JP5684001B2

JP5684001B2 - 粉体連続焼成装置

Info

Publication number: JP5684001B2
Application number: JP2011043932A
Authority: JP
Inventors: 大塚　浩史; 浩史大塚
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2031-03-01
Also published as: JP2012180967A

Description

本発明は、粉体連続焼成装置に関する。

リチウムイオン二次電池用負極活物質は、一般に、炭素粉体等の原料粉体を１０００℃から１３００℃の不活性雰囲気中で焼成して製造される。そのような粉体の焼成は、こう鉢に原料粉体を充填したものを連続してローラハース炉等で加熱して行うことが一般的である。

また、粉体を連続して焼成する装置としては、特許文献１に記載されているように、トンネル炉を直線的に貫通するベルトコンベア（主にスチールベルト）の上に連続して粉体を積載して加熱するベルト式焼成炉や、特許文献２に記載されているように、円弧状の炉体を貫通するように回転する環状の円盤の上に連続して粉体を積載する回転炉床炉が知られている。

また、特許文献１には、炉内に雰囲気ガスを充填するために、炉体の入口および出口に、無端ベルトに圧接されるシールローラを設けて炉内と炉外とを隔離する技術も記載されている。

また、炭素系の原料粉体を例えば焼成する場合、例えば特許文献３に記載されているように、５００℃から７５０℃の温度範囲において、原料粉体から炭化水素ガスやタールが揮発することが知られている。

焼成した粉体は、最終的にある程度冷却してから回収する必要があるため、焼成装置の最終段には、冷却帯が設けられる。原料粉体から揮発したタール等は、炉内の低温部や冷却帯において製品粉体に凝縮して付着成長し、炉壁の輻射率や製品の品質を低下させる。また、揮発したタールは１０００℃を超えるような高温になると熱分解炭素を発生し、炉材に沈着して炉を劣化させる。

粉体の加熱途中に揮発したタール等の成分は、分子運動によって雰囲気ガス中に拡散し、また、搬送されている粉体に随伴する雰囲気ガスの移動に伴って炉の下流側に移動する。炉内の雰囲気ガスを吸引して強制排気し、揮発した成分が炉の下流側に移動しないようにするためには、相当量の雰囲気ガスを吸引する必要があるため、炉内空間に多量の不活性ガスおよび熱を供給する必要がある。したがって、吸引によって揮発成分を分離すると、製造コストが高くなる。

特許第２６４３０８６号公報特許第４３１２７７３号公報特開２００２−１３０６２７号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、加熱途中に粉体から揮発した成分を分離できる粉体連続焼成装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による粉体連続焼成装置は、炉内を移動する炉床に原料粉体を連続して供給し、前記原料粉体を加熱して揮発成分を除去する揮発炉と、炉内を移動する炉床に前記揮発炉から排出される原料粉体を連続的に供給し、前記原料粉体をさらに加熱して焼成する焼成炉とを有し、前記揮発炉の炉体と前記焼成炉の炉体とは、中間ホッパを介して接続されており、前記中間ホッパに一定量以上の前記原料粉体を貯留することによって、前記揮発炉の炉内空間と前記焼成炉の炉内空間とを前記原料粉体により隔離するものとする。

この構成によれば、揮発炉においてタール等を完全に揮発させた粉体を、分離されたより高温の焼成炉に導入するので、揮発した成分が高温の焼成温度に晒されたり、焼成炉の冷却帯に進入したりしない。これにより、タール分が加熱されて熱分解炭素を生じたり、冷却された製品粉体に凝縮付着したりすることがない。

また、原料粉体の層によって揮発炉内の雰囲気ガスと焼成炉の雰囲気ガスとを分離するので、揮発炉内の雰囲気ガス中に拡散したタール分等が焼成炉内に進入しない。

また、本発明の粉体連続焼成装置において、前記中間ホッパは、貯留する原料粉体の高さを一定量以上に保つように、前記焼成炉の炉床に前記原料粉体を排出するための開口の大きさを調整してもよい。

この構成によれば、原料粉体の層の厚みが確保できるので、揮発炉内と焼成炉との隔離が確実になる。

また、本発明の粉体連続焼成装置において、前記揮発炉は、ローラに掛け渡された無端ベルトからなる直進炉床を有し、前記焼成炉は、環状の耐熱材からなる回転炉床を有してもよい。

この構成によれば、揮発炉を安価なベルト型の炉とし、焼成炉を耐熱性の高い回転型炉とすることで、安価で信頼性の高い装置となる。

また、本発明の粉体連続焼成装置において、前記揮発炉は、当該揮発炉の炉体の前後で前記無端ベルトを挟み込むシールローラと、当該揮発炉の炉体と前記シールローラとの間を気密に封止するカバーとを備えてもよい。

この構成によれば、揮発炉の内部空間を外気から遮断することができ、タール分等が装置外部に漏れることを防止できる。

また、本発明の粉体連続焼成装置において、前記揮発炉は、当該揮発炉の炉体の下流側の前記シールローラの直前に、前記無端ベルトを冷却するための冷却装置を備えてもよい。

この構成によれば、シールローラに耐熱性が要求されなくなるので、安価でシール性の高い材料を使用してシールローラを形成できる。

本発明の粉体連続焼成装置は、原料粉体から揮発成分を除去する低温の揮発炉と、揮発成分を除去した原料粉体を焼成する焼成炉とを接続してなるので、揮発した成分が、焼成温度まで加熱されたり、冷却された最終製品に凝縮付着したりしない。このため、製品の品質が高く、炉の寿命も長い。

本発明の実施形態の粉体連続焼成装置の平面図である。図１の粉体連続焼成装置の展開断面図である。図１の粉体連続焼成装置の中間ホッパの拡大断面図である。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１および図２に、本発明の１つの実施形態である粉体連続焼成装置１を示す。粉体連続焼成装置１は、直線状の揮発炉２と、円環状の焼成炉３とからなる。尚、図２は、原料粉体の搬送方向に沿って焼成炉３を展開した断面図である。揮発炉２は、例えば約７５０℃の炉温であり、原料粉体からタール等の揮発性成分を揮発させて除去するものである。焼成炉３は、例えば約１３００℃の炉温であり、揮発炉２で揮発性成分を除去した原料粉体をさらに加熱して焼成し、所望の製品粉体に変成させるものである。

揮発炉２は、トンネル状のマッフル構造とした炉体４を直線的に貫通して周回する無端のスチールベルト５を有する。スチールベルト５は、炉内で方向転換するように、複数のローラ６に掛け渡されて駆動されるコンベアベルトである。揮発炉２は、スチールベルト５の上に、原料粉体を一定の厚みで積載する定量供給装置７を有する。つまり、スチールベルト５は、原料粉体を担持して炉体４を直線的に通過する直進炉床となる。炉体４の炉内空間には、不活性ガス（例えば窒素）が導入されるようになっている。さらに、揮発炉２は、炉体４内の原料粉体から排出されるガスに含まれる有害物質を燃焼分解する排ガス処理装置８を有する。

また、揮発炉２は、炉体４の前後に、スチールベルト５を気密に挟み込むシールローラ９がそれぞれ設けられている。そして、炉体４の端部とシールローラ９との間は、それぞれ、カバー１０，１１によって封止されている。つまり、炉体４の入口および出口は、シールローラ９およびカバー１０，１１によって封止されており、炉内空間が外部から隔離されている。揮発炉２の後端部のカバー１１は、焼成炉３に気密に接続された中間ホッパ１２と一体に形成されている。つまり、揮発炉２と焼成炉３とは、中間ホッパ１２を介して気密に接続されている。

焼成炉３は、円を途中で切ったＣの字状の炉体１３と、炉体１３を貫通して回転する環状の、グラファイトのような耐熱材で形成された回転炉床１４とを有する。回転炉床１４の上面には、炉体１３を貫通した中間ホッパ１２から原料粉体が略一定の厚みで連続的に積載される。炉体１３の下流には、回転炉床１４上の粉体を冷却する冷却帯１５が設けられ、冷却帯１５の下流には、粉体を真空吸引して回収する回収装置１６が配設されている。また、焼成炉４にも、不活性ガスが供給され、炉体１３内の原料粉体から排出される揮発成分を燃焼分解する排ガス処理装置１７が設けられている。

図３に、中間ホッパ１２を詳しく示す。中間ホッパ１２は、焼成炉３の炉体１３の上部を貫通し、下端が回転炉床１４の表面に近接している。中間ホッパ１２は、下端部の回転炉床１４の回転方向下流側に原料粉体Ｐを排出するための開口が形成されており、その開口の高さを変更するために、シリンダ１８によって上下するゲート１９を備えている。ゲート１９は、上昇位置と下降位置とをシリンダのストローク調整等によって予め設定できるようになっている。これによって、回転炉床１４には、ゲート１９の高さ（開口面積）に比例した量の原料粉体Ｐが供給される。

また、中間ホッパ１２は、焼成炉３の炉体１３の上部において断面積が大きくなっており、ある程度の原料粉体Ｐを貯留できるようになっている。そして、中間ホッパ１２は、粉体面の高さを検出する２つのレベルスイッチ２０，２１を備える。レベルスイッチ２０は、粉体レベルの許容範囲の上限を検出し、レベルスイッチ２１は、粉体レベルの許容範囲の下限を検出する。

本実施形態の粉体連続焼成装置１では、レベルスイッチ２０が、中間ホッパ１２内の原料粉体Ｐの粉体面の高さが上限以上であることを検出したなら、ゲート１９を上げて回転炉床１４上に形成される原料粉体Ｐの層の厚みを大きくする。これにより、中間ホッパ１２から回転炉床１４に供給する原料粉Ｐの量を揮発炉２から排出される粉体量よりも多く、中間ホッパ１２内の粉体レベルを低下させる。

また、レベルスイッチ２１が、中間ホッパ１２内の原料粉体Ｐの粉体面の高さが下限以下であることを検出したなら、ゲート１９を下げて回転炉床１４上に形成される原料粉体Ｐの層の厚みを小さくし、中間ホッパ１２から回転炉床１４に供給する原料粉体Ｐの量を揮発炉２から排出される粉体量よりも少なくして、中間ホッパ１２内の粉体レベルを上昇させる。

このため、ゲート１９は、揮発炉２の定量供給装置７の設定値に応じた粉体量を、中間ホッパ１２から回転炉床１４に供給するための理論高さよりも僅かに高い位置と、僅かに低い位置とのいずれかに位置決めされるように予め設定、つまり、シリンダ１８のストローク等が製造条件に応じて予め調整される。

このように、本実施形態の粉体連続焼成装置１では、常に、中間ホッパ１２の中に一定レベルの原料粉体Ｐが貯留されているため、揮発炉２の炉内およびカバー１１の中の雰囲気と、焼成炉３の炉内とは、常に、十分な厚みの原料粉体Ｐの層によって隔離（遮断）される。そのため、揮発炉２と焼成炉３との間で雰囲気の干渉（流入、流出）が起きることがないので、揮発炉２内で揮発したタール分が焼成炉３内に進入しない上、それぞれの炉内雰囲気の温度が保たれる。

また、本実施形態の粉体連続焼成装置１は、下流側のシールローラ９の直前に、スチールベルト５を挟み込み、外周が断熱材で覆われた水冷ジャケット構造の冷却装置２２を備えており、スチールベルト５を冷却してからシールローラ９で圧接して封止するようになっている。これにより、シールローラ９は、高温に晒されることがないため、一般的なゴムライニングを施した構造等で形成できる。また、図示するように、例えば金属からなるバックアップローラ２３を設け、バックアップローラ２３にシールアタッチメント２４を当接させることで、シールローラ９の摩耗を防止できる。

また、レベルスイッチ２１の代わりに、粉体の高さをリニアに検出できるレベル検出器で粉体の高さを常時監視し、シリンダ１８の代わりに、パルスモータとボールねじを用いた機構等によってゲート１９の高さを連続的に制御してもよい。

１…粉体連続焼成装置
２…揮発炉
３…焼成炉
４…炉体
５…スチールベルト（直進炉床）
９…シールローラ
１０，１１…カバー
１２…中間ホッパ
１３…炉体
１４…回転炉床
１８…シリンダ
１９…ゲート
２０，２１…レベルスイッチ
２２…冷却装置

Claims

炉内を移動する炉床に原料粉体を連続して供給し、前記原料粉体を加熱して揮発成分を除去する揮発炉と、
炉内を移動する炉床に前記揮発炉から排出される原料粉体を連続的に供給し、前記原料粉体をさらに加熱して焼成する焼成炉とを有し、
前記揮発炉の炉体と前記焼成炉の炉体とは、中間ホッパを介して接続されており、前記中間ホッパに一定量以上の前記原料粉体を貯留することによって、前記揮発炉の炉内空間と前記焼成炉の炉内空間とを前記原料粉体により隔離することを特徴とする粉体連続焼成装置。
前記中間ホッパは、貯留する原料粉体の高さを一定量以上に保つように、前記焼成炉の炉床に前記原料粉体を排出するための開口の大きさを調整することを特徴とする請求項１に記載の粉体連続焼成装置。
前記揮発炉は、ローラに掛け渡された無端ベルトからなる直進炉床を有し、前記焼成炉は、環状の耐熱材からなる回転炉床を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の粉体連続焼成装置。
前記揮発炉は、当該揮発炉の炉体の前後で前記無端ベルトを挟み込むシールローラと、当該揮発炉の炉体と前記シールローラとの間を気密に封止するカバーとを備えることを特徴とする請求項３に記載の粉体連続焼成装置。
前記揮発炉は、当該揮発炉の炉体の下流側の前記シールローラの直前に、前記無端ベルトを冷却するための冷却装置を備えることを特徴とする請求項４に記載の粉体連続焼成装置。