JPH11278819A - 粉末カーボン連続焼成方法およびその装置 - Google Patents

粉末カーボン連続焼成方法およびその装置

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JPH11278819A
JPH11278819A JP10080649A JP8064998A JPH11278819A JP H11278819 A JPH11278819 A JP H11278819A JP 10080649 A JP10080649 A JP 10080649A JP 8064998 A JP8064998 A JP 8064998A JP H11278819 A JPH11278819 A JP H11278819A
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carbon
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Shinko Ota
真弘 太田
Koji Mitsuyama
康志 光山
Masaharu Nishimura
正治 西村
Shinya Ishii
伸也 石井
Naohiko Matsuda
直彦 松田
Ichiro Yamashita
一郎 山下
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱効率が高く、粉末カーボンの生産量の増加
の要求にも十分対応でき、しかも、少ない作業人員で稼
動することができる粉末カーボン連続焼成方法およびそ
の装置を提供する。 【解決手段】 焼成管3内に粉末カーボンを供給し、該
粉末カーボンの堆積層6の上面にマイクロ波を照射して
該堆積層の内部に高温焼成層11を形成しつつ、粉末カ
ーボンを連続的に焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、粉末カーボン連続
焼成方法およびその装置に関し、詳しくは、マイクロ波
を照射して粉末カーボンを連続的に焼成する方法および
その装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、粉末カーボンを黒鉛化焼成する場
合には、図6に示すようなアチソン炉と呼ばれる炉20
を用い、まず原料の粉末カーボンを黒鉛の容器21に詰
め、この容器21を炉20中に多数配置し、多量のパッ
キングコークス22でこれらの容器21の全周を覆い、
パッキングコークス22の周りに熱遮蔽ライニング23
を施した後、炉20内の容器21を全体的に数日間通電
加熱して昇温焼成し、この後数週間かけて自然放熱し、
降温していた。なお、同図において、24は耐火れんが
炉壁、25は黒鉛端子電極、26はブスバーである。
【0003】上記従来の焼成装置における炉20は、焼
成作業が終わるまで次ぎの焼成作業を行うことができな
い、いわゆるバッチ方式の加熱炉であった。このため、
次のような問題点があった。 (1)焼成品とともに、焼成品以外の物、すなわち炉2
0内の容器21の周りのパッキングコークス22や熱遮
蔽ライニング23等も同時に加熱し、焼成品とともに昇
温した後に降温させる過程を取っているため、熱効率が
悪く、生産における電力単価が高いものとなった。 (2)昇温焼成および降温過程に数週間かかるため、粉
末カーボンの容器詰めおよびこれらの容器の埋め込み作
業期間に容器の取り出し作業期間を加えれば、一回の黒
鉛化焼成作業に約一ヶ月必要となり、粉末カーボンの生
産量の増加に対応するのが困難であった。 (3)パッキングコークスの充填作業等、環境的に苛酷
な粉じん作業があるため、粉末カーボンの生産量の増加
に対応すべくアチソン炉を増設しても、焼成作業のため
の人員の確保が難しかった。
【0004】そのため、例えば、リチウム電池の多用化
等により今後期待される電池市場からの粉末カーボンの
生産量の増加要求に対して、アチソン炉を用いた従来の
焼成方法では十分に対応できなかった。本発明は、上記
実情に鑑みてなされたもので、熱効率が高く、粉末カー
ボンの生産量の増加の要求にも十分対応でき、しかも、
少ない作業人員で稼動することができる粉末カーボン連
続焼成方法およびその装置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】本発明では、上記目的を
達成するために、焼成管内に粉末カーボンを供給し、該
粉末カーボンの堆積層の上面にマイクロ波を照射して該
堆積層の内部に高温焼成層を形成しつつ、粉末カーボン
を連続的に焼成するようにしている。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る粉末カーボン
連続焼成方法およびその装置の実施形態を添付図面を参
照しながら詳細に説明する。図1は、本発明に係る粉末
カーボン連続焼成装置の一実施形態を示す。同図におけ
る粉末カーボン連続焼成装置1は、中央に設けられた炉
2と、該炉の下方に設けられた焼成管3と、炉2の上部
に付設され、粉末カーボンを炉2内に連続的に供給する
粉末カーボン供給装置4と、炉2の下部に付設され、焼
成管3の下方から粉末カーボンの焼成品を連続的に取り
出す焼成品取出装置5と、炉2内に延長して設けられ、
焼成管3内に堆積する粉末カーボンの堆積層6の上面に
斜め上方からマイクロ波を照射するマイクロ波導波管7
とを備えた構成となっている。本実施形態の焼成装置1
に適用される粉末カーボンの粒径は、通常の大きさのも
ので、とくに限定されない。
【0007】炉2は、炉内壁8によって下方に向かって
狭くなるように形成され、その下部2aが平行に形成さ
れている。炉2は耐火性のある断熱材9によって包囲さ
れている。焼成管3の上部3aは、炉2の下部2a内に
位置している。焼成管3の上部3aと炉2の下部2aと
の間の空間には、粉末カーボン供給装置4によって送り
込まれた粉末カーボンの一部が充填されて、粉末カーボ
ン断熱層10が形成される。焼成管3の下方部分は、断
熱性能が下げられており、これにより、粉末カーボンの
温度を焼成しない温度まで下げることができる領域、い
わゆる降温領域になっている。粉末カーボン供給装置4
による原料の粉末カーボンの供給と、焼成品取出装置5
による焼成品である焼成カーボンの取り出しは、一定の
バランスで連続的に行なわれるようになっており、これ
により、焼成管3内の粉末カーボンの堆積形状が常時保
持される。マイクロ波導波管7は、焼成管3の上部3a
付近に向かってマイクロ波を照射するもので、炉2の炉
内壁8に下方に傾斜されて設けられている。マイクロ波
導波管7は、本実施形態では左右一対設けているが、勿
論これに限らず、1個または3個以上であっても良い。
【0008】本実施形態の焼成装置1では、まず、粉末
カーボン供給装置4によって粉末カーボンを炉2を通じ
て焼成管3の上部3aに連続的に供給する。これによ
り、焼成管3の上部3a内には、粉末カーボンの堆積層
6が形成される。これと同時に、マイクロ波導波管7を
通じて、焼成管3内の粉末カーボンの堆積層6の上面に
マイクロ波を照射する。これにより、粉末カーボンの堆
積層6の内部には、高温焼成層11(図2参照)が形成
される。粉末カーボンは、この高温焼成層11を通過す
ることにより焼成され、黒鉛化される。なお、炉2は、
その周囲の断熱材9によって十分に断熱されている。ま
た、粉末カーボンの堆積層6の内部の高温焼成層11
は、焼成管3の周囲の粉末カーボン断熱層10によって
十分断熱されており、マイクロ波加熱による熱損失が抑
えられる。この状態で、炉2内への粉末カーボンの投入
量およびマイクロ波の照射量を一定にし、高温焼成層1
1をその堆積層6とともに降下させることによって、炉
2内の熱バランスは一定し、連続的に粉体カーボンの焼
成を行うことができる。このようにして焼成された粉末
カーボンは、焼成管3下方の降温領域を通過することに
より、焼成しない温度まで速やかに降温される。この降
温された焼成粉末カーボンは、粉体の分離作業を必要と
せず、焼成品取出装置5により焼成管3の下方から取り
出すことができる。
【0009】なお、粉末カーボンの黒鉛化焼成に必要な
温度は約3200℃である。一般的に、粉末カーボンの
表面からの加熱でその表層の温度をこの焼成温度まで高
めようとすると、その表層からその周囲部への放射熱損
失が極めて大きいため、熱効率が極めて低かった。これ
に対して、本実施形態では、図2に示すように、マイク
ロ波を用いて粉体カーボンの堆積層6の内部を直接加熱
して、表層から離れた放射熱損失のない内部に高温焼成
層11を形成するようにしているので、粉末カーボンを
熱効率良く焼成することができる。さらに、本実施形態
では、粉末カーボンの堆積層6の表層上に、常温の原料
粉末カーボンを連続的に供給するようにしているため、
表層の温度はさほど高くならない。この表層温度が高く
ならない理由としては、高温焼成層11から表層までの
粉体カーボン層が高い空隙率の低熱伝導率を有すること
等に起因する。これにより、表層からの熱損失が抑えら
れ、高温焼成層11から焼成管3側への熱損失が低減さ
れ、焼成管3の過度の昇温が制限される。
【0010】本実施形態による焼成方法では、表層にお
ける焼成温度に達していない層の厚みは、数mm程度で
ある。一般的に、炉2内に供給された粉末カーボンの焼
成品を上方から取り出す場合は、該焼成品の温度が十分
低くなった後、高い精度で表層を除去する作業が必要と
なる。このような表層除去作業は容易でないので、焼成
品の取り出し作業は極めて困難である。これに対して、
本実施形態では、連続的に供給される粉末カーボンを、
高温焼成層11を通った後、連続的に降温させつつ炉2
の下方から取り出す、いわゆる堆積降下方式を採用して
いるので、上記したような表層除去作業が不要となり、
焼成品の取り出し作業を容易にかつ迅速に行うことがで
きる。なお、本実施形態による方式では、加熱強度が弱
くなる焼成管3の下方側に高温焼成層11を降下させる
ようにしているため、適切な焼成温度が保持され、十分
な焼成時間を得ることができる。
【0011】図3は、上述したような本実施形態の焼成
装置における効果を確認するために実施したFEM解析
モデルを示す。このモデルでは、熱的特性が十分模擬で
きるよう、粉末カーボンの堆積部6の表面からの放熱、
炉2の回りの断熱材9の熱伝導、粉末カーボンの堆積降
下速度(物質移動)を加味している。図4および図5
は、上記の解析結果を示すもので、炉2内の温度分布を
示している。同図により、焼成管3内の表層から離れた
内部に粉末カーボンの黒鉛化温度に達した高温焼成層1
1が形成されており、しかも、その焼成温度を保持する
時間が長くなるよう、該高温焼成層が下方に伸びている
ことが確認できる。なお、図4において、モデルの外表
面温度拘束は、100°Cとし、中央下部の粉末カーボ
ン降下速度(物質移動)は、1mm/11秒としてい
る。図5において、升目は図4に示したモデルの寸法を
示し、狭い間隔の升の幅が1mmであり、広い間隔の升
の幅が5mmである。また、同図において、中央の領域
が高温焼成層11を示し、その温度は3006〜336
9°Cの範囲にあり、その隣の領域の温度は2642〜
3006°Cの範囲にあり、またその隣の領域の温度は
2279〜2642°Cの範囲にあり、さらにその隣の
領域の温度は1916〜2279°Cの範囲にあり、外
側の領域の温度は1916°C以下にあることを示して
いる。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る粉末
カーボンの連続焼成方法およびその装置によれば、焼成
管内に粉末カーボンを供給し、該粉末カーボンの堆積層
の上面にマイクロ波を照射して該粉末カーボンの堆積層
の内部に高温焼成層を形成しつつ、粉末カーボンを連続
的に焼成するようにしているので、次のような効果を得
ることができる。 (1)マイクロ波を用いて粉末カーボンの堆積層の内部
を直接加熱して、該堆積層の内部に高温焼成層を形成す
るようにしているので、焼成における熱損失を低減し、
その熱効率を向上させることができる。 (2)上部から連続的に供給して堆積させた粉末カーボ
ンを、上記高温焼成層を通じて降下させつつ焼成し、そ
の焼成品を下方から取り出すようにしたので、従来のよ
うな未焼成の表層を除去する作業が無くなり、連続的に
焼成することが可能となる。しかも、加熱強度が弱くな
る焼成管の下方側に高温焼成層を降下させるようにして
いるため、該高温焼成層の温度が過度に上昇されること
も無くなり、適切な焼成温度が保持されるので、十分な
焼成時間を得ることができる。 (3)焼成管の上部に原料粉末カーボンを連続的に供給
することにより、堆積した粉末カーボンの加熱側の表面
温度をより低く保持することができ、これによって、そ
の粉末カーボンの表面における放射熱損失を低減するこ
とができる。 (4)高温焼成層の周囲に粉末カーボン断熱層を配置す
ることで、高温焼成層からその周囲側への熱損失を低減
することができるとともに、焼成管の耐久時間を満足す
る温度以下に焼成管の温度を維持することができる。ま
た、粉末カーボン断熱層は、焼成品と同等の粉末カーボ
ンを配置して形成しているので、他の特別な断熱材が不
要であり、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る粉末カーボン連続焼成装置の一実
施形態を概略的に示す断面図である。
【図2】本発明に係る粉末カーボン連続焼成装置におけ
る粉末カーボンの堆積部の高温焼成層を示した概略図で
ある。
【図3】図2に示した粉末カーボンの堆積部の高温焼成
層の存在を確認するために実施した有限要素法による解
析モデルを示す断面図である。
【図4】図4に示した解析モデルを用いて行なった解析
結果を示す図である。
【図5】図4において矢印Aで示す円で囲む部分を拡大
して示す図である。
【図6】従来の粉末カーボン焼成装置を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 粉末カーボン連続焼成装置 2 炉 2a 下部 3 焼成管 3a 上部 4 粉末カーボン供給装置 5 焼成品取出装置 6 堆積層 7 マイクロ波導波管 8 炉内壁 9 断熱材 10 粉末カーボン断熱層 11 高温焼成層
フロントページの続き (72)発明者 石井 伸也 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 松田 直彦 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 山下 一郎 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼成管内に粉末カーボンを供給し、該粉
    末カーボンの堆積層の上面にマイクロ波を照射して該堆
    積層の内部に高温焼成層を形成しつつ、粉末カーボンを
    連続的に焼成することを特徴とする粉末カーボンの連続
    焼成方法。
  2. 【請求項2】 上記粉末カーボンを上方から上記焼成管
    内に連続的に供給し、上記高温焼成層を経て下方へ降下
    させ、上記焼成管の下方から粉末カーボンの焼成品を連
    続的に取り出すことを特徴とする請求項1に記載の粉末
    カーボンの連続焼成方法。
  3. 【請求項3】 炉内に設けられた焼成管と、該焼成管の
    一端から粉末カーボンを連続的に供給する粉末カーボン
    供給装置と、該焼成管の他端から粉末カーボンの焼成品
    を連続的に取り出す焼成品取出装置と、該炉内に延長し
    て設けられ、該焼成管内に供給されて堆積する粉末カー
    ボンの堆積層の上面にマイクロ波を照射するマイクロ波
    導波管とを具備してなり、マイクロ波の照射により粉末
    カーボンの堆積層の内部に高温焼成層を形成することを
    特徴とする粉末カーボンの連続焼成装置。
  4. 【請求項4】 上記粉末カーボンの堆積層の内部の高温
    焼成層に対応して上記焼成管の周囲に粉末カーボン断熱
    層を設けてなることを特徴とする請求項3に記載の粉末
    カーボンの連続焼成装置。
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