TW202124278A - 石墨生產製程及立式石墨化爐 - Google Patents

Abstract

在具有定界加熱區(28)的至少一製程空間(22)的立式石墨化爐中的石墨生產製程中，在該加熱區(28)中產生2200°C至3200°C、特別是3000°C之溫度，透過入口(30)將微粒可石墨化材料(14)饋入該製程空間(22)中，將可石墨化材料(14)輸送通過該製程空間(22)之該加熱區(28)，其中該可石墨化材料係石墨化成提供石墨，並透過出口(40)從該製程空間(22)排出所獲得的石墨(12)。在本說明書中，在變化例A，使用顆粒具有小於3 mm之顆粒大小的可石墨化材料(14)；及/或在變化例B，在特定製程空間(22)之該整個加熱區(28)中形成材料柱(94)，其中將已透過該入口(30)饋入的可石墨化材料(14)從該頂部滴流通過該製程空間(22)之進入口區(24)到該材料柱(94)上；及/或在變化例C，在該加熱區(28)所環繞的特定製程空間(22)之直立加熱區(98)中形成材料柱(94)，其中將已透過該入口(30)饋入的可石墨化材料(14)從上方滴流通過同樣該加熱區(28)所環繞的落下加熱區(96)到該材料柱(94)上；及/或在變化例D，在通過特定製程空間(22)並通過其加熱區(28)的用於材料的一或多個容器(100)中輸送可石墨化材料(14)。此外，明確說明特別是針對該等變化例C和D而最佳化的立式石墨化爐(10)。

Description

石墨生產製程及立式石墨化爐

本發明係關於一種在具有定界加熱區的至少一製程空間的立式石墨化爐中的石墨生產製程，其中 a)    在該加熱區中產生2200°C至3200°C、特別是2700°C至3200°C、最好是3000°C之溫度； b)    透過入口將微粒可石墨化材料饋入該製程空間中； c)    將可石墨化材料輸送通過該製程空間之該加熱區，其中該可石墨化材料係石墨化成提供石墨； d)    透過出口從該製程空間排出所獲得的石墨。

本發明進一步係關於一種具有定界加熱區的至少一製程空間的立式石墨化爐，其包含 a)    一加熱裝置，藉助其可在該加熱區中產生2200°C至3200°C、特別是3000°C之溫度； b)    一進料輸送機，藉助其可透過一入口將微粒可石墨化材料饋入該製程空間中； 其中 c)    可將可石墨化材料輸送通過該製程空間之該加熱區，其中該可石墨化材料係石墨化成提供石墨； d)    存在一輸出輸送機，藉助其可透過一出口從該製程空間排出所獲得的石墨。

可石墨化材料之該石墨化係在惰性氣體大氣中執行。已知用於陽極材料的多晶石墨可在所謂的艾其遜爐(Acheson furnace)中以批次製程生產，其中可石墨化材料係石墨化成提供石墨。

此外，從專利案第EP 2 980 017 B1號已知在開始時所提到類型之立式石墨化爐中，將具有大於3 mm之大顆粒直徑的可石墨化材料石墨化成提供石墨。在此製程之後，必須將所獲得該石墨(其具有對陽極材料而言過大的顆粒)粉碎成提供石墨粉末。

本發明之目的在於提供節能並使得大多恆定且可再現石墨品質成為可能的製程及開始時所提到類型之立式石墨化爐。

此目的係透過以下內容在開始時所提到類型之製程中達成： 在變化例A，使用顆粒具有小於3 mm之顆粒大小的可石墨化材料； 及/或 在變化例B，在特定製程空間之該整個加熱區中形成材料柱，其中將已透過該入口饋入的可石墨化材料從該頂部滴流通過該製程空間之進入口區到該材料柱上； 及/或 在變化例C，在該加熱區所環繞的特定製程空間之直立加熱區中形成材料柱，並將已透過該入口饋入的可石墨化材料從該頂部滴流通過同樣該加熱區所環繞的落下加熱區到該材料柱上； 及/或 在變化例D，在通過特定製程空間並通過其加熱區的用於材料的一或多個容器中輸送可石墨化材料。

根據本發明已認可，該上述目的係藉助多種方法(其當擇一單獨或以協同組合採用時，或若平行利用具有複數個製程空間的石墨化爐，相較於先前技術則有助於更有效的製程程序)在開始時所提到類型之該製程中達成。由於該等變化例A、B、C、和D也可平行執行，因此所提可在該等變化例B、C、和D之情況下，在「特定」製程空間的後續中在每種情況下達成。這係意欲表達以下事實：在爐中視需要而定的複數個製程空間之情況下，考慮一特定製程空間。這也可為(但不必為)其中另一變化例繼續進行的製程空間，只要這些可同時繼續進行；這在該等變化例B和C之情況下不可能。

在最有利的情況下，該變化例A使得能夠省略所獲得該石墨之後續粉碎。在任何情況下，可減少用於符合要求粉碎的必要性。

該變化例B允許所界定大氣中的連續製程。

在該變化例C中，在該落下加熱區中可發生預加熱類型，以使用於加熱該材料柱(其係隨後從該先前所預加熱的可石墨化材料形成)的該能耗減少。

在該變化例D中，在該等用於材料的容器中石墨化較小量，因此改良製程控制。

為達成恆定可控制製程，具優勢是，每時間單位饋入特定製程空間中的可石墨化材料量係相同於每時間單位從此製程空間排出的該石墨量。

可將該可石墨化材料連續或間續饋入特定製程空間中，並從此製程空間連續或間續排出石墨，最好是連續引進和排出。在間續製程之情況下，可同時或在時間上偏差執行引進和排出。

為了可再現執行該等製程變化例B和C，具優勢是，在該變化例B之情況下及/或在該變化例C之情況下，將該材料柱之填充高度保持大多恆定。

為在該變化例C之情況下控制和監控該預加熱，可具優勢是，在相對於該可石墨化材料之該下降方向的逆流中或在該方向上的流動中，將氣體吹入該落下加熱區中。

如上述已指出，可能使用具有複數個製程空間且其複數個製程空間係時間平行運轉的石墨化爐。

就變化例A而言，具優勢是，該可石墨化材料之該等顆粒具有大於5 µm且小於3000 µm、小於2500 µm、小於2000 µm、小於1500 µm、小於1000 µm、或小於500 µm之平均顆粒直徑，或該可石墨化材料之該等顆粒具有5 µm至3000 µm、500 µm至2000 µm、或1000 µm至1500 µm之平均顆粒直徑。

為了有效運轉，具優勢是，決定該加熱區之該溫度，特別是在該加熱區之該上端處、及/或在該加熱區之大致該中段中、及/或在該加熱區之該下端處、及/或在存在的每個製程管之該材料柱處。如此，透過控制該加熱裝置使得補償非所需溫度變更，可迅速顧及該加熱區中的溫度波動。

在開始時所提到類型之該立式石墨化爐中，所指出之目的係透過以下達成： e)       至少一製程空間中的該加熱區包含一落下加熱區和一直立加熱區，其係構成使得在該直立加熱區中形成一材料柱，並可將已透過該入口饋入的可石墨化材料從該頂部滴流通過該落下加熱區到該材料柱上； 及/或 f)        存在一運輸系統，藉助其可在通過至少一製程空間並通過其加熱區的用於材料的一或多個容器中輸送可石墨化材料。

此最佳化該石墨化爐，尤其是就該等製程變化例C和D而言。

在這種情況下，具優勢是，在該運輸系統中，該進料輸送機和該輸出輸送機係構成使得其運輸裝有材料的用於材料的容器，且該運輸系統包含一製程空間輸送機，其係構成使得其將用於材料的容器從該入口輸送到該出口。

當該運輸系統為一迴路(loop)運輸系統並另外包含一連接輸送機(藉助其可將用於材料的容器從該輸出輸送機輸送到該進料輸送機)時，該立式石墨化爐可特別有效運轉。

該等用於材料的容器係優勢具有坩堝蓋的坩堝。

如前所示，具優勢是，在該石墨化爐中存在複數個製程空間。

再者，一溫度監控裝置是具優勢，藉助其可決定該加熱區之該溫度，特別是在該加熱區之該上端處、及/或在該加熱區之大致該中段中、及/或在該加熱區之該下端處、及/或在存在的每個製程管之該材料柱處。

圖1顯示立式石墨化爐10，其係用於生產用於陽極材料的多晶石墨12，其後將簡稱為爐10。微粒可石墨化材料14用作用於多晶石墨12之該生產的起始材料。可石墨化材料內含碳，其中非晶碳之轉化為多晶石墨在石墨化期間發生。可石墨化材料之範例係褐煤或硬煤，以及(視需要而定)聚合物。

可石墨化材料14之該等顆粒最好是具有小於3 mm之顆粒大小。可石墨化材料14之該等顆粒更好是具有大於5 µm且小於3000 µm、小於2500 µm、小於2000 µm、小於1500 µm、小於1000 µm、或小於500 µm之平均顆粒直徑。另一主張是，該等顆粒可具有5 µm至3000 µm、500 µm至2000 µm、或1000 µm至1500 µm之平均顆粒直徑。

爐10包含一製程管16，其具有由石墨製成的一外管壁18，在其內部空間20中容納一製程空間22，其定界垂直設置在該頂部處的一進入口區24、垂直設置在該底部處的一排出口區26，及設置在其間且其中可石墨化材料14之該等顆粒係石墨化成提供石墨12的一加熱區28。

因此，加熱區28之上端28a係界定出在進入口區24到加熱區28之該過渡處；加熱區28之下端28b係對應界定出在加熱區28到排出口區26之該過渡處。內部空間20或製程空間22最好是具有圓形橫截面。然而，替代性橫截面(例如橢圓形、正方形、或矩形)也可能。一般來說，外管壁18呈現內部空間20或製程空間22之該橫截面之該幾何形狀，並具有對應外橫截面；然而，這也可與之不同。

製程管16之進入口區24係在入口30處接合到用於可石墨化材料14的進料輸送機34之出口側32，其入口側36供應有來自用於材料的貯槽38的可石墨化材料14。在本發明作業範例中，進料輸送機34係構成使得其如此輸送可石墨化材料14，並特別是為此目的而配置為螺旋輸送機，如就其本身已知。製程空間22之排出口區24係對應接合到具有輸出輸送機44之入口側42的出口40 (藉助其所生成的石墨12係從排出口區26移開並排出)。在本發明作業範例中，輸出輸送機44係構成使得其因此輸送石墨12，為該目的，輸出輸送機44同樣構成為螺旋輸送機。然而，如眾所周知，這提供有輔助水冷卻機制。

進料輸送機34和輸出輸送機44係構成使得可形成到製程管16的氣密連接，也可隨著該周圍大氣之排除而進行運輸。為此目的，替代性運輸概念(諸如，例如星形進料器)、結合例如一輸送機帶或一振動滑道或其類似物的雙瓣片式系統也可能。

在加熱區28之該區域中，製程空間16係藉助用於該石墨化製程的加熱裝置46加熱到約2200°C至約3200°C、最好是至約3000°C，其在該等圖示中僅透過製程管16之該暗色畫細線區域指出。在實作上，加熱裝置46係電加熱裝置。舉例來說，製程管16之該壁厚係為此目的而在加熱區28之該區域中減少，使得製程管16由於該較高電阻而在其更有效加熱。加熱區28係由製程空間22之相連段界定出，其中通常存在基本上相同的石墨化溫度。

製程管16延伸通過上覆蓋壁50之通孔48並通過由例如鋼片製成的絕緣殼體56之下底部壁54之通孔52，以使製程管16之上端段16a在從絕緣殼體56的向上方向上突出，而製程管16之下端段16b在向下方向上突出。在覆蓋壁50和底部壁54之該內側上，有在每種情況下設置的最好是由硬石墨氈(felt)製成的板狀絕緣元件58，其具有在製程管16的該軸向上分段的通道60，這在每種情況下界定出分段區域62。具有較小橫截面的分段通道60之該各自區域係導向絕緣殼體56之覆蓋壁50或底部壁54，以使該等分段區域62彼此面向。該等絕緣元件58可為一體成型製成，或係由具有不同直徑的通孔的兩板狀元件形成，使得分段通道60整體形成。

一用於製程管16的由石墨製成的保護殼體64(例如保護管)係從覆蓋壁50上的絕緣元件58之分段區域62延伸到底部壁54上的絕緣元件58之分段區域62，使得分別在覆蓋壁50和底部壁54之該等通孔48和52之該方向上的該頂部和底部處開口的環形空間66係形成在製程管16與保護殼體64之間。

以保護殼體64為界的絕緣環形空間68、絕緣殼體56、及該等絕緣元件58係徑向形成在保護殼體64旁邊。在本發明作業範例中，此絕緣環形空間68係填充有碳黑(Carbon black)。

覆蓋壁50之通孔48係藉助上連接帽蓋70覆蓋。在本發明作業範例中，製程管16之上端段16a延伸通過上連接帽蓋70，使得上環形連接空間72係形成在絕緣殼體56之覆蓋壁50與製程管16之入口30之間；此環形連接空間72係經由通孔48和覆蓋壁50及上絕緣元件58之通道60流暢連接到環形空間66。

在一對應方式中，底部壁54之通孔52係藉助下連接帽蓋74覆蓋。在本發明作業範例中，製程管16之下端段16b延伸通過下連接帽蓋74，使得下環形連接空間76係形成在絕緣殼體56之底部壁54與製程管16之出口40之間；此環形連接空間76進而係經由底部壁54之通孔52及下絕緣元件58之通道60流暢連接到環形空間66。

在絕緣殼體56與該等連接帽蓋70和74之間的該等上和下過渡處，如眾所周知，存有殼體冷卻裝置78以保護設計為水冷卻的該等殼體組件。

該等環形連接空間72和76、環形空間66、及該等絕緣元件58之該等通道60形成氣體空間80，其為保護氣體系統82之一部分。

保護氣體系統82更包含一第一保護氣體進入口連接84.1，其在上連接帽蓋70上；及一第二保護氣體進入口連接84.2，其在下連接帽蓋74上，透過其可將一保護氣體吹入氣體空間80中。

由於該等絕緣元件58多孔且因此可透氣性，因此保護氣體從具有較小橫截面的該等通道60之該等區域中的氣體空間80擴散到該等絕緣元件58中，並進一步擴散到絕緣環形空間68中。在絕緣殼體56之覆蓋壁50處，存有保護氣體排出口連接86使得可排放該保護氣體。為促進，絕緣殼體56之底部壁54上也存在第三保護氣體進入口連接84.3，使得也可採目標式方式將保護氣體吹入絕緣環形空間66中。

製程管16周圍的該保護氣體為必要，因為可石墨化材料12之該石墨化在製程空間22中存在的惰性氣體大氣下發生。作為保護氣體，一般來說使用與該惰性氣體相同的氣體，以使製程管16之外管壁18之兩側上存在相同類型之氣體。然而，也可將不同氣體用作保護氣體並用作惰性氣體，只要該保護氣體也為惰性即可。舉例來說，可將氬氣、氮氣、或氦氣、或其混合物用作保護氣體並/或用作惰性氣體。

然後，為了將惰性氣體引進到製程空間22中，製程管16係在下端段16b處耦接到惰性氣體進入口連接88，透過其可將該惰性氣體吹入製程空間22中。製程管16之上端段16a係連接到排氣排出口連接90，以使可從製程空間22將與惰性氣體混合的該石墨化中所形成的氣體吸出作為排氣。在這種情況下，爐10因此以逆流運轉，其中該惰性氣體以與製程空間22中存在的該材料之該移動方向相反的方向流動通過製程空間22。另一主張是，可將惰性氣體進入口連接88設置在製程管16之上端段16a處，而可將排氣排出口連接90設置在製程管16之下端段16b處。在一進一步修飾例中，在每種情況下，惰性氣體進入口連接和排氣排出口連接可連接到製程空間22 (同時在該頂部處且在該底部處)，以使可視需要而定透過適當切換以逆流或以同向流執行該石墨化。在這些情況之每一者情況下，如眾所周知，該排氣在燃燒之後傳遞成熱。

在一進一步修飾例中，一氣體供應管可以向下方向從設置在上端段16a上的惰性氣體進入口連接88引導到材料柱94之填充高度92正上方，使得將惰性氣體吹入材料柱94上方的製程空間22中。

為了簡化，未個別顯示運輸保護氣體、惰性氣體、或排氣所需的運輸組件(如吹氣器、氣體泵浦、及其類似物)及相關聯管道，以及控制裝置。

然後，如下運轉爐10：

在首次啟動之前，首先必須將製程空間22及在那裡存在的該製程空間大氣脫離氧氣和濕氣，特別是由於空氣存在。為此目的，用該惰性氣體沖洗製程空間22，並用保護氣體沖洗氣體空間80以及絕緣環形空間68。

啟用加熱裝置46，並藉助進料輸送機34將可石墨化材料14饋入製程空間22中至填充高度92。然後，當啟用輸出輸送機44時，這首先將未完全反應的材料輸送出製程空間22，在加熱區28所獲得的石墨12到達輸出輸送機44之前，。

在該持續進行的石墨化製程中，藉助進料輸送機34將可石墨化材料14連續進料到製程空間22中，且從其所獲得的石墨12係藉助輸出輸送機44從製程空間22連續移除。在本說明書中，每時間單位(例如每分鐘)將與每時間單位(即可能每分鐘)排出的該石墨12量相同的可石墨化材料14量饋入，以使製程管92中的填充高度92維持大多恆定。因此，從材料管理整體觀點，爐10因此連續運轉。

在修飾例中，從材料管理的整體觀點，爐10係間續性運轉。在這種情況下，隨著同時引進和排出，藉助進料輸送機34將可石墨化材料14連續饋入製程空間22中，且從其所獲得的石墨12係在執行其中移開特定量之石墨12並替換為對應量之可石墨化材料14的材料替換運轉時，同時藉助輸出輸送機44從製程空間22連續移除。

在連續的爐運轉中，在任何情況下設定進料輸送機34和輸出輸送機44之該等輸送速度，使得可石墨化材料14在約3000°C的加熱區28中之駐留時間約為2至3小時。在這種情況下，可能已在加熱區28之下部區域中存在不再與可石墨化材料混合的石墨12。

在溫度約2700°C之加熱區28中，可石墨化材料14之該駐留時間可約為10至20小時。

圖1例示其中製程管16中的填充高度92對應於加熱區28之上端28a之該高度的製程程序。換言之，在整個加熱區28中形成從填充高度92向下並通過排出口區26延伸到製程管16之出口40的材料柱94。另一方面，僅可石墨化材料14穿過進入口區24，該可石墨化材料14在已透過入口30引進到製程空間22中之後從該頂部滴流通過進入口區24到材料柱94上，然後成為材料柱94之一部分。該用語「滴流」在本說明書係欲作為針對向下落下而與可能的技術參數(如塊體材料之流動性或其類似物)無任何關係的材料之一般用語。

圖2例示執行該製程之替代性方式，其中填充高度92係位於加熱區28之上端28a下方。因此，未在整個加熱區28中形成材料柱94。而是，在材料柱94 (即填充高度92)與加熱區28之上端28a之間形成落下加熱區96，其中可石墨化材料14從進入口區24在該頂部處進入並進一步滴流或落下通過落下加熱區94到材料柱94上，然後抵達材料柱94上並成為該後者之一部分。因此，可石墨化材料14在從該頂部向下落下時穿過落下加熱區96。

在此處所說明該運轉模式中，落下加熱區96係可石墨化材料14從該頂部向下以自由落下穿過的自由落下加熱區之類型。在本說明書中，相較於自由落下，製程管16中的該大氣在排氣排出口連接90之該方向上之該逆流流動可阻滯可石墨化材料14之該等顆粒之該落下，並因此可增加在落下加熱區96中的該駐留時間。在上述所討論該修飾例中，其中在製程管16之該底部處提供排氣排出口連接90，所以相較於自由落下，該氣流則可加快該可石墨化材料之該等顆粒之該落下速度，因此減少在落下加熱區96中的該駐留時間。

在未個別顯示的修飾例中，為了故意阻滯或加快可石墨化材料14之該等顆粒之該落下速度以便以目標式方式設定在落下加熱區96中的該駐留時間，可將惰性氣體視需要而定在逆流中或在該落下方向上的流動中以目標式方式吹入落下加熱區96中。

形成材料柱94的加熱區28之該區域係界定加熱區28所環繞的直立加熱區96。該用語「直立」僅係欲指出材料柱94因此存在大多穩定，即使材料柱94在爐10之運轉期間由於該引進材料並排出材料而改變。在落下加熱區96及在直立加熱區98中，至少基本上通常存在相同溫度。

在落下加熱區94中，可石墨化材料14在初始溫度較高於加熱區28之上端28a處具有填充高度92的材料柱94之情況下的滴流並到達材料柱94的同時已加熱。因此，可石墨化材料14之顆粒更迅速達到石墨化所必要該溫度。

在圖2所示該變化例中，落下加熱區96和直立加熱區98之每一者覆蓋約50%之加熱區28。在實作上，有效石墨化能夠在其中落下加熱區96覆蓋10%至60%、最好是20%至55%、更好是30%至50%、特別是30%、或該所例示50%之加熱區28的爐10中達成。

圖3顯示根據第二作業範例的爐10，其中兩製程管16.1和16.2延伸通過絕緣殼體56。此作業範例也例示進一步修飾例，其中存在兩個以上的製程管16，並採對應方式延伸通過絕緣殼體56。

在圖3中，為了簡化，並非所有組件和組成部件具有參考編號；對應於圖1和圖2中該等組件和組成部件的標示組件和組成部件係具有相同參考編號，其中視需要而定由對應指數.1或.2指出與第一製程管16.1或與第二製程管16.2的關聯。

在本說明書中，保護殼體64環繞兩製程管16.1、16.2，但也可能將分離的保護殼體64分配給製程管16.1、16.2之每一者。

圖3也顯示該等製程管16.1、16.2彼此接觸；然而，在圖4所示一修飾例中，該等製程管16.1、16.2也可彼此相隔一段距離，使得碳黑也設置在該等製程管16.1與16.2之間；適當修飾環形空間66。因此修飾該環繞的殼體及相關聯通道和開口。因此，存在有兩保護殼體64和環形空間66，且同樣有兩上連接帽蓋70和兩下連接帽蓋74，而每個帶有參考編號的出現兩次的所有組件未在該圖示中。

在圖3中所示該作業範例中，每個製程管16.1、16.2係分別在每個情況下分配分離的進料輸送機34.1和34.2，且分別在每個情況下分配分離的輸出輸送機44.1和44.2。在一修飾例中，也可僅存在單一進料輸送機34，其向兩製程管16.1、16.2供應材料。因此，也可僅存在單一輸出輸送機44，其從這兩製程管16.1、16.2接受石墨12並將其排出。

當存在兩個以上的製程管16時，單一進料輸送機34僅可向三個或多個製程管16中的僅有一者、一對、或群組、及視需要而定所有製程管16供應可石墨化材料14。以對應方式，在兩個以上的製程管16之情況下，單一輸出輸送機44可接受從三個或多個製程管16中的僅有一者、一對、或群組、及視需要而定所有製程管16所獲得的石墨12並將其排出。

當兩製程管16.1、16.2之每一者分配分離的進料輸送機34.1、34.2及分離的輸出輸送機44.1、44.2時，可向該等製程管16.1、16.2供應在相對加熱區28.1、28.2、或直立加熱區98中需要不同駐留時間的不同可石墨化材料14，其中在圖3中的製程管16.2之情況下，僅以直立加熱區98.2之形式顯示該後者。這指出不同製程管16.1、16.2也可採不同運轉模式運轉。

不論製程管16之該總數量為何，兩不同製程管16.1、16.2之該等加熱區28.1、28.2可具有相等或不同長度。當該等製程管16.1、16.2之每一者係隨著落下加熱區96來運轉，其該等長度及因此落下加熱區96與直立加熱區98之該相對長度比也可不同。

圖5例示爐10之一第三作業範例，其中並未將可石墨化材料14諸如塊體或可流動材料引進到製程空間22中，而是在用於材料的容器100中輸送通過製程空間22並通過加熱區28。在用於材料的容器100，其中僅三個帶有參考編號，在本發明作業範例中提供具有坩堝蓋104的坩堝102。一運輸系統106係構成使得填充有可石墨化材料14的用於材料的載體100可沿著透過入口30到製程空間22中的該路徑、從其通過製程空間22到出口40，並沿著透過出口40從製程空間22出來的該路徑輸送。

為此目的，運輸系統106包含進料輸送機34和輸出輸送機44，其在此作業範例中係構成使得其輸送裝有材料的用於材料的容器100。此外，運輸系統106包含一製程空間輸送機108，其同樣係構成使得其將裝有材料的用於材料的容器100輸送到製程空間22中，並將用於材料的容器100從入口30輸送到出口40。

此外，本發明作業範例中的運輸系統106是具有迴路運輸系統的設計，並為此目的包含一連接輸送機110，藉助其可將用於材料的容器100從輸出輸送機44輸送到進料輸送機34。

在本說明書中，進料輸送機34和輸出輸送機44係設計為旋轉輸送機112和114，其每一者包含一旋轉元件116或118，其可環繞一各自垂直旋轉軸120旋轉。製程空間輸送機108和連接輸送機110具有線性輸送機122和124的設計，為其目的，在每種情況下存在一具有動力推動元件124 (本說明書係採推動桿之形式)的推動裝置126。在製程空間輸送機108之情況下，推動元件128將已進入製程空間22的用於材料的容器100推動到進入口區24中。然後，此用於材料的容器100撞擊位於底下的用於材料的容器100，因此製程空間22中存在的所有用於材料的容器100進一步繼續推動一位置。為使此作用，在此時間點，在製程空間22之出口40處存在無用於材料的容器100的空位。

當用於材料的容器100穿過該路徑上的加熱區28通過製程空間22時，可石墨化材料14係石墨化成提供石墨12。在出口40處的用於材料的容器100裝有石墨12。當用於材料的容器100已抵達製程管16之出口40時，在入口30處形成空位，使得藉助進料輸送機34將裝滿可石墨化材料14的用於材料的容器100輸送到製程空間中。在本說明書中，在連接輸送機110之該運輸路徑之該端部處，在進料輸送機34上生成空位，然後藉助以相同於製程空間輸送機108的方式運轉的連接輸送機110將用於材料的空容器100推動到其中。當輸出輸送機44從製程管16取出裝滿石墨12的用於材料的容器100時，隨後出現在連接輸送機110之該入口處的空位藉助輸出輸送機44填充用於材料的空容器100。

進料輸送機34包含一裝料站130，藉助其可將一用於材料的空容器100可填充可石墨化材料14。輸出輸送機44包含一倒空站132，藉助其可從一用於材料的容器100取出石墨12。為了防止該爐大氣與外來大氣之污染，在此採用合適的鎖定設計。

在圖5所例示該等狀況下，在用於材料的容器100的四個容納定位上，該等旋轉元件116和118係設計成使得在每個步驟中進行環繞旋轉軸120旋轉90°。在這種情況下，在製程管16之入口30之前的一步驟，一用於材料的空容器100到達裝料站130，而在製程管16之出口40之後的一步驟，一用於填充石墨12的材料之容器100到達倒空站132。

在製程空間22中，在所說明的爐10之情況下間續輸送該等用於材料的容器100。在一修飾例中並採用對應所設計的運輸系統106，也可在製程空間22中連續輸送該等用於材料的容器100。

在上述所說明所有該等作業範例中，加熱區28中的該溫度或材料柱94之該溫度係藉助一溫度監控裝置監控。

為此目的，在加熱區28之上端28a處、及/或在加熱區28之大致該中段中、及/或在存在的每個製程管16之加熱區28之下端28b處決定該溫度。

作為替代例或此外，也可從材料柱94之填充高度92處上方進行溫度測量。

該等溫度測量最好是使用具有高溫計管(Pyrometer tube)的高溫計執行，如就其本身已知，其中該高溫計管之該測量端係設置在該各自測量定位處。該測量最好是在加熱裝置46之該側處執行。

為了加熱區28處的該測量，該高溫計管例如從該外側行進通過絕緣殼體56之該外壁及亦通過絕緣環形空間66，並通過保護殼體64之該壁到環形空間66中到製程管16之外管壁18之前。該相關聯高溫計係定位在保護殼體56之該外側上的該高溫計管之該自由端處。對應高溫計管最好是水平設置。在該製程管之該外側上，從以此方式所決定該溫度，該溫度可。

若要在材料柱94之填充高度92處的該頂部處執行測量，則高溫計管從上方延伸到製程管16中以在填充高度92正上方。然後，該高溫計管最好是垂直行進，且該高溫計係對應設置在該高溫計管上的該頂部處。然而，該高溫計管之水平設置也可能。然而，在這種情況下，該高溫計管也貫穿製程管16之外管壁18，並通到製程空間22中。

10:立式石墨化爐；石墨化爐；爐 12:石墨；多晶石墨 14:微粒可石墨化材料；可石墨化材料 16:製程管 16.1:製程管；第一製程管 16.2:製程管；第二製程管 16a:上端段 16b:下端段 18:外管壁 20:內部空間 22:製程空間；特定製程空間 24:進入口區 26:排出口區 28:加熱區 28.1,28.2:相對加熱區；加熱區 28a:上端 28b:下端 30:入口 32:出口側 34:進料輸送機 34.1,34.2:分離的進料輸送機 36,42:入口側 38:貯槽 40:出口 44:輸出輸送機 44.1,44.2:分離的輸出輸送機 46:加熱裝置 48、52:通孔 50:上覆蓋壁；覆蓋壁 54:下底部壁；底部壁 56:絕緣殼體 58:板狀絕緣元件；絕緣元件；上絕緣元件；下絕緣元件 60:通道；分段通道 62:分段區域 64:保護殼體 66:環形空間 68:絕緣環形空間 70:上連接帽蓋；連接帽蓋 72:上環形連接空間；環形連接空間 74:下連接帽蓋；連接帽蓋 76:下環形連接空間；環形連接空間 78殼體冷卻裝置 80:氣體空間 82:保護氣體系統 84.1:第一保護氣體進入口連接 84.2:第二保護氣體進入口連接 84.3第三保護氣體進入口連接 86:保護氣體排出口連接 88:惰性氣體進入口連接 90:排氣排出口連接 92:填充高度 94:材料柱 96:落下加熱區 98:直立加熱區 100:容器；載體 102:坩堝 104:坩堝蓋 106:運輸系統 108:製程空間輸送機 110:連接輸送機 112,114:旋轉輸送機 116,118:旋轉元件 120:垂直旋轉軸 122,124:線性輸送機 126:推動裝置 128:動力推動元件；推動元件 130:裝料站 132:倒空站

下面將借助附圖而更詳細解說本發明之各作業範例。附圖顯示： 圖1為根據一第一作業範例的立式石墨化爐，在該第一作業範例中，石墨化材料係從該頂部向下通過例示執行該製程之第一方式的製程空間的材料柱進行輸送； 圖2為圖1之該立式石墨化爐，其例示執行該製程之第二方式； 圖3為根據第二作業範例的立式石墨化爐，該第二作業範例具有平行運作的兩製程空間； 圖4為圖3之該作業範例之修飾例，其中平行運作的該製程空間彼此相距一定距離。 圖5為根據第三作業範例的立式石墨化爐，該第三作業範例具有針對用於材料(可石墨化材料位於其中)的容器的運輸系統。

10:立式石墨化爐；石墨化爐；爐

12:石墨；多晶石墨

14:微粒可石墨化材料；可石墨化材料

16:製程管

16a:上端段

16b:下端段

18:外管壁

20:內部空間

22:製程空間；特定製程空間

24:進入口區

26:排出口區

28:加熱區

28a:上端

28b:下端

30:入口

32:出口側

34:進料輸送機

36,42:入口側

38:貯槽

40:出口

44:輸出輸送機

46:加熱裝置

48,52:通孔

50:上覆蓋壁；覆蓋壁

54:下底部壁；底部壁

56:絕緣殼體

58:板狀絕緣元件；絕緣元件；上絕緣元件；下絕緣元件

60:通道；分段通道

62:分段區域

64:保護殼體

66:環形空間

68:絕緣環形空間

70:上連接帽蓋；連接帽蓋

72:上環形連接空間；環形連接空間

74:下連接帽蓋；連接帽蓋

76:下環形連接空間；環形連接空間

78:殼體冷卻裝置

80:氣體空間

82:保護氣體系統

84.1:第一保護氣體進入口連接

84.2:第二保護氣體進入口連接

84.3:第三保護氣體進入口連接

86:保護氣體排出口連接

88:惰性氣體進入口連接

90:排氣排出口連接

92:填充高度

94:材料柱

Claims (14)

1. 在具有定界加熱區(28)的至少一製程空間(22)的立式石墨化爐中的石墨生產製程，其中 a)  在該加熱區(28)中產生2200°C至3200°C、特別是2700°C至3200°C、最好是3000°C之溫度； b)  透過一入口(30)將微粒可石墨化材料(14)饋入該製程空間(22)中； c)  將可石墨化材料(14)輸送通過該製程空間(22)之該加熱區(28)，其中該可石墨化材料係石墨化成提供石墨； d)  透過一出口(40)從該製程空間(22)排出所獲得的石墨(12)； 其特徵在於， 在變化例A，使用顆粒具有小於3 mm之一顆粒大小的可石墨化材料(14)； 及/或 在變化例B，在一特定製程空間(22)之該整個加熱區(28)中形成一材料柱(94)，其中將已透過該入口(30)饋入的可石墨化材料(14)從該頂部滴流通過該製程空間(22)之一進入口區(24)到該材料柱(94)上； 及/或 在變化例C，在該加熱區(28)所環繞的一特定製程空間(22)之一直立加熱區(98)中形成一材料柱(94)，並將已透過該入口(30)饋入的可石墨化材料(14)從該頂部滴流通過同樣該加熱區(28)所環繞的一落下加熱區(96)到該材料柱(94)上； 及/或 在變化例D，在通過一特定製程空間(22)並通過其加熱區(28)的用於材料的一或多個容器(100)中輸送可石墨化材料(14)。
2. 如請求項1之製程，其特徵在於每時間單位饋入一特定製程空間(22)的可石墨化材料(14)量係相同於每時間單位從此製程空間(22)排出的該石墨(12)量。
3. 如請求項1或2之製程，其特徵在於將該可石墨化材料(14)連續或間續饋入一特定製程空間(22)中，並從此製程空間(22)連續或間續排出石墨(12)。
4. 如請求項1至3任一之製程，其特徵在於在變化例B中及/或在變化例C中，將該材料柱(94)之一填充高度(92)保持大多恆定。
5. 如請求項1至4任一之製程，其特徵在於在變化例C中，在相對於該可石墨化材料(14)之該下降方向的逆流中或在該方向上的一流動中，將一氣體吹動到該落下加熱區(96)中。
6. 如請求項1至5任一之製程，其特徵在於使用具有複數個製程空間(22)且其複數個製程空間(22)係在時間上平行運轉的一石墨化爐(10)。
7. 如請求項1至6任一之製程，其特徵在於該可石墨化材料(14)之該等顆粒具有大於5 µm且小於3000 µm、小於2500 µm、小於2000 µm、小於1500 µm、小於1000 µm、或小於500 µm之一平均顆粒直徑，或在於該可石墨化材料(14)之該等顆粒具有5 µm至3000 µm、500 µm至2000 µm、或1000 µm至1500 µm之一平均顆粒直徑。
8. 如請求項1至7任一之製程，其特徵在於決定該加熱區(28)之該溫度，特別是在該加熱區(28)之該上端(28a)處、及/或在該加熱區(28)之大致該中段中、及/或在該加熱區(28)之該下端(28b)處、及/或在存在的每個製程管(16)中的該材料柱(94)處。
9. 具有定界加熱區(28)的至少一製程空間(22)的立式石墨化爐，其包含 a)  一加熱裝置(46)，藉助其可在該加熱區(28)中產生2200°C至3200°C、特別是3000°C之溫度； b)  一進料輸送機(34)，藉助其可透過一入口(30)將微粒可石墨化材料(14)饋入該製程空間(22)中； 其中 c)  可將可石墨化材料(14)輸送通過該製程空間(22)之該加熱區(28)，其中該可石墨化材料係石墨化成提供石墨； d)  存在一輸出輸送機(44)，藉助其可透過一出口(40)從該製程空間(22)排出所獲得的石墨(12)； 其特徵在於 e)  至少一製程空間(22)中的該加熱區(28)包含一落下加熱區(96)和一直立加熱區(98)，其係構成使得在該直立加熱區(98)中形成一材料柱(94)，並可將已透過該入口(30)饋入的可石墨化材料(14)從該頂部滴流通過該落下加熱區(96)到該材料柱(94)上； 及/或 f)   存在一運輸系統(106)，藉助其可在通過至少一製程空間(22)並通過其加熱區(28)的用於材料的一或多個容器(100)中輸送可石墨化材料(14)。
10. 如請求項9之立式石墨化爐，其特徵在於該進料輸送機(34)和該輸出輸送機(44)係構成使得其輸送裝有材料的用於材料的容器(100)，且該運輸系統(106)包含一製程空間輸送機(108)，其係構成使得其將用於材料的容器(100)從該入口(30)輸送到該出口(40)。
11. 如請求項10之立式石墨化爐，其特徵在於該運輸系統(106)係一迴路運輸系統並包含一連接輸送機(110)，藉助其可將用於材料的容器(100)從該輸出輸送機(44)輸送到該進料輸送機(34)。
12. 如請求項9至11任一之立式石墨化爐，其特徵在於用於材料的該等容器(100)係具有一坩堝蓋(104)的坩堝(102)。
13. 如請求項9至12任一之立式石墨化爐，其特徵在於存在複數個製程空間(22)。
14. 如請求項9至13任一之立式石墨化爐，其特徵在於提供一溫度監控裝置，藉助其可決定該加熱區(28)之該溫度，特別是在該加熱區(28)之該上端(28a)處、及/或在該加熱區(28)之大致該中段中、及/或在該加熱區(28)之該下端(28b)處、及/或在存在的每個製程管(16)之該材料柱(94)處。

Images