JP2006117794A

JP2006117794A - 炭素材原料の乾燥方法および炭素材原料乾燥炉

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Publication number: JP2006117794A
Application number: JP2004307073A
Authority: JP
Inventors: Takumi Kono; 巧河野; Hatsuo Taira; 初雄平; Fumito Morikawa; 文人森川; Takenori Muto; 剛範武藤
Original assignee: NIPPON TECHNO CARBON CO Ltd; NIPPON TECHNO-CARBON CO Ltd; Nippon Steel Corp; Nippon Steel Chemical Co Ltd
Current assignee: NIPPON TECHNO CARBON CO Ltd; NIPPON TECHNO-CARBON CO Ltd; Nippon Steel Corp; Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-10-21
Also published as: JP4730882B2

Abstract

【課題】乾燥のためのエネルギが少なくて済み、また、処理能率の高い炭素材原料の乾燥方法および炭素材原料乾燥炉を提供する。
【解決手段】炭素材原料乾燥炉１０は、処理容器１２と、反応ガス導入排出部１４と、材料配置部１６と、マイクロ波照射装置１８とを備える。マイクロ波照射装置１８は、マイクロ波発信器３０と、処理容器１２内の材料配置部１６の真上に開口が位置するように設けられる導波管３２を備える。処理容器１２は、マイクロ波吸収性および断熱性を有する材料で形成される。材料配置部１６は、水分を含む炭素材原料を配置する、マイクロ波透過性を有する材料で形成した目皿２４および目皿２４を炉床から離れた位置に支持する目皿支え足２６で構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭素材原料の乾燥方法および炭素材原料乾燥炉に関する。

バインダーピッチや生コークスス等の粒状、塊状あるいは棒状等の形状を有する炭素材原料は、保管中の発塵や自然発火等を防止するために、散水により、含水状態として取り扱われることが多い。
これらの水分を含んだ炭素材原料をそのままの状態で使用すると、捏合等の加熱混合工程において大量の水蒸気が発生し、炭素材を安定して製造する際の支障となる。
このため、熱風キルン（熱風吹き込み式のロータリキルン）や真空乾燥機（熱風真空乾燥処理装置）等を用いて熱風気流下で炭素材原料を流動させながら乾燥処理することが広く行われている（例えば特許文献１参照。）。
特公昭５９−１０７１８号公報

しかしながら、従来の乾燥方法では、乾燥のために多大な熱エネルギを必要とし、また、処理能率も必ずしも高くない。
また、従来の乾燥方法では、熱風気流下で炭素材原料を流動させながら乾燥するため、気流に同伴してキルン等から排出される炭素材原料が無視できない量の乾燥ロス（飛散ロス）となる。
また、従来の乾燥方法では、大型の乾燥装置を必要とする。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、乾燥のためのエネルギが少なくて済み、また、処理能率の高い炭素材原料の乾燥方法および炭素材原料乾燥炉を提供することを目的とする。
また、本発明は、乾燥ロスの少ない炭素材原料の乾燥方法および炭素材原料乾燥炉を提供することを目的とする。
また、本発明は、小型化された炭素材原料乾燥炉を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る炭素材原料の乾燥方法は、水分を含む炭素材原料を熱風吹き込み式のロータリーキルンで乾燥する方法において、該炭素材原料を供給するホッパーの投入口から投入される該炭素材原料にマイクロ波を照射することを特徴とする。

また、本発明に係る炭素材原料の乾燥方法は、水分を含む炭素材原料を熱風真空乾燥処理装置で乾燥する方法において、該炭素材原料にマイクロ波を照射することを特徴とする。

また、本発明に係る炭素材原料乾燥炉は、処理容器と、該処理容器に接続して設けられ、パージ用のガスを該処理容器に導入する導入路と排出路を備えるガス導入排出部と、水分を含む炭素材原料が配置される材料配置部と、該処理容器の該材料配置部を臨む位置に設けられ、マイクロ波を照射するマイクロ波導波管を備えるマイクロ波照射装置とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る炭素材原料乾燥炉は、前記処理容器の少なくとも内壁がマイクロ波吸収性および断熱性を有する材料で形成されてなることを特徴とする。

また、本発明に係る炭素材原料乾燥炉は、前記処理容器が内壁および外壁の２層を含む構造からなり、該内壁がマイクロ波吸収性を有する材料で形成されるとともに、該外壁が断熱性を有する材料で形成されてなることを特徴とする。

また、本発明に係る炭素材原料乾燥炉は、前記材料配置部が前記炭素材原料を戴置する戴置台と該戴置台を炉底上に離間して支持する支持具とで構成され、該戴置台がマイクロ波透過性を有する材料で形成されてなることを特徴とする。

また、本発明に係る炭素材原料乾燥炉は、前記マイクロ波導波管が、異なる方向からマイクロ波を照射するように複数備えられてなることを特徴とする。

本発明に係る炭素材原料の乾燥方法および炭素材原料乾燥炉は、水分を含む炭素材原料にマイクロ波を照射して炭素材原料を乾燥するため、乾燥のためのエネルギが少なくて済み、また、処理能率が高い。また、乾燥ロスが少ない。また、小型化された乾燥装置で取り扱うことができる。

本発明の実施の形態について、以下に説明する。

本発明は、水分を含む炭素材原料にマイクロ波を照射して炭素材原料を乾燥するものである。
炭素材原料は、例えば、電極のバインダーとして使用されるバインダーピッチまたは電極母材として使用される生コークスである。ただし、炭素材原料は、これらに限定するものではない。

まず、本発明に係る第一の炭素材原料の乾燥方法は、水分を含む炭素材原料を周知の熱風吹き込み式のロータリーキルンを用いて乾燥する方法である。このとき、炭素材原料を供給するホッパーの投入口から投入される炭素材原料にマイクロ波を照射する。
上記本発明に係る第一の炭素材原料の乾燥方法によれば、マイクロ波によって炭素材原料の水分が選択的に急速加熱されて蒸発するため、乾燥のための熱風を生成するエネルギが大幅に軽減される。また、処理能率が高い。また、熱風の風量が軽減されることにより、乾燥ロス、すなわち、炭素材原料の衝突による粉化、飛散による損失が少ない。また、炭素材原料はマイクロ波によって内部から乾燥され、かつ炭素材原料の内部と表面との温度勾配も小さいため、熱履歴での炭素材原料の粉化による損失も少ない。また、小型化された乾燥装置で取り扱うことができる。

つぎに、本発明に係る第二の炭素材原料の乾燥方法は、水分を含む炭素材原料を周知の熱風真空乾燥処理装置を用いて乾燥する方法である。このとき、炭素材原料にマイクロ波を照射する。
上記本発明に係る第二の炭素材原料の乾燥方法によれば、前記第一の炭素材原料の乾燥方法と同様の効果を得ることができる。

つぎに、本発明に係る炭素材原料乾燥炉について、装置の概略構成を示す図１を参照して説明する。
炭素材原料乾燥炉１０は、図１に示すように、処理容器１２と、ガス導入排出部１４と、材料配置部１６と、マイクロ波照射装置１８とを備える。

処理容器１２は、マイクロ波吸収性および断熱性を有する材料で形成される。この場合、内壁（最内壁）のみをマイクロ波吸収性および断熱性を有する材料で形成し、外壁を温度条件等に応じて断熱材や金属材で形成してもよい。
マイクロ波吸収性および断熱性を有する材料としては、ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３等を用いることができる。

また、処理容器１２を内壁および外壁の２層を含む構造とし、内壁をマイクロ波吸収性を有する材料で形成するとともに、外壁を断熱性を有する材料で形成して、断熱機能を外壁に分担させてもよい。
マイクロ波吸収性を有する内壁の材料としては、上記ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３等や、ＳｉＣ、ＺｒＢ_２、β−Ａｌ_２Ｏ_３等を用いることができる。一方、断熱性を有する外壁の材料としては、炭素系やセラミック系の通常の断熱材を用いることができ、また、上記ＣａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３等を用いてもよい。

ガス導入排出部１４は、パージ用のガスを処理容器１２に導入する導入路２０と、炉内の雰囲気ガスを排出する排出路２２を備える。

材料配置部１６は、水分を含む炭素材原料（図１中、矢印Ｗで示す。以下、炭素材材料Ｗという。）を配置するためのものであり、例えば、目皿（戴置台）２４および目皿２４を炉床から離れた位置に支持する目皿支え足(支持具)２６で構成される。
目皿２４は、好ましくは、マイクロ波透過性を有する材料で形成する。マイクロ波透過性を有する材料としては、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＡｌＯＮ等を用いることができる。ただし、これらに替えて、目皿２４を黒鉛等で形成してもよい。一方、目皿支え足２６の材料は特に限定はなく、例えば黒鉛で形成することができる。

マイクロ波照射装置１８は、マイクロ波発信器２８と、マイクロ波発信器２８から発せられるマイクロ波を処理容器１２に導く導波管３０を備える。処理容器１２内の目皿２４の真上に位置するように設けられる導波管３０の開口部の手前には、導波管３０を保護するための耐熱ガラス板３２が配置される。
なお、マイクロ波照射装置１８は、マイクロ波発信器２８を含めて２系統設け、２つの導波管３０を処理容器１２の上部に目皿２４を挟んで並置したものであってもよい。

上記のように構成される炭素材原料乾燥炉１０を用いた炭素材原料の乾燥方法を説明する。

炭素材原料Ｗを処理容器１２の図示しない装入口から処理容器１２内に装入し、目皿２４上に配置し、処理容器１２内を常圧あるいは減圧条件とし、パージ用の例えば窒素等のガスを流通状態とする。

ついで、マイクロ波発信器２８からマイクロ波を発生させ、導波管３０を介して処理容器１２内にマイクロ波を照射する。マイクロ波は炭素材原料Ｗに照射され、炭素材原料Ｗは内部を含めてほぼ均一な温度で昇温され、内部から水分が抜けていき、乾燥される。
このとき、目皿２４がマイクロ波透過性を有する材料で形成されているため、目皿２４の側からも効率的にマイクロ波が炭素材原料Ｗに照射され、炭素材原料Ｗを全面から加熱することができる。また、このとき、処理容器１２の少なくとも内壁はマイクロ波吸収性を有する材料で形成されているため、マイクロ波を吸収して加熱され、炭素材原料Ｗから発生した水蒸気が内壁の表面で結露することがない。
処理容器１２の空間に滞留する水蒸気は、パージ用のガスによって、連続的にあるいは間歇的に炉外に排出される。なお、パージ用のガスは予熱したものであると、より好ましい。

本発明に係る炭素材原料乾燥炉１０は、水分を含む炭素材原料にマイクロ波を照射して炭素材原料を乾燥するため、乾燥のためのエネルギが少なくて済み、また、処理能率が高い。また、乾燥ロスが少ない。また、小型化された乾燥装置で取り扱うことができる。

ここで、本発明に係る１０の変形例について説明する。

変形例の炭素材原料乾燥炉１０ａは、図２に示すように、目皿２４を挟んで処理容器１２の対向する側壁にそれぞれ導波管３０ａ、３０ｂが設けられる。なお、図２中、マイクロ波発信器や導波管の保護部材等は図示を省いている。また、２つの導波管は、必ずしも図２のように対向する位置に配置する必要はない。

変形例の炭素材原料乾燥炉１０ａによれば、炭素材原料Ｗに異なる方向からマイクロ波を照射することで、炭素材原料Ｗをより均一に加熱することができる。また、このとき、２つのマイクロ波発信器は出力が小さいものとすることができ、あるいは、２つのマイクロ波発信器の出力を下げることなく全体の出力を大きくして炭素材原料Ｗをより効率的に加熱することができる。

以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をさらに説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
含水率３質量％のバインダーピッチを６００ｋｇ／ｈｒでロータリーキルン型乾燥機に供給し、灯油を８ｌ（リットル）／ｈｒ燃焼して発生した熱風を乾燥機内に吹き込んだ。このとき、バインダーピッチのキルン投入口のバインダーピッチが落下する箇所に出力５ｋＷで周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を連続して照射した
得られた乾燥バインダーピッチの回収ロス（乾燥ロス）は、２．３質量％であり、また、乾燥バインダーピッチの含水率は０．１質量％未満であった。

（実施例２）
本発明の炭素材原料乾燥炉を用い、パージ用のガスを流通させながら、常圧下で、目皿に含水率３質量％のバインダーピッチを３０ｋｇ堆積させ、マグネトロンタイプのマイクロ波発信器から出力５ｋＷで周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を１分間隔で断続的に合計１５回照射した。マイクロ波の照射を止めた時間帯は、水蒸気のパージを行った。したがって、乾燥処理の総時間は３０分である。
得られた乾燥バインダーピッチの回収ロスは、０．１質量％未満であり、また、乾燥バインダーピッチの含水率は０．１質量％未満であった。

（比較例）
含水率３質量％のバインダーピッチを５００ｋｇ／ｈｒでロータリーキルン型乾燥機に供給し、灯油を８ｌ（リットル）／ｈｒ燃焼して発生した熱風を乾燥機内に吹き込んだ。
得られた乾燥バインダーピッチの回収ロスは、３質量％であり、また、乾燥バインダーピッチの含水率は０．２質量％であった。

本発明の炭素材原料乾燥炉の概略構成を示す図である。変形例の炭素材原料乾燥炉の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０、１０ａ炭素材原料乾燥炉
１２処理容器
１４ガス導入排出部
１６材料配置部
１８マイクロ波照射装置
２０導入路
２２排出路
２４黒鉛製目皿
２６黒鉛製目皿支え足
２８マイクロ波発信器
３０、３０ａ、３０ｂ導波管
３２耐熱ガラス板

Claims

水分を含む炭素材原料を熱風吹き込み式のロータリーキルンで乾燥する方法において、該炭素材原料を供給するホッパーの投入口から投入される該炭素材原料にマイクロ波を照射することを特徴とする炭素材原料の乾燥方法。
水分を含む炭素材原料を熱風真空乾燥処理装置で乾燥する方法において、該炭素材原料にマイクロ波を照射することを特徴とする炭素材原料の乾燥方法。
処理容器と、該処理容器に接続して設けられ、パージ用のガスを該処理容器に導入する導入路と排出路を備えるガス導入排出部と、水分を含む炭素材原料が配置される材料配置部と、該処理容器の該材料配置部を臨む位置に設けられ、マイクロ波を照射するマイクロ波導波管を備えるマイクロ波照射装置とを有することを特徴とする炭素材原料乾燥炉。
前記処理容器の少なくとも内壁がマイクロ波吸収性および断熱性を有する材料で形成されてなることを特徴とする請求項３記載の炭素材原料乾燥炉。
前記処理容器が内壁および外壁の２層を含む構造からなり、該内壁がマイクロ波吸収性を有する材料で形成されるとともに、該外壁が断熱性を有する材料で形成されてなることを特徴とする請求項３記載の炭素材原料乾燥炉。
前記材料配置部が前記炭素材原料を戴置する戴置台と該戴置台を炉底上に離間して支持する支持具とで構成され、該戴置台がマイクロ波透過性を有する材料で形成されてなることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の炭素材原料乾燥炉。
前記マイクロ波導波管が、異なる方向からマイクロ波を照射するように複数備えられてなることを特徴とする３〜６のいずれか１項に記載の炭素材原料乾燥炉。