JPH11335111A

JPH11335111A - 黒鉛化電気炉

Info

Publication number: JPH11335111A
Application number: JP10141902A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mashima; 隆司真島; Tomotoshi Mochizuki; 智俊望月
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 1999-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】炉本体の過熱を抑制し、電極の局部的な損耗
を抑え、電流路の変動およびこれに伴う炉本体の動作の
不安定化を回避可能にする。【解決手段】炉本体の内側へ各電極を突出させる。ま
た、炉本体内におけるカーボン粉末投入口と黒鉛粉末回
収口との間の黒鉛化領域を挟んで対峙する複数組の電極
を、少なくとも一部が炉本体内に臨むように配置して、
各組の電極に通電を行えるようにした黒鉛化電気炉にお
いて、対峙する各電極の対峙面側の端縁または周縁を円
弧面に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カーボン粉末を
通電によって黒鉛化する黒鉛化電気炉に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、カーボン粉末を不活性雰囲気
下で約３０００℃以上に加熱処理することによって、前
記カーボン粉末を黒鉛化して工業的に人造の黒鉛粉末を
製造することが行われている。

【０００３】この種の黒鉛粉末の製造には、アチソン炉
等の黒鉛化電気炉が用いられており、コークスに通電し
て発生するジュール熱で素材であるカーボン粉末を加熱
して、これを黒鉛化するようにしているが、一般的に、
既存の黒鉛化電気炉は、バッチ式で黒鉛粉末の製造を行
うようにしたものであったために、生産性が悪く、従っ
て、連続的にカーボン粉末を加熱処理して黒鉛粉末を製
造し得るような黒鉛化電気炉の開発が望まれていた。

【０００４】一方、これに対して、現時点で提案されて
いる連続式の黒鉛化電気炉として、例えば、対にした黒
鉛電極の相互間にカーボン粉末を充填し、該カーボン粉
末を移動させながら両黒鉛電極間に通電してジュール熱
により前記カーボン粉末を加熱するとともに、両黒鉛電
極自体もジュール熱により発熱させて積極的にヒータと
して利用しながら炉内を約３０００℃以上に保持し、カ
ーボン粉末を連続的に黒鉛化するものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の黒鉛化電気炉にあっては、炉本体に取り付けられ
た黒鉛電極の内端が、炉壁の内周に略均一とされている
ため、カーボン粉末をジュール熱により発熱させるとき
に、これらの電極の自身による発熱とともに、前記ジュ
ール熱が炉壁に直接伝達され、炉本体が高温になり、こ
のため炉本体の熱強度を高めたり、大掛りで高価な冷却
手段を用意する必要があるという課題があった。

【０００６】また、例えば、図９に示すように、互いに
対峙するように配置した電極９ａ，９ｂの端縁が角ばっ
ているために、互いに平行に対峙している部位間ではこ
れらに略平行な電位面が形成されるものの、その角ばっ
ている部位間では電位面が大きく彎曲し、この結果、対
峙する各電極９ａ，９ｂ間の中央部における電流集中領
域つまり黒鉛化領域が十分に大きくならず、しかも不安
定になるという課題があった。また、この結果、カーボ
ン粉末の連続かつ迅速な黒鉛化処理を実現できなくなる
ほか、各電極９ａ，９ｂの局部的な電流の集中によっ
て、各電極９ａ，９ｂの損耗が促進され、その寿命が短
くなるほか、電流路も一定せずに変動し、炉本体の動作
が不安定になるという課題があった。

【０００７】この発明は、前記のような従来の課題を解
決するものであり、カーボン粉末が自身で発生するジュ
ール熱などを炉壁に伝達しにくくするとともに、互いに
対峙する各黒鉛電極の対峙面側の角部に丸味を付けるこ
とにより、これらの黒鉛電極間に大電流を流して、これ
らの間を通過するカーボン粉末の黒鉛化処理を行う場合
に、各黒鉛電極間における電位面を、全体として各電極
の互いに並行に対峙する面に略平行にすることができ、
これによって各黒鉛電極の局部的な損耗を抑え、電流路
の変動およびこれに伴う炉本体の動作の不安定化を回避
できる黒鉛化電気炉を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的達成のため、こ
の発明は、炉本体に充填されたカーボン粉末に対し、該
カーボン粉末を挟んむように炉本体に対向配置された電
極に通電し、該通電によるカーボン粉末の発熱によって
カーボン粉末を黒鉛化するようにした黒鉛化電気炉にお
いて、電極を炉本体の内部へ突出させるように構成した
ものである。

【０００９】従って、電極間に挟まれてカーボン粉末が
ジュール熱を発生する部位を、炉本体の炉壁から離し、
これにより炉本体への前記ジュール熱の伝達を抑制可能
にし、炉本体およびその周辺部材の熱的障害を未然に防
止し、高価で大掛りな炉壁の冷却設備の使用を回避可能
にする。一方、各電極間には垂直に拡る加熱面を発生さ
せて、カーボン粉末の効率的な黒鉛化処理を実現可能に
する。

【００１０】また、この発明は、電極の対峙面側の端縁
または周縁を円弧面に形成するようにしている。これに
より、対峙する各電極間に発生する電位面を、全体とし
て各電極の互いに平行に対峙する面に略平行とすること
ができ、各電極間における一部での電流集中を回避し、
黒鉛化領域における高温度を安定に維持可能にし、以
て、各電極間を通過するカーボン粉末を能率的に黒鉛化
可能にする。また、前記の一部での電流集中を回避する
ことで、電極の局部的な損耗を防ぎ、これらの電極の寿
命を延ばすとともに、電流路が変動したり、これによっ
て炉本体における加熱動作が不安定になるのを防止す
る。

【００１１】また、電極が円柱状の電極である場合に
は、円弧面の半径を、その電極の直径の１／５〜１／１
０の大きさにし、また、電極が矩形柱状の電極である場
合には、円弧面の半径を、その電極の短辺長の１／５〜
１／１０の大きさにすることで、対峙する電極間の一部
での電流集中を確実になくすることができ、これにより
電極の損耗を防止可能にする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて図面を参照して説明する。図７は、この発明の黒鉛
化電気炉を示す断面図、図８は図７のＡ―Ａ線断面図で
あり、図中、１は水冷構造とした炉本体を示す。この炉
本体１の上部中央には、原料であるカーボン粉末２をス
クリューコンベア３により投入し得るようにした、カー
ボン粉末投入口４が設けられている。前記炉本体１の下
部中央には、前記カーボン粉末２を加熱処理した後の黒
鉛粉末５を、スクリューコンベア６により回収する黒鉛
粉末回収口７が設けられている。かかる炉本体１の内部
は、アルゴンガス等の不活性ガスの雰囲気、もしくは真
空とされて、外気と遮断されている。

【００１３】ここで、図示する例における炉本体１は、
カーボン粉末投入口４と黒鉛粉末回収７とを縦方向に結
ぶ軸線Ｏを中心として、その胴部を円筒状に、また、そ
の上部を円錐状に夫々形成してあり、その底部について
は、平坦な円盤状に形成してある。

【００１４】なお、炉本体１の水冷構造については、周
知の水冷手段を講じればよく、炉本体１の壁部分を水冷
ジャケットとしたり、あるいは、壁部分に多数の流路を
形成する等して、これらの水冷ジャケットや流路に冷水
を循環供給し得るようにすればよい。

【００１５】さらに、この実施の形態においては、前記
炉本体１内におけるカーボン粉末投入口４と黒鉛粉末回
収口７との間の適宜な中途位置を、黒鉛化領域８（図中
のクロスハッチ部分）としている。該黒鉛化領域８と同
じ高さ位置における炉本体１の胴部内側壁には、該胴部
の直径方向に対峙する、すなわち、前記黒鉛化領域８を
挟んで対峙するよう銅製等の導電性材料による電極９
ａ，９ｂが、複数組環状に配設されている。また、各組
の電極９ａ，９ｂには、これらにタイミングをずらして
通電する電流制御装置１０および電源１１が順次接続さ
れている。さらに、これらの電極９ａ，９ｂの内端は炉
本体１の炉壁内に突出させてある。

【００１６】また、炉本体１内における少なくとも電極
９ａ，９ｂ周辺の所要範囲に亘って絶縁を施したり、あ
るいは、炉本体１自体の材質を工業用硬質プラスチック
等の絶縁材質としておくことは勿論であり、また、電源
１１は交流であっても直流であってもよい。

【００１７】さらに、前記複数組の互いに対峙する電極
９ａ，９ｂは、少なくとも一部が前記炉本体１内に突出
するように臨み、その先端形状は図１〜図４に示すよう
な形状に形成されている。

【００１８】このうち、図１および図２に示す電極９
ａ，９ｂは、全体としてシュータイプをなし、その対峙
面１２が平坦面をなすとともに、その対峙面１２側の周
縁が円弧状に丸められた円弧面１３とされている。そし
て、この円弧面１３の半径ＲOは、電極９ａ，９ｂの直
径Ｒの１／５〜１／１０になるように設定されている。

【００１９】また、図３および図４は、全体として円柱
状をなす電極９ａ，９ｂを示す。この円柱状の電極９
ａ，９ｂにあっても、相互の対峙面１２が互いに平坦面
をなすものの、その周縁部は円弧面１３とされ、かつこ
の円弧面１３の半径ＲO1を、その円柱状の各電極９ａ，
９ｂの直径Ｒ1の１／５〜１／１０とされる。

【００２０】さらに、電極９ａ，９ｂが、図５に示すよ
うに全体として矩形柱状をなす場合には、これらの対峙
面１２側の端縁が円弧状に丸められて、円弧面１３とさ
れる。そして、その円弧面１３の半径ＲO2は、その円弧
面１３側の短辺長Ｒ2の１／５〜１／１０に形成されて
いる。また、各円弧面１３を結ぶ辺部は、丸みを持つよ
うに形成される。

【００２１】次に、上記実施形態の動作について説明す
る。まず、図７に示すようなカーボン粉末投入口４から
炉本体１内にカーボン粉末２を充填し、各組の電極９
ａ，９ｂに対し電流制御装置１０より順次タイミングを
ずらして通電すると、図８に示す如く、各組の電極９
ａ，９ｂ間を流れる電流は全て黒鉛化領域８を通過して
流れる。このため、該黒鉛化領域８における電流密度が
外周囲より高められて、ジュール熱による発熱量が増加
する。一方、水冷構造となっている炉本体１付近では、
水冷により冷却される。この結果、炉本体１内に充填さ
れたカーボン粉末２は、黒鉛化領域８においてのみ局所
的に高温加熱されて黒鉛化されることになる。

【００２２】よって、カーボン粉末投入口４から新たな
カーボン粉末２を投入しながら、黒鉛化領域８で黒鉛化
した黒鉛粉末５を黒鉛粉末回収口７から回収するように
すれば、連続的に黒鉛粉末５を製造することが可能とな
る。

【００２３】このとき、黒鉛化領域８におけるカーボン
粉末２は、通電によるジュール熱で自ら発熱して黒鉛化
する。しかも、その周囲のカーボン粉末２は、カーボン
粉末投入口４から黒鉛粉末回収口７へ向かうカーボン粉
末２または黒鉛粉末５の流れを取り囲んで炉本体１内に
留まり、内側から徐々に黒鉛化しつつ、炉本体１側に対
する断熱材として機能する。このため、黒鉛粉末回収口
７から回収される黒鉛粉末５に不純物が紛れ込む余地が
なくなって、純粋な黒鉛粉末５のみを確実に回収するこ
とが可能となる。また、炉本体１や電極９ａ，９ｂに対
する焼損が緩和されて、該炉本体１や電極９ａ，９ｂの
耐久性を向上することが可能となる。

【００２４】また、黒鉛粉末回収口７から回収される黒
鉛粉末５に、前記のように不純物が紛れ込む余地をなく
し、純粋な黒鉛粉末５のみを良好に回収することができ
るので、製造される黒鉛粉末５の品質を大幅に向上する
ことができる。

【００２５】さらに、この発明によれば、電極９ａ，９
ｂの内端を炉壁の内側の十分に突出させてあるため、加
熱面が垂直方向に拡るとともに、カーボン粉末２がジュ
ール熱によって加熱される部位が、炉壁から離れること
となる。また、そのジュール熱を発して黒鉛化処理が行
われている部位の周辺ではカーボン粉末や黒鉛粉末が断
熱材，耐熱材として機能するため、そのジュール熱が直
接炉壁に伝わりにくくなり、その結果、炉本体１が加熱
されるのを未然に防止できる。

【００２６】ここで、特に、各電極９ａ，９ｂに、図１
および図２に示すような対峙面１２形状および円弧面１
３形状を採用することにより、例えば図６に示すような
炉本体１内に、一組の対峙する電極９ａ，９ｂを設けた
ものを考えた場合に、これらの平坦な対峙面１２および
円弧面１３に対応する部位で、全体として電界の電位面
が緩やかな円弧面をなすこととなる。

【００２７】この結果、かかる電極９ａ，９ｂを複数組
備えた炉本体１内には、従来のような、極部的に狭い電
界集中部分が生じることがなくなる。従って、前記のよ
うな適切な大きさの高温の黒鉛化領域８が形成され、カ
ーボン粉末２の最適状況での黒鉛化処理とともに、電極
９ａ，９ｂの局部的な損耗を抑制できる。

【００２８】また、各電極９ａ，９ｂが互いに対峙面１
２および円弧面１３が滑らかに形成されることで、前記
のような電界集中部分およびその周辺部での電流路の変
動をさらに良好に抑制でき、この結果、炉本体１におけ
る黒鉛化処理のための加熱動作が安定したものとなり、
品質の良好な黒鉛化粉末を連続的に生成できることにな
る。

【００２９】また、図３および図４に示すような円柱状
の電極９ａ，９ｂにあっても、図６に示した場合と略同
様に、全体として緩やかなカーブの電位面を持った電界
分布を、各電極９ａ，９ｂ間に実現することができる。
なお、この場合には、各電極９ａ，９ｂの形状が単純で
あるところから、コストの低減，炉本体１への組み付け
や取り扱いの容易化を図ることができる。

【００３０】さらに、図５に示すような矩形柱状の電極
９ａ，９ｂにあっては、前記のような対峙面側における
円弧面１３の形成によって、前記図１〜図４の場合と同
様の効果が得られるほかに、短辺長Ｒ2に対して長辺長
Ｓを十分に大きくすることにより、さらに好ましくは各
電極９ａ，９ｂ間の距離に対する比を例えば１．０以上
とすることにより、良好な黒鉛化領域８が形成可能であ
る。

【００３１】なお、本実施形態では、電極９ａ，９ｂと
して黒鉛電極を用いたものを示したが、銅合金などの他
の金属電極を用いても、同様の効果が得られる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、各電
極を炉本体の内部へ突出させるように構成したので、カ
ーボン粉末のジュール熱が直接炉本体の炉壁に伝達する
のを抑制でき、炉本体の過熱に伴う種々の熱支障を回避
することができる。

【００３３】また、前記各電極の対峙面側の端縁または
周縁を円弧面に形成したので、これらの黒鉛電極間に大
電流を流して、これらの間を通過するカーボン粉末の黒
鉛化処理を行う場合に、各黒鉛電極間における電位面
を、全体として各電極の互いに並行に対峙する面に略平
行にすることができ、これによって各黒鉛電極の局部的
な損耗を抑え、電流路の変動およびこれに伴う炉本体の
動作の不安定化を回避することができる。

【００３４】さらに、前記各電極が円柱状や矩形柱状で
ある場合においても、これらの周縁や端縁に形成される
円弧面の半径が各電極の直径や短辺長に対して１／５〜
１／１０に選定することで、電極の消耗，電流路の変動
および路本体動作の不安定化を確実に回避でき、最適な
電界分布による最適の黒鉛化領域を形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態による黒鉛化電気炉の
電極を示す側面図である。

【図２】図１に示す電極の正面図である。

【図３】この発明の他の実施形態による電極を示す側
面図である。

【図４】図３に示す電極の正面図である。

【図５】この発明の他の実施形態による電極を示す斜
視図である。

【図６】図１に示す電極間に発生する電位分布を示す
説明図である。

【図７】この発明の電極を持った黒鉛化電気炉を示す
断面図である。

【図８】図７に示す黒鉛化電気炉の平面図である。

【図９】従来の黒鉛化電気炉の電極間に発生する電位
分布を示す説明図である。

【符号の説明】

１……炉本体２……カーボン粉末４……カーボン粉末投入口５……黒鉛粉末７……黒鉛粉末回収口８……黒鉛化領域９ａ，９ｂ……電極１２……対峙面１３……円弧面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉本体に充填されたカーボン粉末に対
し、該カーボン粉末を挟んむように炉本体に対向配置さ
れた電極に通電し、該通電によるカーボン粉末の発熱に
よってカーボン粉末を黒鉛化するようにした黒鉛化電気
炉において、前記電極を炉本体の内部へ突出させたことを特徴とする
黒鉛化電気炉。
【請求項２】前記各電極の対峙面側の端縁または周縁
を円弧面に形成したことを特徴とする請求項１に記載の
黒鉛化電気炉。
【請求項３】前記各電極が円柱状の電極である場合に
は、前記円弧面の半径を、その電極の直径の１／５〜１
／１０の大きさにしたことを特徴とする請求項２に記載
の黒鉛化電気炉。
【請求項４】前記各電極が矩形柱状の電極である場合
には、前記円弧面の半径を、その電極の短辺長の１／５
〜１／１０の大きさにしたことを特徴とする請求項２に
記載の黒鉛化電気炉。