WO2021186788A1 - 炭素質粒体の熱処理装置及びその組み立て方法 - Google Patents

炭素質粒体の熱処理装置及びその組み立て方法 Download PDF

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WO2021186788A1
WO2021186788A1 PCT/JP2020/041621 JP2020041621W WO2021186788A1 WO 2021186788 A1 WO2021186788 A1 WO 2021186788A1 JP 2020041621 W JP2020041621 W JP 2020041621W WO 2021186788 A1 WO2021186788 A1 WO 2021186788A1
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WO
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tubular structure
carbonaceous
heat treatment
upper electrode
lower electrode
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PCT/JP2020/041621
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English (en)
French (fr)
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晋次郎 戸田
啓永 鈴木
雄一 蒲
信元 後藤
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日本電極株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/08—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces heated otherwise than by solid fuel mixed with charge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B1/12—Shells or casings; Supports therefor
    • F27B1/14—Arrangements of linings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/02—Ohmic resistance heating
    • F27D11/04—Ohmic resistance heating with direct passage of current through the material being heated

Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment apparatus for carbonaceous granules and a method for assembling the same.
  • Patent Document 1 discloses a method of uniformly graphitizing at about 3000 ° C.
  • One of the causes of the non-uniform filling degree of the carbonaceous granules is the shape of the tubular structure in which the carbonaceous granules are heat-treated.
  • a tubular structure is made up of a single tubular material.
  • the filling degree of the carbonaceous granules tends to be uniform.
  • the inner diameter of the tubular structure is preferably at least 400 mm or more, and in order to further increase productivity, it is preferably 800 mm or more. There was a problem that there was no material or it was difficult to secure it.
  • the tubular structure is cut out from an industrially manufactured carbonaceous or graphite (artificial graphite) block material or round electrode material, but due to the limit of these material sizes, the tubular structure is cut out. There was also a limit to the diameter of the body tube.
  • the tubular structure used for equipment of a scale intended for industrial production was a polygonal columnar hollow structure formed by joining the long sides of a plate made of a plurality of artificial graphites.
  • FIG. 10 which is a plan view of the conventional tubular structure 44, it was a hollow structure having a regular hexagonal columnar shape formed by joining the long sides of 16 plates.
  • the joint surface is likely to be misaligned, and no matter how accurate the joint is, there are many joint surfaces, so slight deviations are accumulated. It was difficult to make an accurate regular polygon. That is, since the shape of the tubular structure remains distorted, the filling degree of the carbonic granules becomes non-uniform.
  • the heat treatment apparatus is a vertical electric heat treatment furnace
  • the tubular structure can be formed into a regular hexagonal columnar shape
  • a problem remains. That is, in a plan view, it can be seen that the distance from the outer periphery of the upper electrode to the side of the regular hexadecagon of the tubular structure 44 and the distance to the corner of the regular hexadecagon are different. Such a difference in distance leads to a difference in electrical resistance when energized, so that drift may occur.
  • the angle of the polygonal prism is reduced from a regular hexagonal shape to a regular octagonal prism shape in order to avoid stacking deviations on the joint surface, the distance from the outer circumference of the upper electrode to the side of the tubular structure and the tubular structure The difference from the distance to the corner becomes even larger.
  • a slope 444 for smoothing the descent of carbonaceous particles is provided on the side surface inside the tubular structure 44, and the lower end of the slope 444 is the upper end of the opening 451 of the lower electrode 45. It is connected. Even in this slope 444, the joint surface is likely to be displaced during assembly, so that it is difficult to accurately join the side surface inside the tubular structure 44 and the upper end of the lower electrode 45.
  • the heat insulating layer on the outside of the lower electrode and the tubular structure to prevent heat dissipation to the outside of the furnace.
  • the heat insulating material forming the outer heat insulating layer is mixed in the furnace, which adversely affects the flow of carbonaceous particles, heat transfer, and the current path during heat treatment.
  • foreign matter may be mixed into the heat-treated product after the heat treatment.
  • the present invention can continue the heat treatment of carbonaceous plastids uniformly and for a long period of time without causing changes in the filling degree of the carbonic plastids, disturbance of fluidity, and blockage in the furnace due to these. It is an object of the present invention to provide a heat treatment apparatus for carbonaceous particles and a method for assembling the same, which can improve productivity.
  • the heat treatment apparatus for carbonaceous granules of the present invention has the following configuration. (1) This is a heat treatment apparatus for carbonaceous particles that heat-treats the carbonaceous particles put into the furnace body. (2) A tubular structure for heat-treating the carbonaceous granules descending inside the furnace body is provided. (3) The tubular structure has a cylindrical shape. (4) The cylindrical tubular structure is formed by joining 3 to 6 partial cylindrical portions, which are equally divided into 3 to 6 along the central axis of the tubular structure, in the circumferential direction thereof.
  • the carbonaceous plastid heat treatment apparatus of the present invention may further have the following configuration.
  • a slope is provided on the inner peripheral surface of the partial cylindrical portion, the lower end of the slope is connected to the upper end of the lower electrode, and the inner peripheral surface of the slope provides the inner peripheral surface of the partial cylindrical portion and the said.
  • the inner peripheral surface of the lower electrode is continuous.
  • the tubular structure further includes a cylindrical upper electrode and a cylindrical lower electrode arranged vertically on the central axis of the furnace body, and a brim block provided so as to surround the upper end of the lower electrode.
  • the body is placed on the brim block so as to surround the upper electrode, is electrically connected to the lower electrode via the brim block, and the upper electrode and the lower electrode are the carbon inside the tubular structure.
  • Heat treatment is performed by directly energizing the particles.
  • the upper electrode is tapered toward the tip of the upper electrode, and the upper electrode and the tubular structure are cut along the central axis of the furnace body with respect to the central axis.
  • the inclination angle of the slope and the angle of the taper with respect to the central axis are the same.
  • the bus bar further includes a pair of bus bars that support the upper electrode from the side surface, and the bus bar has a flexible portion.
  • the method for assembling the heat treatment apparatus for carbonaceous granules of the present invention has the following configuration. (1) A step of providing a brim block so as to surround the upper end of a cylindrical lower electrode. (2) A step of placing 3 to 6 partial cylindrical portions on the brim block. (3) A step of joining the partial cylindrical portions of 3 to 6 in the circumferential direction to form a tubular structure.
  • the method for assembling the heat treatment apparatus for carbonaceous granules of the present invention may further include the following configurations. (1) A step of tightening the outer peripheral surface of the tubular structure. (2) The step of providing the upper electrode so as to face the lower electrode and be surrounded by the tubular structure, and the upper electrode so that the upper electrode and the tubular structure are concentric in a plan view. Steps to move in the plane direction.
  • the heat treatment of carbonaceous plastids can be continued uniformly and for a long period of time without changing the filling degree of the carbonic plastids, disturbing the fluidity, and causing blockage in the furnace due to these, and improving productivity. It can be planned.
  • the flowchart which shows the operation of the heat treatment apparatus for carbonaceous granules which concerns on 1st Embodiment. Top view showing a conventional tubular structure.
  • the carbonaceous granule A used in the heat treatment apparatus for the carbonaceous granules according to the first embodiment will be described.
  • the carbonaceous granule A granules such as anthracite granules, coke granules, and granules composed of a mixture thereof, and granules of a mixture of a metal oxide and carbon can be used.
  • the anthracite and coke may include those that have not been calsigned (temporarily burned), and the coke includes petroleum coke, coal coke, fluid coke, needle coke and the like.
  • the anthracite granules and coke granules are granules having a size of, for example, about 10 mm to 20 mm, which are obtained by crushing massive anthracite or coke.
  • the granulated material is formed by mixing a binder or water with raw materials such as anthracite or coke-derived carbon powder, artificial graphite powder, and metal oxide, and is formed by a granulator such as a disc peretta, and further undergoes a drying process. It is a hardened granule.
  • the binder for example, starch powder, particularly ⁇ -cornstarch powder can be used.
  • the carbonaceous granule A of the present embodiment is a columnar body having a smooth surface, a diameter of about 10 mm, and a height of 10 mm to 15 mm.
  • the carbonaceous plastid A is directly energized to generate Joule heat and heat-treated.
  • FIG. 1 is a side view showing the configuration of the heat treatment apparatus 1 according to the present embodiment.
  • the heat treatment apparatus 1 includes a furnace body 21 that heat-treats the carbonaceous granules A.
  • the furnace body 21 of the present embodiment includes a direct energization heating method in which heat treatment is performed by directly energizing, and an indirect heating method in which a heat source is provided on the outer peripheral portion and the furnace core tube and the heating container are heated from the outside to heat-treat. Can be used.
  • the furnace body 21 will be described as a vertical electroheat treatment furnace of a direct energization heating method.
  • the heat treatment apparatus 1 continuously heat-treats the carbonaceous particles A by energizing the carbonaceous particles A charged from above the furnace body 21 while gradually descending inside the furnace body 21.
  • the heat treatment apparatus 1 includes a charging unit 10 for charging the carbonic particles A into the furnace body 21, a heat treatment unit 20 for heat-treating the charged carbonic particles A, and a cooling unit for cooling the heat-treated carbonaceous particles A. 30 and.
  • the charging section 10, the heat treatment section 20, and the cooling section 30 are sequentially provided from above to below the furnace body 21. Further, the furnace body 21 constitutes a part of the heat treatment section 20.
  • the carbonaceous granule A fills at least a part of the inside of the furnace body 21 and the inside of the charging section 10 and the cooling section 30.
  • the term “upper” refers to the direction against gravity, and the term “lower” refers to the direction following gravity.
  • the charging unit 10 will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
  • the charging section 10 charges the carbonaceous granules A into the furnace body 21 from above, and follows the charging path of the carbonaceous particles A, and follows the charging path of the carbonaceous particles A, the gantry 11, the distribution hopper 12, the feeder 13, the raw material bin 14, and the charging hopper. It is equipped with 15 and a skirt 16.
  • the gantry 11 is provided above the loading section 10 and is a pedestal on which the flexible container bag lifted by a crane or the like is placed.
  • the flexible container bag contains carbonaceous particles A to be heat-treated, and the carbonaceous particles A are charged into the distribution hopper 12 from the flexible container bag.
  • the distribution hopper 12 is a container that distributes the charged carbonaceous granules A through holes provided on the bottom surface.
  • the distribution hopper 12 of the present embodiment is provided with, for example, one hole at each of the four corners of the bottom surface of a substantially rectangular shape. Each of these four holes is provided with a cone portion 121 extending downward from the edge of the hole in a funnel shape. The lower ends of each cone portion 121 are all open.
  • the carbonaceous granules A charged into the distribution hopper 12 descend from these four holes inside the cone portion 121 and are discharged onto the feeders 13 provided immediately below the openings at the lower ends of the cone portion 121.
  • the feeder 13 is a mechanism and a route for delivering the carbonaceous granules A from the distribution hopper 12 to the raw material bottle 14.
  • the feeder 13 has a function of removing fine powder contained in the carbonaceous particle A.
  • a sieve having an opening of 4 mm or more is provided on the path of the feeder 13.
  • the sieve is, for example, a metal mesh or punching metal. That is, the feeder 13 can remove the fine powder contained in the carbonaceous particle A in the process of sending out the carbonic particle A.
  • the feeder 13 may be a vibration feeder having a vibration function by, for example, an electromagnetic vibration method.
  • the feeder 13 is a vibration feeder
  • the carbonaceous particles A can be sent out while vibrating on the feeder 13, so that fine powder can be more effectively removed from the sieve provided on the path.
  • the feeder 13 and the raw material bin 14 face each other via an insulator 13a made of, for example, a rubber tube, a rubber plate, or a porcelain plate.
  • the feeder 13 and the raw material bin 14 are connected via the insulator 13a to prevent dust and the like from entering from the outside.
  • the raw material bottle 14 is a container for containing the carbonaceous granules A.
  • the material of the raw material bottle 14 is preferably a material having excellent durability and corrosion resistance.
  • the material of the raw material bottle 14 for example, heat-resistant stainless steel, particularly SUS310S, is suitable.
  • the raw material bottle 14 includes a cylindrical cylindrical portion 141 that receives the carbonaceous granules A from the feeder 13, and a cone portion 142 that is provided below the cylindrical portion and narrows downward.
  • the carbonaceous granule A sent out from the feeder 13 can descend inside the raw material bottle 14.
  • a full meter and a flow meter (not shown) or sensors having the same function are installed inside the raw material bin 14, and the amount and flow rate of carbonaceous particles A inside the raw material bin 14 and the operation of the feeder 13 By adjusting the amount to be sent out from the feeder 13 in conjunction with the stop, the carbonaceous particles A inside the raw material bin 14 can be maintained at an arbitrary amount or flow rate.
  • An opening / closing damper (not shown) for opening / closing the opening is provided at the lower part of the cone portion 142, and the descent of the carbonaceous particle A is temporarily stopped here when switching the type of the carbonaceous particle A or in case of trouble. Can be done.
  • the cone angle of the cone portion 142 is, for example, 30 ° or less, and particularly preferably 15 ° or less.
  • the four raw material bottles 14 of the present embodiment are provided corresponding to the number of distributions, that is, the four holes, in which the distribution hopper 12 distributes the carbonaceous granules A.
  • the four raw material bins 14 are arranged at equal intervals on substantially concentric circles of the central axis of the furnace body 21 provided below the raw material bins 14. That is, the four raw material bins 14 are provided at each 90 ° inscribed angle on the circumference centered on the central axis. It should be noted that the approximate concentric circle means that the dimensional error of each configuration and the error related to the assembly are concentric circles.
  • the distribution hopper 12 of the present embodiment is not arranged directly above the four raw material bins 14.
  • the distribution hopper 12 is provided at a position separated from the central axis of the furnace body 21 provided below the distribution hopper 12 in the outer peripheral direction of the furnace body 21.
  • the plurality of feeders 13 are provided so as to extend in the direction connecting the distribution hopper 12 and the raw material bin 14, or in the substantially horizontal direction in the present embodiment. That is, the more the distribution hopper 12 is separated from directly above the four raw material bins 14, the longer the path length of the feeder 13.
  • the length of the shortest feeder 13 is, for example, 70 cm.
  • the charging hopper 15 provided below the raw material bottle 14 is a truncated cone-shaped container having openings 151 and 152 at its upper and lower ends, respectively, and its inner diameter is narrowed downward. waiting.
  • the skirt 16 provided at the lower part of the charging hopper 15 is a truncated cone-shaped or cylindrical container having an opening 161 and 162 at the upper and lower ends thereof and having an inner diameter narrowed downward.
  • the opening 152 of the charging hopper 15 and the opening 161 of the skirt 16 are continuously provided. Further, the charging hopper 15 and the skirt 16 are both provided coaxially with the central axis of the furnace body 21.
  • the charging hopper 15 and the skirt 16 are preferably containers having a double structure having heat insulating properties. By having a double structure having heat insulating properties, radiant heat and heat transfer from the heat treatment unit 20 can be alleviated.
  • the material of the charging hopper 15 and the skirt 16 is preferably a material having excellent durability and corrosion resistance. In particular, when the material of the charging hopper 15 and the skirt 16 is a steel material, rust on the steel material may be mixed into the furnace. Therefore, as the material of the charging hopper 15 and the skirt 16, for example, heat-resistant stainless steel, particularly SUS310S, is suitable. Further, the internal space of the double structure may be used as an air layer as it is as a cavity, but air or cooling gas may be blown into the internal space, or a heat insulating material may be embedded therein.
  • the charging hopper 15 and the skirt 16 temporarily store the carbonaceous particles A discharged from the raw material bottle 14 and put them into the heat treatment section 20, but as shown in FIG. 1, the charging hopper 15 and the skirt 16
  • the heat treatment section 20 is provided in the furnace body 21, the upper electrode 22, the combustion chamber 23 for temporarily storing the carbonaceous particles A charged from the skirt 16, and the lower part of the combustion chamber 23, and is provided in the carbonaceous particles A.
  • a tubular structure 24 that lowers the inside of the tubular structure 24, a lower electrode 25 that is provided under the tubular structure 24 and lowers the inside of the tubular structure A, and an inner peripheral surface of the furnace body 21 and the tubular structure 24 and the lower portion.
  • a heat insulating layer 26 existing between the electrode 25 and the outer peripheral surface thereof is provided. That is, the carbonaceous granules A in the heat treatment section 20 descend in the order of the combustion chamber 23, the tubular structure 24, and the lower electrode 25.
  • the furnace body 21 is a cylindrical furnace shell lined with a refractory (not shown).
  • the refractory is, for example, a refractory brick.
  • a columnar upper electrode 22 that directly energizes the carbonaceous granule A is provided.
  • the upper electrode 22 penetrates the inside of the charging hopper 15 and the skirt 16 provided above the furnace body 21, the inside of the combustion chamber 23, and extends to the inside of the tubular structure 24.
  • the upper electrode 22 is supported by a pair of busbars whose sides are not shown.
  • the busbar has a flexible portion that is flexible.
  • the flexible portion is formed by knitting, for example, a conductive metal flexible wire, and enables the upper electrode 22 to move in the plane direction.
  • the flexible portion is deformed, so that the position of the upper electrode 22 relative to the tubular structure 24 is relative to the tubular structure 24. Is maintained. Further, in order to make this relative position more reliable, the upper electrode 22 after being moved concentrically with respect to the tubular structure 24 may be fixed by a fixing portion (not shown).
  • the plane direction is a direction orthogonal to the longitudinal direction of the upper electrode 22.
  • the combustion chamber 23 is a cylindrical space for temporarily storing the carbonaceous particles A charged from the skirt 16 of the charging portion 10 described above.
  • the inner space of the combustion chamber 23 has a tubular structure whose bottom surface is formed by an inner peripheral surface of the furnace body 21 on its side surface and by a furnace lid 211 whose upper surface is connected to the outer periphery of the skirt 16 and the upper inner peripheral portion of the furnace body 21. It is defined by the upper surface of the heat insulating layer 26 existing on the outer peripheral surface of the body 24.
  • the furnace lid 211 is made of, for example, a heat-resistant board, but may be made of a steel material lined with casters or a refractory material.
  • the heat insulating board for example, a molded body made of heat-resistant fibers may be used.
  • the skirt 16 penetrates the upper surface of the combustion chamber 23 and protrudes into the combustion chamber 23, and the opening 162 provided at the lower end of the skirt 16 is defined as the bottom surface of the combustion chamber 23. It is separated in the vertical direction by the distance of.
  • This predetermined distance is, for example, 30 to 100 cm, preferably 50 to 80 cm.
  • the chimney 231 is provided in the combustion chamber 23.
  • a plurality of cylindrical combustion chambers 23 are provided at equal intervals in the circumferential direction.
  • a plurality of combustion chambers are provided around the shaft. In this embodiment, two chimneys 231 are provided every 180 °.
  • a conductive tubular structure 24 is provided in the lower part of the combustion chamber 23 so as to surround at least a part of the upper electrode 22.
  • the tubular structure 24 is made of, for example, artificial graphite.
  • the tubular structure 24 is provided with openings 241 and 242 at the upper and lower ends thereof, and communicates with the combustion chamber 23 by the openings 241 and the inside of the lower electrode 25 provided at the lower part of the tubular structure 24 by the openings 242, respectively.
  • the lower electrode 25 is a cylindrical electrode provided below the tubular structure 24 so as to face the upper electrode 22 and to be separated downward by a predetermined distance.
  • the lower electrode 25 is provided with openings 251 and 252 at its upper and lower ends, respectively.
  • the opening 251 provided at the upper end of the lower electrode 25 is electrically connected to the opening 242 provided at the lower end of the tubular structure 24 via a brim block 253, which will be described later. Therefore, when the upper electrode 22 and the lower electrode 25 are energized, a heating zone is formed from the opening 241 of the tubular structure 24 to the opening 251 of the lower electrode 25.
  • the carbonaceous granule A is heat-treated inside the tubular structure 24 by energizing the upper electrode 22 and the lower electrode 25.
  • the upper electrode 22, the combustion chamber 23, the tubular structure 24, the openings 241, 242, the lower electrode 25, and the openings 251, 252 of the heat treatment unit 20 are all provided coaxially with the central axis of the furnace body 21. Is preferable.
  • a heat insulating layer 26 made of, for example, carbon black is provided between the outer peripheral surfaces of the tubular structure 24 and the lower electrode 25 and the inner peripheral surface of the furnace body 21.
  • the heat insulating layer 26 blocks heat generated around the tubular structure 24 and the lower electrode 25 from the outside.
  • the tubular structure 24 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the tubular structure 24 is a cylindrical hollow structure made of, for example, artificial graphite.
  • the tubular structure 24 is formed by joining 3 to 6 partial cylindrical portions in the circumferential direction thereof.
  • the partial cylindrical portion of the present embodiment is a quadrant cylindrical portion 243 cut into four so that the circumferential angle is 90 ° along the central axis of the cylindrical tubular structure 24.
  • the inner peripheral surface of the quadrant cylinder portion 243 that is, the surface that becomes the inner peripheral surface of the tubular structure 24 when the four quadrant cylinder portions 243 are joined in the circumferential direction to form the tubular structure 24.
  • the outer peripheral surfaces of the slope 244 are joined.
  • This joining is performed, for example, by bonding with a mortar or bonding with an adhesive.
  • adhesion with mortar will be described as an example.
  • the term "mortar” as used herein refers to a mortar-like joint material, filler or adhesive obtained by using carbonaceous powder such as anthracite, artificial graphite or coke as an aggregate and adding a binder such as phenol resin to knead it. ..
  • the type of binder is not particularly limited, and pitch, tar, resins, water-soluble polysaccharides, etc. can be used, and any amount of binder can be used in consideration of workability and the like.
  • the slope 244 has a shape in which a right-angled triangular prism is fan-shaped in the direction connecting the two bottom surfaces. That is, the outer peripheral surface, the inner peripheral surface, and the bottom surface of the slope 244 are the three side surfaces of the right-angled triangular prism before being stretched, and the surfaces for adhering the four slopes 244 to each other are the upper surface and the upper surface and the bottom surface of the right-angled triangular prism before being stretched. It is the bottom.
  • the tip of the upper electrode 22 of the present embodiment is tapered so as to be substantially parallel to the inclination angle of the slope 244 of the tubular structure 24 on the cut surface cut along the central axis thereof. It is preferable to apply. It is not necessary to sharpen the tip of the upper electrode 22, and as shown in FIG. 7, the tip may be rounded in the middle of the taper.
  • the tubular structure 24 is formed by adhering the inner peripheral surface of the above-mentioned quadrant cylinder portion 243 and the outer peripheral surface of the slope 244, and further adhering them in the circumferential direction of the quadrant cylinder portion 243. Will be done. Therefore, in the connection between the tubular structure 24 and the lower electrode 25, the lower end of the quadrant cylinder portion 243 and the bottom surface of the slope 244 are connected to the upper end of the lower electrode 25, and the inner peripheral surface of the slope 244 connects the quadrant cylinder portion 243.
  • the inner peripheral surface and the inner peripheral surface of the lower electrode 25 are continuous.
  • the outer peripheral surface of the four quadrant cylinder portions 243 that is, the outer peripheral surface of the formed tubular structure 24 is directed from the outside toward the center of the tubular structure 24. It is preferable to tighten and fix it. By tightening from the outer peripheral surface in this way, the tubular structure 24 is fixed in a substantially circular shape in a plan view.
  • the tubular structure 24 of the present embodiment is provided on the brim block 253 provided so as to surround the upper end of the lower electrode 25, and is electrically connected to the lower electrode 25.
  • the brim block 253 is a plate-shaped block provided on the side surface of the lower electrode 25 by adhesion or the like, and the upper surface thereof is provided so as to be flush with the upper surface of the lower electrode 25 (the surface forming the opening 251). be.
  • the brim block 253 of the present embodiment is composed of four plate-shaped blocks, and has a shape in which the center of a regular hexadecagon is circularly hollow.
  • the tubular structure 24 is installed on the upper surface of the brim block 253 that ensures parallelism with the horizontal plane.
  • the tubular structure 24 may be placed on the brim block 253, or cement may be applied to the lower surface of the tubular structure 24 and adhered to the brim block 253.
  • the brim block 253 is not only supported by the outer peripheral surface of the lower electrode 25, but also from the lower side by the heat insulating layer 26 interposed between the outer peripheral surface of the lower electrode 25 and the inner peripheral surface of the furnace body 21. It is supported.
  • a brim block 253 is provided so as to surround the upper end of the lower electrode 25, and a quadrant cylinder portion 243 is placed on the upper surface of the brim block 253.
  • the quadrant cylinder portion 243 is joined in the circumferential direction to form the tubular structure 24.
  • the tubular structure 24 placed on the brim block 253 is in a stable stationary state due to its own weight.
  • the tubular structure 24 may be tightened from the outer peripheral surface.
  • the upper electrode 22 is provided so as to face the lower electrode 25 and to be surrounded by the tubular structure 24 at the tip.
  • the upper electrode 22 is moved in the plane direction so as to be concentric with the tubular structure 24 with its tip surrounded by the tubular structure 24. At this time, the flexible portion of the bus bar that supports the upper electrode 22 from the side surface is deformed, so that the positional relationship of concentric circles is maintained.
  • the cooling unit 30 is provided with a cylindrical water-cooled jacket 31, a discharge unit 32, and a valve 33.
  • the water-cooled jacket 31 and the discharge unit 32 are provided with pipes (not shown) through which cooling water flows.
  • the carbonaceous granules A discharged from the heat treatment section 20 are cooled by passing through the inside of the water-cooled jacket 31.
  • a gas blowing hole 311 for blowing an inert gas such as argon gas or nitrogen gas into the lower electrode 25 and the tubular structure 24 is provided. It is preferable that a plurality of gas blowing holes 311 are provided at equal intervals in the circumferential direction of the water-cooled jacket 31.
  • the center of the water-cooled jacket 31 is provided at equal intervals in the circumferential direction, for example, every 180 ° if two are provided, every 120 ° if three are provided, and every 90 ° if four are provided.
  • a plurality of gas blowing holes 311 are provided around the shaft.
  • four gas blowing holes 311 of the present embodiment are provided every 90 °.
  • the discharge unit 32 sends the carbonaceous granules A cooled inside the water-cooled jacket 31 to the valve 33 having excellent airtightness.
  • the discharge unit 32 is, for example, a swivel blade type quantitative discharge device that adjusts the flow rate and the discharge amount of the carbonaceous particles A per unit time in the heat treatment unit 20 and the water-cooled jacket 31.
  • the swivel blade type quantitative discharge device receives the weight information of the carbonaceous particles A discharged from the valve 33, which will be described later, from a weight scale (load cell) (not shown) provided at the discharge destination of the valve 33, and the weight information.
  • the rotational speed of the swivel blade can be adjusted according to the change in the above, and the emission amount of the carbonaceous particle A can be adjusted accordingly. This adjustment may be performed by setting an arbitrary weight measurement time, for example, every minute.
  • the discharge unit 32 has a closed structure such that there is no opening other than the discharge port for discharging the carbonaceous particles A to the valve 33, and the pressure measurement sensor 321 is provided.
  • the pressure measurement sensor 321 can measure the internal pressure inside the heat treatment unit 20 and the water-cooled jacket 31. When the pressure difference between the inside and outside of the furnace body 21 is ⁇ 25 to 200 Pa, the possibility of sucking air into the furnace from the outside of the furnace body 21 is reduced.
  • the valve 33 discharges the carbonaceous granules A discharged from the discharge unit 32 from the heat treatment apparatus 1.
  • the cooling unit 30 has a double discharge structure including a discharge unit 32 and a valve 33.
  • the path space of the carbonaceous plastid A from the discharge portion 32 to the valve 33 is sealed.
  • the valve 33 has a closed space inside and can play a role as a so-called airlock.
  • the term "sealing" as used herein refers to airtightness to the extent that pressure can be separated from the outside by the valve 33, and includes cases where the valve 33 is not completely sealed.
  • the valve 33 is, for example, a rotary valve. In this way, by arranging the valve 33 having excellent airtightness after the discharge part 32, the airtightness inside the heat treatment part 20 and the cooling part 30 is improved.
  • the flexible container bag containing the carbonaceous particles A is lifted by a crane or the like and placed on a pedestal 11 provided above the loading portion 10 (step S01).
  • the carbonaceous granules A contained in the flexible container bag are charged into the distribution hopper 12.
  • the charged carbonaceous granule A descends downward from the four holes and the four cone portions 121 provided at the four corners of the distribution hopper 12, and the feeders provided directly below the outlets of the four cone portions 121, respectively. It is spit out to 13.
  • the carbonaceous granules A on each feeder 13 are sent to the corresponding raw material bottle 14.
  • the fine powder contained in the carbonic particles A is classified through a sieve provided on the route of the feeder 13 and removed from a route (not shown). ..
  • This fine powder is generated in the process of transporting the carbonaceous granule A, but it is desirable to remove it from the carbonaceous granule A to be heat-treated as much as possible.
  • this fine powder enters the heat treatment section 20 in a state where it has entered the gaps of the carbonaceous particles A, the filling degree and fluidity inside the furnace body 21 change locally, and the electrical resistivity becomes non-uniform. This is because there is a risk of causing blockage in the furnace and drifting during energization as described in the subject of the specification.
  • the carbonaceous granule A from which the fine powder has been removed descends inside the raw material bottle 14. In this way, the carbonaceous granule A is distributed into four parts in the distribution hopper 12, the feeder 13, and the raw material bottle 14 and descends (step S02).
  • the carbonaceous granules A discharged from the four raw material bottles 14 are introduced into the combustion chamber 23 of the heat treatment section 20 through the opening 162 of the skirt 16 by descending inside the charging hopper 15 and the skirt 16. More specifically, since the upper electrode 22 described later penetrates inside the charging hopper 15 and the skirt 16, the carbonaceous granule A is formed on the inner peripheral surface of the charging hopper 15 and the skirt 16 and the upper electrode 22. It is sewn down from the outer peripheral surface and is charged into the combustion chamber 23 (step S03).
  • the carbonaceous granules A thrown in from the opening 162 of the skirt 16 are placed around the upper electrode 22. Inside the combustion chamber 23, for example, it forms a rest angle and is deposited in a weight shape, and a part of the deposit is descended into the tubular structure 24. More specifically, since the upper electrode 22 penetrates the inside of the tubular structure 24, the carbonaceous granule A sews down between the outer peripheral surface of the upper electrode 22 and the inner peripheral surface of the tubular structure 24. (Step S04).
  • the carbon powder which is the raw material of the carbonaceous granule A may contain a volatile substance, and this volatile substance volatilizes to become a flammable gas.
  • These flammable gases burn inside the high temperature combustion chamber 23.
  • this combustion gas is exhausted from the chimney 231 provided in the combustion chamber 23, a draft effect is generated inside the combustion chamber 23 and the furnace body 21, and an updraft is generated. By this updraft, the flammable gas is attracted to the cone surface of the carbonaceous granule A and burns on the cone surface.
  • the carbonaceous granule A inside the furnace body 21 is injected with an inert gas such as argon gas or nitrogen gas from the gas blowing hole 311 below. Therefore, the combustion of the flammable gas stops at the surface of the cone formed by the carbonaceous particles A inside the combustion chamber 23, and does not proceed to the inside of the carbonic particles A. In other words, carbonaceous plastid A oxidizes only the surface of the cone and does not oxidize the inside of the cone. As described above, by oxidizing the carbonaceous particle A only on the surface of the cone, it is possible to prevent the oxidation of the carbonic particle A that descends from the skirt 16 to the inside of the tubular structure 24 through the inside of the cone.
  • an inert gas such as argon gas or nitrogen gas
  • two chimneys 231 are provided every 180 °. By arranging them at equal intervals in this way, there is no bias in the generation of drafts inside the combustion chamber 23, and there is no bias in the path through which the flammable gas generated from the carbonaceous plastid A rises inside the carbonaceous plastid A. , The temperature of the carbonaceous plastid A inside the furnace body 21 also becomes uniform.
  • the carbonaceous granules A descending inside the tubular structure 24 are directly energized and heat-treated by the Joule heat generated in the carbonaceous granules A (step S05).
  • the carbonaceous granule A is graphitized.
  • the heat-treated carbonaceous granule A descends inside the lower electrode 25, is discharged from the opening 252 to the cooling unit 30, is cooled by the water-cooled jacket 31 of the cooling unit 30, and is heat-treated by the discharge unit 32 and the valve 33. It is discharged from 1 (step S06).
  • the heat treatment apparatus 1 of the present embodiment includes a cylindrical tubular structure 24.
  • the flow rate and filling degree of the carbonaceous plastid A descending inside the tubular structure 24 can be made uniform as compared with the conventional regular hexagonal columnar tubular structure. It is possible to reduce the possibility of thermal non-uniformity and carbonaceous granules forming a stationary layer and causing blockage in the furnace.
  • This cylindrical tubular structure 24 is composed of 3 to 6 partial cylindrical portions. This makes it possible to assemble with far fewer members than the conventional 16-cell required to assemble a regular hexagonal columnar tubular structure. Therefore, the assembled tubular structure 24 is less distorted, and the flow rate and filling degree of the carbonaceous plastid A descending inside the tubular structure 24 per unit time can be further made uniform. In addition, the man-hours required for assembling the tubular structure 24 are also reduced.
  • a slope 244 is provided on the inner peripheral surface of the partial cylindrical portion of the third to sixth embodiments of the present embodiment, and the inner peripheral surface of the slope 244 causes the inner peripheral surface of the tubular structure 24 and the cylindrical lower electrode 25 to be formed. It is continuous with the inner peripheral surface. As a result, the carbonic granules A smoothly descend from the inside of the tubular structure 24 to the inside of the lower electrode 25, so that the flow rate and filling degree of the carbonic granules A per unit time can be further made uniform.
  • the heat treatment apparatus 1 of the present embodiment directly energizes the carbonaceous granules A inside the tubular structure 24 by the upper electrode 22 and the lower electrode 25 to perform heat treatment.
  • the smaller the segregation in the density of the carbonaceous plastid A the more uniform the current flow during energization, that is, the less the drift, so that the inside of the tubular structure 24
  • the heat treatment temperature of the carbonaceous granule A in the above can be made uniform. Further, since it is possible to reduce the possibility that the local high temperature portion due to the drift flow causes sublimation of carbon, it is possible to reduce the possibility that the heat treatment apparatus 1 is continuously operated for a long period of time to cause internal blockage. ..
  • the tubular structure 24 of the present embodiment is placed on a brim block 253 provided so as to surround the upper end of the lower electrode 25, and is electrically connected to the lower electrode 25 via the brim block 253.
  • the tubular structure 24 is in a stable stationary state, and the strain generated in the tubular structure 24 is reduced. Therefore, the flow rate and filling degree of the carbonaceous plastid A descending inside the tubular structure 24 per unit time can be further made uniform.
  • the brim block 253 secures a current path from the lower electrode 25 to the tubular structure 24, the energization of the carbonaceous granules A inside the tubular structure 24 at the time of energization is stable, and the heat treatment temperature is made uniform. Can be done.
  • the upper electrode 22 of the present embodiment is tapered toward the tip thereof, and the inclination angle of the slope 244 and the upper electrode with respect to the central axis of the cut surface cut along the central axis of the furnace body.
  • the angle of the taper applied to the tip of 22 is the same.
  • the upper electrode 22 of the present embodiment is supported from the side surface by a pair of bus bars having a flexible portion. Since a general bus bar is a plate-shaped conductor made of aluminum or copper through which an electric current flows, it is not easy to move the upper electrode in the plane direction while connected to the power supply. However, since the bus bar of the present embodiment has a flexible portion, the upper electrode 22 can be freely moved in the plane direction even when it is connected to a power source (not shown). Therefore, when the upper electrode is provided with respect to the lower electrode 25, the position in a plan view can be finely adjusted, and the position can be arranged concentrically with the tubular structure 24.
  • the distance from the outer peripheral surface of the upper electrode 22 to the inner peripheral surface of the tubular structure 24 can be made equidistant, so that the drift during energization is reduced, and therefore the carbonaceous particles A inside the tubular structure 24 are reduced.
  • the heat treatment temperature can be made uniform. Further, since it is possible to reduce the possibility that the local high temperature portion due to the drift flow causes sublimation of carbon, it is possible to reduce the possibility that the heat treatment apparatus 1 is continuously operated for a long period of time to cause internal blockage. ..
  • the movement and position adjustment of the upper electrode 22 in the plane direction can also be performed during the operation of the heat treatment apparatus 1.
  • the partial cylindrical portions of 3 to 6 are joined. Since the number of joint surfaces is also 3 to 6, the deviation of the joint surfaces can be minimized, the assembled tubular structure 24 is less distorted, and the unit of the carbonaceous plastid A descending inside the tubular structure 24. The flow rate and filling degree per hour can be made uniform. In addition, since the displacement of the joint surface is minimized, a gap is unlikely to occur on the joint surface due to distortion during construction or thermal expansion during operation.
  • the heat insulating material forming the outer heat insulating layer 26 is mixed in the furnace, and it is possible to prevent adverse effects on the flow, heat transfer, and current path of the carbonaceous granules A, and even if the carbonaceous particles A are continuously operated for a long period of time. It is possible to reduce the risk of internal blockage. In addition, it is possible to prevent the heat insulating material from being mixed as a foreign substance in the heat-treated product after the heat treatment.
  • the vertical deviation is the vertical deviation of the slope provided on the inner peripheral surface of the partial cylindrical portion. Since the vertical deviation of the slope is directly linked to the imbalance in the flow of the carbonaceous granules, the heat treatment equipment has a great influence on the long-term stable operation.
  • the partial cylindrical portions of 3 to 6 provided with the slope are allowed to stand on the upper surface of the brim block 253 that is parallel to the horizontal plane.
  • the tubular structure 24 is tightened and fixed from the outer peripheral surface. As a result, the assembled tubular structure 24 is less distorted, and can maintain a substantially circular shape particularly in a plan view. As a result, the flow rate of the carbonaceous plastid A in the furnace per unit time can be further made uniform.
  • the upper electrode 22 is translated so as to be concentric with the tubular structure 24.
  • the distance between the outer peripheral surface of the upper electrode 22 and the inner peripheral surface of the tubular structure 24 can be made equal, so that the flow rate of the carbonaceous plastid A in the furnace per unit time can be further made uniform. ..
  • the furnace body 21 is a vertical electroheat treatment furnace of a direct energization heating method. It may be an indirect heating type vertical heat treatment furnace provided with a heat source and heating the furnace core tube or the heating container from the outside to heat-treat. In the case of such an indirect heating type vertical heat treatment furnace, or even in the case of a direct energization heating type vertical electric heat treatment furnace, if the length of the upper electrode 22 is relatively short, the distribution hopper 12 Can be provided coaxially with the central axis of the furnace body 21 and arranged directly above the raw material bin 14.
  • the tubular structure 24 is formed by joining four quadrant cylinders 243, but the circumference angle is 120 ° along the central axis of the tubular structure 24. It may be formed by joining the partial cylindrical portions cut into three as described above. Similarly, it may be formed by joining the partial cylindrical portions cut into five so that the inscribed angle is 72 ° along the central axis of the tubular structure 24, or the center of the tubular structure 24. It may be formed by joining the partial cylindrical portions cut into six so that the inscribed angle is 60 ° along the axis.
  • the cross section of the slope 244 is a right triangle, but it does not have to be a right triangle.
  • the hypotenuse of a right triangle may be recessed diagonally so that the sum of the internal angles of the triangle is less than 180 °.
  • the slope is joined to the partial cylindrical portion, but from the viewpoint of distortion and deviation of the tubular structure and workability at the time of assembly, a member in which the partial cylindrical portion and the slope are integrally molded is used. Is preferable.
  • the brim block 253 is composed of four plate-shaped blocks, but it is preferably composed of as few plates as possible. For example, it is preferably composed of two plate-shaped blocks.
  • Heat treatment device 10 Input part 11 Stand 12 Distribution hopper 121 Cone part 13 Feeder 13a Insulator 14 Raw material bin 141 Cylindrical part 142 Cone part 15 Charging hopper 151, 152 Opening 16 Skirt 161, 162 Opening 20 Heat treatment part 21 Furnace 211 Furnace lid 22 Upper electrode 23 Combustion chamber 231 Chimney 24 Tubular structure 241, 242 Opening 243 Quarter cylindrical part 244 Slope 25 Lower electrode 251, 252 Opening 253 Brim block 26 Insulation layer 30 Cooling part 31 Water cooling jacket 311 Gas blowing Fill hole 32 Discharge part 321 Pressure measurement sensor 33 Valve 44 Tubular structure 444 Slope 45 Lower electrode 451 Opening A Carbonaceous granules

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Abstract

炭素質粒体の充填度の変化や流動性の乱れ、これらによる炉内閉塞が発生することなく、均一に高温で炭素質粒体の熱処理を長期にわたり継続することができ、生産性及び作業性の向上を図った炭素質粒体の熱処理装置及びその方法を提供する。炉体２１内部を降下する炭素質粒体Ａに熱処理を行う管状構造体２４を備える。管状構造体２４は、円筒状である。円筒状の管状構造体２４は、当該管状構造体２４の中心軸に沿って３～６に等分割してなる３～６の部分円筒部を、その周方向に接合してなる。

Description

炭素質粒体の熱処理装置及びその組み立て方法
　本発明は、炭素質粒体の熱処理装置及びその組み立て方法に関する。
　無煙炭粒、コークス粒、炭素質造粒体、金属酸化物と炭素の混合造粒体等の炭素質粒体の物理特性は熱処理温度によって著しく変化するので、電極用原料や炭素質耐火物用の原料、電子材料あるいは電池材料などとして使用する場合には、均一な熱処理が必要である。また、金属酸化物と炭素の混合品を熱処理により還元反応させて各種金属の炭化物を得る場合においても、狙った反応を確実にするためには均一に熱処理することが不可欠である。
　そこで従来から、無煙炭粒などの炭素質粒体を縦型電気熱処理炉内に投入し、炭素質粒体に直接通電することにより連続的に１５００℃～２０００℃程度で熱処理する方法が、電気焙焼技術として広く使用されている。また、３０００℃程度で均一に連続黒鉛化する方法が特許文献１に開示されている。
特開２００２－１６７２０８号公報
　熱処理装置での炭素質粒体の熱処理においては、炉内における炭素質粒体の充填度を均一にするとともに炭素質粒体の単位時間当たりの流量を均一にする必要がある。炭素質粒体の充填度が不均一であると、炭素質粒体に対する熱処理が不均一となるばかりか、炭素質粒体の流動が阻害され、最悪の場合は静止層を形成し炉内閉塞を引き起こす虞がある。また、部分的に炭素質粒体の流動が乱れ、炉内を降下する炭素質粒体の単位時間当たりの流量がその降下位置によって異なることによっても、同様の問題が生じ得る。
　特に、炭素質粒体に直接通電することにより当該炭素質粒体を連続的に熱処理する縦型電気熱処理炉においては、充填度の変化に伴う電気比抵抗の変化が電流経路に影響を与えることになり、その結果、炭素質粒体が充填されている炉体内に電流が局所的に流れる現象、すなわち偏流が発生する可能性がある。また、管状構造体内部には円柱形状の上部電極が伸びているが、管状構造体の内周面と上部電極の外周面との距離が不均一である場合も、偏流が発生する可能性がある。
　縦型電気熱処理炉内において偏流が発生した場合、炭素質粒体を均一に熱処理することができなくなるだけでなく、偏流箇所が著しく高温となることがある。このように局所的に著しい高温部が生じると、炉内の炭素質粒体において、炭素の昇華が起こる。その結果、電極の局所的な消耗を引き起こす虞や、昇華したガスが冷えて凝結し、いわゆるブリッジ部ができてしまい、炉内閉塞を引き起こす虞があった。炉内に炭素質粒体の閉塞が発生すると、連続操業を継続することは困難となり、生産性が低下した。
　このような炭素質粒体の充填度が不均一となる原因の一つに、当該炭素質粒体に熱処理を行う管状構造体の形状がある。一般に、管状構造体は、一本の管状材料で成り立っている。この場合は、完全な円筒形状とすることができるため、炭素質粒体の充填度も均一となり易い。ところが、工業的生産を目的とする規模の装置とすると、管状構造体の内径を少なくとも４００ｍｍ以上、より生産性を高めるためには８００ｍｍ以上とすることが好ましいため、管状構造体に適する所望の大きさの素材が無い、または確保が困難という課題があった。具体的には、管状構造体は、工業的に製造されている炭素質や黒鉛質（人造黒鉛）のブロック素材や丸電極素材から切り出されるが、これらの素材サイズの限界から、切り出される管状構造体の管径にも限界があった。
　そのため、工業的生産を目的とする規模の装置に使用する管状構造体は、複数枚の人造黒鉛からなる板の長辺同士を接合してなる多角柱状の中空構造体であった。例えば、従来の管状構造体４４の平面図である図１０に示すように、１６枚の板の長辺同士を接合してなる正十六角柱状の中空構造体であった。しかしながら、板の長辺同士を接合して正多角柱を形成する場合、接合面でのズレが生じやすく、如何に精度良く接合を行ったとしても、接合面が多いため、僅かなズレが積み重なって正確な正多角形とすることは困難であった。すなわち、管状構造体の形状に歪みが残るために、炭素質粒体の充填度が不均一となってしまっていた。
　特に、熱処理装置が縦型電気熱処理炉である場合においては、仮に管状構造体を正十六角柱状に形成できたとしても問題が残る。すなわち、平面視において、上部電極の外周から管状構造体４４の正十六角形の辺までの距離と、正十六角形の角までの距離とは、異なることが分かる。このような距離の差は、通電時の電気抵抗の差に繋がるため、偏流が発生するおそれがある。特に、接合面でのズレが積み重なることを避けるために、正十六角形状から正八角柱形状として多角柱の角を減ずると、上部電極の外周から管状構造体の辺までの距離と管状構造体の角までの距離との差がさらに大きくなってしまう。
　さらに、図１０に示すように、管状構造体４４内部の側面には炭素質粒体の降下をスムーズにするためのスロープ４４４が設けられ、当該スロープ４４４の下端が下部電極４５の開口部４５１上端と接続されている。このスロープ４４４においても組み立て時の接合面のズレが生じやすいため、管状構造体４４内部の側面及び下部電極４５の上端に精度良く接合を行うことは困難であった。
　また、下部電極および管状構造体の外側には断熱層を設けて炉外への放熱を防止することが望ましいが、管状構造体の接合面数が多いと、施工時の歪みや操業時の熱膨張などにより、接合面にすき間が生じ易い。これにより、外側の断熱層を形成する断熱材料が炉内に混入し、炭素質粒体の流動や伝熱、熱処理時の電流経路に悪影響を及ぼす。また、熱処理後の熱処理品への異物混入という事態に陥る。
　本発明は、上記課題を解決すべく、炭素質粒体の充填度の変化や流動性の乱れ、これらによる炉内閉塞が発生することなく、炭素質粒体の熱処理を均一且つ長期にわたり継続することができ、生産性の向上を図った炭素質粒体の熱処理装置及びその組み立て方法を提供することを目的とする。
　本発明の炭素質粒体の熱処理装置は、次のような構成を備える。
（１）炉体内部に投入した炭素質粒体に熱処理を行う炭素質粒体の熱処理装置である。
（２）前記炉体内部を降下する炭素質粒体に熱処理を行う管状構造体を備える。
（３）前記管状構造体は、円筒状である。
（４）円筒状の前記管状構造体は、当該管状構造体の中心軸に沿って３～６に等分割してなる３～６の部分円筒部を、その周方向に接合してなる。
　本発明の炭素質粒体の熱処理装置は、更に次のような構成を備えても良い。
（１）前記部分円筒部の内周面にはスロープが設けられ、前記スロープの下端は、前記下部電極の上端と接続され、前記スロープの内周面によって前記部分円筒部の内周面及び前記下部電極の内周面は連続している。
（２）前記炉体の中心軸上に上下に配置される円柱状の上部電極及び円筒状の下部電極と、前記下部電極の上端を囲うように設けられるツバブロックとを更に備え、前記管状構造体は、前記上部電極を囲うように前記ツバブロック上に載置され、前記ツバブロックを介して前記下部電極と電気的に接続され、前記上部電極及び下部電極が前記管状構造体内部の前記炭素質粒体に直接通電することにより熱処理を行う。
（３）前記上部電極は、当該上部電極の先端に向けてテーパーがかかっており、前記上部電極及び前記管状構造体を前記炉体の中心軸に沿って切断した切断面において、前記中心軸に対する前記スロープの傾斜角度と、前記中心軸に対する前記テーパーの角度が同一である。
（４）前記上部電極を側面から支持する一対のバスバーをさらに備え、前記バスバーは、可撓部を有する。
　本発明の炭素質粒体の熱処理装置の組み立て方法は、次のような構成を備える。
（１）円筒状の下部電極の上端を囲うようにツバブロックを設けるステップ。
（２）前記ツバブロック上に３～６の部分円筒部を載置するステップ。
（３）前記３～６の部分円筒部をその周方向に接合して管状構造体を形成するステップ。
　本発明の炭素質粒体の熱処理装置の組み立て方法は、更に次のような構成を備えてもよい。
（１）前記管状構造体の外周面を締め付けるステップ。
（２）前記下部電極に対向し、前記管状構造体に囲われるように上部電極を設けるステップと、平面視において、前記上部電極と前記管状構造体とが同心円状になるように、前記上部電極を平面方向に移動させるステップ。
　本発明は、炭素質粒体の充填度の変化や流動性の乱れ、これらによる炉内閉塞が発生することなく、炭素質粒体の熱処理を均一且つ長期にわたり継続することができ、生産性の向上を図ることが出来る。
第１の実施形態に係る炭素質粒体の熱処理装置を示す側面図。 第１の実施形態に係る投入部を示す平面図。 第１の実施形態に係る投入部を示す側面図。 第１の実施形態に係るチャージングホッパー及びスカートを示す側面図。 第１の実施形態に係る管状構造体を示す平面図。 第１の実施形態に係るスロープを示す斜視図。 第１の実施形態に係るスロープを示す側面図。 第１の実施形態に係るツバブロックを示す平面図。 第１の実施形態に係る炭素質粒体の熱処理装置の動作を示すフローチャート。 従来の管状構造体を示す平面図。
［１．第１の実施形態］
［１－１．構成］
［炭素質粒体］
　まず、第１の実施形態に係る炭素質粒体の熱処理装置に用いる炭素質粒体Ａについて説明する。炭素質粒体Ａは、無煙炭粒、コークス粒、及びこれらの混合物からなる造粒体、金属酸化物と炭素の混合物の造粒体などの粒体を使用することが可能である。また、無煙炭やコークスとしては、カルサイン（仮焼）していないものを含んでも良く、コークスには石油コークス、石炭コークス、フルードコークス、ニードルコークスなどがある。無煙炭粒、コークス粒は、塊状の無煙炭やコークスを粉砕してなる例えば１０ｍｍ～２０ｍｍ程度の粒体である。造粒体は、例えば無煙炭やコークス由来の炭素粉、人造黒鉛粉、金属酸化物などの原料にバインダーや水を混合し、例えばディスクペレッタなどの造粒機によって形成され、さらに乾燥処理を経て硬化した粒体である。バインダーは、例えばでんぷん粉末、特にαコーンスターチ粉を使用することが出来る。硬化、炭化処理できるものであれば、バインダーには、ピッチやフェノール樹脂、他の合成高分子化合物、水溶性多糖類などを使用することも出来る。本実施形態の炭素質粒体Ａは、表面が滑らかな円柱状で、直径は１０ｍｍ程度、高さは１０ｍｍ～１５ｍｍの造粒体である。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、熱処理される。
［熱処理装置］
　次に、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、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る熱処理装置１の構成を示す側面図である。熱処理装置１は、炭素質粒体Ａの熱処理を行う炉体２１を備える。本実施形態の炉体２１としては、直接通電することにより加熱処理を行う直接通電加熱方式や、外周部に熱源を備え、外側から炉芯管や加熱容器を加熱し熱処理する間接加熱方式などを用いることができる。以下では、炉体２１は直接通電加熱方式の縦型電気熱処理炉であるものとして説明する。熱処理装置１は、炉体２１の上方から投入された炭素質粒体Ａが炉体２１内部を徐々に降下する間に通電することにより、炭素質粒体Ａの熱処理を連続的に行う。この熱処理装置１は、炭素質粒体Ａを炉体２１に投入する投入部１０と、投入された炭素質粒体Ａを熱処理する熱処理部２０と、熱処理した炭素質粒体Ａを冷却するための冷却部３０と、を備える。投入部１０、熱処理部２０及び冷却部３０は、炉体２１の上方から下方に向けて順次設けられる。また、炉体２１は熱処理部２０の一部を構成する。炭素質粒体Ａは、炉体２１内部、及び投入部１０と冷却部３０内部の少なくとも一部を満たしているものとする。なお、本明細書において、上方とは重力に逆らう方向を指し、下方とは重力に従う方向を指すものとする。
［投入部］
　図２乃至４を参照しつつ、投入部１０について説明する。投入部１０は、炭素質粒体Ａを炉体２１内部に上方から投入するものであって、炭素質粒体Ａの投入経路に従って、架台１１、分配ホッパー１２、フィーダー１３、原料ビン１４、チャージングホッパー１５、スカート１６を備える。
　架台１１は、投入部１０の上部に設けられ、クレーンなどによって持ち上げられたフレコンバッグを載置するための台である。このフレコンバッグには熱処理対象となる炭素質粒体Ａが入っており、このフレコンバッグから炭素質粒体Ａが分配ホッパー１２へと投入される。分配ホッパー１２は、投入された炭素質粒体Ａを底面に設けられた孔から分配する容器である。本実施形態の分配ホッパー１２は、例えば、概略矩形の底面の四隅にそれぞれ１つの孔が設けられている。これら４つの孔には、当該孔の縁から下方へと漏斗状に伸びてなるコーン部１２１がそれぞれ設けられている。各コーン部１２１の下端は、いずれも開口している。分配ホッパー１２に投入された炭素質粒体Ａは、これら４つの孔からコーン部１２１内部を降下し、当該コーン部１２１の下端の開口直下にそれぞれ設けられたフィーダー１３上に吐き出される。
　フィーダー１３は、分配ホッパー１２から原料ビン１４へと炭素質粒体Ａを送り出す機構及び経路である。フィーダー１３は、炭素質粒体Ａに含まれる微粉末を除去する機能を具備する。本実施形態では、フィーダー１３の経路上には、例えば目開き４ｍｍ以上の篩が設けられている。篩は、例えば金属製のメッシュやパンチングメタルである。すなわち、フィーダー１３は、炭素質粒体Ａを送り出す過程において、当該炭素質粒体Ａに含まれる微粉末を除去することが出来る。さらに、フィーダー１３は、例えば電磁振動方式などによる振動機能を具備する振動フィーダーであってもよい。フィーダー１３が振動フィーダーである場合、当該フィーダー１３上で炭素質粒体Ａを振動させながら送り出すことが出来るので、経路上に設けられた篩からより効果的に微粉末を除去することが出来る。また、フィーダー１３と原料ビン１４は、例えばゴム管やゴム板、磁製板などからなる絶縁体１３ａを介して互いに対向している。熱処理装置１の稼働時には、フィーダー１３と原料ビン１４がこの絶縁体１３ａを介して接続され、外部からの埃などの侵入を防ぐ構造とすることが好ましい。
　原料ビン１４は、炭素質粒体Ａを収容する容器である。原料ビン１４の材質は、耐久性、耐食性に優れた材質であることが好ましい。特に、原料ビン１４の材質が鋼材である場合、鋼材の錆などが炉内に混入する虞がある。そのため、原料ビン１４の材質は、例えば耐熱ステンレス、特にＳＵＳ３１０Ｓが好適である。原料ビン１４は、フィーダー１３から炭素質粒体Ａを受け取る円筒状の円筒部１４１と、その下部に設けられ、下方へ向けて窄まるコーン部１４２とからなる。円筒部１４１とコーン部１４２は内部で繋がっており、コーン部１４２の下部は開口しているので、フィーダー１３から送り出された炭素質粒体Ａは、原料ビン１４内部を降下することが出来る。原料ビン１４内部には、図示しない満量計や流量計、または同様の機能を有するセンサ類が設置されており、原料ビン１４内部における炭素質粒体Ａの量や流量と、フィーダー１３の稼働、停止を連動させてフィーダー１３から送り出す量を調整することで、原料ビン１４内部における炭素質粒体Ａを任意の量あるいは流量に保つことができる。コーン部１４２の下部には、開口を開閉する図示しない開閉ダンパーが設けられており、炭素質粒体Ａの種類を切り替える時やトラブルの際などは炭素質粒体Ａの降下をここで一時停止することが出来る。コーン部１４２のコーン角は、例えば３０°以下であり、特に好ましくは１５°以下である。
　本実施形態の原料ビン１４は、分配ホッパー１２が炭素質粒体Ａを分配する分配数すなわち４つの孔に対応して４つ設けられている。４つの原料ビン１４は、その下方に設けられる炉体２１の中心軸の概略同心円上に等間隔に配置されている。すなわち、４つの原料ビン１４は、この中心軸を中心とした円周上に９０°の円周角ごとに設けられている。なお、概略同心円上とは、各構成の寸法誤差及び組み立てに係る誤差程度であれば、同心円上とするという意味である。
　図２及び３に示すように、本実施形態の分配ホッパー１２は、４つの原料ビン１４の真上には配置されていない。換言すると、分配ホッパー１２は、その下方に設けられる炉体２１の中心軸から、前記炉体２１の外周方向に離間した位置に設けられている。これに伴い、複数のフィーダー１３は、分配ホッパー１２と原料ビン１４とを繋ぐ方向、本実施形態では概略水平方向に延伸して設けられている。すなわち、分配ホッパー１２が４つの原料ビン１４の真上から離間するほど、フィーダー１３はその経路長が長くなる。なお、図２に示すように、各フィーダー１３の経路長は互いに異なるが、最も短いものであっても十分に微粉末を除去することができる。最も短いフィーダー１３の長さは、例えば７０ｃｍである。
　図４に示すように、原料ビン１４の下方に設けられるチャージングホッパー１５は、その上下端にそれぞれ開口部１５１、１５２が設けられた円錐台状の容器であり、下方へ向けて内径が窄まっている。チャージングホッパー１５の下部に設けられるスカート１６は、その上下端にそれぞれ開口部１６１、１６２が設けられた下方へ向けて内径の窄まった円錐台状または円筒状の容器である。チャージングホッパー１５の開口部１５２とスカート１６の開口部１６１は連続して設けられている。また、チャージングホッパー１５及びスカート１６は、いずれも炉体２１の中心軸と同軸上に設けられている。
　チャージングホッパー１５及びスカート１６は、断熱性を有する二重構造の容器であることが好ましい。断熱性を有する二重構造とすることによって、熱処理部２０からの輻射熱や伝熱を緩和することが出来る。チャージングホッパー１５及びスカート１６の材質は、耐久性、耐食性に優れた材質であることが好ましい。特に、チャージングホッパー１５及びスカート１６の材質が鋼材である場合、鋼材の錆などが炉内に混入する虞がある。そのため、チャージングホッパー１５及びスカート１６の材質は、例えば耐熱ステンレス、特にＳＵＳ３１０Ｓが好適である。また、当該二重構造の内部空間は、そのまま空洞として空気層としても良いが、空気や冷却ガスを吹き入れても良く、さらに断熱材を埋め込んでも良い。
　チャージングホッパー１５及びスカート１６は、原料ビン１４から吐き出された炭素質粒体Ａを一時的に貯留し、熱処理部２０へと投入するが、図１に示すように、チャージングホッパー１５及びスカート１６内部には、後述の上部電極２２が貫通している。
［熱処理部］
　熱処理部２０は、炉体２１と、上部電極２２と、スカート１６から投入された炭素質粒体Ａを一時的に貯蔵する燃焼室２３と、燃焼室２３の下部に設けられ、炭素質粒体Ａにその内部を降下させる管状構造体２４と、管状構造体２４の下部に設けられ、炭素質粒体Ａにその内部を降下させる下部電極２５と、炉体２１の内周面と管状構造体２４及び下部電極２５の外周面との間に存在する断熱層２６と、を備える。すなわち、熱処理部２０における炭素質粒体Ａは、燃焼室２３、管状構造体２４、下部電極２５の順に降下する。
　炉体２１は、図示しない耐火物で内張りされた円筒状の炉殻である。耐火物は、例えば耐火レンガである。炉体２１の中心軸上には、炭素質粒体Ａに直接通電する円柱状の上部電極２２が設けられる。上部電極２２は、炉体２１の上方に設けられているチャージングホッパー１５及びスカート１６内部、さらに燃焼室２３内部を貫通し、管状構造体２４の内部にまで伸びている。上部電極２２は、その側面を図示しない一対のバスバーによって支持されている。このバスバーは、可撓性（ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）を備える可撓部を有する。可撓部は、例えば導電性を有する金属製の可撓線を編み込んでなり、上部電極２２が平面方向に移動することを可能にする。すなわち、平面視で管状構造体２４に対して同心円状となるように上部電極２２を平面方向に移動させると、この可撓部が変形することにより、管状構造体２４に対する上部電極２２の相対位置が維持される。さらに、この相対位置をより確実なものとするために、管状構造体２４に対して同心円状となるように移動した後の上部電極２２を図示しない固定部で固定してもよい。なお、平面方向とは、上部電極２２の長手方向に直交する方向である。
　炉体２１の内部には、上部電極２２を囲うように燃焼室２３が設けられている。燃焼室２３は、上述の投入部１０のスカート１６から投入された炭素質粒体Ａを一時的に貯蔵する円筒状の空間である。燃焼室２３の内部空間は、その側面を炉体２１の内周面によって、その上面をスカート１６の外周と炉体２１の内周上部とを繋いでなる炉蓋２１１によって、その底面を管状構造体２４の外周面に存在する断熱層２６の上面によって、画成されている。炉蓋２１１は、例えば、耐熱ボードで構成されているが、キャスターや耐火物で内張りされた鋼材で構成しても良い。断熱ボードは、例えば耐熱繊維からなる成形体を用いても良い。また、図４に示すように、スカート１６は、燃焼室２３の上面を貫通して当該燃焼室２３内部に突出し、スカート１６の下端に設けられた開口部１６２は、燃焼室２３の底面と所定の距離だけ上下方向に離間している。この所定の距離は、例えば３０～１００ｃｍであり、好ましくは５０～８０ｃｍである。この所定の距離とスカート１６の開口部１６２の径を調整することによって、炭素質粒体Ａは、開口部１６２から燃焼室２３の底部まで錘状に連続して存在するように堆積する。
　煙突２３１は、燃焼室２３に設けられる。特に、円筒状の燃焼室２３の周方向に等間隔に複数設けられることが好ましい。周方向に等間隔に複数設けるとは、例えば２つ設けるのであれば１８０°ごとに、３つ設けるのであれば１２０°ごとに、４つ設けるのであれば９０°ごとに、燃焼室２３の中心軸を中心として複数の煙突２３１を設けるという意味である。本実施形態では、煙突２３１は１８０°ごとに２つ設けられている。
　燃焼室２３の下部には、上部電極２２の少なくとも一部を囲うようにして導電性の管状構造体２４が設けられている。管状構造体２４は、例えば人造黒鉛からなる。管状構造体２４は、その上下端にそれぞれ開口部２４１、２４２を備え、開口部２４１によって燃焼室２３と、開口部２４２によって管状構造体２４の下部に設けられる下部電極２５内部と、それぞれ連通している。下部電極２５は、管状構造体２４の下部に、上部電極２２に対向し且つ所定の距離だけ下方に離間して設けられる円筒状の電極である。下部電極２５は、その上下端にそれぞれ開口部２５１、２５２を備える。下部電極２５の上端に設けられた開口部２５１は、管状構造体２４の下端に設けられた開口部２４２と後述のツバブロック２５３を介して電気的に接続されている。従って、上部電極２２及び下部電極２５が通電されると、管状構造体２４の開口部２４１から下部電極２５の開口部２５１にかけて加熱帯が形成されることになる。換言すると、炭素質粒体Ａは、上部電極２２及び下部電極２５が通電されることによって管状構造体２４内部で熱処理される。なお、熱処理部２０の上部電極２２、燃焼室２３、管状構造体２４、開口部２４１、２４２、下部電極２５、開口部２５１、２５２は、全て炉体２１の中心軸と同軸上に設けられることが好ましい。
　管状構造体２４及び下部電極２５の外周面と炉体２１の内周面との間には、例えばカーボンブラックからなる断熱層２６が設けられている。この断熱層２６は、管状構造体２４及び下部電極２５周辺に発生する熱を外部と遮断している。
　本実施形態の管状構造体２４について、図５及び図６を参照しつつ説明する。管状構造体２４は、例えば人造黒鉛からなる円筒状の中空構造体である。管状構造体２４は、３～６の部分円筒部をその周方向に接合してなる。本実施形態の部分円筒部は、円筒状の管状構造体２４の中心軸に沿って円周角が９０°となるように４つに切り分けた四分円筒部２４３とする。さらに、四分円筒部２４３の内周面、すなわち４つの四分円筒部２４３をその周方向に接合して管状構造体２４とした場合に当該管状構造体２４の内周面となる面には、スロープ２４４の外周面が接合している。この接合は、例えばモルタルによる接着や、粘着物による貼り合わせによってなる。以降の説明では、モルタルによる接着を例に説明する。ここで言うモルタルとは、無煙炭や人造黒鉛、コークスなどの炭素質の粉を骨材とし、フェノール樹脂などのバインダーを加えて練った、モルタル状の目地材、充填剤や接着剤のことを指す。バインダーの種類に特に制限はなく、ピッチ、タールや樹脂類、水溶性の多糖類などが使用でき、施工性などを勘案し、任意のバインダー量とすることができる。
　スロープ２４４は、図６に示すように、直角三角柱を、その２つの底面を結ぶ方向に扇形に引き延ばした形状である。すなわち、スロープ２４４の外周面、内周面及び底面は、引き延ばされる前の直角三角柱における３つの側面であり、４つのスロープ２４４を互いに接着する面は、引き延ばされる前の直角三角柱における上面及び底面である。
　また、図７に示すように、本実施形態の上部電極２２の先端は、その中心軸に沿って切断した切断面において、管状構造体２４のスロープ２４４の傾斜角度と略平行になるようにテーパーをかけることが好ましい。なお、上部電極２２の先端を尖らせる必要はなく、図７に示すように、テーパーの途中で先端を丸めても良い。
　以上のように、管状構造体２４は、上述の四分円筒部２４３の内周面とスロープ２４４の外周面とを接着したものを、さらに四分円筒部２４３の周方向に接着することによって形成される。従って、管状構造体２４と下部電極２５の接続においては、四分円筒部２４３の下端及びスロープ２４４の底面が下部電極２５の上端と接続され、スロープ２４４の内周面によって四分円筒部２４３の内周面と下部電極２５の内周面が連続している。
　また、管状構造体２４を形成するための接着においては、４つの四分円筒部２４３の外周面、すなわち形成される管状構造体２４の外周面を、外側から管状構造体２４の中心に向けて締め付けて固定されることが好ましい。このような外周面からの締め付けによって、管状構造体２４は平面視で略円形となった状態で固定される。
　さらに、本実施形態の管状構造体２４は、下部電極２５の上端を囲うように設けられたツバブロック２５３上に設けられ、下部電極２５と電気的に接続されている。ツバブロック２５３は、下部電極２５の側面に接着などにより設けられ、その上面が下部電極２５の上面（開口部２５１を形成する面）と同一平面になるように設けられている板状のブロックである。本実施形態のツバブロック２５３は、図８に示すように、４枚の板状のブロックから構成され、正十六角形の中心が円形に空洞となった形状となっている。
　ツバブロック２５３の上面は、水平面との平行度を確保することが重要で、平行度１ｍｍ以下が好ましいが、０．１ｍｍ以下がさらに好ましい。この水平面との平行度を確保したツバブロック２５３の上面に管状構造体２４を設置する。管状構造体２４は、ツバブロック２５３の上に載置しても良いが、管状構造体２４の下面にセメントを塗布し、ツバブロック２５３と接着しても良い。なお、ツバブロック２５３は、下部電極２５の外周面に支持されているだけでなく、下部電極２５の外周面と炉体２１の内周面との間に介在する断熱層２６により下側からも支持されている。
　組み立て方法としては、まず下部電極２５の上端を囲うようにツバブロック２５３を設け、このツバブロック２５３の上面に四分円筒部２４３を載置する。次に、ツバブロック２５３上で、四分円筒部２４３を周方向に接合して管状構造体２４を形成する。ツバブロック２５３上に載置された管状構造体２４は、その自重により安定した静置状態となる。なお、四分円筒部２４３を接合した後、管状構造体２４を外周面から締め付けてもよい。続いて、下部電極２５に対向するように、かつ先端が管状構造体２４に囲われるように、上部電極２２が設けられる。上部電極２２は、先端を管状構造体２４に囲われた状態で、管状構造体２４と同心円状になるように、平面方向に移動させられる。この時、上部電極２２を側面から支持するバスバーの可撓部が変形することで、同心円状となる位置関係が維持される。
［冷却部］
　冷却部３０には、円筒形の水冷ジャケット３１と、排出部３２と、弁３３が設けられている。水冷ジャケット３１及び排出部３２には冷却水が流れる図示しない配管が設けられている。熱処理部２０から排出された炭素質粒体Ａは、この水冷ジャケット３１内部を通過することによって冷却される。また、水冷ジャケット３１の上端部付近には下部電極２５及び管状構造体２４内部へとアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを吹き込むガス吹込み孔３１１が設けられている。ガス吹込み孔３１１は、水冷ジャケット３１の周方向に等間隔に複数設けられることが好ましい。周方向に等間隔に複数設けるとは、例えば２つ設けるのであれば１８０°ごとに、３つ設けるのであれば１２０°ごとに、４つ設けるのであれば９０°ごとに、水冷ジャケット３１の中心軸を中心として複数のガス吹込み孔３１１を設けるという意味である。本実施形態のガス吹込み孔３１１は、例えば９０°ごとに４つ設けられている。
　排出部３２は、水冷ジャケット３１内部で冷却した炭素質粒体Ａを気密性に優れた弁３３へと送り出す。排出部３２は、例えば、熱処理部２０及び水冷ジャケット３１における炭素質粒体Ａの単位時間当たりの流量及び排出量を調整する旋回翼式定量排出装置である。なお、この旋回翼式定量排出装置は、後述の弁３３から排出された炭素質粒体Ａの重量情報を、弁３３の排出先に設けられた図示しない重量計（ロードセル）から受け取り、当該重量情報の変化に応じて旋回翼の回転速度を調整し、以て炭素質粒体Ａの排出量を調整することが出来る。この調整は、任意の重量計測時間を設定すれば良く、例えば１分ごとに行われる。また、排出部３２は、弁３３へと炭素質粒体Ａを排出するための排出口以外に開口がないような密閉構造となっており、圧力測定センサ３２１が設けられている。この圧力測定センサ３２１によって熱処理部２０及び水冷ジャケット３１内部の内圧を測定することが出来る。炉体２１の内外における気圧差が－２５～２００Ｐａであると、炉体２１の外部から空気を炉内に吸い込む虞が低減する。
　弁３３は、排出部３２から排出された炭素質粒体Ａを熱処理装置１から排出する。換言すると、冷却部３０は排出部３２及び弁３３からなる二重の排出構造を備えている。なお、排出部３２から弁３３までの炭素質粒体Ａの経路空間は密閉されている。
　弁３３は、内部に密閉空間を備え、所謂エアロックとしての役割を果たすことができる。ここでいうところの密閉とは、弁３３によって外部と圧力分離ができる程度の気密性を指し、完全な密閉でない場合も含む。弁３３は、例えばロータリーバルブである。このように、排出部３２以降に気密性に優れた弁３３を配置することにより、熱処理部２０及び冷却部３０内部の気密性を高めている。
［１－２．作用］
　本実施形態の熱処理装置１の動作について、図９のフローチャートを参照しつつ説明する。最初に、クレーンなどによって炭素質粒体Ａの入ったフレコンバッグを持ち上げ、投入部１０の上部に設けられた架台１１に載置する（ステップＳ０１）。フレコンバッグに入った炭素質粒体Ａは、分配ホッパー１２に投入される。投入された炭素質粒体Ａは、分配ホッパー１２の四隅に設けられた４つの孔及び４つのコーン部１２１から下方へと降下し、これら４つのコーン部１２１の出口の直下にそれぞれ設けられたフィーダー１３へと吐き出される。各フィーダー１３上の炭素質粒体Ａは、対応する原料ビン１４へと送り出される。この時、フィーダー１３が炭素質粒体Ａを送り出す過程において、炭素質粒体Ａに含まれる微粉末は、当該フィーダー１３の経路上に設けられた篩を介して分級され、図示しない経路から除去される。この微粉末は、炭素質粒体Ａを運搬する過程で生じるものであるが、熱処理する炭素質粒体Ａからは可能な限り除去することが望ましい。この微粉末が炭素質粒体Ａの隙間に入り込んだ状態で熱処理部２０に入ると、炉体２１内部の充填度や流動性が局所的に変化し、電気比抵抗を不均一にさせるため、本明細書の課題で述べたような炉内閉塞や通電時の偏流を惹起する虞があるためである。
　微粉末が除去された炭素質粒体Ａは、原料ビン１４内部を降下する。このように、炭素質粒体Ａは、分配ホッパー１２、フィーダー１３、原料ビン１４において、４つに分配されて降下する（ステップＳ０２）。
　４つの原料ビン１４から吐き出された炭素質粒体Ａは、チャージングホッパー１５及びスカート１６内部を降下することにより、スカート１６の開口部１６２から熱処理部２０の燃焼室２３へと投入される。より詳細には、チャージングホッパー１５及びスカート１６内部には、後述の上部電極２２が貫通しているので、炭素質粒体Ａは、チャージングホッパー１５及びスカート１６の内周面と上部電極２２の外周面との間を縫って降下し、燃焼室２３へと投入される（ステップＳ０３）。
　スカート１６の開口部１６２と燃焼室２３の底面は所定の距離だけ上下方向に離間しているので、スカート１６の開口部１６２から投入された炭素質粒体Ａは、上部電極２２を中心に据えて燃焼室２３内部で例えば安息角を成して錘状に堆積し、その一部が管状構造体２４内部へと降下する。より詳細には、上部電極２２は管状構造体２４内部を貫通しているので、炭素質粒体Ａは上部電極２２の外周面と管状構造体２４の内周面との間を縫って降下する。（ステップＳ０４）。
　ところで、燃焼室２３内部と炉体２１内部の上部は比較的高温になるため、炭素質粒体Ａに含まれるバインダーから可燃性ガスが発生する。また、炭素質粒体Ａの原料である炭素粉には揮発性物質を含有している場合があり、この揮発性物質が揮発して可燃性ガスとなる。これらの可燃性ガスは、高温の燃焼室２３内部で燃焼する。この燃焼ガスが燃焼室２３に設けられた煙突２３１から排気されることによって燃焼室２３及び炉体２１内部にはドラフト効果が生じて上昇気流が発生する。この上昇気流によって、可燃性ガスは炭素質粒体Ａの錐体表面に誘引され、当該錐体表面で燃焼する。また、炉体２１内部の炭素質粒体Ａには、下方のガス吹込み孔３１１からアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスが注入されている。従って、可燃性ガスの燃焼は燃焼室２３内部の炭素質粒体Ａが形成する錐体表面に止まり、炭素質粒体Ａの内側までは進行しない。換言すれば、炭素質粒体Ａは錐体表面のみが酸化し、錐体内側は酸化しない。このように、炭素質粒体Ａは錐体表面でのみ酸化することにより、錐体内側を通ってスカート１６から管状構造体２４内部へと降下する炭素質粒体Ａの酸化を防ぐことが出来る。
　本実施形態では、煙突２３１は１８０°ごとに２つ設けられている。このように等間隔に配置すれば、燃焼室２３内部におけるドラフトの発生に偏りが無くなり、炭素質粒体Ａから発生する可燃性ガスが当該炭素質粒体Ａ内側を上昇する経路にも偏りが無くなるので、炉体２１内部における炭素質粒体Ａの温度も均等になる。
　上部電極２２及び下部電極２５に通電することにより、管状構造体２４内部を降下する炭素質粒体Ａは直接通電され、当該炭素質粒体Ａに発生するジュール熱により熱処理される（ステップＳ０５）。この熱処理によって、炭素質粒体Ａは黒鉛化する。熱処理された炭素質粒体Ａは、下部電極２５内部を降下し、開口部２５２から冷却部３０へと排出され、冷却部３０の水冷ジャケット３１で冷却されて、排出部３２及び弁３３によって熱処理装置１から排出される（ステップＳ０６）。
［１－３．効果］
（１）本実施形態の熱処理装置１は、円筒状の管状構造体２４を備える。これにより、従来の正十六角柱状の管状構造体に比して、管状構造体２４内部を降下する炭素質粒体Ａの単位時間当たりの流量や充填度を均一化することが出来るので、伝熱性の不均一化や、炭素質粒体が静止層を形成して炉内閉塞を引き起こす虞を低減することが出来る。
　この円筒状の管状構造体２４は、３～６の部分円筒部からなる。これにより、従来の正十六角柱状の管状構造体を組み立てるのに１６枚の板を必要としたのに比して、はるかに少ない部材で組み立てることが出来る。従って、組み立てられた管状構造体２４に歪みが少なく、管状構造体２４内部を降下する炭素質粒体Ａの単位時間当たりの流量や充填度をさらに均一化することが出来る。また、管状構造体２４の組み立てにかかる工数も減少する。
（２）本実施形態の３～６の部分円筒部の内周面にはスロープ２４４が設けられ、このスロープ２４４の内周面によって管状構造体２４の内周面と円筒状の下部電極２５の内周面とが連続している。これにより、炭素質粒体Ａが管状構造体２４内部から下部電極２５内部へと滑らかに降下するので、炭素質粒体Ａの単位時間当たりの流量や充填度をさらに均一化することが出来る。
（３）本実施形態の熱処理装置１は、上部電極２２と下部電極２５によって管状構造体２４内部の炭素質粒体Ａに直接通電して熱処理を行う。このような直接通電加熱方式の縦型電気熱処理炉である場合、炭素質粒体Ａの密度における偏析が少ないほど通電時の電流の流れが均一となり、すなわち偏流が減少するため、管状構造体２４内部における炭素質粒体Ａの熱処理温度を均一にすることが出来る。さらに、偏流による局所的な高温部が炭素の昇華を引き起こす虞も低減させることが出来るので、熱処理装置１を長期間に亘って連続運転させても内部で閉塞を起こす虞を低減させることが出来る。
　また、本実施形態の管状構造体２４は、下部電極２５の上端を囲うように設けられるツバブロック２５３上に載置され、ツバブロック２５３を介して下部電極２５と電気的に接続される。これにより、管状構造体２４は安定した静置状態となり、当該管状構造体２４に生じる歪みが少なくなる。従って、管状構造体２４内部を降下する炭素質粒体Ａの単位時間当たりの流量や充填度をさらに均一化することが出来る。さらに、ツバブロック２５３により、下部電極２５から管状構造体２４への電流経路が確保されるため、通電時の管状構造体２４内部における炭素質粒体Ａへの通電が安定し、熱処理温度を均一にすることが出来る。
（４）本実施形態の上部電極２２は、その先端に向けてテーパーがかかっており、さらに炉体の中心軸に沿って切断した切断面において、この中心軸に対するスロープ２４４の傾斜角度と上部電極２２の先端にかかったテーパーの角度が同一である。これにより、スロープ２４４近傍を降下する炭素質粒体Ａの単位時間当たりの流量や充填度をさらに均一化することが出来る。
（５）本実施形態の上部電極２２は、可撓部を有する一対のバスバーにより側面から支持されている。一般的なバスバーは、電流を流すアルミニウム製や銅製の板状の導電体であるため、上部電極を電源と接続した状態で平面方向に移動させることは容易でない。しかしながら、本実施形態のバスバーは可撓部を有するため、上部電極２２を図示しない電源と接続した状態であっても平面方向に自由移動させることができる。このため、下部電極２５に対して上部電極を設ける際に、平面視での位置を微調整することができ、管状構造体２４と同心円状に位置させることができる。これにより、上部電極２２の外周面から管状構造体２４の内周面までの距離を等距離とすることができるので、通電時の偏流が減少するため、管状構造体２４内部における炭素質粒体Ａの熱処理温度を均一にすることが出来る。さらに、偏流による局所的な高温部が炭素の昇華を引き起こす虞も低減させることが出来るので、熱処理装置１を長期間に亘って連続運転させても内部で閉塞を起こす虞を低減させることが出来る。なお、上部電極２２の平面方向への移動及び位置調整は、熱処理装置１の操業中に行うことも出来る。
（６）本実施形態の熱処理装置１の組み立て方法は、３～６の部分円筒部を接合する。接合面の数も３～６となるため、接合面のズレを最小化することができ、組み立てられた管状構造体２４に歪みが少なく、管状構造体２４内部を降下する炭素質粒体Ａの単位時間当たりの流量や充填度を均一化することが出来る。また、接合面のズレが最小化されるため、施工時の歪みや操業時の熱膨張などにより、接合面にすき間が生じ難い。このため、外側の断熱層２６を形成する断熱材料が炉内に混入し、炭素質粒体Ａの流動や伝熱、電流経路に対する悪影響を防ぐことができ、長期間に亘って連続運転させても内部で閉塞を起こす虞を低減させることが出来る。また、熱処理後の熱処理品に断熱材が異物として混入することも防ぐことができる。
　また、管状構造体２４の組み立てにおいて、鉛直方向のズレは、部分円筒部の内周面に設けられたスロープの鉛直方向のズレとなる。スロープの鉛直方向のズレは炭素質粒体の流下の不均衡に直結することになるので、熱処理装置による長期安定操業への影響は大きい。本実施形態の熱処理装置１の組み立て方法は、水平面との平行度を確保したツバブロック２５３の上面に、スロープが設けられた３～６の部分円筒部を静置していく。このような状態から管状構造体２４を組み立てることで、３～６分割された各部分円筒部を円周方向に接合した際、ツバブロック２５３の水平面に沿って部分円筒部の下面が水平に保たれ、管状構造体２４を歪みなく組み立てることができる。これにより、管状構造体２４内部を降下する炭素質粒体Ａの単位時間当たりの流量や充填度を均一化することが出来る。
（７）本実施形態の熱処理装置１の組み立て方法は、管状構造体２４を外周面から締め付けて固定するようにした。これにより、組み立てられた管状構造体２４に歪みが少なく、特に平面視では略円形を維持することが出来る。これにより、炉内における炭素質粒体Ａの単位時間当たりの流量をさらに均一化することが出来る。
（８）本実施形態の熱処理装置１の組み立て方法は、上部電極２２を管状構造体２４と同心円状になるように、平行移動させるようにした。これにより、上部電極２２の外周面と管状構造体２４の内周面との距離を等しくすることができるので、炉内における炭素質粒体Ａの単位時間当たりの流量をさらに均一化することが出来る。
［２．他の実施形態］
　本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
（１）上述の実施形態では、炉体２１は直接通電加熱方式の縦型電気熱処理炉としたが、例えば、上述の実施形態の上部電極２２及び下部電極２５を用いるのではなく、外周部に熱源を備え、外側から炉芯管や加熱容器を加熱し熱処理する間接加熱方式の縦型熱処理炉であっても良い。なお、このような間接加熱方式の縦型熱処理炉である場合、また直接通電加熱方式の縦型電気熱処理炉であっても上部電極２２の長さが比較的短い場合であれば、分配ホッパー１２を炉体２１の中心軸と同軸上に設け、原料ビン１４の真上に配置することも出来る。
（２）上述の実施形態では、管状構造体２４を４つの四分円筒部２４３の接合によって形成されるものとしたが、管状構造体２４の中心軸に沿って円周角が１２０°となるように３つに切り分けた部分円筒部の接合によって形成されるようにしてもよい。同様に、管状構造体２４の中心軸に沿って円周角が７２°となるように５つに切り分けた部分円筒部の接合によって形成されるようにしてもよいし、管状構造体２４の中心軸に沿って円周角が６０°となるように６つに切り分けた部分円筒部の接合によって形成されるようにしてもよい。
（３）上述の実施形態では、スロープ２４４の断面は直角三角形であるものとしたが、直角三角形でなくともよい。例えば、直角三角形の斜辺を対角に向けて凹ませ、三角形の内角の和を１８０°未満としてもよい。これにより、管状構造体２４の内周面とスロープ２４４の内周面との継ぎ目がより滑らかなものとなり、炭素質粒体Ａの降下もまたスムーズになる。
（４）上述の実施形態では、部分円筒部にスロープを接合したが、管状構造体の歪みやズレ、組み立て時の作業性の観点からは、部分円筒部とスロープが一体成型された部材を用いることが好ましい。
（５）上述の実施形態では、ツバブロック２５３は４枚の板状のブロックから構成されるものとしたが、可能な限り少ない枚数から構成されることが好ましい。例えば、２枚の板状のブロックから構成されることが好ましい。
１　熱処理装置
１０　投入部
１１　架台
１２　分配ホッパー
１２１　コーン部
１３　フィーダー
１３ａ　絶縁体
１４　原料ビン
１４１　円筒部
１４２　コーン部
１５　チャージングホッパー
１５１、１５２　開口部
１６　スカート
１６１、１６２　開口部
２０　熱処理部
２１　炉体
２１１　炉蓋
２２　上部電極
２３　燃焼室
２３１　煙突
２４　管状構造体
２４１、２４２　開口部
２４３　四分円筒部
２４４　スロープ
２５　下部電極
２５１、２５２　開口部
２５３　ツバブロック
２６　断熱層
３０　冷却部
３１　水冷ジャケット
３１１　ガス吹込み孔
３２　排出部
３２１　圧力測定センサ
３３　弁
４４　管状構造体
４４４　スロープ
４５　下部電極
４５１　開口部
Ａ　炭素質粒体

Claims (8)

  1. 　炉体内部に投入した炭素質粒体に熱処理を行う炭素質粒体の熱処理装置であって、
    　前記炉体内部を降下する炭素質粒体に熱処理を行う管状構造体を備え、
    　前記管状構造体は、円筒状であり、
    　円筒状の前記管状構造体は、当該管状構造体の中心軸に沿って３～６に等分割してなる３～６の部分円筒部を、その周方向に接合してなる、
    　炭素質粒体の熱処理装置。
  2. 　前記部分円筒部の内周面にはスロープが設けられ、
    　前記スロープの下端は、前記下部電極の上端と接続され、前記スロープの内周面によって前記部分円筒部の内周面及び前記下部電極の内周面は連続している、
    　請求項１に記載の炭素質粒体の熱処理装置。
  3. 　前記炉体の中心軸上に上下に配置される円柱状の上部電極及び円筒状の下部電極と、前記下部電極の上端を囲うように設けられるツバブロックとを更に備え、
    　前記管状構造体は、前記上部電極を囲うように前記ツバブロック上に載置され、前記ツバブロックを介して前記下部電極と電気的に接続され、
    　前記上部電極及び下部電極が前記管状構造体内部の前記炭素質粒体に直接通電することにより熱処理を行う、
    　請求項１または２に記載の炭素質粒体の熱処理装置。
  4. 　前記上部電極は、当該上部電極の先端に向けてテーパーがかかっており、
    　前記上部電極及び前記管状構造体を前記炉体の中心軸に沿って切断した切断面において、前記中心軸に対する前記スロープの傾斜角度と、前記中心軸に対する前記テーパーの角度が同一である、
    　請求項３に記載の炭素質粒体の熱処理装置。
  5. 　前記上部電極を側面から支持する一対のバスバーを更に備え、
    　前記バスバーは、可撓部を有する、
    　請求項３または４に記載の炭素質粒体の熱処理装置。
  6. 　炭素質粒体の熱処理装置の組み立て方法であって、
    　円筒状の下部電極の上端を囲うようにツバブロックを設けるステップと、
    　前記ツバブロック上に、内周面にスロープが設けられた３～６の部分円筒部を載置するステップと、
    　前記３～６の部分円筒部をその周方向に接合して管状構造体を形成するステップと、
    　を備える炭素質粒体の熱処理装置の組み立て方法。
  7. 　前記管状構造体の外周面を締め付けるステップを更に備える請求項６に記載の炭素質粒体の熱処理装置の組み立て方法。
  8. 　前記下部電極に対向し、前記管状構造体に囲われるように上部電極を設けるステップと、
    　平面視において、前記上部電極と前記管状構造体とが同心円状になるように、前記上部電極を平面方向に移動させるステップと、
    　を更に備える請求項６または７に記載の炭素質粒体の熱処理装置の組み立て方法。
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