KR101579350B1 - 흑연재의 제조 방법 및 탄소계 원료의 분쇄 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입도의 변동이 작고, 수명의 변동이 작은 흑연재를 제조하는 방법을 제공한다.
흑연재의 제조 방법이며, 당해 제조 방법은 결합제와 골재로 이루어지는 탄소계 원료를 분쇄하여 분쇄 원료를 얻는 분쇄 공정과, 당해 분쇄 원료를 적어도 제1 분급 원료와 상기 제1 분급 원료보다 입도 분포의 피크가 큰 제2 분급 원료로 분급하는 분급 공정과, 상기 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 제2 분급 원료의 배합량을 결정하여, 성형 원료를 얻는 배합 공정을 포함한다.

Description

흑연재의 제조 방법 및 탄소계 원료의 분쇄 장치{A METHOD OF PRODUCING GRAPHITE MATERIAL AND GRINDING APPARATUS OF CARBON-BASED RAW MATERIAL}

본 발명은, 흑연재의 제조 방법 및 탄소계 원료의 분쇄 장치에 관한 것이다.

흑연재는, 실리콘 단결정 인상 장치용 부재, 방전 가공용 전극, 태양 전지 등에 이용되는 다결정 실리콘용 주형, 핫 프레스용 부재 등 다방면에 걸친 산업 분야에 사용되고 있다. 이러한 흑연재는, 하기의 공정에 따라 제조되는 것이 알려져 있다.

(1) 원재료 코크스의 분쇄 원료(골재)를 얻는 1차 분쇄 공정

(2) 피치와, 원재료 코크스의 분쇄 원료(골재)의 혼련물을 얻는 혼련 공정

(3) 혼련물을 분쇄하여, 성형 원료를 얻는 2차 분쇄 공정

(4) 성형 원료를 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정

(5) 성형체를 가열함으로써, 휘발분을 제거하여 소성체를 얻는 소성 공정

(6) 소성체를 소성 공정보다 높은 온도에서 열 처리하고, 흑연화하는 흑연화 공정

혼련물을 분쇄하고, 냉간 정수압 성형(CIP 성형: Cold Isostatic Press)하여 얻어진 흑연재는 결이 미세한(fine) 조직을 갖고, 고강도이기 때문에 상기한 용도에서 널리 사용되고 있다.

특허문헌 1에는, 고밀도, 고강도, 고순도이면서도 고내산화성의 특수 탄소재(흑연재)의 제조 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 흑연재는, 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 생피치 코크스와 평균 입경이 44 ㎛ 이하인 하소 피치 코크스를 주체로 한 배합물에 콜타르 피치를 첨가하여 이루어지는 특수 탄소재 조성물이며, 생피치 코크스와 하소 피치 코크스로 이루어지는 배합물 100 중량부 중 생피치 코크스가 40 중량부 이상인 특수 탄소재 조성물이다.

이러한 흑연재는 주원료로서 생피치 코크스와 하소 피치 코크스를 사용함으로써, 양 원료의 미립자와 콜타르 피치의 상용성 등을 개선하고, 흑연의 구조의 형성, 소재 내의 균일성을 한층 더 향상시킴으로써 얻어지며, 종래의 생석유 코크스와 하소 코크스의 조합 원료에서 얻어지지 않았던 고내산화성 및 특히 고강도이면서도 고밀도이고, 고순도의 특수 탄소재를 얻는 것이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 (평)4-228412호 공보

그러나, 상술한 흑연재를 제조할 때에 다음과 같은 문제가 있다.

흑연재는, 상술한 바와 같이 석탄, 석유 등 천연 자원을 원재료로서 사용하여 제조된다. 이들 광물 자원은 단일 물질이 아니고, 다양한 화합물 및 무기물이 혼합된 산지에 따라 그의 성상이 상이한 자원이며, 흑연재의 품질을 안정화하기 위해 그의 원재료를 조정하는 것이 과제가 된다. 이들 원재료로서, 상술한 피치, 생 코크스, 하소 코크스에 대하여 설명한다.

피치는, 석탄, 석유의 건류 가스로부터 얻어지는 타르의 잔사분이다. 생코크스는, 피치를 코킹(coking)함으로써 얻어지는 휘발분이 잔류하는 탄소질의 재료이다. 코킹법에는 딜레이드 코커법, 플루이드 코커법이 있지만, 일반적으로 흑연재에 이용하는 생코크스는 흑연화성이 우수한 딜레이드 코커법인 것이 이용된다. 하소 코크스는 생코크스를 캘사이너(calciner)에서 더 고온 처리(1000℃ 이상)함으로써 얻어지는 휘발분을 거의 포함하지 않는 탄소질의 재료이다.

상술한 원재료 중 피치에 대해서는, 최근 니들 코크스의 제조를 위한 QI(퀴놀린 불용분) 컨트롤 기술이 진행되고 있으며, 타르로부터 안정된 휘발분, QI 함유량인 것이 얻어지게 되었다. 또한, 하소 코크스는 고온에서 처리되어, 휘발분이 탄소화되어 있기 때문에, 재료의 성질 그 자체가 혼련 공정에서의 점결성에 대하여 미치는 영향이 작고, 안정된 것이 얻어지기 쉽다.

한편, 딜레이드 코커법으로 제조되는 생코크스는 가열한 코크스 드럼 내에 타르를 투입한 코킹을 행하여, 휘발분이 조정된다. 그 때문에, 생코크스 자체가 결합제로서 기능하는 휘발분을 갖고 있으므로, 성형성이 양호하고 성형 공정에서 균열되기 어려운 특징이 있다. 얻어지는 생코크스의 휘발분은, 원재료, 코크스 드럼 내에서의 자기 반응의 상태 등에 의해 휘발분이 안정화되기 어렵고, 투입하는 로트의 초기 단계, 최종 단계에서도 휘발분이 변동되기 쉬워진다. 따라서, 이것을 원재료에 이용한 종래의 흑연재는, 휘발분을 포함하고 있기 때문에 균열되기 어렵다는 이점이 있지만, 벌크 밀도의 변동 등이 발생하기 쉬워, 품질을 안정화시키는 것이 어렵다.

또한, 하소 코크스는, 생코크스를 캘사이너에서 고온 처리(1000℃ 이상)함으로써 얻어지는 휘발분을 거의 포함하지 않는 탄소질의 재료이다. 휘발분을 거의 포함하지 않기 때문에, 휘발분의 함유량은 안정되어 있다. 그러나, 하소 코크스 자체는 결합제로서 기능하는 휘발분을 거의 갖고 있지 않기 때문에, 성형성이 악화되고, 이것을 원재료에 이용한 종래의 흑연재는 첨가하는 피치의 양을 증가시켜 성형성을 부여하게 된다. 이것을 원재료에 이용한 종래의 흑연재는 벌크 밀도를 안정화시키기 쉽다는 이점이 있지만, 피치 등의 첨가 방법에 따라서는 성형성이 악화되고, 성형 공정에서 균열되기 쉬워진다.

본 발명은, 흑연재의 벌크 밀도 등의 품질 변동을 억제하기 위해, 휘발분이 안정된 하소 코크스와, 안정된 휘발분 및 QI 함유량이 얻어지는 피치를 주원료로서 이용하여, 흑연재를 균열시키지 않고 안정적으로 얻기 위한 제조 방법 및 분쇄 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 한 형태의 흑연재의 제조 방법은, 결합제와 골재로 이루어지는 탄소계 원료를 분쇄하여 분쇄 원료를 얻는 분쇄 공정과, 당해 분쇄 원료를 적어도 제1 분급 원료와 상기 제1 분급 원료보다 입도 분포의 피크가 큰 제2 분급 원료로 분급하는 분급 공정과, 상기 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 제2 분급 원료의 배합량을 결정하여, 성형 원료를 얻는 배합 공정을 포함한다.

예를 들면, 상기 제2 분급 원료보다 입경 분포의 피크가 큰 제3 분급 원료가 상기 분급 공정에서 더 분급되고, 상기 제2 분급 원료의 잉여분과 상기 제3 분급 원료를 상기 분쇄 공정으로 되돌려서 분쇄한다.

예를 들면, 상기 분쇄 원료를 분급하여, 상기 제1 분급 원료와 상기 제2 분급 원료를 얻는 제1 분급기와, 상기 제1 분급 원료를 저장하는 제1 저장 탱크와, 상기 제2 분급 원료를 저장하는 제2 저장 탱크와, 상기 제1 분급기와 상기 제2 저장 탱크 사이에 설치되어 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌리는 전환 밸브가 설치되고, 상기 제2 저장 탱크에 상기 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 산출되는 일정량의 제2 분급 원료를 저장한 후, 전환 밸브를 전환하여 잉여분의 제2 분급 원료를 상기 분쇄 공정으로 되돌려서 분쇄한다.

예를 들면, 상기 분쇄 원료를 분급하여 상기 제1 분급 원료를 얻는 제1 분급기와, 상기 제1 원료를 제거한 분쇄 원료의 잔분으로부터 상기 제2 분급 원료를 얻음과 함께, 잉여분을 분쇄기로 되돌리는 제2 분급기와, 상기 제1 분급 원료를 저장하는 제1 저장 탱크와, 상기 제2 분급 원료를 저장하는 제2 저장 탱크와, 상기 제2 분급기와 상기 제2 저장 탱크 사이에 설치되어 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌리는 전환 밸브가 설치되고, 상기 제2 저장 탱크에 상기 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 산출되는 일정량의 제2 분급 원료를 저장한 후, 상기 전환 밸브를 전환하여 잉여분의 제2 분급 원료를 상기 분쇄 공정으로 되돌려서 분쇄한다.

예를 들면, 상기 분쇄 원료를 분급하여 상기 제1 분급 원료를 얻는 제1 분급기와, 상기 제1 원료를 제거한 분쇄 원료의 잔분으로부터 제2 분급 원료를 얻음과 함께, 잉여분을 분쇄 공정으로 되돌리는 제2 분급기와, 상기 제1 분급 원료를 저장하는 제1 저장 탱크와, 상기 제2 분급 원료를 저장하는 제2 저장 탱크와, 상기 제1 분급기와 상기 제2 분급기 사이에 설치되어 상기 제1 분급 원료를 제거한 분쇄 원료의 잔분을 분쇄 공정으로 되돌리는 전환 밸브가 설치되고, 상기 제2 저장 탱크에 상기 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 산출되는 일정량의 제2 분급 원료를 저장한 후, 상기 전환 밸브를 전환하여 잉여분의 제2 분급 원료를 상기 분쇄 공정으로 되돌려서 분쇄한다.

예를 들면, 상기 골재는 하소 코크스이다.

본 발명의 한 형태의 흑연재의 제조 방법은, 상기 성형 원료를 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정과, 당해 성형체를 소성하여 소성체를 얻는 소성 공정과, 당해 소성체를 흑연화하여 흑연재를 얻는 흑연화 공정을 더 갖는다.

본 발명의 한 형태의 분쇄 장치는, 결합제와 골재로 이루어지는 탄소계 원료를 분쇄하여 분쇄 원료를 얻는 분쇄 장치이며, 분쇄 원료를 분급하여, 제1 분급 원료와 제2 분급 원료를 얻는 제1 분급기와, 상기 제1 분급 원료를 저장하는 제1 저장 탱크와, 상기 제2 분급 원료를 저장하고 계량기를 갖는 제2 저장 탱크와, 상기 제1 분급기와 상기 제2 저장 탱크 사이에 설치되어 상기 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌리는 전환 밸브와, 상기한 계량기의 계량값과 임의로 설정되는 설정값을 비교하여 상기 전환 밸브를 전환하여 상기 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌리는 계량 장치를 구비한다.

본 발명의 한 형태의 분쇄 장치는, 결합제와 골재로 이루어지는 탄소계 원료를 분쇄하여 분쇄 원료를 얻는 분쇄 장치이며, 분쇄 원료를 분급하여 제1 분급 원료를 얻는 제1 분급기와, 상기 제1 분급 원료를 제거한 분쇄 원료의 잔분으로부터 제2 분급 원료를 얻음과 함께, 잉여분을 분쇄기로 되돌리는 제2 분급기와, 상기 제1 분급 원료를 저장하는 제1 저장 탱크와, 상기 제2 분급 원료를 저장하고 계량기를 갖는 제2 저장 탱크와, 상기 제2 분급기와 상기 제2 저장 탱크 사이에 설치되어 상기 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌리는 전환 밸브와, 상기 계량기의 계량값과 임의로 설정되는 설정값을 비교하여 상기 전환 밸브를 전환하여 상기 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌리는 계량 장치를 구비한다.

본 발명의 한 형태의 분쇄 장치는, 결합제와 골재로 이루어지는 탄소계 원료를 분쇄하여 분쇄 원료를 얻는 분쇄 장치이며, 분쇄 원료를 분급하여 제1 분급 원료를 얻는 제1 분급기와, 상기 제1 분급 원료를 제거한 분쇄 원료의 잔분으로부터 제2 분급 원료를 얻음과 함께, 잉여분을 분쇄 공정으로 되돌리는 제2 분급기와, 상기 제1 분급 원료를 저장하는 제1 저장 탱크와, 상기 제2 분급 원료를 저장하고 계량기를 갖는 제2 저장 탱크와, 상기 제1 분급기와 상기 제2 분급기 사이에 설치되어 상기 제1 분급 원료를 제거한 분쇄 원료의 잔분을 분쇄 공정으로 되돌리는 전환 밸브와, 상기 계량기의 계량값과 임의로 설정되는 설정값을 비교하여 상기 전환 밸브를 전환하여 상기 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌리는 계량 장치를 구비한다.

본 발명에 따르면, 흑연재의 벌크 밀도 등의 품질 변동을 억제하기 위해, 휘발분이 안정된 하소 코크스와, 안정된 휘발분 및 QI 함유량이 얻어지는 피치를 주 원료로서 이용하며, 과분쇄되지 않고 안정된 입도 분포의 원재료를 사용하여 제조할 수 있다. 따라서, 벌크 밀도 등과 같은 품질의 변동이 적고 균열되는 경우가 적은 흑연재를 안정적으로 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 제조 장치에 따르면, 벌크 밀도 등과 같은 품질의 변동이 적고 균열되는 경우가 적은 흑연재가 안정적으로 얻어지는 분쇄 장치를 제공할 수 있다.

[도 1] (a)는 일반적인 세라믹재의 소성 전후의 입자를 모식적으로 나타내는 도면이고, (b)는 흑연재의 소성 전후의 입자를 모식적으로 나타내는 도면.
[도 2] 흑연재의 제조 방법의 각 공정에서의 입자의 입도 분포를 나타내는 그래프.
[도 3] 본 발명의 한 실시 형태의 흑연재 제조 장치의 전체 개요도(흑연재의 제조 방법의 흐름도).
[도 4] 본 발명의 다른 실시 형태의 흑연재 제조 장치의 전체 개요도(흑연재의 제조 방법의 흐름도).
[도 5] 도 4의 실시 형태의 변형예인 흑연재 제조 장치의 전체 개요도(흑연재의 제조 방법의 흐름도).
[도 6] 본 발명의 실시예의 성형 원료의 입도 분포를 나타내는 그래프.
[도 7] 본 발명의 비교예의 성형 원료의 입도 분포를 나타내는 그래프.

이하, 본 발명의 흑연재의 제조 방법의 한 실시 형태에 대하여 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 도 1은, 일반적인 세라믹재와 흑연재의 소성 메커니즘을 모식적으로 나타내는 도면이다.

흑연재는, 다른 일반적인 세라믹재와는 소성 메커니즘이 상이하다. 도 1(a)에 도시한 바와 같이, 일반적인 세라믹재의 소성에서는 소성 온도를 높임으로써 소결 보조제의 작용에 의해 입자 (1)끼리의 접합 면적이 커지고, 강하게 결합하여, 치수 수축되어 간다. 이에 비해, 흑연재의 소성에서는 도 1(b)의 위에 도시한 바와 같이, 골재와 결합제를 가열 혼련하여 골재와 결합제를 결합시키는 혼련 공정의 결과, 소성 전부터 존재하는 탄화 수율이 높은 결합제 피치 (2)가 최종적인 결합에 작용한다. 흑연재는 1000℃ 전후의 탄소화까지 결합제 성분을 갖는 탄소계 원료의 입자(결합제 피치 (2)와 골재 (3)으로 이루어짐)의 결합이 거의 완결되고, 그 이상의 온도의 열 처리에서는 결정화도가 높아짐으로써 진밀도를 높여, 재료 수축에 의해 고밀도화된다.

또한, 흑연재에서는 유기물이 결합제가 되어 있기 때문에 열분해에서 기공이 형성된다는 것(소성 후의 결합제 (2A)), 일반적인 소결 보조제에 의한 세라믹의 소결과 상이하여 기공을 찌그러뜨리는 작용이 없다는 것 등의 요인에 의해 고밀도화되기 어렵고, 다공질이 되는 경향이 있다. 이와 같이, 흑연재에서는 기공이 많이 형성되기 쉽기 때문에, 어떻게 기공을 제어하는지에 따라 벌크 밀도를 비롯한 재료 특성이 결정된다.

본 발명에서 탄소계 원료란, 결합제와 골재로 이루어지는 2원계의 탄소계 원료이다.

본 발명의 탄소계 원료는, 골재와 결합제가 혼련되어 이루어진다. 2원형의 탄소계 원료의 골재는, 일반적으로 결합제의 역할을 하는 휘발분을 포함하지 않거나, 휘발분의 함유량이 적고 탄소가 그의 주성분일 수 있다. 골재로서는, 예를 들면 하소 코크스, 생코크스, 천연 흑연, 인조 흑연 등을 이용할 수 있다. 이 중에서도, 하소 코크스, 천연 흑연, 인조 흑연은 휘발분을 거의 함유하지 않기 때문에, 소성에서의 수축성이 안정되어 있어 적절하게 사용할 수 있다. 결합제로서는 골재를 묶어두는 기능이 있으면 어떠한 것일 수도 있지만, 소성, 흑연화를 거쳐서 흑연재의 일부가 되기 때문에 탄화 수율이 높은 피치가 바람직하다.

휘발분이 안정된 골재를 함유하는 탄소계 원료를 이용한 흑연재의 제조 방법에 있어서, 성형 공정, 소성 공정 또는 흑연화 공정에서 균열되기 쉬워지는 3 가지 요인을 밝혀낼 수 있었다. 이하에 그 3 가지 요인을 순서대로 설명한다.

<A 요인: 분쇄기의 소모도>

상술한 바와 같은 골재 및 결합제로 이루어지는 탄소계 원료를 분쇄하여 분쇄 원료를 얻은 후, 흑연재가 제조된다. 탄소계 원료는 단단하기 때문에 분쇄기의 톱니, 라이너, 해머 등 소모 부품은 점차 소모된다. 그 때문에 분쇄기는 일정한 분쇄 능력을 유지하기 어렵고, 정기적으로 톱니의 교환을 행할 필요가 발생한다.

이와 같이 탄소계 원료는, 분쇄기의 소모되기 쉬움에 기인하여 분쇄 후의 원료의 입도가 분쇄마다 불안정해지기 쉬운(입도 분포의 변동이 발생하기 쉬운) 성질을 원래 갖는다. 탄소계 원료가 미세하게 분쇄되면 골재가 노출되기 쉬워지고, 골재끼리의 결합력이 없어지는 부분이 발생하여, 이후의 성형 공정, 소성 공정, 흑연화 공정에서 균열이 발생하는 원인이 된다. 특히, 휘발분을 거의 함유하지 않는 하소 코크스, 천연 흑연, 인조 흑연을 골재로서 사용한 경우, 균열이 발생하기 쉬워진다.

<B 요인: 골재 조직의 변동>

한편, 덩어리 형상의 하소 코크스, 생코크스 등의 1차 분쇄에 의해 얻어진 골재는 1개의 덩어리 속 로트 내 및 로트 외에 걸쳐서 균일한 조직을 갖고 있지 않다. 이러한 골재는, 일반적으로 수축성이 높고 단단한 모자이크 형상 조직의 영역과, 수축성이 낮고 부드러운 흐름 조직의 영역을 갖고 있다. 이러한 상이한 영역의 혼재에 기인한 골재 내부의 분쇄성의 변동이 있기 때문에, 얻어지는 탄소계 원료의 입도 분포의 변동이 발생하기 쉬워진다. 탄소계 원료가 미세하게 분쇄된 경우 골재가 노출되기 쉬워지고, 골재끼리의 결합력이 없어지는 부분이 발생하여, 이후의 성형 공정, 소성 공정, 흑연화 공정에서 균열이 발생하는 원인이 된다. 또한, 간단히 얻어진 분쇄 원료의 미분측, 조분측을 커트하여 입도를 조정하면, 수축성이 높은 모자이크 형상 조직 유래의 분말, 또는 수축성이 낮은 흐름 조직 유래의 분말을 선택적으로 제거하게 된다. 벌크 밀도 등의 안정화를 도모하기 위해 휘발분이 안정된 탄소계 원료를 사용하여도, 탄소계 원료의 일부를 선택적으로 제거하면, 벌크 밀도 등의 안정화는 곤란해진다고 생각된다.

<C 요인: 혼련 공정에서의 변동>

또한, 2원계의 탄소계 원료는, 골재와 결합제에 니더(kneader)를 이용하여 열을 가하면서 혼련하는 혼련 공정에 의해 덩어리 형상의 탄소계 원료(혼련물)가 얻어진다. 혼련 공정에서는, 외기온, 골재의 입도 분포, 니더의 블레이드에의 혼련물의 부착 정도 등의 영향에 의해, 혼련물의 크기의 분포가 안정되지 않는다. 분쇄 공정에 투입하는 탄소계 원료의 크기의 분포가 불안정하면, 분쇄마다 얻어지는 분쇄 원료의 입도 분포의 변동이 발생하기 쉬워진다. 탄소계 원료가 미세하게 분쇄된 경우 골재가 노출되기 쉬워지고, 골재끼리의 결합력이 없어지는 부분이 발생하여, 이후의 성형 공정, 소성 공정, 흑연화 공정에서 균열이 발생하는 원인이 된다.

도 2는 흑연재의 제조 방법의 각 공정에서의 입자의 입도 분포를 나타내는 그래프이며, 횡축이 입도(입경), 종축이 질량 비율(％)이다. 도 2(a1), (b1), (c1)은, 분쇄기에 의해 얻어진 분쇄 원료의 입도 분포에서 (a1)이 입경이 미세하게 분쇄된(작은) 경우, (c1)이 입경이 굵게 분쇄된(큰) 경우, (b1)이 입경이 그의 중간 정도로 분쇄되는 경우에 대응한다. 상술한 바와 같은 분쇄기의 소모도(A 요인), 골재의 조직의 변동(B 요인), 혼련 공정에서의 변동(C 요인) 등의 요인에 의해 이러한 입도 분포가 상이한 케이스가 발생한다. 또한, 이들 입도 분포가 상이한 성형 재료가 일률적으로 동일한 조건으로 소성 공정, 흑연화 공정 등에 의해 처리되면, 결과적으로 분쇄마다 얻어지는 흑연재의 입도에 변동이 발생하기 쉬워진다. 입경이 미세하게 분쇄된(작은) 경우(a1) 골재가 노출되기 쉬워지고, 골재끼리의 결합력이 없어지는 부분이 발생하여, 이후의 성형 공정, 소성 공정, 흑연화 공정에서 균열이 발생하는 원인이 된다. 입경이 거칠게 분쇄된(큰) 경우(c1), 얻어지는 흑연재의 조직이 굵어지기 때문에 강도 저하의 원인이 된다.

상기와 같은 실정을 감안한 후 검토된 본 발명의 한 실시 형태의 흑연재의 제조 방법의 각 공정을 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은 실시 형태의 흑연재 제조 장치 (10)의 전체 개요도임과 동시에, 흑연재의 제조 방법의 각 공정을 나타내는 흐름도이기도 하다. 흑연재 제조 장치 (10)은, 탄소계 원료 탱크 (11)과, 분쇄기 (12)와, 제1 분급기 (13)과, 전환 밸브 (14a)와, 제1 저장 탱크 (16)과, 제2 저장 탱크 (17)과, 성형 원료 탱크 (18)과, 계량 장치 (19)를 구비한다. 이들 장치는, 실선으로 나타낸 바와 같이 원재료를 송출 가능한 파이프와 같은 경로로 접속되어 있다.

우선, 도 1(b)의 위에 도시한 바와 같이, 골재와 결합제를 가열 혼련하여 골재와 결합제를 결합시키는 혼련 공정에 의해 골재와 결합제로 이루어지는 탄소계 원료가 얻어진 후, 당해 탄소계 원료를 탄소계 원료 탱크 (11)에 저장한다. 또한, 탄소계 원료 탱크 (11)에 저장된 탄소계 원료를 분쇄기 (12)를 이용하여 분쇄해서 분쇄 원료를 얻는다(분쇄 공정). 분쇄 원료의 입도 분포는 상술한 바와 같은 분쇄 공정에서의 다양한 요인 때문에, 도 2(a1), (b1), (c1)에 도시한 바와 같이 상이한 패턴이 발생하는 것이 상정된다.

이어서 분쇄 공정 후, 얻어진 분쇄 원료를 제1 분급기 (13)을 이용하여 적어도 제1 분급 원료와, 입경 분포에서 제1 분급 원료보다 큰, 바꾸어 말하면, 입도 분포의 피크가 제1 분급 원료의 피크보다 큰 제2 분급 원료로 분급한다(분급 공정). 얻어진 제1 분급 원료는 제1 저장 탱크 (16)으로 보내져, 제1 저장 탱크 (16) 내에 저장된다. 제1 분급 원료와 제2 분급 원료로 분급함으로써, 더 분쇄가 필요한 제2 분급 원료만을 분쇄 공정으로 되돌려서 제1 분급 원료의 과분쇄를 방지할 수 있다. 제1 분급 원료를 과분쇄하지 않기 때문에 원재료인 골재가 노출되기 어려워지고, 이후의 성형 공정, 소성 공정, 흑연화 공정에서 균열을 발생하기 어렵게 할 수 있다. 또한, 입도 분포의 피크란, 입도 분포에서의 최빈값이다.

여기서, 원재료, 환경 등의 영향으로 혼련 공정의 배치마다, 분쇄 공정의 배치마다 원래의 분쇄 원료가 도 2(a1), (b1), (c1)에 도시한 바와 같이 그의 입도 분포가 다양한 상태로 변동되어 있는 경우가 있다. 따라서, 제1 분급기 (13)에 의해 제1 분급 원료와 제2 분급 원료로 분급한 상태에서는 도 2(a2), (b2), (c2)에 도시한 바와 같이, (제1 및 제2) 분급 원료의 입도 분포도 다양한 상태로 변동되게 된다. 즉, 입경이 중간인 도 2(b2)에 비해 입경이 미세한 도 2(a2)에서는 제1 분급 원료의 질량비가 커지면서 제2 분급 원료의 질량비가 작아진다. 한편, 입경이 중간인 도 2(b2)에 비해 입경이 굵은 도 2(c2)에서는 제1 분급 원료의 질량비가 작아져 제2 분급 원료의 질량비가 커진다.

따라서, 본 실시 형태에서는 분급 공정 후, 얻어진 제2 분급 원료에 대해서는 당해 제2 분급 원료의 제1 분급 원료에 대한 잉여의 질량분에 상당하는 제2 분급 원료의 잉여분을 전환 밸브 (14a)를 이용하여 제거한다. 여기서, 제1 분급 원료를 기준으로 제2 분급 원료와의 소정의 배합비(질량비)를 미리 정해 두고, 당해 배합비에 기초하여 제2 분급 원료의 배합량을 산출할 수 있다.

골재는, 예를 들면 5 내지 30 ㎛의 50％ 부피 누적 직경인 것을 적절하게 이용할 수 있다. 50％ 부피 누적 직경이 5 ㎛ 이상인 골재를 이용하면, 골재를 묶어두어 대량의 결합제를 필요로 하지 않기 때문에, 이후의 소성 공정에서 결합제의 분해 가스의 발생량을 적게 할 수 있고, 분해 가스의 내압에 의한 균열이 발생하기 어렵게 할 수 있다. 50％ 부피 누적 직경이 30 ㎛ 이하인 골재를 이용하면, 골재간에 형성되는 공극을 작게 할 수 있기 때문에, 결이 미세한 조직인 고강도의 흑연재를 얻을 수 있다.

50％ 부피 누적 직경이란, 레이저 회절 산란법에서 부피 입경의 누적 도수 분포의 50％를 나타내는 입경(직경)이다.

제1 분급 원료와 제2 분급 원료의 소정의 배합비에 기초한 분급은, 예를 들면 미리 설정한 양자의 커트 포인트를 이용하여 행해진다. 제1 분급 원료와 제2 분급 원료의 커트 포인트는, 분급기에 의해 제1 분급 원료와, 제2 분급 원료로 분급되는 비율이 각각 50％인 입경을 나타낸다. 커트 포인트보다 큰 입경의 분쇄 원료는 주로 제2 분급 원료로 분급되고, 커트 포인트보다 작은 입경의 분쇄 원료는 주로 제1 분급 원료로 분급된다. 분급기는 확률적인 요소가 있기 때문에 커트 포인트에 의해 완전히 분리할 수는 없고, 커트 포인트보다 큰 입자가 제1 분급 원료측에 혼입되는 경우, 커트 포인트보다 작은 입자가 제2 분급 원료측에 혼입되는 경우가 있기 때문에, 제1 분급 원료와 제2 분급 원료로 분급되는 비율이 각각 50 질량％인 입경으로 정의된다.

제1 분급 원료와 제2 분급 원료의 커트 포인트는 골재의 50％ 부피 누적 직경보다 큰 것이 바람직하다.

분쇄 원료는 골재에 결합제를 부착시키도록 조정된다. 그 때문에, 제1 분급 원료와 제2 분급 원료의 커트 포인트를 골재의 50％ 부피 누적 직경보다 크게 함으로써, 원재료인 골재가 노출되기 어려워져, 이후의 성형 공정, 소성 공정, 흑연화 공정에서 균열을 발생하기 어렵게 할 수 있다. 제1 분급 원료와 제2 분급 원료의 커트 포인트는 40 내지 100 ㎛의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 커트 포인트가 40 ㎛ 이상이면 골재의 50％ 부피 누적 직경보다 충분히 크게 할 수 있기 때문에, 원재료인 골재가 노출되기 어려워져, 이후의 성형 공정, 소성 공정, 흑연화 공정에서 균열을 발생하기 어렵게 할 수 있다. 커트 포인트가 100 ㎛ 이하이면 충분한 양의 제2 분급 원료가 얻어지기 때문에, 얻어지는 제1 분급 원료의 질량에 따라 조정할 수 있는 제2 분급 원료의 양의 범위를 넓게 할 수 있다.

본 발명의 실시 형태는 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 제2 분급 원료의 배합량을 결정한다. 50％ 부피 누적 직경이 큰 제2 분급 원료를 남기도록 배합량을 결정하기 때문에, 잉여가 된 제2 분급 원료는 다시 분쇄하여, 제1 분급 원료로서 이용할 수 있다. 제1 분급 원료와 제2 분급 원료의 배합비(제1 분급 원료:제2 분급 원료)는 커트 포인트가 되는 입경, 분급 전의 입도 분포에 따라 적절히 선택할 수 있다. 배합비는 특별히 한정되지 않지만, 70％:30％ 내지 95％:5％(질량％)의 범위 내에서 결정되는 것이 바람직하다.

탄소계 원료는 분쇄기에 의해 반복 분쇄됨으로써 입경이 미세해진다. 굵은 탄소계 원료는 분쇄기의 통과 횟수가 적고, 미세한 탄소계 원료는 반복 분쇄기를 통과하여 분쇄된다. 그 때문에 분쇄기의 통과 횟수가 적은 제2 분급 원료는 입도 분포가 변동되기 쉽고, 분쇄기의 통과 횟수가 많은 제1 분급 원료는 입도 분포가 변동되기 어렵다고 생각된다. 본 발명의 실시 형태에서는 제1 분급 원료의 배합비가 70％ 이상이기 때문에, 변동의 영향을 받기 쉬운 제2 분급 원료가 적고, 변동이 작은 흑연재를 안정적으로 얻을 수 있다. 또한, 제1 분급 원료의 배합비의 바람직한 상한은 95％이다. 즉, 5％ 이상의 제2 분급 원료가 포함되어 입도가 굵은 원료를 가함으로써 입도의 안정화를 도모할 수 있다. 제1 분급 원료와 제2 분급 원료는 각각의 50％ 부피 누적 직경이 상이하고, 크기도 상이하기 때문에, 2개의 분급 원료를 정량적으로 배합함으로써 변동이 작은 흑연재를 안정적으로 얻을 수 있다.

분쇄기는 과분쇄되지 않도록 분쇄 능력을 적절히 조정하여 사용하는 것이 바람직하다. 조정의 방법은 분쇄기의 회전수, 톱니, 해머의 수 등에 따라 적절히 조정할 수 있다. 또한, 분쇄기의 종류를 적절히 선택함으로써, 바람직한 입도 분포의 분쇄 원료를 얻을 수 있다.

여기서, 계량 장치 (19)는 도시하지 않은 계량기를 갖고, 제2 저장 탱크 (17)에 저장된 제2 분급 원료의 양을 계량하여, 임의로 설정되는 설정값과 비교하여 일정량의 제2 분급 원료를 저장한 후, 제1 저장 탱크 (16)과 제2 저장 탱크 (17) 사이에 설치된 전환 밸브 (14a)로 전환 지시 신호를 보낸다(도면 중의 점선). 당해 전환 지시 신호에 기초하여, 전환 밸브 (14a)가 전환되어 잉여분의 제2 분급 원료를 탄소계 원료 탱크 (11)에 되돌리도록 할 수도 있다. 일정량의 제2 분급 원료란, 예를 들면 제1 저장 탱크 (16)에 저장된 제1 분급 원료의 양을 기초로 산출된다. 잉여분의 제2 분급 원료를 다시 분쇄함으로써, 원료를 낭비하지 않고 사용하는 것이 가능해진다.

제1 분급기 (13)에서의 제1 분급 원료와 제2 분급 원료의 분급은, 대량의 분쇄 원료를 처리하기 위해 예를 들면 기류 분급에 의해 행해진다. 후술하는 바와 같이 제1 분급 원료와 제2 분급 원료는 나중에 혼합되기 때문에, 제2 분급 원료로 분급되어야 할 굵은 입자가 제1 분급 원료에 들어가도(소위 「단리된 조대 입자」), 흑연재에 굵은 조직을 형성하는 경우가 없기 때문에 기류 분급을 적절하게 이용할 수 있다. 또한, 단리된 조대 입자(isolated coarse particle)란 대다수의 미분 중에 극히 소량 존재하고, 그의 분말을 가공하여 최종 제품으로 했을 때에 악영향을 미치는 조대 입자를 말한다.

또한, 제1 저장 탱크 (16)에 저장된 제1 분급 원료와 제2 저장 탱크 (17)에 저장된 제2 분급 원료를 성형 원료 탱크 (18)에서 배합함으로써, 성형 원료가 얻어진다.

상술한 제1 및 제2 분급 원료로부터 성형 재료가 얻어지는 공정에 있어서, 입도 분포의 변화를 도 2(a3), (b3), (c3)에 도시한다. 도 2(a3), (b3), (c3)에서의 점선으로 나타낸 분포는, 도 2(a2), (b2), (c2)에서 나타낸 분포에 대응한다. 또한, 실선으로 나타낸 제1 분급 원료의 질량에 따라 실선으로 나타낸 제2 분급 원료의 질량이 설정되고, 점선으로부터 실선으로 나타낸 바와 같이 제2 분급 원료는 잉여분이 제거되어 있다. 또한, 실선으로 나타낸 제1 분급 원료와 제2 분급 원료의 분포 곡선이 얻어지지만, 제1 분급 원료와 제2 분급 원료의 질량비는 도 2(a3), (b3), (c3) 모두에서 거의 동등해진다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 분쇄 원료의 입도 분포 상태에 관계 없이 제1 분급 원료와 제2 분급 원료를 일정 비율로 배합하여, 성형 원료를 제조할 수 있다. 따라서, 성형 원료의 입도 분포에 치우침이 발생하기 어려워져 안정화되기 때문에, 과분쇄에 의해 골재가 노출되지 않고, 성형 공정, 소성 공정, 흑연화 공정에서 균열되기 어려운 흑연재를 얻을 수 있다.

즉, 분쇄 공정에서 얻어지는 분쇄 원료는 입자의 경도, 결합제 성분의 비율에 따라 분쇄성이 상이하기 때문에, 얻어지는 입자의 크기마다 성형성이 상이하다고 생각된다. 골재로서 결합제 성분을 함유하지 않는 하소 코크스를 이용한 탄소계 원료는, 분쇄하면 결합제가 부착되어 있지 않은 골재가 미분측에 형성되기 쉬워진다. 본 실시 형태에서는, 미분을 제거하지 않고 안정된 입도 분포가 얻어지기 때문에, 분쇄 후의 성형 원료에 포함되는 결합제의 비율은 분쇄 전의 분쇄 원료와 상이하지 않다. 따라서, 미분의 제거에 의해 수축성에 대한 영향이 발생하지 않기 때문에, 벌크 밀도가 안정되고, 이후의 성형 공정, 소성 공정, 흑연화 공정에서 균열되기 어려운 흑연재가 제공된다.

도 4는 다른 실시 형태의 흑연재 제조 장치 (10)의 전체 개요도임과 동시에, 흑연재의 제조 방법의 각 공정을 나타내는 흐름도이기도 하다. 도 3의 장치와의 차이는, 제1 분급기 (13)의 하류에서 전환 밸브 (14a) 대신에 제2 분급기 (15)와 전환 밸브 (14b)가 설치되어 있는 점이다.

본 실시 형태에서는, 분급 공정에서 제1 분급기 (13) 뿐만 아니라 제2 분급기 (15)를 이용하여 입경 분포에서 제2 분급 원료보다 큰, 바꾸어 말하면 입도 분포의 피크가 제2 분급 원료의 피크보다 큰 제3 분급 원료를 더 분급한다. 이 제3 분급 원료는 제2 분급기로부터 직접 탄소계 원료 탱크 (11)로 되돌려진다. 또한, 도 3의 실시 형태와 마찬가지로, 계량 장치 (19)의 도시하지 않은 계량기가 제2 저장 탱크 (17)에 저장된 제2 분급 원료의 양을 계량하여, 임의로 설정되는 설정값과 비교하여 일정량의 제2 분급 원료를 저장한 후, 제2 분급기 (15)와 제2 저장 탱크 (17) 사이에 설치된 전환 밸브 (14b)로 전환 지시 신호를 보낸다(도면 중의 점선). 당해 전환 지시 신호에 기초하여, 전환 밸브 (14b)가 전환되어 잉여분의 제2 분급 원료를 탄소계 원료 탱크 (11)로 되돌린다. 또한, 상술한 제3 분급 원료와 전환 밸브 (14b)에 의해 제거된 잉여분의 제2 분급 원료를 탄소계 원료 탱크 (11)로 되돌려서 다시 분쇄한다.

여기서, 제2 분급 원료와 제3 분급 원료의 커트 포인트는 성형 원료의 최대 입경을 결정하는 요인이다. 제3 분급 원료를 일단 생성한 후, 분쇄 공정으로 되돌리면서 성형 원료가 제조되기 때문에, 분쇄 공정에서 얻어지는 분쇄 원료가 굵게 형성되기 쉬워져 분쇄 원료의 입도 분포를 굵은 측으로 설정할 수 있고, 과분쇄에 의해 노출된 골재가 분쇄 원료에 포함되는 것을 방지할 수 있다.

제2 분급기 (15)에서의 제2 분급 원료와 제3 분급 원료의 분급은, 예를 들면 체(금망)에 의해 행해진다. 굵은 입자(단리된 조대 입자: isolated coarse particle)는 극히 소량 혼입하면, 액정 화면의 결함과 같이 흑연재의 가공면에 관찰되기 쉽고 눈에 띄기 때문에, 굵은 입자의 혼입은 최소한으로 억제하는 것이 바람직하다. 체에 의한 분급은 원리적으로 굵은 입자를 통과시키는 경우가 없기 때문에, 미세하고 결함이 없는 조직을 형성할 수 있다.

도 5의 실시 형태는 도 4의 실시 형태의 변형예이며, 도 3의 예와 마찬가지로 계량 장치 (19)가 제2 저장 탱크 (17)에 저장된 제2 분급 원료의 양을 측정하면서 일정량의 제2 분급 원료를 저장한 후, 전환 밸브 (14a)로 전환 지시 신호를 보낸다(도면 중의 점선). 당해 전환 지시 신호에 기초하여, 전환 밸브 (14a)가 전환되어 잉여분의 제2 분급 원료를 탄소계 원료 탱크 (11)로 되돌린다. 또한, 제2 저장 탱크 (17)로 보내기 전에, 제2 분급기 (15)를 이용하여 제2 분급 원료와 제3 분급 원료의 분급을 행한다. 이 예에서는, 전환 밸브 (14a)에서의 전환 후에도 제2 분급기 (15)의 내부에 분쇄 원료가 잔류되어 있기 때문에, 제2 분급 원료를 제2 저장 탱크 (17)로 보낸다. 그 때문에, 계량 장치 (19)가 모니터되어 전환 신호를 생성하는 제2 저장 탱크 (17)에서의 제2 분급 원료의 양은, 도 3, 도 4의 것에 비해 작게 설정된다.

도 3 내지 도 5에 도시한 공정 후, 성형 원료 탱크 (18)에 저장된 성형 원료를 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정과, 당해 성형체를 소성하여 소성체를 얻는 소성 공정과, 당해 소성체를 흑연화하여 흑연재를 얻는 흑연화 공정을 거침으로써 흑연재가 제조된다.

성형 공정에서는, 흑연재의 성형 방법에 사용 가능한 방법이면 어떠한 것도 이용할 수 있다. 예를 들면, 압출 성형, 스탬핑 성형, 냉간 정수압 성형(CIP 성형: Cold Isostatic Press) 등의 성형 방법을 이용 가능하다. 이 중에서도 미세한 성형 원료를 이용한 성형에 적합한 스탬핑 성형, 냉간 정수압 성형이 바람직하고, 높은 벌크 밀도 및 큰 크기의 흑연재가 얻어지는 냉간 정수압 성형이 특히 바람직하다.

소성 공정은, 성형체를 탄화할 수 있으면 특별히 방법은 한정되지 않는다. 소성의 온도는, 예를 들면 800 내지 1300℃로 설정된다. 소성 온도를 800℃ 이상으로 함으로써 충분히 탄소화한 소성체가 얻어지기 때문에, 열전도율, 강도를 높게 할 수 있으며, 이후의 흑연화 공정에서 균열되기 어렵게 할 수 있다. 또한, 소성 온도가 800℃ 이상이면 소성체의 고유 저항을 낮출 수 있기 때문에, 흑연화로 소성체에 통전할 수 있으며, 효율적으로 흑연화할 수 있다.

소성 공정은, 전기로, 머플로, 연소로 등 어떠한 형태의 노를 이용하여도 상관없으며, 노의 종류는 특별히 한정되지 않는다.

흑연화 공정은, 소성 공정에서 얻어진 소성체를 흑연화하여 흑연재를 얻는 공정이며, 소성체를 고온에서 더 열 처리하여 흑연화한다. 흑연화 공정에 대해서도 그의 여러 조건, 장치 등은 특별히 한정되지 않는다.

본 발명에 따르면, 탄소계 원재로부터 성형 원료를 얻을 때, 탄소계 원료, 분쇄기에 기인하는 입도 분포의 변동을 억제할 수 있기 때문에, 결과적으로 과분쇄에 의한 골재의 노출을 억제할 수 있고, 결합력이 없는 골재끼리의 접촉 개소를 적게 하여, 이후의 성형 공정, 소성 공정, 흑연화 공정에서 균열의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 결이 미세한(fine) 조직을 얻을 수 있기 때문에, 고강도의 흑연재를 제조할 수 있다. 즉, 제조 공정에서 균열되기 어렵고, 고강도의 흑연재를 얻을 수 있는 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 도 3 내지 도 5의 제조 방법에서는, 분쇄 공정부터 배합 공정까지의 사이에 입도 분석을 하지 않고, 입도 분포를 안정화시킬 수 있기 때문에, 분쇄부터 배합까지 연속된 일련의 공정으로 행할 수 있다. 그 때문에, 설비의 가동률을 높이고, 생산성을 높일 수 있다.

<실시예>

이하에, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

(1차 분쇄 공정)

석탄계 피치 코크스를 분쇄하여 골재를 얻었다. 얻어진 골재의 50％ 부피 누적 직경은 14 ㎛였다.

(혼련 공정)

상기 공정에서 얻어진 골재와, 석탄계 피치를 니더를 이용하여 혼련하였다. 사용한 석탄계 피치는, 연화점이 85℃였다. 니더는 열매 오일에 의해 210℃ 전후로 보온되어, 2개의 블레이드에 의해 회전하면서 혼련하는 형식이다. 니더가 연화점보다 높은 온도로 보온되어 있기 때문에, 석탄계 피치는 용융되고, 골재인 석탄계 피치 코크스에 혼련되어, 탄소계 원료인 혼련물을 형성하였다.

(분쇄 공정)

상기 혼련 공정에서 얻어진 탄소계 원료를 핀 밀을 이용하여 분쇄하여 분쇄 원료를 얻었다. 핀 밀은 고정 톱니와 회전 톱니로 구성되고, 로스테르(rooster)를 갖고 있지 않은 형식의 분쇄기를 사용하였다.

(분급 공정)

상기 공정에서 얻어진 분쇄 원료를 회전식 로터를 이용한 기류 분급기인 제1 분급기를 이용하여 제1 분급 원료를 분급하고, 제1 분급 원료를 제거한 잔분으로부터 체 형식의 제2 분급기를 이용하여 제2 분급 원료 및 제3 분급 원료를 분급하였다. 제3 분급 원료는 분쇄 공정으로 되돌려서, 다시 분쇄되도록 접속되어 있다. 제2 분급기의 체의 눈금은 180 ㎛였다.

분급 공정에 의해 제1 분급 원료 및 제2 분급 원료가 얻어졌다. 제1 분급 원료의 50％ 부피 누적 직경은 21 ㎛, 제2 분급 원료의 50％ 부피 누적 직경은 71 ㎛였다.

(배합 공정)

제1 분급 원료와 제2 분급 원료의 배합비는 제1 분급 원료:제2 분급 원료=9:1을 설정하였다. 투입한 탄소계 원료의 10 질량％의 제2 분급 원료가 얻어진 시점에 제2 분급기와 제2 저장 탱크 사이에 있는 전환 밸브를 전환하여 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌렸다.

얻어진 제1 분급 원료와 제2 분급 원료를 9:1의 배합비로 배합하여, 성형 원료를 얻었다. 얻어진 성형 원료의 입도 분포를 도 6에 도시한다.

(성형 공정)

내측 치수가 950×450×1800 mm인 백에 상기 배합 공정에서 얻어진 성형 원료를 충전하고, 덮개를 덮어서 CIP 성형하였다. CIP 성형의 압력은 100 MPa였다. CIP 성형 후 백으로부터 취출하였다. 균열을 형성하지 않고 성형체를 얻을 수 있었다.

(소성 공정)

상기 공정에서 얻어진 성형체를 소성 캔에 채워 소성하였다. 소성 온도는 900℃이고, 승온을 가한 기간은 1개월이었다. 소성 후 얻어진 소성체에는 균열이 없었다.

(흑연화 공정)

상기 공정에서 얻어진 소성체를 애치슨로(acheson furnace)에 채워 흑연화하였다. 흑연화 온도는 2500℃이고, 승온을 가한 기간은 1주일이었다. 흑연화 후 얻어진 흑연재에는 균열이 없었다.

<비교예>

1차 분쇄 공정 및 혼련 공정은 상기 실시예와 마찬가지로 비교예의 흑연재를 제조하였다.

(분쇄 공정)

분쇄 공정에서는 탄소질 원료를 해머 밀을 이용하여 분쇄하였다. 얻어진 분쇄 원료는 회전식 로터를 이용한 기류 분급기에 의해 분급하고, 굵은 측의 분쇄 원료는 전량 재분쇄하여, 미세한 측의 분쇄 원료만으로 이루어지는 성형 원료를 얻었다. 얻어진 성형 원료의 입도 분포를 도 7에 도시한다.

(성형 공정)

내측 치수가 950×450×1800 mm인 백에 상기 배합 공정에서 얻어진 성형 원료를 충전하고, 덮개를 덮어서 CIP 성형하였다. CIP 성형의 압력은 100 MPa였다. CIP 성형 후 백으로부터 취출하였다. 성형체에는 균열이 발생하였으며, 완전한 성형체가 얻어지지 않았다.

<실시예와 비교예의 비교 및 고찰>

실시예의 입도 분포인 도 6 및 비교예의 입도 분포인 도 7을 비교하여 고찰한다. 실시예에서는 분쇄기의 능력을 떨어뜨려, 분쇄 원료의 입도 분포를 굵어지도록 설정하면서 서서히 입도 분포를 조정하고 있기 때문에, 과분쇄되지 않은 분쇄 원료가 얻어졌다. 또한, 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 제2 분급 원료를 배합하고 있기 때문에, 안정된 입도 분포가 얻어진다고 생각된다.

이에 비해, 비교예에서는 분쇄기로 분쇄되는 분쇄 원료에 대하여 입도 분포의 조정이 이루어져 있지 않기 때문에 분쇄함과 동시에 과분쇄되어 있다. 비교예에서는 1 내지 5 ㎛의 영역에 피크가 존재하고 있지만, 실시예에서는 존재하지 않는다. 이것은, 골재의 입자가 결합제와 분리되어 단독으로 존재하고 있다고 생각된다. 그 때문에, 비교예의 성형 원료는 점착력이 저하되어 성형성이 저하된 것으로 생각된다. 따라서, 성형 균열이 형성되었다고 추정된다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에서 나타낸 사항으로 한정되지 않으며, 특허 청구 범위 및 명세서의 기재, 및 주지된 기술에 기초하여 당업자가 그것을 변경 또는 응용하는 것도 본 발명이 예정하는 바이며, 보호를 구하는 범위에 포함된다.

본 발명의 흑연재의 제조 방법에 따르면 입도의 변동이 작고, 결과적으로 수명의 변동이 작은 흑연재를 제공하는 것이 가능해져, 다양한 분야로의 응용이 가능하다.

1: 입자(일반적인 세라믹스)
2: 결합제 피치
2A: 소성 후의 결합제
3: 골재
10: 흑연재 제조 장치
11: 탄소계 원료 탱크
12: 분쇄기
13: 제1 분급기
14a: 전환 밸브
14b: 전환 밸브
15: 제2 분급기
16: 제1 저장 탱크
17: 제2 저장 탱크
18: 성형 원료 탱크
19: 계량 장치

Claims (10)

1. 결합제와 골재를 혼련하여 탄소계 원료를 얻는 혼련 공정과,
   상기 탄소계 원료를 분쇄하여 분쇄 원료를 얻는 분쇄 공정과,
   당해 분쇄 원료를 적어도 제1 분급 원료와 상기 제1 분급 원료보다 입도 분포의 피크가 큰 제2 분급 원료로 분급하는 분급 공정과,
   미리 설정된 제1 분급 원료 및 제2 분급 원료의 배합비에 따라 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 제2 분급 원료의 배합량을 결정하여, 성형 원료를 얻는 배합 공정과,
   상기 성형 원료를 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정과,
   상기 성형체를 가열하는 것에 의해 휘발분을 제거하여 소성체를 얻는 소성 공정과,
   상기 소성체를 상기 소송 공정보다 높은 온도에서 열처리하여 흑연화하는 흑연화 공정
   을 포함하며, 상기 분급 공정에는
   상기 분쇄 원료를 분급하여, 상기 제1 분급 원료와 상기 제2 분급 원료를 얻는 제1 분급기와,
   상기 제1 분급 원료를 저장하는 제1 저장 탱크와,
   상기 제2 분급 원료를 저장하는 제2 저장 탱크와,
   상기 제1 분급기와 상기 제2 저장 탱크 사이에 설치되어 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌리는 전환 밸브
   가 설치되고,
   상기 제2 저장 탱크에 상기 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 결정된 배합량의 제2 분급 원료를 저장한 후, 상기 전환 밸브를 전환하여 잉여분의 제2 분급 원료를 상기 분쇄 공정으로 되돌려서 분쇄하는 것
   을 특징으로 하는 흑연재의 제조 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 결합제와 골재를 혼련하여 탄소계 원료를 얻는 혼련 공정과,
   상기 탄소계 원료를 분쇄하여 분쇄 원료를 얻는 분쇄 공정과,
   당해 분쇄 원료를 적어도 제1 분급 원료와 상기 제1 분급 원료보다 입도 분포의 피크가 큰 제2 분급 원료와 상기 제2 분급 원료보다 입경 분포의 피크가 큰 제3 분급 원료로 분급하고, 상기 제2 분급 원료의 잉여분과 상기 제3 분급 원료를 상기 분쇄 공정으로 되돌리는 분급 공정과,
   미리 설정된 제1 분급 원료 및 제2 분급 원료의 배합비에 따라 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 제2 분급 원료의 배합량을 결정하여, 성형 원료를 얻는 배합 공정과,
   상기 성형 원료를 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정과,
   상기 성형체를 가열하는 것에 의해 휘발분을 제거하여 소성체를 얻는 소성 공정과,
   상기 소성체를 상기 소송 공정보다 높은 온도에서 열처리하여 흑연화하는 흑연화 공정
   을 포함하며, 상기 분급 공정에는
   상기 분쇄 원료를 분급하여 상기 제1 분급 원료를 얻는 제1 분급기와,
   상기 제1 분급 원료를 제거한 분쇄 원료의 잔분으로부터 상기 제2 분급 원료를 얻음과 함께, 잉여분을 분쇄기로 되돌리는 제2 분급기와,
   상기 제1 분급 원료를 저장하는 제1 저장 탱크와,
   상기 제2 분급 원료를 저장하는 제2 저장 탱크와,
   상기 제2 분급기와 상기 제2 저장 탱크 사이에 설치되어 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌리는 전환 밸브
   가 설치되고,
   상기 제2 저장 탱크에 상기 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 결정된 배합량의 제2 분급 원료를 저장한 후, 상기 전환 밸브를 전환하여 잉여분의 제2 분급 원료를 상기 분쇄 공정으로 되돌려서 분쇄하는 것
   을 특징으로 하는 흑연재의 제조 방법.
5. 결합제와 골재를 혼련하여 탄소계 원료를 얻는 혼련 공정과,
   상기 탄소계 원료를 분쇄하여 분쇄 원료를 얻는 분쇄 공정과,
   당해 분쇄 원료를 적어도 제1 분급 원료와 상기 제1 분급 원료보다 입도 분포의 피크가 큰 제2 분급 원료와 상기 제2 분급 원료보다 입경 분포의 피크가 큰 제3 분급 원료로 분급하고, 상기 제2 분급 원료의 잉여분과 상기 제3 분급 원료를 상기 분쇄 공정으로 되돌리는 분급 공정과,
   미리 설정된 제1 분급 원료 및 제2 분급 원료의 배합비에 따라 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 제2 분급 원료의 배합량을 결정하여, 성형 원료를 얻는 배합 공정과,
   상기 성형 원료를 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정과,
   상기 성형체를 가열하는 것에 의해 휘발분을 제거하여 소성체를 얻는 소성 공정과,
   상기 소성체를 상기 소송 공정보다 높은 온도에서 열처리하여 흑연화하는 흑연화 공정
   을 포함하며, 상기 분급 공정에는
   상기 분쇄 원료를 분급하여 상기 제1 분급 원료를 얻는 제1 분급기와,
   상기 제1 원료를 제거한 분쇄 원료의 잔분으로부터 제2 분급 원료를 얻음과 함께, 잉여분을 분쇄 공정으로 되돌리는 제2 분급기와,
   상기 제1 분급 원료를 저장하는 제1 저장 탱크와,
   상기 제2 분급 원료를 저장하는 제2 저장 탱크와,
   상기 제1 분급기와 상기 제2 분급기 사이에 설치되어 상기 제1 분급 원료를 제거한 분쇄 원료의 잔분을 분쇄 공정으로 되돌리는 전환 밸브
   가 설치되고,
   상기 제2 저장 탱크에 상기 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 결정된 배합량의 제2 분급 원료를 저장한 후, 상기 전환 밸브를 전환하여 잉여분의 제2 분급 원료를 상기 분쇄 공정으로 되돌려서 분쇄하는 것
   을 특징으로 하는 흑연재의 제조 방법.
6. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 골재는 하소 코크스인 흑연재의 제조 방법.
7. 삭제
8. 결합제와 골재로 이루어지는 탄소계 원료를 분쇄하여 분쇄 원료를 얻는 분쇄 장치이며,
   분쇄 원료를 분급하여, 제1 분급 원료와 제2 분급 원료를 얻는 제1 분급기와,
   상기 제1 분급 원료를 저장하는 제1 저장 탱크와,
   상기 제2 분급 원료를 저장하고 계량기를 갖는 제2 저장 탱크와,
   상기 제1 분급기와 상기 제2 저장 탱크 사이에 설치되어 상기 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌리는 전환 밸브와,
   상기한 계량기에서 계량된 제2 분급 원료의 양과 미리 설정된 제1 분급 원료 및 제2 분급 원료의 배합비에 따라 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 결정된 제2 분급 원료의 배합량을 비교하여 상기 전환밸브를 전환하여 잉여분의 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌리는 계량 장치
   를 구비하는 분쇄 장치.
9. 결합제와 골재로 이루어지는 탄소계 원료를 분쇄하여 분쇄 원료를 얻는 분쇄 장치이며,
   분쇄 원료를 분급하여 제1 분급 원료를 얻는 제1 분급기와,
   상기 제1 분급 원료를 제거한 분쇄 원료의 잔분으로부터 제2 분급 원료를 얻음과 함께, 잉여분을 분쇄기로 되돌리는 제2 분급기와,
   상기 제1 분급 원료를 저장하는 제1 저장 탱크와,
   상기 제2 분급 원료를 저장하고 계량기를 갖는 제2 저장 탱크와,
   상기 제2 분급기와 상기 제2 저장 탱크 사이에 설치되어 상기 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌리는 전환 밸브와,
   상기한 계량기에서 계량된 제2 분급 원료의 양과 미리 설정된 제1 분급 원료 및 제2 분급 원료의 배합비에 따라 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 결정된 제2 분급 원료의 배합량을 비교하여 상기 전환밸브를 전환하여 잉여분의 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌리는 계량 장치
   를 구비하는 분쇄 장치.
10. 결합제와 골재로 이루어지는 탄소계 원료를 분쇄하여 분쇄 원료를 얻는 분쇄 장치이며,
    분쇄 원료를 분급하여 제1 분급 원료를 얻는 제1 분급기와,
    상기 제1 분급 원료를 제거한 분쇄 원료의 잔분으로부터 제2 분급 원료를 얻음과 함께, 잉여분을 분쇄 공정으로 되돌리는 제2 분급기와,
    상기 제1 분급 원료를 저장하는 제1 저장 탱크와,
    상기 제2 분급 원료를 저장하고 계량기를 갖는 제2 저장 탱크와,
    상기 제1 분급기와 상기 제2 분급기 사이에 설치되어 상기 제1 분급 원료를 제거한 분쇄 원료의 잔분을 분쇄 공정으로 되돌리는 전환 밸브와,
    상기한 계량기에서 계량된 제2 분급 원료의 양과 미리 설정된 제1 분급 원료 및 제2 분급 원료의 배합비에 따라 제1 분급 원료의 질량을 기준으로 결정된 제2 분급 원료의 배합량을 비교하여 상기 전환밸브를 전환하여 잉여분의 제2 분급 원료를 분쇄 공정으로 되돌리는 계량 장치
    를 구비하는 분쇄 장치.

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