JPH0280312A - 鱗片状黒鉛の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭素を金属融成物、典型的には鉄を基剤とする
融成物中に熔解し、且つ該融成物を冷却して鱗片状黒鉛
（ｆｌａｋｅ　ｇｒａｐｈｉｔｅ）を晶出させる、鱗片
状黒鉛の製造方法及び装置に関する。

本発明を要約すれば、鱗片状黒鉛の製造において、石炭
を金属融成物に添加し、融成物を加熱するために酸素を
用いて石炭を部分的に燃焼させ、融成物中に部分的に溶
解させて金属の炭素含量を上昇させ、その後鱗片状黒鉛
が晶出するように融成物を冷却することから成り、その
際、融成物中への石炭の溶解を改善させるために、粉砕
された石炭を融成物の表面下に向けて直接融成物中に注
入するこ七により石炭の添加を行い、且つ粉砕された石
炭を酸素により融成物中で燃焼することである。

本明細書において、鱗片状黒鉛とは主として０゜０５＋
ｎ＋ｎよりも大きな粒径を有する黒鉛であると理解され
る。鱗片状黒鉛は本質的に六方結晶格子を有する層から
成る特徴的な異方性結晶構造を有する炭素から構成され
ている。

鱗片状黒鉛は天然資源から得られる。今Ｈ鱗片状黒鉛は
耐火煉瓦に多量に使用されている。現在では鱗片状黒鉛
に対する需要は供給を上回っている。炭素飽和金属融成
物、特に鉄融成物から結晶化させることにより鱗片状黒
鉛を製造する提案がなされている。鉄は温度が上昇する
につれて炭素の溶解性を適度に増大させる。かような提
案の早期の例は米国特許発明明細書（ＵＳ−Ａ）第１，
４２０．５１２号及び米国特許発明明細書第１，４３４
．５１９号である。鉄を第一の容器中で加熱し、次いで
コークス又は他の炭素を添加して熔融し、そして鉄を第
二の容器中に通して、そこで冷却し。

非−酸化性気体の循環下で結晶化した黒鉛が取り出され
る。

特開昭５７−７．８０７号は加熱／冷却循環の繰り返し
におけるスラグの生成を制限するために、溶融鉄を不活
性気体中に釆持する方法を記載している。非酸化性気体
が容器の底にある羽口（ｔｕｙｅｒｅｓ）を通して吹き
込まれ、この気体は冷却工程の際外部的に冷却される。

加熱は電気的で、高周波炉又は電気アーク炉（非−酸化
性）が使用される。

石炭以外の各種の炭素源が挙げられている。炭素源は不
活性気流に同伴して羽口を経由して導入されてもよい。

特開昭６０−２４６，２１４号は、石炭のような炭素源
を金属浴上に投与し、炭素が燃焼するように炭素表面に
酸素を吹き付ける。発生した熱が鉄融成物を加熱し、同
時に炭素の一部を溶解する。

融成物を冷却するためにアルゴンを融成物中に吹き入れ
、生成した黒鉛を取り出す。浮遊するスラグは不活性気
体で黒鉛を取り去ることを妨害しない。この方法におい
ては、炭素を融成物中に適度に溶解する点に難点がある
。

本発明の目的は、炭素を燃焼して金属融成物をを加熱し
、そして炭素の一部を融成物に溶解させ、その後で鱗片
状黒鉛が晶出するように融成物を冷却する、鱗片状黒鉛
を製造する方法及び装置における改良を提供することで
ある。

本発明によれば、粉砕された石炭を融成物の表面下で直
接融成物中に注入することによって石炭が添加され、そ
して供給された酸素によって粉砕された石炭が融成物中
で燃焼する。ここで粉砕された石炭とは、微細に砕かれ
た形状の適当な品質の天然石炭を意味する。好適には粉
砕された石炭は粒子の少なくとも７０重量％の寸法が１
ｍｍよりも小さく、より好適には０．３ｍｍよりも小さ
く、最も好適にはＯ、ｌ　ｍｍよりも小さい。この形状
の天然石炭は極めて速やかに融成物中に溶解する。

粉砕された石炭は不活性気体、例えば窒素によって吹き
込まれることが好ましい。

本発明を用いて得られる利点は、粉砕された天然石炭は
融成物のその温度の飽和点まで融成物中に迅速に溶解し
、且つ酸素による加熱が極めて効果的であることである
。融成物の頂部ではなく融成物の中で石炭を燃焼する付
加的な利点は、水素及びｃｏを含む豊富な排気ガスが得
られ、且つこの排気ガスの温度が比較的低いことである
。

金属融成物としては各種の金属及び金属化合物（炭化金
属のような）が考えられる。かような金属化合物は本記
述及び請求の範囲内で使用される用語“金属融成物”内
に包含される。金属融成物は多数の要求を満足させなけ
ればならない。炭素の溶解度は充分に高くなければなら
ない。工程の温度は耐火物の問題が起こる程高くてはな
らない。

状態図中の飽和曲線は許容し得る量の鱗片状黒鉛が融成
物から晶出するように充分平坦でなければならない。

金属ニッケル、リチウム及びコバルトは確かにこうした
要求を満足させる。しかし鉄を基剤とした融成物が好適
であり、より好適には銑鉄が使用される。鉄／炭素状態
図において、本法の冷却段階の作業範囲は、炭素４．２
６％の共融物よりも高い炭素百分率において、液状鉄及
び炭素の飽和線に接近して存在している。必要に応じ燐
及び硫黄のような多数の不純物を含む可能性のある銑鉄
は、最初に精錬されていてもよい。

融成物中に炭素を溶解させるために、前記のように粉砕
された石炭が融成物の表面の下に注入される。かような
注入については既に鋼の生産では経験があり、例えば０
８Ｍ転炉では粉末石炭が転炉の底部を通って注入されて
いる。

電気加熱のための投資及び電気加熱の高額なエネルギー
経費を避けるために、本発明においては融成物は酸素に
よる融成物中の炭素の燃焼により加熱される。このため
に酸素が融成物中に導入される。別法として、必要な酸
素を例えば酸素銅転炉中で鋼の製造に使用される形式の
、酸素吹込み槍（１ａｎｃｅ）を用いて融成物上に上方
から供給することもできる。しかし燃焼は融成物の頂部
だけではなく、むしろ融成物中で起こることが重要であ
る。

鉄を基剤とした好適な工程の温度は１２００１６００°
Ｃの温度範囲にある。１６００８０以上では耐火物の問
題が重要となる。より好適には融成物は約１５００°Ｃ
に加熱され、次いで約１３００℃に冷却される。

本方法では、融成物は一つの同じ容器中で周期的に加熱
し、且つ周期的に冷却してもよい。これに要する投資は
比較的低廉である。しかし容器中の温度交替は容器の耐
火性内張りに余分な要求を課するものである。

本発明の方法は好適には少なくとも二つの容器中で実施
され、そして融成物が第一の容器中で加熱され、加熱さ
れた条件下で第二の容器に移され、そして第二の容器中
で冷却され、且つ例えば第二の容器中で結晶化した黒鉛
が分離されるような方式で行われる。次いで融成物は冷
却された条件で第一の容器に返送される。融成物中の炭
素の溶解は第一の容器中においてか、又は第一の容器及
び融成物が第一の容器中で加熱された後の第三の容器中
の双方のいずれかで生起する。

第一の容器（加熱容器）中の炭素の燃焼により融成物が
加熱されている間に、スラグが融成物上に生成する。第
一の容器中の融成物の激しい運動の結果、スラグの粒子
は融成物に入って第二の容器（冷却容器）に運搬される
。従って第一の容器中で加熱された後、しかし第二の容
器中で冷却される前、融成物は第一の容器から一緒に運
ばれたスラグが分離される第四の容器に受は入れること
もできる。

冷却容器中の融成物及び黒鉛の酸化を防止するために、
冷却容器中では不活性雰囲気が好ましい。

これは例えば融成物を撹拌するために、第二の容器中の
融成物中に不活性気体を導入すれば達成される。

融成物を第−及び第二の容器の間に周期的に行ったり来
たり流動させることもでき、或いは容器を通って連続的
に循環させることもできる。

鱗片状黒鉛の成長を促進する作用物質、好適には水素、
窒素及び／又は珪素を融成物に添加してもよい。

必要に応じ得られた黒鉛を次いで精製することもできる
。例えばＦｅ２Ｏ３又はＦｅｘＯｉのような黒鉛中の不
純物をＨＣＩ（塩酸）で溶解し、続いてＨＦ（弗化水素
酸）で洗浄してもよい。

本発明を更に添付図面を参照しつつ、及び実施例によっ
て説明するが、いずれも本発明を限定するものではない
。

第１図の図面に、連結管３及び４により結合している加
熱容器ｌ及び冷却容器２が示されている。

加熱器ｌ、冷却器２及び管３及び４から構成されている
系に鉄を基剤とした融成物１５が充填される。融成物は
加熱器１中で加熱され、同時に加熱器ｌ中の融成物中に
炭素が溶解される。この目的のために加熱器ｌには供給
導管５を経由して酸素が供給され、粉末状石炭の形状の
炭素が供給導管６を経由して不活性気体により運搬され
る。供給導管５及び６は容器１の底部を通して融成物中
に直接酸素及び石炭を注入する。酸素を用いる融成物中
の炭素の燃焼により燃焼ガス、この場合には主としてＣ
Ｏかも成る高カロリーのガスが生産され、７において加
熱器から取り去られ、エネルギーの発生に使用すること
ができる。加熱器ｌ中に生成するスラグ１４は、８にお
いて加熱器から排出することができる。

冷却器２において、融成物は例えば図式的に示された冷
却系９によって、鱗片状黒鉛が融成物から晶出するよう
に冷却される。冷却速度は鱗片状黒鉛の所望の寸法によ
って調節することができる。

放出された黒鉛は図式的にＩＯにより指示されている。

矢印は加熱器１１冷却器２及び管３及び４からなる系を
通る融成物の連続的な循環を示している。

融成物の循環速度を調節できる調節器１１が図示されて
いる。

第２図は第１図の工程に対して重要な鉄／炭素状態図の
一部分を示しており、縦軸は℃で表した融成物の温度を
示し、横軸は重量％で表した融成物の炭素含量を示して
いる。融成物が加熱されると加熱器中で炭素が溶解する
。この中で融成物は第２図の１２から１３まで矢印で示
された方向の線に従う。融成物は第２図の１３から１２
への線に従って冷却器中で冷却される。これにより鱗片
状黒鉛が晶出するので、融成物中の炭素含量が減少する
。

第３図は加熱器６１と炭化容器Ｃｃａｒｂｏｎｊｚｅｒ
　ｖｅｓｓｅｌ）ｌ　６の間、及び炭化容器１６と冷却
容器１７の間に夫々連結管１７及び１８を有する炭化容
器１６を備えた、第１図の方法の一変法を示している。

粉末石炭状の炭素が導管１９を通じて炭化器１６に供給
され、炭化器１６中で融成物中に溶解する。第１図のよ
うに、融成物は導管２０を経由して加熱器ｌに供給され
る炭素の燃焼によって加熱器１中で加熱される。不活性
気体が導管１９．２０中に石炭を運ぶ。この方法では７
で取り出される気体は主としてＣＯ２から成る。この方
法では、加熱器ｌ中の融成物は第４図中の１２から２１
までの線に従い、温度が上昇すると炭素含量が低下し、
炭化器１６中では２１から１３までの線に従い、炭素含
量が増大する。

第５図は他の具体化にも適用できる多数の特定な小部品
を以て、第１図の方法が実施できる装置を一層詳細に示
している。加熱器ｌは内部に耐摩耗性内張り２４及び持
久性（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ）内張り２５から成る、耐火
性の内張り２３を備えた鋼製容器２２として構築されて
いる。炭素及び酸素の供給は、容器２２の底を貫通する
、一つ又は多数の二重壁の同心円的ノズル射出器２６を
経由して、粉砕石炭及び酸素の導入が行われる。二重壁
の同心円的ノズル射出器２６において、中心ノズルは酸
素を運び、周囲のノズルは粉末石炭及び不活性気体を運
搬する。燃焼ガスは２７で取り出される。

ガスの取り出しは、容器２２の頂部が開放されていれば
、例えは酸素鋼転炉用として使用されているようなフー
ド状に構築されていてもよい。容器２２はスラグを取り
出すための枝管連結部２８を備えている。図には示され
ていないが、スラグの゛状態調節のために容器２２にチ
ョークを供給する設備があってもよい。

冷却容器２は同様に耐火物内張り３０を持った鋼容器２
９として構築されている。冷却器２は装置が融成物で充
填されるように取り外すこともできる蓋３１を備えてい
る。冷却器はそれを通して不活性ガスを導入できる連結
部３２及び融成物１５を排出するための連結部３３を有
している。融成物上に浮遊する結晶化した鱗片状黒鉛を
分離するために、蓋３１は鱗片状黒鉛を吸い出すことの
できる吸引管３４を傭人ている。

加熱器中への酸素の導入（発泡用ポンプ）の結果上じる
静水圧の変化の差異の結果として、導管３及び４を通じ
て加熱器ｌ及び冷却器２の間に自然の循環が生起する。

勿論、融成物を他の方式でポンプ輸送してもよい。

管３中Ｉこシル（ｓｉＪＩ）３５が組み込まれている。

導管３７を経由してシル３５上の室３６内の気体圧を調
節することにより、シル３５上の融成物の高さ、及びそ
の結果として循環速度を調節することができる。

実施例 第５図による装置中で、金属融成物として１００トンの
熔融銑鉄を使用する。粉砕された天然石炭（粒径の７０
重量％がＯ、ｌ　ＩＩＩｒｎよりも小さい）を２４時間
当たり２００トンの割合で添加し、本工程を連続的に操
業する。酸素は連続的にＩＯ１００ＯＮｍ３／時間の速
度で吹き込まれる。加熱は１５００°Ｃまでとし、冷却
は１３００°Ｃまでとする。生産される黒鉛の量は２４
時間当たり３０トンである。

本発明の主なる特徴及び態様は以下の通りである。

１８石炭を金属融成物（１５）に添加し、融成物を加熱
するために酸素を用いて部分的に燃焼させ、そして融成
物中に部分的に溶解させて金属の炭素含量を上昇させ、
しかる後に鱗片状黒鉛が晶出するように融成物を冷却す
る鱗片状黒鉛の製造方法において、粉砕された石炭を融
成物の表面下に向けて直接融成物中に注入することによ
り石炭を添加し、且つ粉砕された石炭が酸素により融成
物中で燃焼することを特徴とする方法。

２、金属融成物が第一容器（１）中の粉砕石炭の燃焼に
より加熱され、融成物が加熱された条件下で第二容器（
２）に移動され、融成物が第二容器中で冷却され、結晶
化した黒鉛が分離され、そして融成物が冷却条件下で第
一容器（１）に返送される、上記ｌに記載の方法。

３、第一容器（１）中で加熱後、しかし第二容器中で冷
却される前に、融成物が第三容器に運ばれ、そこで第一
容器（１）から融成物と一緒に運ばれたスラグが融成物
から分離される上記２に記載の方法。

４、融成物が第一容器（１）中で加熱された後、更に炭
素が第四容器（１５）中で融成物中に溶解される上記２
又は３に記載の方法。

５、融成物が各容器を通って連続的に循環する上記２な
いし４のいずれかにに記載の方法。

６、粉砕された石炭が少なくとも一つの羽口（２６）及
び／又は槍によって融成物中に注入される上記ｌないし
５のいずれかに記載の方法。

７、酸素が融成物中に導入される上記ｌないし６のいず
れかに記載の方法。

８、酸素が酸素吹き込み槍によって融成物中に導入され
る上記７に記載の方法。

９、粉砕された石炭の少なくとも７０重量％の粒子の寸
法が１ｍ＋＋＋よりも小さい上記１ないし８のいずれか
に記載の方法。

１０、粉砕された石炭の少なくとも７０重量％の粒子の
寸法が０．３ｒａｒａよりも小さい上記９に記載の方法
。

１１、粉砕された石炭の少なくとも７０重量％の粒子の
寸法が０　、１　ｍｍよりも小さい上記１０に記載の方
法。

１２、融成物が鉄を基剤とする上記Ｉないしｌｌのいず
れかに記載の方法。

１３、融成物が銑鉄である上記１２に記載の方法。

１４、金属融成物（１５）を保持する少なくとも一つの
容器（１，２）、直接金属融成物中に粉砕された石炭を
注入する手段（１６，１９，２０，２６）、融成物中に
酸素を導入する手段（５，２６）、融成物を冷却する手
段（９）及び融成物から鱗片状黒鉛を分離するための手
段（３１，３４）を有する上記ｌに記載の方法を実行す
る装置。

１５、少なくとも該石炭注入手段及び該酸素導入手段を
有する第−容器及び冷却手段を有する融成物を冷却する
ための第二容器（２）を有する上記１４に記載の装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は一つの特定な具体化における、本発明による方
法及び装置を図式的に示している。 第２図は第１図による方法において融成物が呈する鉄／
炭素状態図における循環を示す。 第３図は他の特定な具体化における、本発明による方法
及び装置を図式的に示している。 第４図は第３図による方法において融成物が呈する鉄／
炭素状態図における循環を示す。 第５図は第１図の特定な具体化の方法において使用でき
る本発明の装置を一層詳細に示した図面である。 ＦＩＧ：　１ 日６：２ 温、７ｔ　（’Ｄ ３．０ ４．０ ５．０ ６．０ 炭朱 ％

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、石炭を金属融成物（１５）に添加し、融成物を加熱
   するために酸素を用いて部分的に燃焼させ、そして融成
   物中に部分的に溶解させて金属の炭素含量を上昇させ、
   しかる後に鱗片状黒鉛が晶出するように融成物を冷却す
   る鱗片状黒鉛の製造方法において、粉砕された石炭を融
   成物の表面下に向けて直接融成物中に注入することによ
   り石炭を添加し、且つ粉砕された石炭が酸素により融成
   物中で燃焼することを特徴とする方法。 ２、金属融成物（１５）を保持する少なくとも一つの容
   器（１、２）、直接金属融成物中に粉砕された石炭を注
   入する手段（１６、１９、２０、２６）、融成物中に酸
   素を導入する手段（５、２６）、融成物を冷却する手段
   （９）及び融成物から鱗片状黒鉛を分離するための手段
   （３１、３４）を有する特許請求の範囲１項に記載の方
   法を実行する装置。