め余分
なガスを発生させておくことができる。また、炭素粉粒
体を１５００℃以下の温度で加熱することで、アルミナ
系等の安価な耐火材を使用することができ、設備コスト
を抑制することができる。また、本発明の黒鉛化装置で
は、予備加熱装置を黒鉛化炉の上部に設けることで予備
加熱した炭素粉粒体を自重により連続して黒鉛化炉に供
給することができる。

【００１０】請求項３記載の黒鉛化装置は、請求項１ま
たは２記載の黒鉛化装置において、前記黒鉛化炉の黒鉛
化領域と、前記予備加熱装置の加熱領域とが隣接配置さ
れていることを特徴とするものである。

【００１１】従って、本発明の黒鉛化装置では、予備加
熱した炭素粉粒体が黒鉛化領域に到達するまでの時間を
最短にすることができ、炭素粉粒体の温度低下を抑制す
ることができる。また、黒鉛化領域で発生した廃熱また
は熱伝導による熱を加熱領域において容易に利用するこ
とができる。

【００１２】請求項４記載の黒鉛化装置は、請求項１か
ら３のいずれかに記載の黒鉛化装置において、前記予備
加熱装置には、前記炭素粉粒体から発生したガスを排気
する排気部が設けられることを特徴とするものである。

【００１３】従って、本発明の黒鉛化装置では、予備加
熱した際に発生するガスまたは黒鉛化炉で発生したガス
を排出することができる。

【００１４】請求項５記載の黒鉛化方法は、黒鉛化炉に
炭素粉粒体を供給した後に、該炭素粉粒体を加熱して黒
鉛化する黒鉛化方法であって、前記炭素粉粒体を７００
℃以上、且つ１５００℃以下の温度に予備加熱した状態
で前記黒鉛化炉に供給することを特徴とするものであ
る。

【００１５】従って、本発明の黒鉛化方法では、予備加
熱することで予め炭素粉粒体から余分なガスを抜くこと
ができる。そのため、黒鉛化炉で炭素粉粒体から発生す
るガスの量を抑制することができ、安定した操業が可能
になる。また、予備加熱温度を調整することで、炭素粉
粒体に導電性を持たせることが可能になるため、黒鉛化
炉で充分なジュール熱を得ることができる。また、本発
明の黒鉛化方法では、炭素粉粒体を７００℃以上の温度
で加熱することで、予め余分なガスを発生させておくこ
とができる。また、炭素粉粒体を１５００℃以下の温度
で加熱することで、アルミナ系等の安価な耐火材を使用
することができ、設備コストを抑制することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の黒鉛化装置および
黒鉛化方法の第１の実施の形態を、図１および図２を参
照して説明する。図１は、本発明に係る黒鉛化装置１を
示す断面図である。この黒鉛化装置１は、竪型構造を有
する黒鉛化炉（黒鉛化電気炉）２と、黒鉛化炉２に原料
粉末として炭素粉粒体を供給する供給装置３と、黒鉛化
炉２に設けられた予備加熱装置４とを主体として構成さ
れている。

【００１７】黒鉛化炉２の炉本体５には、下部に管状部
材８を介して黒鉛粉末の回収手段９が接続され、対向す
る側壁にそれぞれ電極６、７が取り付けられている。電
極６、７は、直流または交流の電源（図示せず）に接続
されている。なお、この電極６、７間が炭素粉粒体を黒
鉛化するための黒鉛化領域１０とされている。また、炉
本体５は、冷却効率を高めるために下部の形状が下方に
向かうに従い絞るように形成されている。

【００１８】供給装置３は、受入ホッパー１１、１２、
フィーダー１３とから概略構成されている。受入ホッパ
ー１１には、供給ポンプ等により炭素粉粒体が供給され
る供給管１４と、バルブ１５が介装されバグフィルター
に接続された配管１６とが接続されている。また、受入
ホッパー１１の下方には、バルブ１７を介して受入ホッ
パー１２が接続されている。受入ホッパー１２には、バ
ルブ１８が介装されアルゴンガスを供給する配管１９
と、一端がバルブ２１を介して吸気管２０に接続された
配管３３とが接続され、受入ホッパー１２の下方にはバ
ルブ２２を介してフィーダー１３が接続されている。

【００１９】予備加熱装置４は、黒鉛化炉２の上部に設
けられており、炉本体５の上端に一体的に取り付けられ
た予熱ホッパー２３と、予熱ホッパー２３内に鉛直方向
に吊設された発熱体２４とを主体として構成されてい
る。また、予熱ホッパー２３には、天板２３ａとの間に
隙間２７をあけて断熱用ブランケット２５が装填されて
いる。この天板２３ａには、隙間２７に開口するように
吸気管（排気部）２０と排気管（排気部）２６とが接続
されている。吸気管２０には、ロータリーポンプ等の吸
引ポンプ（図示せず）が接続されている。

【００２０】ブランケット２５の中心部には、円筒状の
断熱材２８を介してグラファイト管２９が鉛直方向に沿
って固定されており、グラファイト管２９の内部空間は
下端が炉本体５内に連通し、上端が上記隙間２７に連通
している。図２に示すように、グラファイト管２９の内
側には、内周面と離間して複数（図では４つ）の発熱体
２４が互いに間隔をあけて環状配置されている。発熱体
２４は、石英管３０内にヒータエレメント３１が封入さ
れたものである。このグラファイト管２９の内周面と発
熱体２４（石英管３０）との間の空間が炭層粉粒体に対
する加熱領域３２となる。図１に示すように、この加熱
領域３２は、炉本体５内の黒鉛化領域１０の上方に隣接
して配置されている。また、加熱領域３２の上方にはフ
ィーダー１３から炭素粉粒体が供給される構成になって
いる。

【００２１】なお、ヒータエレメント３１は、黒鉛化炉
２の電極６、７の上端から１００ｍｍ以上離間して配置
され、通電加熱ガスによるバブリングの影響（押圧力、
嵩比重の変化等）を受けない構成になっている。

【００２２】上記の構成の黒鉛化装置により炭素粉粒体
を黒鉛化する手順を説明する。まず、バルブ１５を開
き、バルブ１７を閉じた状態で供給管１４を介して受入
ホッパー１１に炭素粉粒体１１を供給する。次に、バル
ブ２２を閉じた状態でバルブ１７を開き炭素粉粒体を受
入ホッパー１２に移す。そして、バルブ１７を閉じた状
態でバルブ１８、２１を開いて、配管３３、吸気管２０
を介して受入ホッパー１２内を吸気するとともに、配管
１９からアルゴンガスを導入する。これにより、受入ホ
ッパー１２内のエアがアルゴンガスに置換される。

【００２３】続いて、バルブ１８、２１を閉じるととも
にバルブ２２を開いて、フィーダ１３により炭素粉粒体
を加熱領域３２の上方に連続的（または定期断続的）に
供給する。供給された炭素粉粒体は、加熱領域３２を自
重および供給圧により下方に移動しながら発熱体２４で
徐々に加熱される。このように、黒鉛化領域１０に到達
する前に、炭素粉粒体を７００〜１５００℃の温度に予
備加熱する。特に、本実施の形態では、加熱領域３２が
黒鉛化領域１０の上方に隣接配置されているので、黒鉛
化領域１０で生じた熱が熱伝導や輻射で伝わり、効率的
に炭素粉粒体を加熱することができる。

【００２４】ここで、炭素粉粒体を７００℃以上に加熱
することにより、炭素粉粒体からメタンや水素等の余分
なガスを発生させることができる。発生したガスは、隙
間２７から吸気管２０（および排気管２６）を介して排
気される。また、炭素粉粒体を加熱しても１５００℃以
下に抑えることにより、アルミナ系等の安価な耐火材を
使用することができ、設備コストを抑制することができ
る。

【００２５】そして、電極６、７間に通電する（例えば
５０Ｖ、１０００Ａ）ことにより、炭素粉粒体は固有抵
抗に応じたジュール熱で自ら発熱して約２５００℃〜３
５００℃の黒鉛化領域１０を形成し、この領域の炭素粉
粒体を黒鉛化する。なお、炉本体５に投入された炭素粉
粒体は、予備加熱装置４で導電性をもつ温度まで予備加
熱されているため、支障なく通電されて発熱することが
できる。

【００２６】黒鉛化領域１０で適正に黒鉛化された炭素
粉粒体、すなわち所望の温度領域で加熱処理された黒鉛
粉末は、管状部材８の取入口８ａから回収手段９に送ら
れて回収される。なお、この取入口８ａの位置は、黒鉛
粉末を効率よく取り出すことを目的として、炭素粉粒体
の安息角を考慮した、黒鉛化領域１０の直下に配置され
る。

【００２７】本実施の形態の黒鉛化装置および黒鉛化方
法では、炉本体５に投入する前に炭素粉粒体を予備加熱
して予め脱ガスしているので、炉本体５内で黒鉛化する
際に発生するガスを減少させることができる。そのた
め、ガス発生に起因して電極６、７周りの状態が変化す
ることを防止でき、安定した操業を実施することができ
る。また、炭素粉粒体を７００℃以上に予備加熱するこ
とで、脱ガスを確実に行うことができるので、より安定
した操業を連続的に実施することができる。しかも、予
備加熱装置４に吸気管２０、排気管２６を接続してある
ので、予備加熱（および黒鉛化）で発生したガスも確
実、且つ容易に除去することができ、ガスが炉本体５内
に回り込み電極周りの状態の外乱となることを未然に防
ぐことができる。加えて、予備加熱することで、炭素粉
粒体に導電性を発現させることができ、炉本体５内の加
熱に必要なジュール熱を充分得ることもできる。

【００２８】さらに、本実施の形態では、加熱領域３２
と黒鉛化領域１０とを隣接配置しているので、黒鉛化領
域１０で発生した熱を熱伝導や輻射により予備加熱にお
いても利用することができ、投与したエネルギーの有効
利用も実現し、装置の操業コストを削減することも可能
である。また、これらの領域１０、３２が隣接すること
で、温度低下を招くことなく、予備加熱した炭素粉粒体
を炉本体５に連続的に投入できるという効果も得られ
る。

【００２９】しかも、本実施の形態では、予備加熱装置
４を黒鉛化炉２の上部に設けているので、炭素粉粒体が
自重および供給圧で移動する間に予備加熱することがで
き、炭素粉粒体を炉本体５内に導く機構を別途設ける必
要がなくなり、装置の小型化、低価格化にも寄与でき
る。また、本実施の形態では、炭素粉粒体に対する予備
加熱を１５００℃以下とすることで、アルミナ系等の安
価な耐火材を使用することができ、設備コストを抑制す
ることもできる。

【００３０】図３および図４は、本発明の黒鉛化装置お
よび黒鉛化方法の第２の実施の形態を示す図である。こ
れらの図において、図１および図２に示す第１の実施の
形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付
し、その説明を省略する。第２の実施の形態と上記の第
１の実施の形態とが異なる点は、予備加熱領域の構成で
ある。

【００３１】図３に示すように、ブランケット２５の中
心部には、断熱材２８が鉛直方向に沿って嵌合固定され
ている。図４に示すように、断熱材２８は、断面視ロ字
状を呈しており、その内部空間２８ａの中心部には左右
方向両側に隙間をあけてグラファイト管２９が鉛直方向
に沿って固定されている。グラファイト管２９は、断面
視ロ字状を呈しており、その内部空間が炉本体５内の黒
鉛化領域１０に連通する加熱領域３２となっている。グ
ラファイト管２９の上端には、上方に向けて拡径し、隙
間２７に開口する取入口２９ａが設けられている（図３
参照）。この取入口２９ａは、炭素粉粒体が投入される
投入口３４の直下に配置されている。

【００３２】また、断熱材２８の内部空間２８ａには、
グラファイト管２９を挟んで板状の発熱体２４、２４が
断熱材２８およびグラファイト管２９に間隔をあけて鉛
直方向に沿って配設されている。他の構成は、ほぼ上記
第１の実施の形態と同様である。

【００３３】本実施の形態の黒鉛化装置１では、投入口
３４から投入された炭素粉粒体は、取入口２９ａからグ
ラファイト管２９の加熱領域３２に導入される。そし
て、加熱領域３２を自重および供給圧で下方に移動する
間に炭素粉粒体は、グラファイト管２９を介して発熱体
２４、２４が発する熱で徐々に予備加熱されるため、上
記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００３４】図５は、本発明の黒鉛化装置および黒鉛化
方法の第３の実施の形態を示す図である。この図におい
て、図１および図２に示す第１の実施の形態の構成要素
と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省
略する。第３の実施の形態と上記の第１の実施の形態と
が異なる点は、発熱体および排気口の構成である。

【００３５】図５に示すように、予備加熱装置４の予熱
ホッパー２３内には、筒状の断熱材２８が鉛直方向に沿
って配設され、断熱材２８の内周面にはグラファイト管
２９が固定されている。そして、この加熱領域３２に
は、断熱材２８およびグラファイト管２９には、水平方
向に伸びる発熱体２４が鉛直方向に沿って複数段（図で
は６段）配置されている。

【００３６】図６に示すように、断熱材２８およびグラ
ファイト管２９は双方とも断面視ロ字状を呈しており、
発熱体２４はこのロ字の各辺に平行に配置されている。
これを詳述すると、発熱体２４は、各段において互いに
一定の間隔をあけて複数（図では５本）平行に、且つ隣
り合う段が互いに直交するように、平面視格子状に配置
されている。そして、これら複数の発熱体２４間の隙間
が加熱領域３２とされる。

【００３７】グラファイト管２９の下端は炉本体５内に
露出しており、上端は上方に向かうに従って縮径すると
ともに、排気管２６（または吸気管２０）に接続されて
いる。そして、この縮径部分にフィーダー１３を介して
炭素粉粒体が投入される投入口３４が接続されている。

【００３８】上記の構成の黒鉛化装置１では、投入口３
４から投入された炭素粉粒体は、グラファイト管２９内
に導入され、自重および供給圧で下方に移動しながら発
熱体２４間の加熱領域３２で予備加熱された後に、黒鉛
化炉２で黒鉛化される。また、予備加熱工程で発生した
ガスは上方に立ち昇って、そのまま排気管２６（または
吸気管２０）から排出される。

【００３９】本実施の形態の黒鉛化装置および黒鉛化方
法では、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる
ことに加えて、発熱体２４に対する炭素粉粒体の接触面
積が大きくなるため、より効率的に炭素粉粒体を予備加
熱することができる。また、排気管２６（または吸気管
２０）が加熱領域３２の真上に設けられているので、発
生した余分なガスが抜けやすく、より早く脱ガスを実行
できる。

【００４０】なお、本発明に係る予備加熱装置として
は、上記実施の形態の構成に限定されるものではなく、
例えば供給装置３から供給された炭素粉粒体をキルン炉
３５で予備加熱した後に黒鉛化炉２で黒鉛化する構成と
してもよい。この場合、キルン炉３５における予備加熱
で発生したガスを排出するための排気部として、排気管
３６を設けることが好ましい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る黒
鉛化装置は、予備加熱装置が炭素粉粒体を予備加熱する
構成となっている。これにより、この黒鉛化装置では、
ガス発生に起因して電極周りの状態が変化することを防
止して安定した操業を連続的に実施できるとともに、炭
素粉粒体に導電性を発現させて加熱に必要なジュール熱
が充分得られるという効果を奏する。

【００４２】請求項２に係る黒鉛化装置は、予備加熱装
置が炭素粉粒体を７００℃以上、且つ１５００℃以下の
温度に予備加熱し、且つ黒鉛化炉の上部に設けられる構
成となっている。これにより、この黒鉛化装置では、脱
ガスを確実に行うことができ、より安定した操業を連続
的に実施できるとともに、黒鉛化炉に連続的に直接通電
が可能な導電性を持った炭素粉粒体を供給し、ランニン
グコストを低減できるという効果が得られる。また、炭
素粉粒体が自重で移動する間に予備加熱することがで
き、炭素粉粒体を黒鉛化炉に導く機構を別途設ける必要
がなくなり、装置の小型化、低価格化に寄与できるとい
う効果も得られる。

【００４３】請求項３に係る黒鉛化装置は、黒鉛化領域
と加熱領域とが隣接配置される構成となっている。これ
により、この黒鉛化装置では、黒鉛化領域で発生した熱
を予備加熱においても利用することができ、投与したエ
ネルギーの有効利用も実現し、装置の操業コストを削減
できるとともに、温度低下を招くことなく、予備加熱し
た炭素粉粒体を黒鉛化炉に連続的に投入できるという効
果が得られる。

【００４４】請求項４に係る黒鉛化装置は、炭素粉粒体
から発生したガスを排気する排気部が設けられる構成と
なっている。これにより、この黒鉛化装置では、ガスが
黒鉛化炉に回り込み電極周りの状態の外乱となることを
未然に防げるという効果が得られる。

【００４５】請求項５に係る黒鉛化方法は、炭素粉粒体
を炭素粉粒体を７００℃以上、且つ１５００℃以下の温
度に予備加熱して黒鉛化炉に供給する手順となってい
る。これにより、この黒鉛化方法では、ガス発生に起因
して電極周りの状態が変化することを防止して安定した
操業を連続的に実施できるとともに、炭素粉粒体に導電
性を発現させて加熱に必要なジュール熱が充分得られる
という効果を奏する。また、黒鉛化炉に連続的に直接通
電が可能な導電性を持った炭素粉粒体を供給し、ランニ
ングコストを低減できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す図であっ
て、予備加熱装置を有する黒鉛化装置の概略構成図であ
る。

【図２】 同予備加熱装置の要部の断面図である。

【図３】 本発明の第２の実施の形態における黒鉛化
装置の概略構成図である。

【図４】 図３における予備加熱装置の要部の断面図
である。

【図５】 本発明の第３の実施の形態における黒鉛化
装置の概略構成図である。

【図６】 図５における予備加熱装置の要部の断面図
である。

【図７】 別の実施の形態における予備加熱装置の概
略構成図である。

【符号の説明】

１ 黒鉛化装置 ２ 黒鉛化炉（黒鉛化電気炉） ４ 予備加熱装置 １０ 黒鉛化領域 ２０ 吸気管（排気部） ２６ 排気管（排気部）

───────────────────────────────────────────────────── 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 EA06 EB02 EB09 EC02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給された炭素粉粒体を加熱して黒鉛
   化する黒鉛化炉を有する黒鉛化装置であって、 前記黒鉛化炉に、前記炭素粉粒体を予備加熱する予備加
   熱装置が設けられることを特徴とする黒鉛化装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の黒鉛化装置において、 前記予備加熱装置は、前記炭素粉粒体を７００℃以上、
   且つ１５００℃以下の温度に予備加熱し、且つ前記黒鉛
   化炉の上部に設けられることを特徴とする黒鉛化装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の黒鉛化装置に
   おいて、 前記黒鉛化炉の黒鉛化領域と、前記予備加熱装置の加熱
   領域とが隣接配置されていることを特徴とする黒鉛化装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載の黒
   鉛化装置において、 前記予備加熱装置には、前記炭素粉粒体から発生したガ
   スを排気する排気部が設けられることを特徴とする黒鉛
   化装置。
5. 【請求項５】 黒鉛化炉に炭素粉粒体を供給した後
   に、該炭素粉粒体を加熱して黒鉛化する黒鉛化方法であ
   って、 前記炭素粉粒体を７００℃以上、且つ１５００℃以下の
   温度に予備加熱した状態で前記黒鉛化炉に供給すること
   を特徴とする黒鉛化方法。