KR20210079759A - 흑연화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 흑연화 장치는 흑연화 원료를 장입하여 혼련하는 장입부; 장입부 아래에 위치하며 상기 흑연화 원료가 가열되어 흑연화되는 유도 가열부; 상기 유도 가열부 아래에 위치하며, 상기 유도 가열부에서 생성된 흑연을 냉각시키는 냉각부; 그리고 상기 냉각부 아래에 위치하며, 냉각된 상기 흑연을 회수하여 혼련하는 회수부를 포함한다.

Description

흑연화 장치{GRAPHITIZATION APPARATUS}
본 발명은 흑연화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도 가열부를 포함하는 수직형 연속식 흑연화 장치에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리용 음극 재료로 사용되는 흑연계 탄소 재료는 크게 자연에서 생성되어 채굴되는 천연 흑연과 석탄계 및 석유계 피치 등을 열처리하여 제조되는 인조 흑연이 있다. 천연 흑연에 비해 수명이 길고 급속 충전이 가능한 인조 흑연의 용량을 천연 흑연의 수준으로 높이고 제조 원가를 낮추기 위해, 흑연화 최적화가 필요하다.
일반적으로 애치슨 로(Acheson furnace)를 이용하여 인조 흑연 흑연화를 진행한다. 인조 흑연 흑연화 공정은 흑연 도가니에 코크스를 담고 패킹 코크스를 덮은 후, 통전, 정전, 냉각, 출로, 도가니 배출 순으로 진행된다. 이러한 인조 흑연 흑연화 공정은 전력 주입 및 유지 시간에 따른 전력 소모량이 크고, 단전 및 냉각 시간을 포함하면, 상당한 기간이 소요된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 연속적으로 흑연화 공정을 진행하는 방법이 시도되고 있다. 즉, 흑연화 원료를 실은 트레이를 컨베이어로 가로 방향으로 이동시키며, 노출된 분할 전극에 탄소 분말을 접촉시킨 후, 전극봉에 전압을 인가하는 흑연화로(한국특허등록 제1571544호), 노를 세로로 세워두고 상부로부터 흑연화 원료를 낙하하며 내부에서 가열하고 하부로는 흑연을 꺼내는 세로형 연속 흑연화로(한국특허공개 제2015-0134351호)등이 있으나, 이러한 방법은 애치슨 로를 이용한 흑연화 방법보다 흑연화도가 충분하지 않다.
이러한 문제를 해결하기 위해 유도 가열로가 시도되고 있다. 유도 가열로는 히스테리시스 손(Hysteresis Loss)과 와전류를 이용하여 흑연화 원료를 가열하는 것으로서, 교류 전류가 흐르는 코일쪽에 위치한 금속 등의 도전체에는 와전류 손실과 히스테리시스 손실에 의하여 열이 발생되며 이 열을 이용하여 피가열 물질을 가열한다.
이러한 유도 가열로를 연속식 방법으로 적용하는 경우, 흑연화 원료를 실은 트레이를 컨베이어로 가로 방향으로 이동시켜 가열하는 방법은, 이동을 위한 설비나 동력이 필요하기 때문에 여분의 배선이 필요하고 조작이 복잡하다.
본 발명에서는 흑연화 시간이 최소화되고, 흑연화도가 향상되는 흑연화 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 흑연화 장치는 흑연화 원료를 장입하여 혼련하는 장입부; 장입부 아래에 위치하며 상기 흑연화 원료가 가열되어 흑연화되는 유도 가열부; 상기 유도 가열부 아래에 위치하며, 상기 유도 가열부에서 생성된 흑연을 냉각시키는 냉각부; 그리고 상기 냉각부 아래에 위치하며, 냉각된 상기 흑연을 회수하여 혼련하는 회수부를 포함한다.
상기 장입부는 장입 본체, 그리고 상기 장입 본체 내부에 설치되며 상기 흑연화 원료를 혼련하는 장입 혼련기를 포함할 수 있다.
상기 유도 가열부는 서로 인접하여 배치되는 복수개의 유도 가열로를 포함하고, 상기 유도 가열로는 유도 가열 본체, 상기 유도 가열 본체 내부의 도가니 홈에 설치되어 상기 흑연화 원료가 채워지는 도가니, 상기 유도 가열 본체에 설치되며 상기 도가니를 가열하여 상기 흑연을 생성하는 유도 가열 코일, 그리고 상기 도가니를 단열시키는 단열재를 포함할 수 있다.
상기 유도 가열로는 상기 유도 가열 본체 아래에 위치하며 상기 흑연을 상기 냉각부로 낙하시키는 개폐부를 더 포함할 수 있다.
상기 유도 가열로는 상기 도가니와 연결되는 온도 측정 도구를 더 포함하고, 상기 온도 측정 도구는 상기 도가니 홈 위의 단열재 내부의 연결 홀에 설치될 수 있다.
상기 장입부와 상기 유도 가열부를 연결하며 상기 흑연화 원료가 자유 낙하하는 제1 자유 낙하관을 더 포함할 수 있다.
상기 냉각부와 상기 회수부를 연결하며 상기 흑연이 자유 낙하하는 제2 자유 낙하관을 더 포함할 수 있다.
상기 냉각부는 냉각 본체, 상기 냉각 본체에 설치되며 분위기 가스를 제어하는 가스 제어부, 그리고 상기 냉각 본체에 설치되며 냉각수를 제어하는 냉각수 제어부를 포함할 수 있다.
상기 회수부는 상기 제2 자유 낙하관에 연결되는 회수 본체, 그리고 상기 회수 본체 내부에 설치되며 상기 흑연을 혼련하는 회수 혼련기를 포함할 수 있다.
원통 형상의 교체 본체, 상기 교체 본체에 설치되는 복수개의 교체 도가니를 회전시키는 회전축, 그리고 상기 교체 도가니가 통과하는 교체 관통부를 포함하는 도가니 교체 장치를 더 포함하고, 상기 도가니 교체 장치를 이용하여 상기 도가니를 상기 유도 가열 본체에서 제거하고, 상기 교체 도가니를 상기 유도 가열 본체에 삽입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 흑연화 장치는 수직형 유도 가열부를 포함함으로써, 흑연화도를 극대화하고, 흑연화 시간을 단출시킬 수 있다.
또한, 도가니 교체 장치를 설치함으로써, 흑연화 공정을 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 냉각부의 가스 제어부를 이용하여 도가니 내부의 분위기 가스를 용이하게 제어할 수 있으며, 하단이 평탄한 온도 측정 도구를 설치함으로써, 방사율의 항상성과, 온도 측정 포인트의 평탄도를 확보하고, 단열재 분해에 의한 측정 통로의 막힘 현상을 방지하여 온도 측정의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흑연화 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 흑연화 장치의 도가니 교체 장치를 이용하여 도가니를 교체하는 상태를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2의 도가니 교체 장치의 평면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 흑연화 장치의 작용 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흑연화 장치의 개략적인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 흑연화 장치의 도가니 교체 장치를 이용하여 도가니를 교체하는 상태를 설명하는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 흑연화 장치는 장입부(100), 유도 가열부(200), 냉각부(300), 회수부(400), 제1 자유 낙하관(500), 그리고 제2 자유 낙하관(600)을 포함한다. 장입부(100), 제1 자유 낙하관(500), 유도 가열부(200), 냉각부(300), 제2 자유 낙하관(600), 그리고 회수부(400)의 순서대로 수직 방향으로 서로 연속적으로 연결될 수 있다. 따라서, 장입부(100)에 장입된 흑연화 원료(1)가 연속적으로 수직 방향으로 이동하며 흑연(2)으로 흑연화되어 회수부(400)까지 이동하게 된다.
장입부(100)는 흑연화 원료(1)가 장입되어 혼련될 수 있다. 장입부(100)는 장입 본체(110), 그리고 장입 본체(110) 내부에 설치되며 흑연화 원료(1)를 혼련시키는 장입 혼련기(120)를 포함할 수 있다. 장입 혼련기(120)를 회전함으로써, 흑연화 원료(1)를 균일하게 혼련할 수 있다.
제1 자유 낙하관(500)은 장입부(100)와 유도 가열부(200)를 연결하며 흑연화 원료(1)가 자유 낙하할 수 있다. 따라서, 제1 자유 낙하관(500)을 통해 흑연화 원료(1)가 별도의 에너지 소요 없이 유도 가열부(200)로 제공될 수 있다.
유도 가열부(200)는 장입부(100) 아래에 위치하며 흑연화 원료(1)가 가열되어 흑연화될 수 있다. 이러한 유도 가열부(200)는 서로 인접하여 배치되는 복수개의 유도 가열로(210)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 복수개의 유도 가열로(210)를 이용하여 흑연화 공정을 진행하므로, 흑연화 시간을 최소화할 수 있다.
하나의 유도 가열로(210)는 유도 가열 본체(211), 도가니(212), 유도 가열 코일(213), 단열재(214), 개폐부(215), 그리고 온도 측정기(216)을 포함할 수 있다.
유도 가열 본체(211)는 세로 방향으로 길게 형성될 수 있다. 이러한 유도 가열 본체(211)의 내부에는 도가니(212)가 삽입되어 설치되는 도가니 홈(211a, 도 2 참조)이 형성될 수 있다.
도가니(212)는 유도 가열 본체(211) 내부의 도가니 홈(211a)에 설치되어 흑연화 원료(1)가 채워질 수 있다.
도가니(212)의 벽면 두께(t)는 전류 침투 깊이(δ(m))의 0.1배 내지 4배일 수 있다. 이 때, 전류 침투 깊이(δ(m))는 아래 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, ρ는 도가니(212)의 비저항(resistivity, Ω·m)이고, f는 유도 가열 전류의 주파수(Hz)이고,μR 은 도가니(212)의 비투자율, μO 는 진공 투자율(4π x 10-7 H/m)일 수 있다.
유도 가열 코일(213)은 유도 가열 본체(211)에 설치되며 도가니(212)를 가열하여 흑연(2)을 생성할 수 있다. 유도 가열 코일(213)은 도가니(212)를 둘러싸며 형성될 수 있다.
단열재(214)는 도가니(212)의 측방에 위치하는 측방 단열재(2141), 그리고 도가니(212)의 상부에 위치하는 상부 단열재(2142)를 포함한다. 이러한 단열재(214)는 도가니(212)를 단열시킴으로써, 흑연화 효율을 향상시킬 수 있다. 이 때, 제1 자유 낙하관(500)은 상부 단열재(2141)를 관통하여 도가니(212)로 연결될 수 있다.
개폐부(215)는 유도 가열 본체(211) 아래에 위치하며 유도 가열부(200)에서 흑연화 공정이 이루어지는 동안에는 도가니(212)를 폐쇄함으로써, 도가니(212) 내부의 분위기 가스를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 흑연화 공정이 완료된 이후, 개폐부(215)를 개방하여 도가니(212)에서 생성된 흑연(2)을 냉각부(300)로 낙하시킬 수 있다. 이 때, 장입부(100)를 이용하여 흑연화 원료(1)를 도가니(212)에 다시 채움으로써, 일정한 양의 흑연화 원료(1)가 도가니(212) 내부에 존재하도록 조절한다.
온도 측정기(216)는 도가니(212) 및/또는 흑연화 원료(1)의 가열 온도를 안정적이고 신뢰성 있게 측정하기 위한 온도 측정 도구(51) 및 파이로미터(61)를 포함할 수 있다.
온도 측정 도구(51)는 도가니(1)와 동일한 소재(흑연 소재)로 형성될 수 있으며, 도가니 홈(212a) 위의 상부 단열재(2141)에 형성된 연결 홀(2141a)에 설치될 수 있다. 온도 측정 도구(51)는 상단이 개방되고 하단이 폐쇄된 원통 형상을 가질 수 있다. 온도 측정 도구(51)의 상단부에는 그 상단에서 가장자리 외측으로 연장된 플랜지를 형성하며, 그 플랜지를 통해 상부 단열재(2141)의 상면을 지지할 수 있다.
이러한 온도 측정 도구(51)의 상단에는 온도 측정 도구(51)의 상단(개방 단)을 통해 하단을 외부로 노출하기 위한 석영 소재의 투명 창(55)이 설치될 수 있다.
그리고, 파이로미터(61)는 투명 창(55)에 대응하여 유도 가열로(210)의 외부 상단에 고정되게 설치될 수 있다. 파이로미터(61)는 온도 측정 도구(51)의 하단에서 방사되는 에너지를 투명 창(55)을 통해 감지하여 전기 신호로 변환하며, 그 전기 신호를 처리하여 도가니(212) 및/또는 흑연화 원료(1)의 가열 온도를 측정하는 고온계를 포함할 수 있다. 파이로미터(61)는 가열 대상체의 온도에 따라 표면으로부터 방출되는 방사 에너지의 세기에 의해 가열 대상체의 표면 온도를 측정하는 비 접촉식 고온 계기이다. 구체적으로, 파이로미터(61)는 가열 대상체로부터 방사 에너지가 생기게 되면, 광학계(optical system)를 통해 방사되는 에너지를 수집한다. 이에 검출기(detector)에서는 수집된 방사 에너지를 전기 신호로 변환하게 되고, 내부 회로에서는 주위 온도 보상 회로 및 방사율 조정 과정을 거치게 되는데, 방사율 조정은 가열 대상체의 방사 특성과 온도계 눈금을 일치시키기 위해서 방사율을 조정하는 것이다.
여기서, 흑연화 원료가 흑연화 공정을 거치며 물성이 바뀌게 되면, 방사율이 바뀔 수 있고, 광학계에서 방사되는 에너지를 수집하기 때문에 가열 대상체의 평탄도가 중요하다. 이에 방사율이 설정되어 있는 상태에서 하단이 평탄한 온도 측정 도구(51)를 삽입함에 따라, 방사율의 항상성과, 온도 측정 포인트의 평탄도를 확보하여 온도 측정의 신뢰성을 높일 수 있다.
파이로미터(61)의 구성은 당 업계에 널리 알려진 공지 기술의 파이로 복사 고온계 또는 광 온도계의 구성으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
냉각부(300)는 유도 가열부(200) 아래에 위치하며, 유도 가열부(200)에서 생성된 흑연(2)을 냉각시킬 수 있다.
냉각부(300)는 냉각 본체(310), 냉각 본체(310)에 설치되며 분위기 가스를 제어하는 가스 제어부(310), 그리고 냉각 본체(310)에 설치되며 냉각수를 제어하는 냉각수 제어부(320)를 포함할 수 있다.
냉각부(300)는 냉각수 제어부(320)를 이용하여 흑연화 처리가 완료된 흑연(2)을 안정적으로 냉각시킬 수 있다. 또한, 냉각부(300)는 가스 제어부(310)를 이용하여 도가니(212) 내부의 분위기 가스를 용이하게 제어할 수 있다. 분위기 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar) 등의 비활성 가스, 극미량의 수소(H2), 극미량의 산소(O2)를 포함할 수 있다.
제2 자유 낙하관(600)은 냉각부(300)와 회수부(400)를 연결하며 흑연이 자유 낙하할 수 있다.
회수부(400)는 냉각부(300) 아래에 위치하며, 냉각된 흑연(2)을 회수할 수 있다. 회수부(400)는 제2 자유 낙하관(600)에 연결되는 회수 본체(410), 그리고 회수 본체(410) 내부에 설치되며 흑연(2)을 혼련하는 회수 혼련기(420)를 포함할 수 있다. 회수 혼련기(420)를 회전함으로써, 흑연화 원료(1)를 균일하게 혼련할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 원통 형상의 교체 본체(710), 교체 본체(710)에 설치되는 복수개의 교체 도가니(10)를 회전시키는 회전축(720), 그리고 교체 도가니가 통과하는 교체 관통부(730)를 포함하는 도가니 교체 장치(700)가 유도 가열부(200)에 연결될 수 있다.
여러 번의 흑연화 공정을 진행 한 후, 도가니(212)를 교체하여야 할 경우, 리볼버타입(revolver type)의 도가니 교체 장치(700)를 이용하여 도가니(212)를 유도 가열 본체(211)에서 제거하고, 교체 도가니(10)를 유도 가열 본체(211)에 삽입할 수 있다. 이 때, 도가니 교체 장치(700)의 회전축(720)을 이용하여 교체 도가니(10)가 돌아가며 유도 가열 본체(211)에 삽입될 수 있다.
이 때, 개폐부(215)는 유도 가열로(210)로부터 분리되어 폐기될 도가니(10)가 유도 가열 본체(211)로부터 분리되기 용이하도록 하며, 상부 단열재(2141)도 유도 가열로(210)로부터 분리되어 교체 도가니(10)가 유도 가열 본체(211)에 삽입되기 용이하도록 한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 흑연화 장치(100)의 작용 효과를 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 흑연화 장치의 작용 효과를 설명하기 위한 도면이다.
우선, 본 발명의 일 실시예(도면에서의 실시예 1)는 유도 가열로(210)의 수직 단열재(2141)에 온도 측정 도구(51)를 삽입한 구조를 갖는다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 대비되는 비교예들로서는, 에치슨로를 적용한 흑연화로 구조(도면에서의 비교예 1), 저항 가열로를 적용한 흑연화로 구조(도면에서의 비교예 2), 및 수직 단열재(2141)에 온도 측정 도구(51)를 적용하지 않은 유도 가열로 구조(도면에서의 비교예 3)를 제시하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예와 상기 비교예들에 대해 XRD를 통한 흑연화 결정성을 비교해 볼 때, 실시예 1의 흑연화도(흑연화 결정성)가 비교예들에 비해 우수하다는 것을 알 수 있다.
여기서, d002 는 결정체 내의 면간 거리로서 흑연화도가 높아질수록 값이 작아지게 되고, Lc(002)는 C축 방향으로의 결정체 크기로서 흑연화도가 높아질수록 값이 증가하며, La(110)는 a축 방향으로의 결정체 크기로서 흑연화도가 높아질수록 값이 증가한다.
따라서, 상기한 d002와 흑연화도 뿐만 아니라, 뒤에서 더욱 설명될 전극밀도, 초기용량, 3rd 용량, 초기효율 및 장비출력의 안정성을 종합적으로 고려할 때, 실시 예 1이 우수하다는 것을 알 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예와 상기 비교예들을 통해 흑연화 원료를 흑연화한 흑연을 배터리의 음극재에 적용한 경우, 그 음극재에 대한 전기 화학적 특성을 비교해 볼 때, 실시예 1에서의 전극밀도, 초기용량(충/방전 용량) 및 세 번째 용량(3rd용량)이 비교예들에 비해 증가함을 알 수 있고, 이로 인해 실시예 1에서의 초기 효율이 향상됨을 알 수 있다.
부연 설명하면, 전극밀도가 높을수록 같은 부피 내에 많은 활물질을 충진할 수 있기 때문에 더 많은 용량을 낼 수 있다. 일반적으로, 1번째 충방전 시 SEI층이 형성되면서 용량손실이 가장 크게 되며, 초기 효율이 높을수록 이후 충방전 용량에 영향을 미치는 손실 값이 적기 때문에 초기 효율 값이 클수록 좋다.
여기서, 3rd 용량이 높다는 것은 안정적으로 충방전을 반복할 때 용량이 이 정도 나온다는 지표이므로 이 값 또한 높을수록 좋다. 결과적으로는 실시 예 1을 보면, 전극밀도, 3rd용량, 초기효율이 비교 예들에 비하여 높으므로, 유도 가열로 및 온도 측정 도구(51)의 적용에 따른 장점이 있음을 알 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예 1과 비교예 1을 통해 흑연화 원료를 흑연화 한 흑연을 배터리의 음극재에 적용한 경우, 그 음극재에 대해 라만 분광법을 통한 영역별 흑연화도를 비교해 볼 때, 실시예 1에서의 흑연화도가 비교예 1에 비해 균일하다는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 라만 분광법의 D peak 강도(ID)는 흑연화도가 떨어지는 결함이 많을 경우 검출되는 peak이며, G peak(IG)는 흑연화도가 높을 경우 검출되는 peak이다. 따라서 흑연화도가 떨어지면 ID/IG 의 값이 커지고, IG/ID 값이 작아지게 된다.
이로써, ID/IG 의 경우 빨간색 영역이 많을수록 흑연화도가 떨어지는 것이며, IG/ID 의 경우 초록색 영역이 많을수록 흑연화도가 높아지는 것이다. 결과적으로, ID/IG + IG/ID 에서 초록영역이 많고 빨간 영역이 적을수록 흑연화도가 높은 것이며, 실시예 1의 경우, 비교예 1보다 초록 영역이 더 많으므로 흑연화도가 높은 것임을 확인할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예 1과 비교 예 3을 통해 흑연화 원료를 흑연화 하는 경우, 설비의 전기적인 출력특성 변화를 비교해 볼 때, 실시예 1에서는 비교예 3과 달리 상부 단열재(2141)에 도가니(212)와 동일 소재의 온도 측정 도구(51)를 적용하고 있기 때문에, 온도 측정 도구(51)의 하단에서 방사되는 에너지를 통해 안정적인 온도 측정이 가능하다.
따라서, 본 발명의 실시예 1에서는 온도 측정 도구(51)를 통한 안정적이고 신뢰성 있는 온도 측정이 가능하므로, 교류 전류를 인가하여 도가니/흑연화 원료를 유도 가열하는데 따른 전기적인 출력 변화가 비교예 3에 비해 안정적이라는 것을 알 수 있다. 이로 인해 본 발명의 실시예 1에서는 도가니/흑연화 원료를 설정된 온도로 도달시키는데 따른 전력 소모량을 줄일 수 있다.
즉, 온도 측정 도구(51)를 사용하지 않는 비교예 3의 경우는 측정면의 평탄도, 방사율의 항상성 확보가 어렵기 때문, 유도 가열의 출력(MFG Power) 편차가 크고 에너지를 많이 투입해야 되는 한계가 있음을 알 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1과 비교예 3을 통해 흑연화 원료를 흑연화 하는 경우, 비교예 3에서는 유도 가열을 통한 흑연화 원료의 흑연화 도중, 상부 단열재(2141)의 분해로 인해 도가니/흑연화 원료의 정상적인 온도 측정이 불가능 하다.
그러나, 본 발명의 실시예 1에서는 상부 단열재(2141)에 도가니와 동일 소재의 온도 측정 도구(51)를 적용하고 있기 때문에, 상부 단열재(2141)의 단열재 분해가 일어나더라도 온도 측정 도구(51)의 하단에서 방사되는 에너지를 통해 도가니/흑연화 원료의 안정적인 온도 측정이 가능하다.
따라서, 본 실시예 1에서는 도가니/흑연화 원료의 열이 온도 측정 도구(51)의 하단을 통해 방사되는 에너지를 감지하여 도가니/흑연화 원료의 가열 온도를 측정할 수 있으므로, 온도 측정 부위의 항상성 및 평탄도 확보, 열 방사율의 향상, 그리고 단열재 분해로 인한 온도 측정 장애의 제거로, 도가니/흑연화 원료의 안정적이고 신뢰성 있는 온도 측정이 가능하다.
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 흑연화 장치에 의하면, 흑연화 원료의 도가니 장입, 도가니의 유도 가열 공정 및 냉각 공정을 포함하는 연속 공정으로서 도가니를 유도 가열하며, 흑연화 원료를 흑연화 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 흑연화 원료를 유도 가열하며 연속 공정으로 흑연화 할 수 있으므로, 설비 가동률 및 조업 생산성을 향상시킬 수 있으며, 흑연화 원료의 가열 설비를 축소함으로써 투자비를 절감할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 흑연화 원료를 유도 가열하며 흑연화 할 수 있으므로, 유도 가열의 원리로 인해 흑연화 원료의 가열 효율을 증대시킬 수 있고, 이로 인해 흑연화 된 흑연의 고 품위 품질을 확보할 수 있으며, 흑연화 원료를 가열하는데 따른 비용을 절감할 수 있다.
본 개시를 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
100: 장입부 200: 유도 가열부
210: 유도 가열로 211: 유도 가열 본체
212: 도가니 213: 유도 가열 코일
214: 단열재 215: 개폐부
216: 온도 측정기 300: 냉각부
400: 회수부 500: 제1 자유 낙하관
600: 제2 자유 낙하관

Claims (10)

  1. 흑연화 원료를 장입하여 혼련하는 장입부;
    장입부 아래에 위치하며 상기 흑연화 원료가 가열되어 흑연화되는 유도 가열부;
    상기 유도 가열부 아래에 위치하며, 상기 유도 가열부에서 생성된 흑연을 냉각시키는 냉각부; 그리고
    상기 냉각부 아래에 위치하며, 냉각된 상기 흑연을 회수하여 혼련하는 회수부
    를 포함하는 흑연화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 장입부는
    장입 본체, 그리고
    상기 장입 본체 내부에 설치되며 상기 흑연화 원료를 혼련하는 장입 혼련기
    를 포함하는 흑연화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유도 가열부는 서로 인접하여 배치되는 복수개의 유도 가열로를 포함하고,
    상기 유도 가열로는
    유도 가열 본체,
    상기 유도 가열 본체 내부의 도가니 홈에 설치되어 상기 흑연화 원료가 채워지는 도가니,
    상기 유도 가열 본체에 설치되며 상기 도가니를 가열하여 상기 흑연을 생성하는 유도 가열 코일, 그리고
    상기 도가니를 단열시키는 단열재
    를 포함하는 흑연화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유도 가열로는
    상기 유도 가열 본체 아래에 위치하며 상기 흑연을 상기 냉각부로 낙하시키는 개폐부를 더 포함하는 흑연화 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 유도 가열로는 상기 도가니와 연결되는 온도 측정 도구를 더 포함하고,
    상기 온도 측정 도구는 상기 도가니 홈 위의 단열재 내부의 연결 홀에 설치되는 흑연화 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 장입부와 상기 유도 가열부를 연결하며 상기 흑연화 원료가 자유 낙하하는 제1 자유 낙하관을 더 포함하는 흑연화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉각부와 상기 회수부를 연결하며 상기 흑연이 자유 낙하하는 제2 자유 낙하관을 더 포함하는 흑연화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉각부는
    냉각 본체,
    상기 냉각 본체에 설치되며 분위기 가스를 제어하는 가스 제어부, 그리고
    상기 냉각 본체에 설치되며 냉각수를 제어하는 냉각수 제어부
    를 포함하는 흑연화 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 회수부는
    상기 제2 자유 낙하관에 연결되는 회수 본체, 그리고
    상기 회수 본체 내부에 설치되며 상기 흑연을 혼련하는 회수 혼련기
    를 포함하는 흑연화 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    원통 형상의 교체 본체,
    상기 교체 본체에 설치되는 복수개의 교체 도가니를 회전시키는 회전축, 그리고
    상기 교체 도가니가 통과하는 교체 관통부
    를 포함하는 도가니 교체 장치를 더 포함하고,
    상기 도가니 교체 장치를 이용하여 상기 도가니를 상기 유도 가열 본체에서 제거하고, 상기 교체 도가니를 상기 유도 가열 본체에 삽입하는 흑연화 장치.
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