專利名稱：石墨化電爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨化電爐。
傳統(tǒng)上，是在約3000℃或更高溫度的惰性氣氛下通過熱處理使碳粉石墨化來進行工業(yè)化生產(chǎn)人工石墨粉。
在這種形式的石墨粉生產(chǎn)中，使用了石墨化電爐例如阿切孫電爐，其中通過對碳粉直接施加電流從而利用焦耳熱使碳粉石墨化。通常，現(xiàn)有的石墨化電爐均是設計成以批量生產(chǎn)形式來生產(chǎn)石墨粉，這導致較低的生產(chǎn)率。因此，迫切要求發(fā)展一種能夠通過對碳粉熱處理來連續(xù)生產(chǎn)石墨粉的石墨化電爐。
然而，目前提出的大多數(shù)連續(xù)石墨化電爐是基于如下一種設計原理，即碳粉充填進一對石墨電極之間的空間，并且當碳粉移動時將電流供給該空間，因此，利用焦耳熱對碳粉加熱。為了使爐內(nèi)溫度保持在約3000℃或更高以便連續(xù)的使碳粉石墨化，利用焦耳熱對石墨電極本身加熱以便使石墨電極確實用作加熱器，由于石墨電極處在高達3000℃或更高的溫度下，這將不可避免的導致石墨電極升華和損耗。石墨電極的損耗嚴重阻礙了連續(xù)石墨化電爐在現(xiàn)實中的應用。
具體的說，例如考慮這樣一種連續(xù)石墨化電爐，其中一對呈管狀的石墨電極相對布置在爐體內(nèi)，該對石墨電極用作碳粉入口和石墨粉收集口。在這種石墨化電爐中，當碳粉充填進爐體內(nèi)且電流從電源供給該對石墨電極之間的空間時，石墨電極本身發(fā)熱以便用作加熱器，在石墨電極內(nèi)側(cè)和和中部的碳粉通過焦耳熱被加熱從而石墨化。因此，當新碳粉通過石墨電極管的另一側(cè)填充進爐體內(nèi)時，曾經(jīng)考慮過通過收集流過石墨電極管一側(cè)的石墨粉可以連續(xù)的生產(chǎn)石墨粉。特別考慮過由于石墨電極管總是暴露在高溫下很容易升華，因此收集高溫石墨粉的石墨電極管的一側(cè)不能長時間使用。
為了解決上述和其它問題，本發(fā)明的目的是提供具有高可行性的石墨化電爐，該石墨化電爐不使用石墨電極而通過在高溫下加熱碳粉就能連續(xù)生產(chǎn)石墨粉。
本發(fā)明的石墨化電爐包括一個爐體，相對地布置在爐體上的一個碳粉入口和一個石墨粉收集口，以及布置在爐體內(nèi)相對于石墨化區(qū)域?qū)χ玫闹辽僖粚﹄姌O，該石墨化區(qū)域位于所述入口和所述收集口之間的的中央位置。
這樣，在本發(fā)明中，在通過入口填充進碳粉的的爐體內(nèi)對電極通電，這將使電極之間的包括石墨化區(qū)域的軸向區(qū)域通過焦耳熱而被加熱，而靠近爐體壁的外圍碳粉通過例如自然氣冷保持足夠低的溫度。結(jié)果，爐體內(nèi)僅在石墨化區(qū)域的碳粉局部加熱到高溫并石墨化。這樣，通過收集流經(jīng)收集口的石墨粉，并通過入口填充新的碳粉能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)石墨粉。
在這種情況下，由于通電或者供應電流而產(chǎn)生的焦耳熱的加熱就可以使位于石墨化區(qū)域的碳粉石墨化。從入口至收集口包圍并封閉碳粉和/或石墨粉的粉流的碳粉保持在爐體的內(nèi)側(cè)。即，在爐體芯部的碳粉被石墨化，而靠近爐壁的外圍碳粉則用作爐體的熱絕緣物。結(jié)果，石墨化區(qū)域保持在合適的高溫。沒有雜質(zhì)能夠摻進流過收集口將要收集的石墨粉內(nèi)，因為在爐體1內(nèi)除了用作原材料的碳粉外不存在其它材料，因此，收集到的只是純石墨粉?？拷鼱t壁并圍繞電極的碳粉保持較低的溫度且不移動，這可以減輕爐體和電極的燃燒損壞并提高其可靠性。
此外，在本發(fā)明中，可以在爐體內(nèi)設置若干對相對于石墨化區(qū)域?qū)χ玫碾姌O，并且可在不同時間依次供給各對電極電流。這種在不同時間依次使各對電極通電將會使在各對電極之間流動的電流總是流過石墨化區(qū)域，因此，石墨化區(qū)域與外圍碳粉相比具有較高的電流密度，這樣通過焦耳熱石墨化區(qū)域具有增加了的熱值，這非常有利于在較高溫度下只有在石墨化區(qū)域局部加熱并有利于設計成小尺寸的爐體。由于石墨化后的粉具有較低的體電阻率，因此進一步加強了這種效果。
在本發(fā)明中，爐體可以是柱形圓筒。碳粉入口和石墨粉收集口分別布置在體的頂部和底部中央。各對電極可環(huán)形布置在爐體的內(nèi)壁上，因此每對電極在圓筒的徑向相對布置。
而且爐體可設計成水冷式結(jié)構(gòu)。另外，雙阻擋裝置可布置在每個入口和收集口處以確定一個過渡腔室，該過渡腔室可轉(zhuǎn)變成惰性氣氛或真空。
下面參考附圖描述本發(fā)明的實施例。


圖1是本發(fā)明的一個實施例的截面圖；圖2是沿圖1的箭頭Ⅱ-Ⅱ方向看的視圖3是本發(fā)明的另一個實施例的截面圖；和圖4是沿圖3的箭頭Ⅳ-Ⅳ方向看的視圖。
圖1和2表示本發(fā)明的一個實施例，其中標號1表示設計成水冷式結(jié)構(gòu)的爐體。爐體1具有一個位于該爐體1頂部中央的碳粉入口4，以便通過例如一螺旋輸送器3將碳粉2充填進爐內(nèi)。爐體1具有一個位于該爐體1底部中央的石墨粉收集口7，以便通過一螺旋輸送器6可以收集石墨粉5，該石墨粉通過使碳粉2石墨化經(jīng)熱處理產(chǎn)生。爐體1充有氬或其它惰性氣體或抽成真空以便與外界大氣隔離。
如圖所示的爐體1由一個柱形圓筒構(gòu)成，該圓筒的頂端裝有一個錐形頭部而且圓筒具有一個軸線O，入口4和收集口7處在該軸線O上。爐體1具有一個平圓盤形狀的底部。
爐體1的水冷式結(jié)構(gòu)可以是該領(lǐng)域中的傳統(tǒng)型式。具體來說，爐體1的壁可以采用水冷套式或者可以設置許多流道以便使套中或流道中的冷水循環(huán)。
此外，根據(jù)本實施例，在爐體1內(nèi)的入口4和收集口7之間的中間位置設有一個石墨化區(qū)域8(圖中畫有交叉陰影線的區(qū)域)。在爐體1的內(nèi)壁上設有若干對電極9a和9b，這些電極在與石墨化區(qū)域8相同的高度上環(huán)行布置并且由銅或其它導電材料制成。每對電極9a和9b相對于石墨化區(qū)域8徑向相對設置，并且電極通過一個電流控制器10連接到電源11上，以便在不同時間依次把電流輸送到各對電極上。
無須說明爐體1的靠近電極9a和9b的內(nèi)側(cè)壁表面必須電絕緣，而且無許說明爐體1的接觸碳粉的壁必須由陶瓷、硬塑料或其它絕緣材料制成。電源11可以是直流或交流電源。
通過碳粉入口4將碳粉2充進爐體1內(nèi)，通過電流控制器10由電源11在不同時間依次給各對電極9a和9b通電。特別如圖2所示，在各對電極9a和9b之間流動的電流主要流過具有較低的體電阻率的石墨化區(qū)域8，因此石墨化區(qū)域8與周圍的碳粉相比具有較高的電流密度，從而由于焦耳熱具有增加了的熱值。另一方面，由于爐體1本身是水冷式，因而在其壁和靠近壁處的溫度降低。結(jié)果，僅在爐體1內(nèi)的石墨化區(qū)域8的碳粉2局部加熱至高溫并石墨化。
這樣，通過收集在石墨化區(qū)域8石墨化后形成的流經(jīng)收集口7的石墨粉5就可以連續(xù)生產(chǎn)石墨粉5，同時新碳粉2通過入口4填充進爐體1內(nèi)。
在這種情況下，在石墨化區(qū)域8的碳粉2利用由于通電產(chǎn)生的焦耳熱通過加熱而石墨化；從入口4至收集口7包圍并封閉碳粉2和/或石墨粉5的粉流的碳粉2保持在爐體1的內(nèi)側(cè)。即，在爐體芯部的碳粉被石墨化，而靠近爐壁的外圍碳粉則用作爐體1的熱絕緣物。結(jié)果，石墨化區(qū)域8保持在合適的高溫而爐體1的內(nèi)壁保持低溫。沒有雜質(zhì)能夠摻進流過收集口7的需要收集的石墨粉5內(nèi)，因為在爐體1內(nèi)除了用作原材料的碳粉外不存在其它材料；在石墨粉溫度降低的地方收集到的只是純石墨粉5。而且，可以減輕爐體1和電極9a和9b的燃燒損壞以便提高爐體1和電極9a和9b的使用壽命。
根據(jù)本實施例，由于在電極高度上在爐體1的內(nèi)側(cè)的溫度可保持在較低值，因此碳粉2可利用銅或類似材料制成的普通電極9a和9b很好的加熱到高溫。這樣，不需要顧慮石墨電極的耗損；而且，可以減輕爐體1和電極9a和9b的燃燒損壞以便提高爐體1和電極9a和9b的使用壽命。這樣就能制造一種通過碳粉2的熱處理來連續(xù)生產(chǎn)石墨粉5的石墨化電爐。
沒有雜質(zhì)能夠摻進流過收集口7的需要收集的石墨粉5內(nèi)，而只收集純石墨粉5，這樣有可能大幅度的提高生產(chǎn)的石墨粉的質(zhì)量的穩(wěn)定性。
圖3和4表示本發(fā)明的另一個實施例。在該實施例中，爐體1不采用水冷式結(jié)構(gòu)，爐體1的內(nèi)壁可僅通過自然氣冷的冷卻作用使得其溫度降低。
特別是，圖3表示使爐體1的內(nèi)部空間保持在氮、氬或其它惰性氣氛中的特殊裝置。在爐體1的底部設有分別通往一個真空泵(沒有表示出)和一氣體供應源(沒有表示出)的抽氣管1a和惰性氣體輸送管1b。通過抽氣管1a抽氣并通過惰性氣體輸送管1b引進隋性氣體可以將爐體1的內(nèi)部空間轉(zhuǎn)變成惰性氣氛。
而且，在螺旋輸送器3的上游布置了作為雙阻擋裝置的的球閥12和13，該螺旋輸送器3用來通過入口4充填碳粉2。在由球閥12和13確定的空間內(nèi)設有一個過渡腔室14，該過渡腔室14具有抽氣管14a和惰性氣體輸送管14b，以便將內(nèi)部氣氛轉(zhuǎn)換成氮、氬或其它惰性氣氛。
具體的說，當碳粉2通過入口4填充進爐體內(nèi)時，首先上球閥和下球閥13和12分別打開和關(guān)閉使碳粉2充填進過渡腔室14。然后，上球閥13關(guān)閉。腔室14通過管14a抽成真空并通過管14b將惰性氣體例如氮氣或氬氣引入以便將腔室14轉(zhuǎn)變成惰性氣氛。然后下球閥12打開以便將碳粉2從腔室14引入到螺旋輸送器3的進口側(cè)。這樣，碳粉2能夠不與外界空氣混合的充填進爐體1內(nèi)。
另一方面，在螺旋輸送器6的下游布置了作為雙阻擋裝置的的球閥15和16，該螺旋輸送器6通過收集口7收集石墨粉2。在由球閥15和16確定的空間內(nèi)設有一過渡腔室17，該過渡腔室17具有抽氣管17a和惰性氣體輸送管17b，以便將內(nèi)部空氣轉(zhuǎn)換成惰性氣氛。
具體的說，當石墨粉5通過收集口7被收集時，腔室17通過管17a形成真空，此時球閥15和16關(guān)閉。通過管17b將氮、氬或其它惰性氣體引入以便將過渡腔室17內(nèi)的所述空間轉(zhuǎn)變成惰性氣氛。然后上球閥15打開以便將石墨粉5轉(zhuǎn)移至腔室17中，并將上球閥15關(guān)閉。然后下球閥16打開。這樣，石墨粉5能夠在沒有外界空氣混進爐體1內(nèi)的情況下而被收集。
在圖中，標號18表示排氣管，該排氣管與爐體1的頂部連接并用來抽出在高溫下通過加熱由碳粉2產(chǎn)生的內(nèi)部氣體例如甲烷，一氧化碳或二氧化碳。
在具有上述構(gòu)造的石墨化電爐內(nèi)，碳粉2通過入口4充填進爐體1內(nèi)，電源11通過電流控制器10在不同時間依次與各對電極9a和9b連接。所以，石墨化區(qū)域8的電流密度比外圍碳粉2的大，因此，由于焦耳熱而使其熱值增加。另一方面，靠近爐體1的壁的溫度由于自然氣冷而保持足夠低的溫度值。結(jié)果，在爐體1內(nèi)只在石墨化區(qū)域8的碳粉2加熱到高溫并石墨化。這樣，可以獲得與圖1和2中的實施例相同的效果。
在圖1至4的任一實施例中，若干對電極9a和9b相對于石墨化區(qū)域8相對的設置在爐體1的內(nèi)側(cè)，并且在不同時間依次對各對電極9a和9b通電。在這一方面，石墨化區(qū)域8與外圍碳粉相比具有較高的電流密度，因此，由于焦耳熱而使其熱值增加，這樣僅在石墨化區(qū)域8可以局部且有效的加熱到高溫，并可使爐體1做成小尺寸。并非必須使用多對電極9a和9b；例如，在爐體1內(nèi)可布置單對橫向伸展的較細長的電極9a和9b，該電極9a和9b具有矩形截面且相對于石墨化區(qū)域8相對設置。由于爐壁的冷卻作用和石墨化后的粉的體電阻率低，即使是這種單對電極9a和9b也能夠僅使石墨化區(qū)域8加熱到高溫。
尤其是，當充填了碳粉2的爐體1中充滿氮、氬或其它惰性氣體時，正是由于自然氣冷的冷卻作用使爐體內(nèi)壁的傳熱系數(shù)增加從而大大降低在或靠近爐體1的內(nèi)壁位置的溫度。另一方面，碳粉2的粒子之間的傳熱系數(shù)低，由于圍繞石墨化區(qū)域8的碳粉2的熱絕緣作用，因此在爐體的中心部分局部形成了高溫石墨化區(qū)域8。這種冷卻和熱絕緣作用如發(fā)揮充分即使在只有單對電極9a和9b的情況下也將能夠使碳粉2連續(xù)石墨化。
可以理解本發(fā)明的石墨化電爐不局限于上述實施例，在不超出本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的前提下可對其作不同的變化和修改。例如，碳粉入口和石墨粉收集口可以相對布置在任意方向而非垂直。爐體的圓筒可設計成與圖中所示不同的形狀，例如，它可設計成多邊形或球形。電極可相對于石墨化區(qū)域的三維的相對設置，且各對電極布置在不同的平面上。而且，爐體的內(nèi)部空間可以是真空而非轉(zhuǎn)變成惰性氣氛。在這種情況下，由分別位于碳粉入口和石墨粉收集口上的雙阻擋裝置確定的過渡腔室也可形成真空以便充填碳粉和收集石墨粉。
權(quán)利要求
1．一種石墨化電爐，它包括一個爐體，相對的布置在爐體上的一個碳粉入口和一個石墨粉收集口，以及布置在爐體內(nèi)相對于石墨化區(qū)域?qū)χ玫闹辽僖粚﹄姌O，該石墨化區(qū)域位于所述入口和所述收集口之間的的中央位置。
2．如權(quán)利要求1所述的石墨化電爐，其特征在于設置許多對電極并且在不同時間依次對各對電極通電流。
3．如權(quán)利要求2所述的石墨化電爐，其特征在于爐體具有一個柱形圓筒，碳粉入口布置在爐體的頂部中央，石墨粉收集口布置在爐體的底部中央，各對電極環(huán)形布置在爐體的內(nèi)壁上，因此每對電極在爐體的圓筒的徑向相對布置。
4．如權(quán)利要求2或3所述的石墨化電爐，其特征在于還包括一個電流控制器，該電流控制器用于在不同的時間依次把各對電極連接在一個電源上。
5．如權(quán)利要求1至3之一所述的石墨化電爐，其特征在于爐體設計成水冷式結(jié)構(gòu)。
6．如權(quán)利要求4所述的石墨化電爐，其特征在于爐體設計成水冷式結(jié)構(gòu)。
7．如權(quán)利要求1至3之一所述的石墨化電爐，其特征在于還包括雙阻擋裝置，該雙阻擋裝置位于每個碳粉入口和石墨粉收集口處以確定一個過渡腔室，該過渡腔室可轉(zhuǎn)換成惰性氣氛或抽成真空。
8．如權(quán)利要求4所述的石墨化電爐，其特征在于還包括雙阻擋裝置，該雙阻擋裝置位于每個碳粉入口和石墨粉收集口處以確定一個過渡腔室，該過渡腔室可轉(zhuǎn)換成惰性氣氛或抽成真空。
9．如權(quán)利要求5所述的石墨化電爐，其特征在于還包括雙阻擋裝置，該雙阻擋裝置位于每個碳粉入口和石墨粉收集口上以確定一個過渡腔室，該過渡腔室可轉(zhuǎn)換成惰性氣氛或抽成真空。
10．如權(quán)利要求6所述的石墨化電爐，其特征在于還包括雙阻擋裝置，該雙阻擋裝置位于每個碳粉入口和石墨粉收集口上以確定一個過渡腔室，該過渡腔室可轉(zhuǎn)換成惰性氣氛或抽成真空。
全文摘要
一個碳粉入口和一個石墨粉收集口相對的布置在爐體上。在爐體內(nèi)至少一對電極相對于石墨化區(qū)域相對的布置,該石墨化區(qū)域位于所述入口和所述收集口之間的中央位置。
文檔編號F27D3/00GK1211719SQ9810292
公開日1999年3月24日 申請日期1998年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月5日
發(fā)明者望月智俊 申請人:石川島播磨重工業(yè)株式會社