TW201303247A - 石墨化爐及石墨之生產方法 - Google Patents

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Ｉｈｉ股份有限公司
Ｉｈｉ機械系統股份有限公司
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Abstract

本發明之石墨化爐(100)係具備：導電性之分割電極(122)，係移動自如地設置；導電性之坩堝(120)，係在前述分割電極(122)之下端部(122a)埋設於碳粉末之狀態下，收容有前述碳粉末；上方電極棒(190)，係以與前述分割電極(122)相對向的方式配置；下方電極棒，係以與前述坩堝(120)相對向的方式配置；以及電源部(132)，係在前述上方電極棒(190)之下端部(190a)與前述分割電極(122)之上端部(122b)抵接，且前述下方電極棒(192)之上端部(192a)與前述坩堝(120)之底部(120b)抵接之狀態下，對前述上方電極棒(190)與前述下方電極棒(192)之間施加電壓。

Description

石墨化爐及石墨之生產方法
本發明係關於將碳(carbon)粉末加熱而石墨化之石墨化爐及石墨之生產方法，本申請案係對2011年5月31日申請之日本國專利申請第2011-121226號主張優先權，並將其內容援用於此。
石墨(graphite)係具有潤滑性、導電性、耐熱性、耐藥品性等之工業上優異的性質，並被使用在半導體領域、核能領域、航空/機械領域等廣泛的領域。石墨係例如將碳粉末以石墨化爐加熱至高溫(例如2000至3000℃)來生產。
以此種石墨化爐而言，目前已公開有一種技術，係具備設置在上部之碳粉末的投入口、設置在下部之石墨粉末的回收口、及在水平方向隔著投入口與回收口之間之碳粉末通過的區域而相對向之複數組的電極，並對各組的電極依序錯開時序(timing)而通電(例如專利文獻1)。此外，亦已公開有一種藉由上方電極棒與下方電極棒而將收容有碳粉末之罩殼(case)夾入，以通電加熱碳粉末之技術(例如專利文獻2)。
(專利文獻)
(專利文獻1)日本國特開平10-338512號公報
(專利文獻2)日本國特開2005-291515號公報
如同前述，為了生產石墨，必須以石墨化爐使碳粉末上升至例如2000至3000℃之高溫。例如，在前述專利文獻1之技術中，係使複數組之電極相對向，並集中性地加熱碳粉末所通過之區域而執行石墨化處理。但是，通過電極之間以外之區域的碳粉末，會有未被充分加熱而未石墨化之可能性。進而，會有因長時間的運用造成石墨粉末等固著於爐內而產生架橋(bridge)的可能性。
此外，在以專利文獻2的技術將碳粉墨石墨化的情況，因在外殼使用導電性的發熱體，故外殼的電阻會比碳粉末低，電流會難以流動至碳粉末。因此，相較於藉由焦耳(joule)熱直接加熱，碳粉末主要以經通電加熱過之外殼進行間接加熱來升溫。
本發明係有鑒於此種課題而研創者，其目的在於提供一種可將碳粉末有效率地石墨化之石墨化爐及石墨之生產方法。
為解決前述課題，本發明之石墨化爐的第1態樣，係具備：導電性之分割電極，係移動自如地設置；導電性之坩堝，係在分割電極之下端部埋設於碳粉末，並且分割電極之上端部從碳粉末露出之狀態下，收容有碳粉末；上方電極棒，係以下端部與分割電極之上端部相對向的方式配置；下方電極棒，係以上端部與坩堝之底部相對向的方式配置；以及電源部，係在上方電極棒之下端部與分割電極之上端部抵接，且下方電極棒之上端部與坩堝之底部抵接 之狀態下，對上方電極棒與下方電極棒之間施加電壓。
本發明之第2態樣，係在前述第1態樣之石墨化爐中，上方電極棒之下端部與分割電極之上端部係面接觸，且接觸之各者的面之面積不同。
本發明之第3態樣，係在前述第2態樣之石墨化爐中，上方電極棒之下端部的面之面積比分割電極之上端部的面之面積大。
本發明之第4態樣，係在前述第1至第3態樣中的任一態樣之石墨化爐中，上方電極棒之下端部的面與分割電極之上端部的面，係以一對半徑相等之凹狀的球面與凸狀的球面構成。
本發明之第5態樣，係在前述第1至第4態樣中的任一態樣之石墨化爐中，復具備：通電加熱區域，係配置有複數個屬於上方電極棒與下方電極棒之組合的通電機構；及搬送機構，係在通電加熱區域內將坩堝依序搬送於複數個通電機構間；且電源部係在坩堝位於複數個通電機構之各者時施加電壓。
本發明之第6態樣，係在前述第5態樣之石墨化爐中，在與搬送機構所進行之坩堝的搬送方向平行的位置，復具備供抑制從坩堝之側面放熱之側面隔熱材。
本發明之第7態樣，係在前述第6態樣之石墨化爐中，在與搬送機構所進行之坩堝的搬送方向平行的位置，復具備供抑制從坩堝之上面放熱之上面隔熱材。
本發明之第3態樣，係在前述第1至第4態樣中的任 一態樣之石墨化爐中，前述石墨化爐係為在將坩堝之水平位置固定的狀態下，從碳粉末之收容到石墨化為止總括地進行處理之批式熔爐。
為解決前述課題，本發明的石墨之生產方法的第1態樣，係包含：在分割電極之下端部埋設於碳粉末，並且分割電極之上端部從碳粉末露出的狀態下，將碳粉末收容於坩堝之步驟；使上方電極棒之下端部與分割電極之上端部抵接，並使下方電極棒之上端部與坩堝之底部抵接的步驟；對上方電極棒與下方電極棒之間施加電壓而將碳粉末石墨化以生產石墨的步驟。
本發明可有效率地將碳粉末石墨化。
以下，一面參照圖式，一面就本發明之較佳實施形態進行詳細說明。本實施形態所示之尺寸、材料、及其他具體性數值等，係為用以容易理解發明之例示，並非為限定本發明者。再者，於本說明書及圖式中，對於實質上具有相同的功能及構成之要素，係附加相同的符號，藉此而省略重複的說明。此外，對與本發明無直接關係的要素係省略其圖式。
(第1實施形態：連續爐100)
第1圖係為用以說明第1實施形態之連續爐100的說明圖。如第1圖所示，連續爐100係具備坩堝120、分割電極122、搬送機構124、搬入脫氣室126、搬出脫氣室128、 連續處理室130、及電源部132。
坩堝120係整體為有底圓筒形，且其下端部的外緣形成為截頂圓錐形。此外，坩堝120係具有可承受將碳粉末石墨化之石墨化溫度T1(較佳為2000至3000℃，更佳為2800至3000℃)的耐熱性、及導電性。在本實施形態中，坩堝120係由具備例如2×10-4至4×10-4Ω‧cm之相對較小的電阻，且在非氧化性氛圍下可承受至3200℃的石墨構成。
分割電極122係為圓柱形的電極，且與坩堝120同樣地以具有可承受石墨化溫度T1之耐熱性、及導電性的石墨等構成。此外，分割電極122係形成為移動自如，且能透過碳粉末而立設於坩堝120內。亦即，在分割電極122立起之狀態下，分割電極122的下端部係埋設在收容於坩堝120內之碳粉末內。因此，得以維持分割電極122的立起狀態。
在本實施形態中，例如，機械手臂將分割電極以僅分割電極122的下端部位於坩堝120內且不與坩堝120接觸的方式，而成為從坩堝120的內面離開達預定間隔的狀態，固定於預定位置。進而，供給碳粉末的供給裝置係避開分割電極122而使碳粉末從坩堝120的開口部流入。如此一來，碳粉末會以分割電極122的下端部埋設於碳粉末，並且分割電極122的上端部從碳粉末露出的狀態之方式收容於坩堝120內。藉此，分割電極122的立起狀態會藉由碳粉末而維持。
在此，係舉屬於通電加熱處理對象之碳粉末收容於坩 堝120為例。然而，本發明並未被限定於此種情況。例如，可使用藉由石墨、陶瓷(ceramics)、或金屬等之通電所產生之內部電阻而發熱之各種導電性發熱體的粉末。此外，亦可使用碳纖維來取代粉末。
第2A圖至第2D圖係為用以說明被埋設於坩堝120內之分割電極122的下端部122a之說明圖。在第2圖以後的圖式中，係將碳粉末以交叉排線(crosshatching)表示。本實施形態的分割電極122係為第2A圖所示之以垂直軸Z-Z為中心的圓柱形，且其下端部120a係成為凸狀的半球形。又，坩堝120的內面係圓筒形，且其下端部120a為凹狀的半球形。
分割電極122之下端部122a並不限於凸狀的半球形。例如，亦可為圓柱的底面經倒角之形狀(第2B圖所示)、較圓柱部分的直徑大且相對於垂直軸Z-Z為軸對稱的球形(第2C圖所示)或扁球、或者相對於垂直軸Z-Z對稱之圓錐形狀或截頂圓錐形狀(第2D圖所示)等。
即使在前述任一個情況，分割電極122之下端部122a的形狀，仍以後述之電壓施加時之碳粉末內的電流分布成為均勻的方式，成為對應於坩堝120的內面之形狀。因此，因從電極122的下端部122a到坩堝120之內面的距離成為大致相等，故電壓施加時之發熱分布亦成為大致相等。結果，可有效率地將碳粉末整體石墨化。
搬送機構124係具備：托盤(tray)150；活動滾輪(free roller)152；推料(pusher)裝置154；及拖料(puller)裝 置156。該搬送機構124係將分割電極122之下端部122a埋設於碳粉末之狀態被固定之坩堝120，朝搬送方向(第1圖之右方向)依序搬送。因此，坩堝120係在通電加熱區域內依序經過複數個通電機構而移動。關於通電加熱區域及通電機構係於後詳述。
托盤150係由例如具有可承受2000至2500℃的耐熱性之石墨或陶瓷等構成之支撐板，且在其上部載置有坩堝120。
第3圖係為第1圖之A-A剖面圖。如第3圖所示，托盤150係具備貫通孔150a。在貫通孔150a的內周面施行有錐形加工，而形成隨著朝向徑方向內方而朝下方傾斜的傾斜面。該傾斜面係與坩堝120之下端部的截頂圓錐形的傾斜部嵌合。因此，坩堝120難以在水平方向相對於托盤150滑動，而可使坩堝120的水平位置穩定。
活動滾輪152係為轉動體，如第3圖所示，係可轉動地被支撐在從地面立設之支柱152a的上端部之軌道(rail)上。此外，如第1圖所示，該軌道係從後述之搬入脫氣室126經過連續處理室130且及於搬出脫氣室而沿著搬送方向延伸。此外，複數個活動滾輪152係以成為2行的方式設置於各個之軌道上，且可搬送地支撐托盤150。
推料裝置154係設置於搬入脫氣室內126內，當載置有坩堝120之托盤150配置於搬入脫氣室126內之活動滾輪152上時，會將該托盤150朝搬送方向推進而搬入連續處理室130。拖料裝置156係設置於搬出脫氣室128，並將 載置有坩堝120之托盤150從連續處理室130內的活動滾輪上牽引而搬出至搬出脫氣室128。
在本實施形態中，推料裝置154係於每個預定時間(生產間隔時間(tact time))，將1個托盤150連續搬入連續處理室130。另外，先被搬入連續處理室130內的托盤150，係在每一次新的托盤150從搬入脫氣室126被搬入時，受該被搬入之新的托盤150所推動而朝搬送方向水平移動。此外，拖料裝置156係以與推料裝置154同步之時序，將從連續處理室130被推出之托盤150搬出至搬出脫氣室128。
如此一來，載置於托盤150的坩堝120係於每個生產間隔時間，藉由在連續爐100內水平移動相當於托盤150之寬度的預定之行程(stroke)量而間歇性搬送。
搬入脫氣室126係設置於連續處理室130之托盤150的搬送方向之上游側(第1圖之左側)，且搬出脫氣室128係設置於下游側(第1圖之右側)。該搬入脫氣室126及搬出脫氣室128係藉由未圖式之氛圍保持置換裝置，保持為預定之氛圍(例如，氮氣、氬(argon)氣、鹵(halogen)氣或真空)。
此外，搬入脫氣室126係具有朝垂直方向升降而開閉之開閉門126a、126b，且當開閉門126a、126b下降(關閉)時，搬入脫氣室會成為氣密室。同樣地，搬出脫氣室128係具有朝垂直方向升降而開閉之開閉門128a、128b，且當開閉門128a、128b下降時，搬出脫氣室會成為氣密室。亦 即，當開閉門126a、126b、128a、128b上升(打開)時，能搬入及搬出托盤150。
連續處理室130係與搬入脫氣室126及搬出脫氣室128連通，且當開閉門126b、128b下降而關閉時會成為氣密室。該連續處理室130係藉由氛圍保持置換裝置來保持為與搬入脫氣室126及搬出脫氣室128同等之預定的氛圍。
此外，如第1圖所示，連續處理室130係從上游側開始，依序區分為進行加熱器加熱處理的加熱器加熱區域A、進行通電加熱處理的通電加熱區域B、進行冷卻處理的冷卻區域C。以下，依序說明設置於加熱器加熱區域A的構成要素、及設置於通電加熱區域B的構成要素。
(加熱器加熱區域A)
如第3圖所示，連續處理室130在加熱器加熱區域A中，係具有加熱器170、及隔熱壁172。
加熱器170係為電阻加熱式加熱器、氣體加熱器(gas heater)、燃燒器(burner)等，以供將加熱器加熱區域A之整體予以加熱。而且，在坩堝120被搬送於加熱器加熱區域A內的期間，坩堝120內的碳粉末會被加熱到預熱溫度T2(例如2000至2300℃)。在此，為了避免加熱器170過度消耗，因此，在加熱器170的加熱，係在不超過預熱溫度T2的範圍進行。
隔熱壁172係隔熱性及耐熱性優異，並如第1圖及第3圖所示，覆蓋連續處理室130之加熱器加熱區域A的內周，抑制從加熱器加熱區域A內放熱至外部。此外，如第 1圖所示，隔熱壁172也延伸覆蓋到通電加熱區域B之內周。
(通電加熱區域B)
第4圖係為第1圖的B-B剖面圖，第5圖係為第1圖的C-C剖面圖。在此，為易於理解，使用第4圖與第5圖說明典型的2個狀態。第4圖係顯示坩堝120配置在通電加熱區域B的狀態，第5圖係顯示相對於該被配置之坩堝120而使後述的升降裝置動作之狀態。
如第4圖、第5圖所示，連續處理室130係在通電加熱區域B中具備加熱器174、通電機構176、升降裝置178、側面隔熱材180、及上面隔熱材182。
加熱器174係與前述之加熱器170同樣為電阻加熱式加熱器、氣體加熱器(gas heater)、燃燒器(burner)等，以供將通電加熱區域B予以加熱。碳粉末藉由加熱器174的加熱而維持於預熱溫度T2。
通電機構176係將上方電極棒190、及下方電極棒192並置於垂直方向的上下而組合構成。在通電加熱區域B中，複數個通電機構176係配置於搬送方向。通電機構176透過上方電極棒190、及下方電極棒192，依序在每個生產間隔時間(tact time)，通電加熱坩堝120內的碳粉末。
生產間隔時間係例如根據每一個坩堝120之石墨的生產量、及每單位時間之石墨的目標生產總量等來制定。在此，在無法在1次生產間隔時間量的通電時間將碳粉末充分地加熱的情況，係如同本實施形態所示，設置複數個(本 實施形態中為3個)通電機構176。亦即，相對於一個坩堝120使用複數個通電機構176來施行複數次通電加熱，藉以確保必要的通電時間(加熱時間)。
上方電極棒190係與分割電極122同樣具有可承受石墨化溫度T1的耐熱性、及導電性。上方電極棒190例如為石墨製的圓柱型電極，且插通於設置在隔熱壁172的上部(頂部)之貫通孔172a，並與電源部132電性連接。此外，上方電極棒190與貫通孔172a兩者之間係藉由形成間隙而絕緣。
在此，當載置於托盤150的坩堝120被搬送至上方電極棒190的垂直下方時，如第4圖所示，上方電極棒190的下端部190a、與從被收容於坩堝120之碳粉末露出的分割電極122的上端部122b會相對向。
下方電極棒192係與分割電極122同樣具有可承受石墨化溫度T1的耐熱性、及導電性。下方電極棒192例如為石墨製的圓柱型電極，且插通於設置在隔熱壁172的下部(底部)之貫通孔172b，並與電源部132電性連接。此外，下方電極棒192與貫通孔172b兩者之間係藉由形成間隙而絕緣。
在此，當載置於托盤150的坩堝120被搬送至下方電極棒192的垂直上方時，如第4圖所示，下方電極棒192的上端部192a與坩堝120之底部120b會相對向。
升降裝置178係具備使上方電極棒190升降的缸筒(cylinder)178a、使下方電極棒192升降的缸筒178b、及 使缸筒178a、缸筒178b升降的油壓泵(未圖示)。
缸筒178a係透過經水冷之電極棒板178c而以垂直向下的方式支撐上方電極棒190，並使用油壓泵(未圖示)而使上方電極棒190升降。藉此，上方電極棒190係在其等待位置(第4圖所示之位置)、及上方電極棒190之下端部190a與分割電極122之上端部122b抵接的抵接位置(第5圖所示之位置)之間可升降。
缸筒178b係透過水冷電極棒板178d而以垂直向上的方式支撐下方電極棒192，並使用油壓泵(未圖示)而使下方電極棒192升降。藉此，下方電極棒192係在其等待位置(第4圖所示之位置)、及下方電極棒192之上端部192a與坩堝120之底部120b抵接而將坩堝120從托盤150頂起，且將坩堝120與托盤150設成絕緣狀態的抵接位置(第5圖所示之位置)之間可升降。
此外，缸筒178a、缸筒178b、及連續處理室130之間分別夾持有絕緣構件178e、178f。該絕緣構件178e、178f係將上方電極棒190及下方電極棒192、與連續處理室130予以電性絕緣。
側面隔熱材180係以不會妨礙坩堝120之搬送的方式，以與搬送機構124進行之坩堝120的搬送方向平行、且與被搬送之坩堝120的側面相對向的方式延伸。側面隔熱材180係抑制從坩堝120放熱，特別是抑制朝與搬送方向正交之方向的放熱。
上面隔熱材182係以不會妨礙坩堝120之搬送的方 式，以與搬送機構124進行之坩堝120的搬送方向平行、且與被搬送之坩堝120的上表面相對向的方式延伸。上面隔熱材182係抑制從坩堝120放熱，特別是抑制朝坩堝120之垂直上方的放熱。
因藉由此種側面隔熱材180及上面隔熱材182來抑制從坩堝120放熱，因此本實施形態的連續爐100能有效率地加熱碳粉末。在本實施形態中，側面隔熱材180與上面隔熱材係一體形成，且呈剖面L字形狀。另外，側面隔熱材180與上面隔熱材182亦可為不同構件。
電源部132係例如配置於比爐內部更低溫的位置，並在坩堝120位於與複數個通電機構176之各者可通電的位置時，透過電纜(cable)，對上方電極棒190與下方電極棒192之間施加電壓。具體而言，如第5圖所示，電源部132係藉由升降裝置178的驅動，在上方電極棒190之下端部190a與分割電極122之上端部122b抵接，且下方電極棒192之上端部192a與坩堝120之底部120b抵接之狀態下施加電壓。如此，在與上方電極棒190連接之分割電極122、及與下方電極棒192連接之坩堝120之間會產生高的電位差，而能將坩堝120內的碳粉末通電加熱。
第6圖係為用以說明分割電極122之上端部122b的形狀、及上方電極棒190之下端部190a的形狀之說明圖。第6A圖所示之上方電極棒190之下端部190a的形狀、及分割電極122之上端部122b的形狀，係皆形成為平面。因此，上方電極棒190之下端部190a與分割電極122之上端部 122b係面接觸。但是，在本實施形態中，各者的面所接觸之面積不同。
藉由此種方式使接觸面的面積不同，即使上方電極棒190之中心軸與分割電極122之中心軸於水平方向偏移，在任一面積較大的一方的面的範圍內，仍能與中心軸偏移前相同地確保接觸面積。因此，能使碳粉末穩定地發熱。
特別是在本實施形態中，如第6A圖所示，上方電極棒190之下端部190a側的面之面積，係比分割電極122之上端部122b的面之面積更大。
如此，為了確保上方電極棒190與分割電極122之相對於中心軸偏移的穩定性，乃將上方電極棒190之下端部190a側之面的面積做成為較大。藉由此種方式，能將分割電極122之上端部122b之面積，自由地設定在上方電極棒190之下端部190a之面的面積的範圍內，因此能因應通電量選擇適當的大小。
進而，如第6B圖所示，亦可將上方電極棒190之下端部190a的面與分割電極122之上端部122b的面，以一對半徑相等之凹狀的球面(凹球面)與凸狀的球面(凸球面)來構成。
藉由此種構成，即使分割電極122的中心軸傾斜，仍可維持上方電極棒190之下端部190a的面、及分割電極122之上端部122b的面之面接觸。因此，連續爐100能在中心軸傾斜前後確保大致相等的接觸面積，而能將碳粉末穩定地予以加熱。
此外，如第6B圖所示，當將上方電極棒190之下端部190a的面設為凹狀之球面，並將分割電極122之上端部122b的面設為凸狀的面時，即使分割電極122之上端部122b的面附著有碳粉末的塊體等，上方電極棒190及分割電極122之一方的球面滑動於另一方的球面上而自然落下的可能性乃會變高。因此，能防止在上方電極棒190之下端部190a的面與分割電極122之上端部122b的面之間因夾住碳粉末的塊體等，而使兩球面彼此的接觸面積變小之情形。
(石墨的生產方法)
接著，就使用連續爐100之石墨的生產方法進行敘述。如同前述，在連續爐100係在每個生產間隔時間的每一預定批量，依序搬送複數個坩堝120，並對各個坩堝120依序實施石墨化處理。在此，為易於理解，係就對於一個坩堝120的處理流程進行說明。
第7圖係為用以說明使用連續爐100之石墨的生產方法之處理的流程之流程圖。如第7圖所示，首先，以僅分割電極122之下端部位於坩堝120內，且不與坩堝120接觸之方式，成為從坩堝120之內面隔開達預定間隔的狀態，由機械手臂將分割電極122固定於預定位置，且供給裝置將碳粉末收容於坩堝120(S200)。此時，分割電極122會因已收容之碳粉末而維持其立起狀態，因此不須藉由機械手臂進行保持。機械手臂會將分割電極122固定在預定位置。
接著，將開閉門126a打開，而使載置有坩堝120的托盤150配置在搬入脫氣室126內的活動滾輪152上(S202)。
然後，當開閉門126a關閉時，氛圍保持置換裝置會以搬入脫氣室126成為預定之氛圍的方式，進行氣體的送入及送出(S204)。接著，將開閉門126b打開，且推料裝置154將托盤150推進而搬入連續處理室130(S206)。搬入後，開閉門126b被關閉。
第8圖係為用以說明坩堝120內之碳粉末及石墨之溫度變化的說明圖。在第8圖中，分別以橫軸表示時間，以縱軸表示坩堝120內之碳粉末及石墨的溫度。
如第8圖所示，在連續處理室130之加熱器加熱區域A中，加熱器170係將載置於被搬入之托盤150的坩堝120內之碳粉末加熱到預熱溫度T2(S208)。
然後，托盤150被搬送至通電加熱區域B，且使坩堝120位於第一個通電機構176(S210)。此時，當使載置於托盤150之坩堝120位於上方電極棒190的垂直下方時，上方電極棒190之下端部190a與從收容於坩堝120之碳粉末露出之分割電極122之上端部122b係相對向。此外，當使載置於托盤150之坩堝120位於下方電極棒192的垂直上方時，下方電極棒192之上端部192a與坩堝120之底部120b係相對向。
升降裝置178係使缸筒178a下降，並使上方電極棒190之下端部190a與分割電極122之上端部122b抵接。並且，升降裝置178係使缸體178b上升，並使下方電極棒 192之上端部192a與坩堝120之底部120b抵接，並進而透過缸體178b將坩堝120從托盤150頂起(S212)。
電源部132係對上方電極棒190與下方電極棒192之間施加電壓(S214)。然後，當經過預定的電壓施加時間時，升降裝置178會使缸體178a上升，並使缸體178b下降，並且使坩鍋120回到托盤150上(S216)。升降裝置178會使上方電極棒190及下方電極棒192分別回到等待位置。
接著，當搬送拖盤150並位於第二個通電機構176時(S218)，會與第一個通電機構同樣執行抵接處理步驟S212、電壓施加處理步驟S214、坩堝載置步驟S216。進而，當搬送拖盤150，並位於第三個通電機構176時(S220)，會與第一個通電機構同樣執行抵接處理步驟S212、電壓施加處理步驟S214、坩堝載置步驟S216。
如此，藉由以3個通電機構176依序通電加熱，如第8圖所示，碳粉末會達到石墨化溫度T1。以此種方式將碳粉末石墨化來生產石墨。
其後，托盤150被搬送至冷卻區域C，且坩堝120內之碳粉末會在該冷卻區域C被冷卻(S222)。然後，氛圍保持置換裝置會以搬出脫氣室128成為預定之氛圍的方式，進行氣體之送入與送出(S224)。接著，當開閉門128b打開時，拖料裝置156會將載置於活動滾輪152上之放置有坩堝120的托盤150從連續處理室130內牽引而搬出至搬出脫氣室128(S226)。
然後，當開閉門128b關閉時，開閉門128a會打開， 且整個托盤150連同坩堝120會從搬出脫氣室128被搬出，而坩堝120內的石墨會被回收(S228)。搬出後，開閉門128a會關閉。
如此，根據本實施形態之石墨的生產方法，能有效率地將碳粉末石墨化。
如同前述，在本實施形態的連續爐100中，即使在複數個通電機構176對碳粉末通電的情況，分割電極122仍會維持在下端部122a埋設於碳粉末的狀態，而不會使分割電極122在每次移動於通電機構176間時從碳粉末脫落。因此，搬送機構124能以廉價的裝置實現，而無須嚴密地控制分割電極122相對於坩堝120的水平位置。
此外，連續爐100係藉由將加熱器加熱處理與通電加熱處理並用而能比僅使用通電加熱處理的情況縮短處理時間。因此，爐長亦能縮短而能抑制期初成本(initial cost)及運轉成本(running cost)。
與將碳粉末連續投入而回收石墨之習知的連續爐不同，本實施形態之連續爐100不需要將石墨連續排出之機構。因此，不會產生碳粉末造成的架橋，並能穩定地生產石墨。
(第2實施形態)
在前述之第1實施形態中，以石墨爐而言，係以對複數個坩堝120連續進行處理之連續爐100為例進行說明。在第2實施形態中，係以批式(batch)熔爐300為例作為石墨爐進行說明。
(批式熔爐300)
第9圖係為用以說明批式熔爐300的說明圖。批式熔爐300係具備坩堝120、分割電極122、支撐部310、電源部132、加熱器370、隔熱壁372、通電機構376、及升降裝置178。此外，通電機構376係為上方電極棒190、及下方電極棒192之組合。
與就第1實施形態之連續爐100之構成要素而已進行過敘述之，坩堝120、分割電極122、電源部132、升降裝置178、上方電極棒190、及下方電極棒192，因實質上為相同功能，故省略重覆之說明。在此，係以與第1實施形態構成不同之支撐部310、加熱器370、隔熱壁372、及通電機構376為主進行說明。
支撐部310係以支柱312、台座314構成。支柱312係從地板面立設，且台座固定在上端部。台座314係與托盤150一樣為例如石墨製或陶瓷製之支撐板，且在上部載置有坩堝120。該台座314係具備貫通孔314a，且該貫通孔314a之內周面的一部分係施加錐形加工，並形成有與第1實施形態同樣的傾斜面。形成於該貫通孔314a之內周面的傾斜面，係與坩堝120之下端部的截頂圓錐形之傾斜部嵌合。
此外，與第1實施形態同樣，當下方電極棒192之上端部192a與坩堝120之底部120b抵接而將坩堝120從台座314頂起成為第9圖所示之位置時，坩堝120與台座314成為絕緣狀態。
加熱器370係為電阻加熱式加熱器、氣體加熱器、燃燒器等，而將坩堝120內之碳粉末加熱到預熱溫度T2，並維持在預熱溫度T2。隔熱壁372係隔熱性及耐熱性優異，且覆蓋批式熔爐300之內周而抑制從批式熔爐300內部放熱至外部。通電機構376係與連續爐100不同，配置一個而並非為複數個，且對坩堝120內之碳粉末通電加熱。
本實施形態之批式熔爐300係在施行加熱器加熱處理、通電加熱處理、及冷卻處理之間，以不搬送坩堝120而固定水平位置之狀態，將從碳粉末之收容到石墨化為止總括地進行處理。
在本實施形態之批式熔爐300中，在將碳粉末收容於坩堝120時，亦與連續爐100同樣，例如以僅分割電極122之下端部位於坩堝120內且不與坩堝120接觸之方式，成為從坩堝120之內面隔開達預定間隔的狀態，機械手臂會將分割電極122固定於預定位置。進而，供給碳粉末的供給裝置係避開分割電極122而使碳粉末從坩堝120的開口部流入。
如此，批式熔爐300因具備埋設於碳粉末的分割電極122，因此，能使碳粉末之密度分布均勻，並使流動之電流均勻化而能通電加熱。
此外，在必須變更坩堝120之尺寸的情況，為使被包夾於坩堝10與分割電極122之間的碳粉末層之厚度成為最佳，係亦有必要更換分割電極122。此時，在批式熔爐300中，因分割電極122係移動自如，故其更換亦容易。亦即， 不須取下上方電極棒190或下方電極棒192來進行交換，能迅速地變更尺寸。
如同前述，在第1實施形態之連續爐100及第2實施形態之批式熔爐300之任一種石墨化爐中，因電流皆確實地流動到碳粉末，因此能有效率地將碳粉末石墨化。此外，在從完成碳粉末收容到坩堝120到通電結束為止，分割電極122不會從碳粉末脫落。因此，石墨化爐(連續爐100及批式熔爐300)係能維持碳粉末與分割電極122無間隙地密著之狀態。因此，石墨化爐能均勻地通電至碳粉末整體。
此外，在前述實施形態之連續爐100及批式熔爐300中，係可作成分割電極122之下端部122a之表面的任意點之法線方向中的，到坩堝120之碳粉末的電阻值，係在下端部122a之表面的任一點中皆幾乎相等。因此，與習知比較，流動至碳粉末的電流會均勻化，且能有效率地進行石墨化。
此外，在本實施形態中，因應於碳粉末的種類、及收容於坩堝120內之碳粉末的容積密度，而在將碳粉末收容於坩堝120之前，將藉由機械手臂等固定之分割電極122的位置朝垂直方向調整。藉此，能使電流分布更均勻化。
進而，通電機構176係藉由加熱器174、370而升溫至預熱溫度T2。因此，能防止在使上方電極棒190之下端部190a與分割電極122之上端部122b抵接時，及在下方電極棒192之上端部192a與坩堝120之底部120b抵接時，熱能從分割電極122或坩堝120流失。
以上，雖已參照所附圖式就本發明之較佳實施形態進行過說明，但本發明並非限定於此種實施形態。自不待言，所屬技術領域中具有通常知識者能在本說明書所記載之範圍中想到各種變更例或修正例，該等皆當然屬於本發明之技術範圍。
另外，本說明書之石墨的生產方法之各步驟，未必要依照流程圖所記載之順序而以時間序列進行處理，亦可包含並行或子程序(subroutine)所進行之處理。
(產業上之利用可能性)
本發明係能利用於將碳粉末加熱而石墨化之石墨化爐及石墨之生產方法。
100‧‧‧連續爐
120‧‧‧坩堝
120b‧‧‧坩堝之底部
122‧‧‧分割電極
122a‧‧‧分割電極之下端部
122b‧‧‧分割電極之上端部
124‧‧‧搬送機構
126‧‧‧搬入脫氣室
126a、126b、128a、128b‧‧‧開閉門
128‧‧‧搬出脫氣室
130‧‧‧連續處理室
132‧‧‧電源部
150‧‧‧托盤
150a、172a、172b、314a‧‧‧貫通孔
152‧‧‧活動滾輪
152a、312‧‧‧支柱
154‧‧‧推料裝置
156‧‧‧拖料裝置
170、174、370‧‧‧加熱器
172、372‧‧‧隔熱壁
176、376‧‧‧通電機構
178‧‧‧升降裝置
178a、178b‧‧‧缸筒
178c、178d‧‧‧電極棒板
178e、178f‧‧‧絕緣構件
180‧‧‧側面隔熱材
182‧‧‧上面隔熱材
190‧‧‧上方電極棒
190a‧‧‧上方電極棒之下端部
192‧‧‧下方電極棒
192a‧‧‧下方電極棒之上端部
300‧‧‧批式熔爐
310‧‧‧支撐部
314‧‧‧台座
A‧‧‧加熱器加熱區域
B‧‧‧通電加熱區域
C‧‧‧冷卻區域
第1圖係為用以說明連續爐的說明圖。
第2A圖係為用以說明埋設於坩堝內之分割電極的下端部之說明圖。
第2B圖係為用以說明埋設於坩堝內之分割電極的下端部之說明圖。
第2C圖係為用以說明埋設於坩堝內之分割電極的下端部之說明圖。
第2D圖係為用以說明埋設於坩堝內之分割電極的下端部之說明圖。
第3圖係為第1圖之A-A剖面圖。
第4圖係為第1圖之B-B剖面圖。
第5圖係為第1圖之C-C剖面圖。
第6A圖係為用以說明分割電極之上端部與上方電極棒之下端部的形狀之說明圖。
第6B圖係為用以說明分割電極之上端部與上方電極棒之下端部的形狀之說明圖。
第7圖係為用以說明經使用連續爐之石墨的生產方法之處理流程的流程圖。
第8圖係為用以說明碳粉末之溫度變化的說明圖。
第9圖係為用以說明批式熔爐之說明圖。
100‧‧‧連續爐
120‧‧‧坩堝
120b‧‧‧坩堝之底部
122‧‧‧分割電極
122b‧‧‧分割電極之上端部
130‧‧‧連續處理室
132‧‧‧電源部
150‧‧‧托盤
150a、172a、172b‧‧‧貫通孔
152‧‧‧活動滾輪
152a‧‧‧支柱
174‧‧‧加熱器
172‧‧‧隔熱壁
176‧‧‧通電機構
178‧‧‧升降裝置
178a、178b‧‧‧缸筒
178c、178d‧‧‧電極棒板
178e、178f‧‧‧絕緣構件
180‧‧‧側面隔熱材
182‧‧‧上面隔熱材
190‧‧‧上方電極棒
190a‧‧‧上方電極棒之下端部
192‧‧‧下方電極棒
192a‧‧‧下方電極棒之上端部

Claims (9)

  1. 一種石墨化爐，係具備：導電性之分割電極，係移動自如地設置；導電性之坩堝，係在前述分割電極之下端部埋設於碳粉末，並且該分割電極之上端部從前述碳粉末露出之狀態下，收容有前述碳粉末；上方電極棒，係以下端部與前述分割電極之上端部相對向的方式配置；下方電極棒，係以上端部與前述坩堝之底部相對向的方式配置；以及電源部，係在前述上方電極棒之下端部與前述分割電極之上端部抵接，且前述下方電極棒之上端部與前述坩堝之底部抵接之狀態下，對前述上方電極棒與前述下方電極棒之間施加電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之石墨化爐，其中，前述上方電極棒之下端部與前述分割電極之上端部係面接觸，且接觸之各者的面之面積不同。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之石墨化爐，其中，前述上方電極棒之下端部的面之面積比前述分割電極之上端部的面之面積大。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之石墨化爐，其中，前述上方電極棒之下端部的面與前述分割電極之上端部的面，係以一對半徑相等之凹狀的球面與凸狀的球面構成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之石墨化爐，其中，復具備：通電加熱區域，係配置有複數個屬於前述上方電極棒與前述下方電極棒之組合的通電機構；及搬送機構，係在前述通電加熱區域內將前述坩堝依序搬送於前述複數個通電機構間；且前述電源部係在前述坩堝位於前述複數個通電機構之各者時施加電壓。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之石墨化爐，其中，在與前述搬送機構所進行之前述坩堝的搬送方向平行的位置，復具備供抑制從前述坩堝之側面放熱之側面隔熱材。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之石墨化爐，其中，在與前述搬送機構所進行之前述坩堝的搬送方向平行的位置，復具備供抑制從前述坩堝之上面放熱之上面隔熱材。
  8. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之石墨化爐，其係為在將前述坩堝之水平位置固定的狀態下，從前述碳粉末之收容到石墨化為止總括地進行處理之批式熔爐。
  9. 一種石墨之生產方法，係包含：在分割電極之下端部埋設於碳粉末，並且前述分割電極之上端部從前述碳粉末露出的狀態下，將前述碳粉末收容於坩堝之步驟；使上方電極棒之下端部與前述分割電極之上端部 抵接，並使下方電極棒之上端部與前述坩堝之底部抵接的步驟；及對前述上方電極棒與前述下方電極棒之間施加電壓而將前述碳粉末石墨化以生產石墨的步驟。
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