JPH11335107A - 黒鉛化電気炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 互いに対峙する電極間を水平断面した部分の
中心部に、最高温度となる黒鉛化領域を形成可能にす
る。 【解決手段】 炉本体１内におけるカーボン粉末投入口
４と黒鉛粉末回収口７との間の所定の中途位置を黒鉛化
領域８として、黒鉛化領域８を挟んで対峙する複数組の
電極９ａ，９ｂを、少なくとも一部が炉本体内１に臨む
ように配置して、各組の電極９ａ，９ｂに通電を行える
ようにし、電極９ａ，９ｂを長電極にしたり、各組の互
いに対峙する各電極９ａ，９ｂ間の距離Ｌに対する各電
極９ａ，９ｂの長さｈの比ｈ／Ｌを、０．２５より大き
く設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、黒鉛化電気炉に
関するものである。

【０００２】

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

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

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

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の連続式の黒鉛化電気炉にあっては、前記のように
互いに対峙する黒鉛電極が小形の短電極であったり、各
黒鉛電極間距離に対する各黒鉛電極の長さ（高さ）が小
さいため、加熱処理中において、これらの各黒鉛電極の
上下方向への放熱量が大きくなり、その各黒鉛電極間を
水平断面した中心部において、炉本体１内に周辺部より
も低温となる部分が発生し、この部分でカーボン粉末が
十分に黒鉛化されず、結果として黒鉛粉末にカーボン粉
末が不純物として混入してしまうという課題があった。

【０００６】この発明は、前記課題を解決するものであ
り、互いに対峙するように配置された電極の長さをでき
るだけ十分に長く設定とすることにより、各電極間を水
平断面した中心部に、最高温度となる領域を確実に形成
できるようにした、カーボン粉末の加熱効率および黒鉛
化処理効率の高い黒鉛化電気炉を得ることを目的とす
る。

【０００７】

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

【０００８】従って、この発明では炉本体の軸方向に沿
って長い長電極を用いることで、これらの長電極による
カーボン粉末の加熱面が、短電極の場合に比べて垂直方
向に拡大することとなり、この部分を黒鉛化領域とし
て、カーボン粉末の黒鉛化処理を効率的に実現可能にす
る。

【０００９】また、この発明は、炉本体に充填されたカ
ーボン粉末に対し、該カーボン粉末を挟んむように炉本
体に対向配置された電極に通電し、該通電によるカーボ
ン粉末の発熱によってカーボン粉末を黒鉛化するように
した黒鉛化電気炉において、互いに対峙する各電極間の
距離Ｌに対する各電極の長さｈの比ｈ／Ｌを０．２５よ
り大きく設定するようにしたものである。

【００１０】従って、炉本体内に少なくとも一部が臨む
複数組の電極間にカーボン粉末を通過させながら数ＫＡ
〜数百ＫＡの電流を流すことにより、前記カーボン粉末
を約３０００℃まで加熱して黒鉛化できる。この場合に
おいて、互いに対峙する電極の電極間距離に対する各電
極の長さの比を０．２５以上とすることで、各電極間を
水平断面した中心部分に最高温度が分布することとな
り、この部位を最適の黒鉛化領域として、この黒鉛化領
域を移動するカーボン粉末から純度の高い黒鉛粉末を連
続的に生成することを可能にする。

【００１１】また、この発明は、炉本体を筒状に形成す
るとともに、カーボン粉末投入口および黒鉛粉末回収口
を、それぞれ前記炉本体の上部中央および下部中央に設
け、電極をそれぞれ炉本体の軸線（中心線）を通る直径
方向に対峙するように配置している。こうすることによ
り、その炉本体の中心線付近の領域に、最高温度が分布
する黒鉛化領域を形成可能にする。

【００１２】さらに、この発明は、炉本体を水冷構造と
することで、炉本体およびその付近の温度を下げて、こ
れらの熱障害を回避するとともに、カーボン粉末は黒鉛
化領域において局所的に高温加熱し、効率的に黒鉛化可
能にする。

【００１３】

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

【００１４】ここで、図示する例における炉本体１は、
カーボン粉末投入口４と黒鉛粉末回収７とを縦方向に結
ぶ軸線Ｏを中心として、その胴部を円筒状に、また、そ
の上部を円錐状に夫々形成してあり、その底部について
は、平坦な円盤状に形成してある。

【００１５】なお、炉本体１の水冷構造については、周
知の水冷手段を講じればよく、炉本体１の壁部分を水冷
ジャケットとしたり、あるいは、壁部分に多数の流路を
形成する等して、これらの水冷ジャケットや流路に冷水
を循環供給し得るようにすればよい。

【００１６】さらに、この実施の形態においては、前記
炉本体１内におけるカーボン粉末投入口４と黒鉛粉末回
収口７との間の適宜な中途位置を、黒鉛化領域８（図中
のクロスハッチ部分）としている。該黒鉛化領域８と同
じ高さ位置における炉本体１の胴部内側壁には、該胴部
の直径方向に対峙する、すなわち、前記黒鉛化領域８を
挟んで対峙する、銅製等の導電性材料による電極９ａ，
９ｂが、複数組環状に配設されている。また、各組の電
極９ａ，９ｂには、これらにタイミングをずらして通電
する電流制御装置１０および電源１１が順次接続されて
いる。

【００１７】また、炉本体１内における少なくとも電極
９ａ，９ｂ周辺の所要範囲に亘って絶縁を施したり、あ
るいは炉本体１自体の材質を工業用硬質プラスチックや
セラミックス等の絶縁材質としておくことは勿論であ
り、また、電源１１は交流であっても直流であってもよ
い。

【００１８】さらに、二組の電極９ａ，９ｂの配置およ
び長さは、次のように決められている。例えば、図３に
示すように、互いに対峙する二組の電極９ａ1，９ｂ1及
び電極９ａ2，９ｂ2を炉本体１に設けた場合について説
明すると、各電極９ａ，９ｂの炉本体１の軸線方向の長
さ（高さ）をｈとし、各組の互いに対峙する電極９ａ
1，９ｂ1間の距離をＬ1及び電極９ａ2，９ｂ2間の距離
をＬ2とした場合、距離Ｌ1，Ｌ2に対する長さｈの比を
０．２５より大きくするように電極９ａ1，９ｂ1の長さ
ｈを設定する。

【００１９】このとき、互いに対峙する電極９ａ1，９
ｂ1と、これらの間にあって隣接する他の電極９ａ2，９
ｂ2との距離の総和の小さい方の値（距離）が、前記対
峙する電極９ａ1，９ｂ1間の距離Ｌ1及び電極９ａ2，９
ｂ2間の距離Ｌ2より大きくなるように、各電極９ａ1，
９ａ2，９ｂ1，９ｂ2の電極幅Ｗおよび電極組数ｎを選
定することが望ましい。すなわち、隣り合う電極９ａ1
と電極９ａ2との距離ｌａ1、電極９ａ1と電極９ｂ2との
距離ｌａ2、電極９ｂ1と電極９ａ2との距離ｌｂ1、電極
９ｂ1と電極９ｂ2との距離ｌｂ2とした場合、距離ｌａ1
と距離ｌａ2との和（ｌａ1＋ｌａ2）あるいは距離ｌｂ1
と距離ｌｂ2との和（ｌｂ1＋ｌｂ2）のいずれか小さい
方の値が距離Ｌ2より大きくなるように、また和（ｌａ1
＋ｌｂ1）あるいは和（ｌａ2＋ｌｂ2）のいずれか小さ
い方の値が距離Ｌ1より大きくなるように電極幅Ｗおよ
び電極組数ｎを選定することが望ましい。

【００２０】次に、本実施形態の動作について説明す
る。なお、以下の説明では、上記距離Ｌ1，Ｌ2を総称し
て距離Ｌと表現する。まず、カーボン粉末投入口４から
炉本体１内にカーボン粉末２を充填し、各組の電極９
ａ，９ｂに対し、電流制御装置１０より順次タイミング
をずらして通電すると、図２に示す如く、各組の電極９
ａ，９ｂ間を流れる電流は全て黒鉛化領域８を通過して
流れる。このため、該黒鉛化領域８における電流密度が
外周囲より高められて、ジュール熱による発熱量が増加
する。一方、水冷構造となっている炉本体１付近では、
水冷により冷却される。この結果、炉本体１内に充填さ
れたカーボン粉末２は、黒鉛化領域８においてのみ局所
的に高温加熱されて黒鉛化されることになる。

【００２１】よって、カーボン粉末投入口４から新たな
カーボン粉末２を投入しながら、黒鉛化領域８で黒鉛化
した黒鉛粉末５を黒鉛粉末回収口７から回収するように
すれば、連続的に黒鉛粉末５を製造することが可能とな
る。

【００２２】このとき、黒鉛化領域８におけるカーボン
粉末２は、通電によるジュール熱で自ら発熱して黒鉛化
する。しかも、その周囲のカーボン粉末２は、カーボン
粉末投入口４から黒鉛粉末回収口７へ向かうカーボン粉
末２または黒鉛粉末５の流れを取り囲んで炉本体１内に
留まり、内側から徐々に黒鉛化しつつ、炉本体１側に対
する断熱材として機能する。このため、黒鉛粉末回収口
７から回収される黒鉛粉末５に不純物が紛れ込む余地が
なくなって、純粋な黒鉛粉末５のみを確実に回収するこ
とが可能となる。また、炉本体１や電極９ａ，９ｂに対
する焼損が緩和されて、該炉本体１や電極９ａ，９ｂの
耐久性を向上することが可能となる。

【００２３】また、黒鉛粉末回収口７から回収される黒
鉛粉末５に前記のように不純物が紛れ込む余地をなく
し、純粋な黒鉛粉末５のみを良好に回収することができ
るので、製造される黒鉛粉末５の品質を大幅に向上する
ことができる。

【００２４】ところで、前記のような複数組の電極９
ａ，９ｂの配置において、対峙する各電極９ａ，９ｂ間
に電流を流すと、これらの間の黒鉛化領域８にあるカー
ボン粉末２は、前記のようにジュール熱で自ら発熱して
黒鉛化する。しかし、対峙する各電極９ａ，９ｂ間の距
離Ｌに対する各電極９ａ，９ｂの長さｈの比に応じて、
黒鉛化領域の温度分布が異なることが理論上および実験
的にも確認されている。

【００２５】これについて、図４（ａ），（ｂ），
（ｃ）に示す二組の対峙する電極９ａ，９ｂを有する炉
本体１を例に説明する。すなわち、電極９ａ，９ｂ間の
距離Ｌに対する電極長さｈを、ｈ／Ｌ＞１とした場合に
は、各組の電極９ａ，９ｂ間を流れる数ＫＡ〜数百ＫＡ
にも及ぶ大電流によって、その各組の電極９ａ，９ｂの
長さ（高さ）ｈ領域の中心部のカーボン粉末２に、相乗
的に大きな熱エネルギが作用し、カーボン粉末２これが
自身が発生するジュール熱により集中的に加熱される。
この結果、図４（ａ）に示すような領域（黒鉛化領域を
含む）Ｐにおいて、カーボン粉末の黒鉛化が促進され
る。

【００２６】一方、距離Ｌに対する電極長さｈの比を、
１≧ｈ／Ｌ＞０．５を満足するように設定した場合、つ
まり電極９ａ，９ｂの長さｈが小さくなると、その長さ
領域の中心部のカーボン粉末２が、自身のジュール熱に
より発生した熱の一部が、電極９ａ，９ｂの上下方向へ
放熱し、その放熱により黒鉛化領域における加熱エネル
ギが周辺にも拡散して中心部のエネルギレベルが低下
し、図４（ｂ）に示すように、電極９ａ，９ｂ間の水平
断面で見ると、濃度の低い星形の領域Ｑでカーボンの黒
鉛化が行われる。この場合には、カーボン粉末の移動速
度を落とす必要があり、黒鉛化の加熱処理効率が低下す
る。

【００２７】さらに、電極９ａ，９ｂ間の距離Ｌに対す
る電極長さｈの比を０．５≧ｈ／Ｌ＞０．２５にする
と、電極９ａ，９ｂの上下方向への放熱がさらに大きく
なり、電極９ａ，９ｂ間の水平断面で見ると、図４
（ｃ）に示すように、中心部にこれの周囲の領域Ｓより
も低温となる領域Ｒが発生し、十分な加熱による黒鉛化
処理が行えなくなる。従って、さらに、ｈ／Ｌ≦０．２
５では、炉本体１内の熱エネルギは各電極９ａ，９ｂご
とに黒鉛化領域から離れてそれぞれ分離し、黒鉛化処理
を実現できない。従って、黒鉛化処理のために必要とな
る高温度を得るためには、電極９ａ，９ｂ間の距離Ｌに
対する電極の長さｈの比を、少なくとも０．２５より大
きくする必要がある（Ｌ／ｈ＞０．２５）。

【００２８】また、前記のように、電極９ａ，９ｂは、
これらの電極間距離Ｌが炉本体１のサイズから決まる固
定値となるところから、基本的に炉本体１の軸方向に沿
った長さをできるだけ長くすることにより、つまり、図
５に示すような長電極とすることにより、電極９ａ，９
ｂの上下方向への放熱量を少なく抑えることができる。
これにより、電極間を水平断面した中心部に、周辺より
も低温となる領域が生じることがなくなり、この領域に
加熱面が垂直方向に拡大した、黒鉛化に十分な高温の黒
鉛化領域を形成できることになる。

【００２９】なお、この発明の黒鉛化電気炉は、上述の
形態例にのみ限定されるものではなく、カーボン粉末投
入口４と黒鉛粉末回収口２の対向方向は上下方向以外で
あってもよいこと、炉本体１の形状は図示する例以外に
球形等の様々な形状を採用し得ること、また、各電極９
ａ，９ｂを黒鉛化領域を挟んで対峙するよう三次元的に
配置してもよいこと、その他、この発明の要旨を逸脱し
ない範囲内において種々の変更を加え得ることは勿論で
ある。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、互い
に対峙する電極を、炉本体の軸方向に沿って長い長電極
とするように構成したので、カーボン粉末の加熱面が、
短電極の場合に比べて垂直方向に拡大することとなり、
この部分を黒鉛化領域として、カーボン粉末の効果的な
黒鉛化処理を実現できる。

【００３１】また、各組の互いに対峙する各電極間の距
離Ｌに対する各電極の長さｈの比ｈ／Ｌを、０．２５よ
りも大きく設定するように構成したので、電極間の上方
方向への放熱を極力抑えて、その電極間の水平断面の中
心部に、これの周囲より低温となる部分が生じないよう
にすることができ、これによりその中心部が最高温度と
なるような温度分布を実現できるという効果が得られ、
所期の最適な黒鉛化処理を実現できるという効果が得ら
れる。

【００３２】さらに、炉本体を筒状に形成するととも
に、カーボン粉末投入口および黒鉛粉末回収口を、それ
ぞれ炉本体の上部中央および下部中央に設け、電極をそ
れぞれ炉本体の中心線を通る直径方向に対峙する位置に
配置するようにしたので、炉本体の中心部付近の所定径
の円形黒鉛化領域にのみ十分な熱エネルギを集中的に発
生させることができるという効果が得られる。

【００３３】さらにまた、炉本体を水冷構造とするよう
に構成したので、炉本体付近の温度を低下させることが
でき、従って、これらの熱的障害の発生を回避できると
ともに、カーボン粉末を黒鉛化領域においてのみ、局所
的に高温加熱して黒鉛化処理の能率を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態による黒鉛化電気炉を
示す断面図である。

【図２】 図１における黒鉛化電気炉のＡ―Ａ線断面図
である。

【図３】 図１における電極の電極間距離および各電極
の長さを示す説明図である。

【図４】 図１における電極間距離に対する電極長さの
比に対応する炉本体内の温度分布を示す説明図である。

【図５】 この発明の長電極を持った黒鉛化電気炉を示
す概念図である。

【符号の説明】

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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉本体に充填されたカーボン粉末に対
   し、該カーボン粉末を挟むように炉本体に対向配置され
   た電極に通電し、該通電によるカーボン粉末の発熱によ
   ってカーボン粉末を黒鉛化するようにした黒鉛化電気炉
   において、 前記電極を炉本体の軸方向に沿って長い長電極としたこ
   とを特徴とする黒鉛化電気炉。
2. 【請求項２】 炉本体に充填されたカーボン粉末に対
   し、該カーボン粉末を挟むように炉本体に対向配置され
   た電極に通電し、該通電によるカーボン粉末の発熱によ
   ってカーボン粉末を黒鉛化するようにした黒鉛化電気炉
   において、 互いに対峙する各電極間の距離Ｌに対する各電極の長さ
   ｈの比ｈ／Ｌを、０．２５より大きく設定したことを特
   徴とする黒鉛化電気炉。
3. 【請求項３】 前記炉本体を筒状に形成するとともに、
   前記カーボン粉末投入口および黒鉛粉末回収口を、それ
   ぞれ前記炉本体の上部中央および下部中央に設け、前記
   電極をそれぞれ前記炉本体の軸線を通る直径方向に対峙
   する位置に配置したことを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載の黒鉛化電気炉。
4. 【請求項４】 前記炉本体を水冷構造としたことを特徴
   とする請求項１または請求項２に記載の黒鉛化電気炉。