KR101617255B1 - 흑연화 노 및 흑연을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

흑연화 노(黑鉛化 爐; graphitization furnace)에 의해 탄소원(炭素源)인 분말로부터 흑연이 제조된다. 흑연화 노는, 상기 분말을 수용할 수 있도록 구성된 오목부(hollow)를 구비한 도전성(導電性)의 도가니와, 기둥형의 축과, 상기 축의 끝에 설치되고, 구(球), 반구(半球), 에지가 둥근 원기둥, 원뿔, 및 정점(頂点)이 둥근 원뿔로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나의 형상을 가지는 헤드부를 구비한 전극과, 상기 도가니 및 상기 전극을 경유하여 상기 분말에 전류를 흐르게 하기 위해 구성된 전원을 구비한다.

Description

흑연화 노 및 흑연을 제조하는 방법{GRAPHITIZATION FURNACE AND METHOD FOR PRODUCING GRAPHITE}
본 발명은 탄소의 분말을 가열하여 흑연을 제조하기 위한 흑연화 노(黑鉛化 爐; graphitization furnace) 및 흑연을 제조하는 방법에 관한 것이다.
흑연(graphite)은, 탄소의 같은 소체(素體)의 하나로서, 육방정(六方晶) 결정(結晶)을 이루는 것이다. 흑연은 고체이면서 윤활성이 우수하고, 또한 열전도성, 내열성, 내약품성 등의 유용한 특성을 가지고 있으므로, 광범위한 용도를 가진다.
흑연을 제조하는 방법 중 하나로서, 코크스나 목탄과 같은 탄소원(炭素源)(통상, 비정질이나 불순물을 포함함)을 극히 높은 온도, 예를 들면 2500 ~ 3000℃ 정도로 가열함으로써, 흑연화(결정화 및 정제)하는 방법이 있다.
흑연화는, 전술한 바와 같이, 극히 높은 온도를 필요로 하기 때문에, 가열에 어떠한 수단을 적용해야 할 것인가, 또한 그것을 유지하는 구조의 내열성의 점에서, 곤란한 문제점을 제시하고 있다. 예를 들면, 카본 히터와 같은 외부 가열 수단은 2500℃를 초과하는 온도를 실현할 수 없으므로, 그 이전에 히터 자체가 열적(熱的)으로 손상되어 버린다. 그러므로, 종래, 탄소원에 통전함으로써 이것을 가열하는, 이른바 애치슨 노(Acheson furnace) 및 그 변화(variation)가 이용되어 왔다.
특허 문헌 1 ~ 3은, 관련된 기술을 개시한다.
일본특허공개공보 제1998―338512호 일본특허공개공보 제2005―291515호 일본특허공개공보 제2009―190907호
종래의 애치슨 노 및 그 변화에 의하면, 공정은 배치식(batch type)으로서 효율에 문제가 있고, 또한 가열이 균일하지 않으므로, 품질 및 수량에도 문제가 있었다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이다.
본 발명의 제1 태양(態樣)에 의하면, 탄소원인 분말로부터 흑연을 얻는 흑연화 노는, 상기 분말을 수용할 수 있도록 구성된 오목부(hollow)를 구비한 도전성(導電性)의 도가니와, 기둥형의 축과, 상기 축의 끝에 설치되고, 구(球), 반구(半球), 에지가 둥근 원기둥, 원뿔, 및 정점(頂点)이 둥근 원뿔로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나의 형상을 가지는 헤드부를 구비한 전극과, 상기 도가니 및 상기 전극을 경유하여 상기 분말에 전류를 흐르게 하기 위해 구성된 전원을 구비한다.
본 발명의 제2 태양에 의하면, 탄소원인 분말로부터 흑연을 제조하는 방법은, 도전성 도가니의 오목부에 상기 분말을 수용하고, 기둥형의 축과, 상기 축의 끝에 설치되고, 구, 반구, 에지가 둥근 원기둥, 원뿔, 및 정점이 둥근 원뿔로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나의 형상을 가지는 헤드부를 구비한 전극을 상기 분말에 접촉시켜, 전원으로부터 상기 도가니 및 상기 전극을 경유하여 상기 분말에 전류를 흐르게 하는 것을 포함한다.
도 1은, 본 발명의 일실시형태에 의한 흑연화 노의 내부를 나타낸 입면도이다.
도 2는 도 1의 II―II선 단면도로서, 전극이 탄소의 분말 중에 삽입된 상태를 나타내고 있다.
도 3은 도 1의 III―III선 단면도로서, 전극이 탄소의 분말 중에 삽입되기 이전 상태를 나타내고 있다.
도 4는 전극과 도가니와의 조합의 변화를 나타낸 모식적인 단면도이다.
도 5는 전극의 다른 변화를 나타낸 모식적인 단면도이다.
도 6은 도가니의 다른 변화를 나타낸 모식적인 단면도이다.
도 7은 부가적 가열 수단을 구비한 도가니의 예를 나타낸 모식적인 단면도이다.
도 8은 본 실시형태에 의한 흑연을 제조하는 방법의 각 단계를 설명하는 플로우차트이다.
도 9는 상기 방법에서의 흑연의 온도 이력의 일례이다.
첨부한 도면을 참조하여 이하에 본 발명의 몇 가지의 예시적인 실시형태를 설명한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 탄소원인 분말이 통전에 의한 줄열(joule's heat)에 의해 가열되어 흑연화된다. 탄소원으로서는, 물론 탄소로 이루어지는 분말을 이용할 수 있지만, 탄소 섬유나 입상(粒狀) 내지 덩어리형 탄소도 이용할 수 있고, 또는 탄소 대신에 카보런덤(carborundum) 등의 세라믹스를 이용할 수 있다. 또는 다른 도전성 물질에 본 실시형태를 적용해도 된다. 설명의 편의를 위해, 명세서 및 청구항을 통해서, 원료를 단지 분말이라고 한다.
주로, 도 1을 참조하면, 본 실시형태에 의한 흑연화 노(100)는, 분말(1)을 수용하기 위한 도가니(10)와, 분말(1)에 전류를 흐르게 하기 위한 장치(20)와, 도가니(10)를 에워싸는 챔버(40)를 구비한다. 도가니(10)는 챔버(40)의 일단으로부터 반입(搬入)되어 예열을 받으면서 순차적으로 챔버(40) 내를 통과하고, 장치(20)에 의한 가열을 받아, 냉각된 후에 챔버(40)의 타단으로부터 반출(搬出)된다.
주로, 도 2, 도 3을 참조하면, 도가니(10)는, 분말(1)을 수용할 수 있도록 구성된 오목부(12)를 구비하고, 오목부(12)는 도가니(10)의 상면에 있어서, 위쪽으로 개구되어 있다. 도가니(10)는, 분말(1)에 통전하는 경우로부터 도전성 물질로 이루어질 필요가 있고, 또한 이러한 도전성 물질은 2500℃ 이상의 고온에서 견디는 내열성을 가질 필요가 있다. 그와 같은 물질로서는, 흑연을 예시할 수 있지만, 가능한 다른 물질이라도 된다. 도가니(10)는, 가공의 편의를 위해 원통형의 외형을 가지지만, 반드시 외형은 이에 한정되지 않는다.
오목부(12)는, 원통형인 상부(12a)와 반구형인 하부(12b)로 이루어지지만, 후술하는 바와 같이 각종 변형이 가능하다.
도 1로 돌아가서, 도가니(10)는, 그 단독으로 챔버(40) 내에 삽입되어도 되지만, 핸들링의 편의를 위해 트레이(32)에 탑재하였다. 트레이(32)는, 2500℃ 이상의 고온에서 견디도록 흑연 등의 적절한 내열 재료로 이루어지고, 도가니(10)의 요동(搖動)을 방지하기 위해 도가니를 포착할 수 있는 적절한 형상을 가진다.
챔버(40)는, 그 한쪽의 끝에 전실(前室)(42)과, 중간에 주실(主室)(44)과, 다른 쪽의 끝에 후실(後室)(46)을 구비한다. 외부와 전실(42)과의 사이, 전실(42)과 주실(44)과의 사이, 주실(44)과 후실(46)과의 사이, 및 후실(46)과 외부와의 사이에는, 각각 상호를 연통시키는 개구가 있고, 또한 이들을 각각 폐색(閉塞)하는 도어(43a, 43b, 47a, 47b)가 설치되어 있다.
도어(43a, 43b, 47a, 47b)는, 각각 개구를 기밀(氣密)하게 폐색(閉塞)하도록 구성되어 있다. 또한, 도어(43a, 43b, 47a, 47b)는 연직(鉛直)으로 승강함으로써, 개구를 열 수가 있다. 연직의 승강 대신에, 수평 또는 다른 방향으로 이동하는 형태라도 된다. 이동을 위해 유압 실린더나 공압(空壓) 실린더를 이용할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 도어의 폐색 상태 또는 개방 상태를 유지하기 위해, 적절한 걸림 장치를 설치해도 된다.
도어(43a, 43b, 47a, 47b)가 개구를 폐색했을 때, 챔버(40)는 그 내부가 분위기를 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 전실(42), 주실(44) 및 후실(46)은, 각각 개별적으로 분위기를 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 전실(42) 및 후실(46)이 개재(介在)됨으로써, 도가니(10)를 반입 및 반출할 때에 있어서도, 외기가 주실(44) 내에 침입하지 않아, 내부의 분위기가 유지된다.
챔버(40)는, 또한 도가니(10)를 그 한쪽의 끝으로부터 다른 쪽의 끝으로 반송하기 위해, 주실(44)의 대략 전체 길이에 이르는 궤도(48)를 구비한다. 궤도(48)는 지주(49b)에 지지된 레일(49b) 상에 선형으로 배열된 롤러(48a)를 구비해도 되고, 또는 도가니의 미끄러져 이동하는 것이 보증되면 레일만을 구비해도 된다. 궤도(48)는 가능한 도가니(10)를 반송하기 위한 기구(機構)를 구비해도 되지만, 통상, 도가니(10)는 후속의 도가니에 의한 압압(押壓), 또는 선행하는 도가니에 의한 견인에 의해 이동한다. 압압 또는 견인을 확실하게 하기 위해, 각 트레이(32) 또는 각각의 도가니(10)는, 서로를 연결하는 훅 또는 그 균등물을 구비해도 된다.
흑연화 노(100)는, 또한 도가니(10)의 반입 및 반출의 편의를 위해, 챔버(40) 밖에 있어서 푸셔 장치(pusher device)(41) 및 플러 장치(puller device)(45)를 구비한다. 푸셔 장치(41) 및 플러 장치(45)는, 예를 들면, 도가니(10) 또는 트레이(32)에 해제 가능하게 걸어맞추어지는 암(arm)을 구비하여 수평으로 이동하는 액추에이터이다. 그 구동을 위해 유압 실린더나 공압 실린더, 또는 볼나사 등의 다른 수단을 이용할 수 있다. 푸셔 장치(41) 및 플러 장치(45)는, 반입 및 반출되는 도가니(10)뿐만아니라, 챔버(100) 내의 일련의 도가니(10)를 일체로 구동할 수 있도록, 충분한 구동력을 가지는 것이다.
주실(44)은, 주로 영역 A, 영역 B 및 영역 C로 구분할 수 있다.
영역 A에 있어서는 복수의 히터(34)가, 궤도(48)를 따라 도가니(10)에 근접할 수 있도록 배치되어 있고, 따라서 도가니(10)가 예열된다. 히터(34)로서는, 예를 들면, 저항 가열 히터, 가스 히터, 버너 등을 사용할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한 저항 가열 히터로서는, 카본 히터 등을 사용할 수 있다. 도가니(10)가 영역 B에 도달했을 때, 분말(1)이 흑연화 온도(예를 들면 2500 ~ 3000℃)에 충분히 가까운 온도(예를 들면 2000 ~ 2300℃)로 되도록, 히터(34)의 능력을 적절히 설정할 필요가 있다.
영역 A 및 B에 있어서, 외부로의 열복사를 억제하기 위해, 또한 에너지 효율을 높일 목적으로, 단열벽(36)을 설치해도 된다. 단열벽(36)에는, 탄소 섬유로 이루어지는 성형 단열재를 적용할 수 있지만, 펠트(felt)나 차핑드 섬유(chopped fiber)의 형태의 것을 적용할 수도 있다. 또한 단열벽은 영역 C에도 설치할 수 있다.
영역 B에는, 1조(組) 또는 복수 조의, 전류를 흐르게 하기 위한 장치(20)가 설치된다. 도 2, 도 3을 참조하면, 각각의 장치(20)는, 전원(28)과 케이블(25)을 통하여 전원(28)에 각각 전기적으로 접속된 전극(22) 및 반대 전극(24)을 구비한다. 또는, 전극(22)은, 흑연화 노(100)에 반입하기 이전에 분말(1) 중에 담그어 두고, 도가니(10)가 영역 B에 도달했을 때 전원(28)과 전기적으로 접속되도록 구성해도 된다.
전극(22)은, 기둥형의 축(22a)과, 그 하부에 연속하는 헤드부(22b를 구비한다. 헤드부(22b)는, 예를 들면, 반구형이지만, 후술하는 바와 같이 각종 변형이 가능하다.
전극(22)은, 관통공(36a)을 통하여 단열벽(36)의 내부에 삽입되어 있다. 전극(22)의 상단은 단열벽(36)의 외측에 인출되어 있고, 단자판(27a)을 통하여 케이블(25)에 전기적으로 접속된다. 단자판(27a)은, 수냉 쟈켓 등의 냉각 수단에 의해 적절하게 냉각된다. 전극(22)과 단열벽(36)과의 전기적 절연 때문에, 그 사이에는 간극이 유지되지만, 가능한 적절한 절연 부재가 개재되어도 된다.
반대 전극(24)도, 전극(22)과 마찬가지로, 관통공(36b)을 통하여 단열벽(36)의 내부에 삽입되어 있고, 그 하단은 냉각된 단자판(27b)을 통하여 케이블(25)에 전기적으로 접속되어 있다. 반대 전극(24)과 단열벽(36)과의 사이도 전기적으로 절연되어 있다.
전극(22) 및 반대 전극(24)은, 어느 쪽도 전술한 흑연화 온도에 견딜 수 있는 적절한 도전성 재료로 이루어진다. 그와 같은 재료로서는, 예를 들면, 흑연을 예시할 수 있지만, 가능한 다른 재료라도 된다.
각각의 장치(20)는, 전극(22)을 승강할 수 있도록, 승강 장치(26)를 구비한다. 승강 장치(26)는, 유압에 의해 구동되는 실린더(26a)를 구비하지만, 또는 공압 실린더나 볼나사 등의 다른 구동 수단이 이에 적용되어도 된다. 승강 장치(26)는, 적절한 절연체(29)를 통하여 주실(44)의 상부에 고정되어 있다.
도 3과 같이, 적어도, 전극(22)의 헤드부(22b)가 분말(1) 및 도가니(10)보다 위쪽에 위치하는 제1 위치로부터, 도 2와 같이 전극(22)의 헤드부(22b)가 분말(1) 중에 가라앉는 제2 위치까지, 전극(22)을 구동할 수 있도록, 실린더(26a)에는 충분한 가동 범위를 부여한다. 제1 위치에 있어서는, 도가니(10)가 전극(22) 아래를 통과할 수 있고, 제2 위치에 있어서는 전극(22)으로부터 분말(1)로 전류를 흐르게 할 수 있다.
반대 전극(24)은, 도가니(10)가 그 바로 위에 오면, 이에 전기적으로 접촉하도록 구성되어 있다. 또는, 반대 전극(24)을 능동적으로 도가니(10)에 접촉하게 할 수 있도록, 상승 장치(26b)를 설치해도 된다. 상승 장치(26b)는, 적절한 절연체(29)를 통하여 주실(44)의 하부에 고정되어 있다.
실린더(26a)와 상승 장치(26b)는, 모두 제어 장치(30)에 의해 제어되어 구동된다. 제어 장치(30)는, 또한 전원(28)도 제어하고 있고, 전극의 구동과 동기하여 여기에 전류를 공급한다.
영역 B에 있어서도 복수의 히터(38)가 설치되어 있어도 된다. 히터(38)로서는, 예를 들면, 카본 히터와 같은 저항 가열 히터, 가스 히터, 버너 등을 사용할 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 히터(38)는, 분말(1)을 가열하는 것만 아니고, 전극(22)을 예열할 수 있도록 배치된다. 이러한 예열은, 전극(22)이 분말(1)에 접촉하는 것에 의한 부분적 온도 저하를 완화하는 점에서 유리하다.
영역 C는, 분말(1)의 냉각을 촉구하도록 구성되어 있다. 도가니(10)가 후실(46)에 도달했을 때 반출에 적절한 온도까지 냉각되도록, 영역 C는 적당한 길이를 확보해야 하는 것이다.
이미 설명한 바와 같이, 전극(22)의 헤드부(22b)와 도가니(10)의 오목부(12)는, 각각 각종 변형이 가능하다.
헤드부(22b)는, 예를 들면, 도 4의 (A)와 같이, 반구형으로 대신하여, 에지가 둥근 원기둥의 형상이라도 된다. 또는 도 4의 (B)와 같이, 헤드부(22b)를 구형으로 해도 된다. 또한은 도 4의 (C)와 같이, 헤드부(22b)를 원뿔형상 또는 정점이 둥근 원뿔형상으로 해도 된다.
구, 반구, 에지가 둥근 원기둥, 원뿔, 또는 정점이 둥근 원뿔의 형상의 헤드부는, 분말 중에 용이하게 깊게 가라앉고, 그 주위에 균일성이 높은 전장(電場)이 생긴다. 이것은 전류 밀도의 균일성을 높이고, 따라서 가열의 균일화의 점에서 유리하다. 분말 중으로의 가라앉기 쉬움의 관점에서는, 특히 원뿔형상 또는 정점이 둥근 원뿔형상은 유리하다.
오목부(12)는, 반구형의 하부를 가지는 원통형 대신에, 헤드부(22b)에 대응한 형상으로 변형될 수 있다. 예를 들면, 도 4의 (A) 내지 도 4의 (C)의 예에서는, 도가니(10)의 내면은, 어느 부위에 있어서도 헤드부(22b)에 대하여 등거리로 되어 있다. 이들도 전류 밀도의 균일성의 향상에 유리하다.
물론, 헤드부(22b)와 오목부(12)의 내면과의 거리는, 등거리가 아니어도 된다. 분말(1)의 온도는, 발열과 발열이 균형을 이룸으로써 정해지지만, 전류 밀도의 균일화에 의해 발열을 균일화할 수 있어도, 발열은 균일하지 않다. 예를 들면, 분말(1)의 상면 근방에 있어서, 다른 개소(箇所)와 비교하여, 발열이 비교적 크다. 헤드부(22b)의 형상은, 이것을 보상할 수 있도록 고려하여 설계할 수 있다.
도 5의 (A)~(C)는, 그와 같은 예이다. 도 5의 (A)의 예에서는, 헤드부(22b)는, 원뿔형상이지만, 그 상부는 축(22a)보다 직경 방향으로 외측으로 돌출되어 있다. 돌출된 부분에 있어서 오목부(12)의 내면과의 거리가 가까운 것에 의해, 전류 밀도가 커지고, 따라서 발열이 다른 부위보다 커진다. 또한, 분말(1)의 상면을 피복함으로써 발열은 비교적 작아진다. 이것에 의해, 분말(1)의 온도가 균일화된다.
물론, 헤드부(22b)는 도 5의 (B)의 예와 같이 정점이 둥근 원뿔형이라도 되거나, 또는 도 5의 (C)의 예와 같이 에지가 둥근 원기둥형이라도 되거나, 또는 다른 형상이라도 된다.
또는, 도가니의 형상을 변형해도 된다. 도 6의 예에서는, 도가니(11)의 상부에서는 그 두께가 비교적 두껍고, 하부로 갈수록 얇아지고 있다. 이러한 구조에서는, 분말(1)의 하부에 있어서 발열이 커지고, 상면에서의 발열과 동등하게 할 수 있으므로, 결과적으로 분말(1)의 온도가 균일화된다.
또는, 보조적인 가열 수단을 설치해도 된다. 도 7의 예에서는, 유도 가열 코일 IC가 형성되어 있고, 분말(1)의 상면 부근을 가열하도록 배치되어 있다. 이러한 구조에 의하면, 분말(1)의 상면으로부터의 발열을 보상하는 데 충분한 발열을 부가할 수 있으므로, 결과적으로 분말(1)의 온도가 균일화된다.
또한, 가능하면, 분말(1)의 상면을 덮는 단열재를 추가해도 된다.
그리고, 헤드부(22b)를 분말(1) 중에 가라앉힘으로써, 분말(1)의 하부에 있어서는 상부와 비교하여 밀도가 더욱 커지게 되고, 따라서 비저항이 작아진다. 그러므로, 하부에 있어서는 전류 밀도가 커지고, 발열도 커지는 경향이 있다. 전극의 헤드부의 형상이나 도가니의 형상, 또는 보조적인 가열 수단이나 단열재의 추가는, 이러한 요소(要素)도 고려하여 최적으로 설계하는 것이 바람직하다.
전술한 흑연화 노에 의하면, 흑연은 다음과 같이 하여 제조된다.
도 1 내지 도 7과 조합시켜 도 8을 참조하면, 먼저 도전성의 도가니(10)의 오목부(12)에 분말(1)을 수용한다(S1). 바람직하게는, 도가니(10)에 진동을 부여하거나, 분말(1)의 상면을 압압하는 등에 의해, 분말(1)의 부피 밀도를 높인다. 이러한 동작은 통전에 의한 가열의 효율을 향상시킨다.
병행하여, 챔버(100) 내는 불활성 분위기로 제어된다. 불활성 분위기를 실현하는 수단으로서는, 질소나, 아르곤 등의 희가스, 또는 할로겐 등에 의한 퍼지(purge)나, 내부를 진공으로 하는 것을 들 수 있지만, 가능한 다른 수단에 의해서도 된다.
분말(1)과 함께 도가니(10)는 트레이(32)에 탑재하고, 푸셔 장치(41)가 이에 걸어맞추어진다. 도어(43a)가 열려, 분말(1)과 함께 도가니(10)가 푸셔 장치(41)에 의해 전실(42) 내로 반입된다.
도어(43a)는 폐쇄되고, 전실(42) 내가 주실(44) 내와 같은 분위기로 제어된다. 이어서, 도어(43b)가 열려 분말(1)과 함께 도가니(10)가 푸셔 장치(41)에 의해 주실(44)의 히터 가열 영역 A에 반입된다(S2). 이 때, 선행하는 다른 도가니(10)가 주실(44) 내에 있는 경우에는, 푸셔 장치(41)는 이들을 함께 누른다. 즉, 일련의 도가니(10)는, 도 1에 있어서 우측으로 일제히 이동한다. 그 후, 도어(43b)는 폐쇄된다.
주실(44) 내의 히터 가열 영역 A에 있어서, 도가니(10)와 함께 분말(1)은 히터(34)에 의해 예열된다(S3). 통전 가열 영역 B에 도달할 때까지, 분말(1)이 흑연화 온도에 충분히 가까운 온도(예를 들면 2000 ~ 2300℃)까지 상승하도록, 히터(34)의 출력은 적절히 조정된다.
후속의 도가니(10)에 의해 순차적으로 가압되는 것에 의해, 도가니(10)는 통전 가열 영역 B에 반입된다(S4). 이 때, 히터(38)에 의해 전극(22) 및 반대 전극(24)은 예열되어 있다.
도가니(10)의 바로 아래에 있는 반대 전극(24)은, 상승 장치(26b)에 의해 상승하게 할 수 있어, 도가니(10)에 전기적으로 접촉한다(S5). 이 때, 도가니(10)는 트레이(32)로부터 전기적으로 절연된다.
이어서, 전극(22)은, 실린더(26a)에 의해 하강하게 할 수 있다(S6). 이 때, 전극(22)의 헤드부(22b)가 분말(1)에 전기적으로 접촉한다. 이 때 헤드부(22b)가 분말(1) 중에 가라앉아, 분말(1)은 부분적으로 압축을 받는다. 실린더(26a)가 적절하게 제어되고, 분말(1)의 밀도 분포를 조정하기 위해, 헤드부(22b)를 제어된 양만큼 분말(1) 중에 가라앉힌다.
전원(28)으로부터 도가니(10) 및 전극(22)을 경유하여, 분말(1)에 전류가 흐르게 된다(S7). 전류량은, 분말이 흑연화 온도(예를 들면 2500 ~ 3000℃)에 도달하도록 적절하게 제어된다.
이 때, 분말(1)의 상면을 가열하도록 고주파 유도 코일을 배치하고, 이에 고주파를 인가해도 된다. 또는, 상면을 단열재에 의해 적어도 부분적으로 피복해도 된다.
도 1의 예와 같이, 복수 조의 전류를 흐르게 하기 위한 장치(20)가 설치되어 있는 경우에는, 전술한 통전 공정도 복수 회 반복된다. 전극(22)의 위치는, 각각의 통전 기회에서 변경해도 된다. 또한 전극(22)은 분말(1)에 반복 삽입 및 인출 되지만, 전극(22)을 분리해내지 않고 통전을 반복해도 된다.
통전에 의해 분말은 가열되고, 흑연화된다. 전극(22)이 흑연으로부터 분리해내고(S8), 후속의 도가니(10)에 의해 순차적으로 가압되는 것에 의해, 도가니(10)는 냉각 영역 C에 반입된다(S9). 영역 C에 있어서 흑연은 서서히 냉각되고(S10), 반출이 가능한 온도에 까지 냉각된다.
도가니(10)가 도어(47a)의 직전에까지 도달하였으면, 도어(47a)가 열려 후속의 도가니(10)에 의해 가압되는 것에 의해, 도가니(10)는 후실(46)에 반입된다. 도어(47a)가 폐쇄되고, 후실(46) 내에 외기가 도입된다. 이어서, 도어(47b)가 열려 플러 장치(45)에 의해 흑연과 함께 도가니(10)가 반출된다(S11).
분말이 이력하는 온도 프로파일은, 예를 들면, 도 9와 같다. 여기서, 가로축 tp는 분말이 흑연화 노에 반입되고나서의 시간이며, 세로축 T는 온도이다. T2는 영역 A에서의 가열 온도로서, 예를 들면 2000 ~ 2300℃이며, T1은 흑연화 온도로서, 예를 들면 2500 ~ 3000℃이다.
전술한 바로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 분말은 도가니 중에 있어서 균일하게 가열되므로, 얻어지는 흑연은 품질이 우수하고, 또한 높은 수량을 얻을 수 있다. 또한, 예열, 가열, 냉각으로 이루어지는 일련의 프로세스가, 컨베이어 시스템의 작업에 의해 실행되므로, 높은 생산성이 실현된다. 또한, 선행하는 프로세스에서의 여열(余熱)을 후속의 프로세스가 이용 가능하므로, 우수한 에너지 효율이 실현된다.
바람직한 실시형태에 의해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 개시 내용에 기초하여, 상기 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자가, 실시형태의 수정 내지 변형에 의해 본 발명을 행할 수 있다.
[산업 상의 이용 가능성]
연속적이며 생산성이 높은 프로세스에 의해, 우수한 품질의 흑연을 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 탄소원(炭素源)인 분말로부터 흑연을 얻는 흑연화 노(黑鉛化 爐; graphitization furnace)로서,
    상기 분말을 수용할 수 있도록 구성된 오목부(hollow)를 구비한 도전성(導電性)의 도가니;
    기둥형의 축과, 상기 축의 끝에 설치되고, 구(球), 반구(半球), 에지가 둥근 원기둥, 원뿔, 및 정점(頂点)이 둥근 원뿔로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나의 형상을 가지는 헤드부를 구비하고, 상기 헤드부가 상기 분말 및 상기 도가니보다 위쪽에 위치하는 제1 위치로부터, 상기 헤드부가 상기 분말 중에 가라앉는 제2 위치까지 이동할 수 있도록 된 전극;
    상기 도가니 및 상기 전극을 경유하여 상기 분말에 전류를 흐르게 하기 위해 구성된 전원;
    상기 도가니를 에워싸도록 치수가 주어지고, 상기 분말을 제어된 분위기 하에 두기 위해 구성된 챔버로서, 각각 폐색(閉塞) 가능한 개구를 구비한 제1 단(端) 및 제2 단을 포함하고, 상기 제1 단에서 상기 제2 단을 향하는 순서로 예열 영역, 가열 영역 및 냉각 영역으로 구분된 챔버;
    상기 도가니를 상기 제1 단으로부터 상기 제2 단을 향해 반송(搬送)하는 반송 수단; 및
    상기 예열 영역에 배치되고, 상기 도가니가 상기 가열 영역에 도달하기 전에 상기 분말을 예열하는 제1 히터를 포함하는,
    흑연화 노.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극의 상기 헤드부는, 적어도 부분적으로 상기 축보다 직경 방향으로 외측으로 돌출되어 있는, 흑연화 노.
  3. 제1항에 있어서,
    적어도 상기 분말의 상면을 가열하도록 배치된 고주파 유도 코일을 더 포함하는, 흑연화 노.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도가니의 두께는, 상기 오목부의 하단을 향해 얇게 되어 있는, 흑연화 노.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극을 예열하는 제2 히터를 더 포함하는, 흑연화 노.
  6. 탄소원인 분말로부터 흑연을 제조하는 방법으로서,
    도전성 도가니의 오목부에 상기 분말을 수용하는 단계;
    상기 분말을 제어된 분위기 하에 두기 위해, 각각 폐색 가능한 개구를 구비한 제1 단 및 제2 단을 포함하고 상기 제1 단에서 상기 제2 단을 향하는 순서로 예열 영역, 가열 영역 및 냉각 영역으로 구분된 챔버에 의해 상기 도가니를 에워싸는 단계;
    상기 도가니가 상기 가열 영역에 도달하기 전에 상기 예열 영역에 배치된 제1 히터에 의해 상기 예열 영역에서 상기 분말을 예열하는 단계; 및
    상기 도가니를 상기 제1 단으로부터 상기 제2 단을 향해 반송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 도가니를 상기 제1 단으로부터 상기 제2 단을 향해 반송하는 단계에서는,
    기둥형의 축과, 상기 축의 끝에 설치되고, 구, 반구, 에지가 둥근 원기둥, 원뿔, 및 정점이 둥근 원뿔로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나의 형상을 가지는 헤드부를 구비한 전극을, 상기 헤드부가 상기 분말 및 상기 도가니보다 위쪽에 위치하는 제1 위치로부터, 상기 헤드부가 상기 분말 중에 가라앉는 제2 위치까지 이동시켜 상기 분말에 접촉시키고,
    전원으로부터 상기 도가니 및 상기 전극을 경유하여 상기 분말에 전류를 흐르게 하는,
    흑연을 제조하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분말의 밀도 분포를 조정하기 위해 상기 전극의 상기 헤드부를 제어된 양만큼 상기 분말 중에 가라앉히는 단계를 더 포함하는, 흑연을 제조하는 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    제2 히터에 의해 상기 전극을 예열하는 단계를 더 포함하는, 흑연을 제조하는 방법.
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