JP6621603B2 - 炭素質粒体の熱処理装置およびその方法 - Google Patents
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Description
(1)前記炉体の中心軸に沿って上下に配置される柱状の上部電極および筒状の下部電極と、
(2)前記上部電極を囲うように前記下部電極の上端に電気的に接続される導電性の管状構造体と、を備える。
(3)前記炭素質粒体の自重だけで充填した軽装充填時の粒体電気比抵抗と、前記炭素質粒体をタップ充填した後に所定の荷重をかけた時の粒体電気比抵抗との変化率を、(1−タップ充填時/軽装充填時)×100と規定し、この変化率を70%以下とする。
[構成]
以下、本発明の第1の実施形態に係る炭素質粒体の熱処理装置について、図1および図2を参照して具体的に説明する。図1に示すように、本実施形態は、縦型電気炉である炉体11の内部に炭素質粒体Aを投入し直接通電しながら、炉体11内部を炭素質粒体Aが徐々に降下することにより、炭素質粒体Aの熱処理を連続的に行う炭素質粒体の熱処理装置である。この熱処理装置には、上側に炉体11を含む熱処理部10が設けられ、その下側に熱処理した炭素質粒体Aを冷却するための冷却部20が取り付けられている。
ここで、図2を用いて、炭素質粒体Aの粉末抵抗を測定する測定装置の構成について説明する。炭素質粒体Aを粉砕あるいは解砕し粉末状とした試料1を、管内断面積S(mm2)の絶縁性のシリンダー2に投入し、押し棒3を上から差し込み一定の荷重をかける。本実施形態では荷重を30kgf/cm2した。その状態で押し棒と底板4の間に電流I(A)を流し、その間の電圧測定用端子間H(m)の電圧E(V)を測定する。粉末抵抗r(Ωmm2/m)は、次の式(1)により計算する。
(数1)
r=(E×S)/(I×H) …(1)
本実施形態では、炭素質粒体Aが直接通電されることによりジュール熱を発生し、加熱処理される。炭素質粒体Aとしては、無煙炭、カルサイン石炭コークス、カルサイン石油コークス、人造黒鉛およびこれらの混合物や造粒体、金属酸化物と炭素の混合造粒体などが使用することが可能である。
炭素質粒体Aにおける粒抵抗の測定原理は、前述した粉末抵抗のそれと同様である。断面積S(m2)の絶縁性の器に炭素質粒体Aを入れ、電流端子を通じて炭素質粒体Aに電流を流し、間隔L(m)で設置した端子間の電気比抵抗r(Ω)を測定する。炭素質粒体Aの粒抵抗R(Ωm)は、次の式(2)によって求まる。
(数2)
R=r×S/L …(2)
本実施形態では、最初から処理対象とする炭素質粒体Aで炉体11内を満たしたうえで通電して昇温するのは、時間的、電力的に無駄が多い場合がある。そこで、あらかじめ導電性のある材料、例えば10mm〜20mm程度のカルサイン石油コークス塊などを炉体11内に満たし、その後で上部電極12および下部電極13を通電することにより、管状構造体14の上部開口部付近を1000℃程度にまで上げておくことが好ましい。
本実施形態の作用および効果を説明するために、本実施形態の特徴を有する実施例と、本実施形態には包含されない比較例について表1にまとめた。粉末抵抗の変動係数は、得られた熱処理回収物から任意に10点のサンプルを採取して求めたものである。既に述べたように粉末抵抗とは、熱処理回収品の特性を評価するための指標である。
(表1)
実施例1、2および比較例2では、下部電極13上端に対し管状構造体14が支持リング15により電気的に接続されている。一方、比較例1では、支持リング15がなく下部電極13に管状構造体14が接続されておらず、下部電極13上部付近に管状構造体14を単に設置しただけである。比較例1は図1に示した熱処理装置ではあるが、一部が異なるものである。すなわち、実施例1および比較例1とは、下部電極13上端への管状構造体14の接続の有無が異なるだけであり、他の条件は同じである。
実施例3では、実施例1と同様のカルサイン石油コークスをボールミルで粉砕し、全量75μm以下の粉体とした。この粉体に対し、バインダーとして外割りでコーンスターチ粉6%とポリビニールアルコール2%を加え双腕型ニーダーで混練後、ディスクペレッターにて造粒し直径10mm、長さ15mmの造粒体とした。
実施例4では、真比重1.42、灰分5%、揮発分5.5%、粒径6〜18mmの無煙炭を、炭素質粒体Aとして使用し、図1に示した本実施形態の熱処理装置で、1時間当たり200kgの処理速度連続熱処理を行った。実施例4においては安定した運転が可能で、粉末抵抗の変動係数が4.8であり、得られた熱処理物も均一なものであった。
実施例5では、真比重2.2の人造黒鉛と真比重4.2の酸化チタンをそれぞれ65%、35%で混合し、振動ボールミルで粉砕し、7μmの粉体とした。この粉体に対しバインダーとして外割りで20%の液状フェノール樹脂KC1300(群栄化学製)を加え双腕型ニーダーで混練後、ディスクペレッターにて造粒し直径15mm、長さ15mmの造粒体とした。
以上のような第1の実施形態の作用および効果は次の通りである。
(1)本実施形態では、炉体11上部より投入された炭素質粒体Aが、炉体11の内部に満たされ、上部電極12および下部電極13によって炉体11内の炭素質粒体Aに直接通電する。そのため、炭素質粒体A自身が抵抗発熱して加熱処理が行われる。電極12、13の通電時は、炭素質粒体Aを介して上部電極12と下部電極13の間に電流が流れることになるが、下部電極13の上端には導電性の管状構造体14を電気的に接続しているので、ここにも電流が流れる。
上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上部電極は円柱状ではなく角柱状であってもよい。上部電極の先端形状は限定されないが、半球状あるいは円錐状が好ましい。下部電極も円筒状ではなく、角型の筒状であってもよい。これらの電極は炭素質、黒鉛質の何れも使用可能であるが、人造黒鉛電極が好ましい。
2 シリンダー
3 押し棒
4 底板
5 電気抵抗測定器
10 熱処理部
11 炉体
12 上部電極
13 下部電極
14 管状構造体
15 支持リング
16、25 ガス吹込み孔
17 投入口
20 冷却部
21 水冷ジャケット
22 フード部
23 水冷盤
24 排出部
A 炭素質粒体
Claims (3)
- 炉体の内部に投入した炭素質粒体を直接通電することにより熱処理を行う炭素質粒体の熱処理装置であって、
前記炉体の中心軸に沿って上下に配置される柱状の上部電極および筒状の下部電極と、
前記上部電極を囲うように前記下部電極の上端に電気的に接続される導電性の管状構造体と、を備え、
前記炭素質粒体の自重だけで充填した軽装充填時の粒体電気比抵抗と、前記炭素質粒体をタップ充填した後に所定の荷重をかけた時の粒体電気比抵抗との変化率を、(1−タップ充填時/軽装充填時)×100と規定し、この変化率を70%以下とすることを特徴とする炭素質粒体の熱処理装置。 - 前記炉体の内部にガスを吹き込むためのガス吹込み部を設けたことを特徴とする請求項1に記載の熱処理装置。
- 請求項1又は2に記載の熱処理装置を用いたことを特徴とする炭素質粒体の熱処理方法。
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