特許 6621603 炭素質粒体の熱処理装置およびその方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6621603

(24)【登録日】2019年11月29日

(45)【発行日】2019年12月18日

(54)【発明の名称】炭素質粒体の熱処理装置およびその方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/05 20170101AFI20191209BHJP

   C01B 32/20 20170101ALI20191209BHJP

   F27B 1/09 20060101ALI20191209BHJP

【ＦＩ】

   C01B32/05

   C01B32/20

   F27B1/09

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-120264(P2015-120264)

(22)【出願日】2015年6月15日

(65)【公開番号】特開2017-1923(P2017-1923A)

(43)【公開日】2017年1月5日

【審査請求日】2018年4月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】591098798

【氏名又は名称】日本電極株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 啓永

(72)【発明者】

【氏名】蒲 雄一

(72)【発明者】

【氏名】戸田 晋次郎

【審査官】 小野 久子

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５２−００６３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１９４５８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 実開昭５８−１３５７００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭４６−００３４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−０５８２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１３５９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−０９０６０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ３２／００−３２／９９１

Ｆ２７Ｂ １／０９

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炉体の内部に投入した炭素質粒体を直接通電することにより熱処理を行う炭素質粒体の熱処理装置であって、
前記炉体の中心軸に沿って上下に配置される柱状の上部電極および筒状の下部電極と、
前記上部電極を囲うように前記下部電極の上端に電気的に接続される導電性の管状構造体と、を備え、
前記炭素質粒体の自重だけで充填した軽装充填時の粒体電気比抵抗と、前記炭素質粒体をタップ充填した後に所定の荷重をかけた時の粒体電気比抵抗との変化率を、（１−タップ充填時／軽装充填時）×１００と規定し、この変化率を７０％以下とすることを特徴とする炭素質粒体の熱処理装置。

【請求項2】

前記炉体の内部にガスを吹き込むためのガス吹込み部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の熱処理装置を用いたことを特徴とする炭素質粒体の熱処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭素質粒体に直接通電することにより連続的かつ均一に高温で炭素質粒体を熱処理する炭素質粒体の熱処理装置およびその方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

無煙炭、石油コークス、炭素質造粒体、金属酸化物と炭素の混合造粒体等の炭素質粒体の物理特性は加熱処理温度によって著しく変化するので、電極用原料や炭素質耐火物用の原料、電子材料あるいは電池材料などとして使用する場合には、均一な加熱処理が必要である。また、金属酸化物と炭素の混合品を熱処理により還元反応させて各種金属の炭化物を得る場合においても、狙った反応を確実にするためには均一に熱処理することが不可欠である。

【0003】

そこで従来から、無煙炭などの炭素質粒体を縦型電気炉内に投入し、炭素質粒体に直接通電することにより連続的に１５００℃〜２０００℃程度で加熱処理する方法が、電気焙焼技術として広く使用されている。また、３０００℃程度で均一に連続黒鉛化する方法が特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−１６７２０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来技術には、次のような課題があった。すなわち、電気焙焼に用いられる縦型電気炉によって連続加熱処理する装置では、熱効率が悪いことが問題となっていた。それに加えて、従来技術では処理温度のばらつきが大きく、均一な特性の熱処理回収物を得ることは難しかった。現在では、特性や品質に高水準なものが求められる傾向にあり、炭素質粒体に対する熱処理の均一性を高めることが急務となっている。

【0006】

また、炭素質粒体は、その充填度の変化等により電気比抵抗が変化し易い。炭素質粒体に直接通電することにより連続的に加熱処理する技術では、その電気比抵抗の変化は電流の経路に影響を与えることになる。その結果、炭素質粒体が充填されている炉体内に電流が局所的に流れる現象、すなわち偏流が発生する可能性がある。

【0007】

直接通電方式の炉内において偏流が発生した場合、炭素質粒体を均一に加熱処理することができなくなるだけでなく、偏流箇所が著しく高温となることがある。このように局所的に著しい高温部が生じると、炉内の炭素質粒体において、炭素の昇華が起こる。その結果、電極の局所的な消耗を引き起こしたり、昇華したガスが冷えて凝結し、いわゆるブリッジ部ができてしまい、炉内閉塞を引き起こす。炉内に炭素質粒体の閉塞が発生すると、連続操業を継続することは困難となり、生産性が低下した。

【0008】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、直接通電方式の炉内に偏流や炉内閉塞が発生することなく、均一に高温で炭素質粒体の熱処理を長期にわたり継続することができ、生産性及び作業性の向上を図った炭素質粒体の熱処理装置およびその方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明は、炉体内へ投入した炭素質粒体を直接通電することにより熱処理を行う炭素質粒体の熱処理装置であって、次の構成要素（１）〜（３）を有している。
（１）前記炉体の中心軸に沿って上下に配置される柱状の上部電極および筒状の下部電極と、
（２）前記上部電極を囲うように前記下部電極の上端に電気的に接続される導電性の管状構造体と、を備える。
（３）前記炭素質粒体の自重だけで充填した軽装充填時の粒体電気比抵抗と、前記炭素質粒体をタップ充填した後に所定の荷重をかけた時の粒体電気比抵抗との変化率を、（１−タップ充填時／軽装充填時）×１００と規定し、この変化率を７０％以下とする。

【0010】

また、本発明は、前記炉体の内部にガスを吹き込むためのガス吹込み部を設けるようにしてもよい。さらに、本発明は、上記の熱処理装置を用いた炭素質粒体の熱処理方法もその一態様である。

【発明の効果】

【0011】

本発明においては、下部電極の上端に導電性の管状構造体を電気的に接続し、この管状構造体が上部電極を囲むので、通電時には炉内に満たされた炭素質粒体を介して、上部電極および下部電極間ならびに上部電極および管状構造体間に電流が流れて炭素質粒体自身が抵抗発熱し、下部電極の上端部付近に、高温で均一な加熱帯を形成することができ、炭素質粒体に対する均一な熱処理を長期にわたり安定して継続可能となり、生産性及び作業性が大幅に向上した。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施形態の構成図。

【図2】第１の実施形態に用いる測定装置の構成図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（１）第１の実施形態
［構成］
以下、本発明の第１の実施形態に係る炭素質粒体の熱処理装置について、図１および図２を参照して具体的に説明する。図１に示すように、本実施形態は、縦型電気炉である炉体１１の内部に炭素質粒体Ａを投入し直接通電しながら、炉体１１内部を炭素質粒体Ａが徐々に降下することにより、炭素質粒体Ａの熱処理を連続的に行う炭素質粒体の熱処理装置である。この熱処理装置には、上側に炉体１１を含む熱処理部１０が設けられ、その下側に熱処理した炭素質粒体Ａを冷却するための冷却部２０が取り付けられている。

【0014】

炉体１１は、耐火物で内張りされた円筒状の炉殻からなり、その中心軸上の位置に円柱状の上部電極１２が配置されている。上部電極１２には長手方向（図１の上下方向）に貫通して、ガス吹込み孔１６が形成されている。また、炉体１１の上部には炭素質粒体Ａの投入口１７が形成されている。

【0015】

炉体１１内の中心軸上の位置には上部電極１２に対向し且つ所定の距離だけ離して、下部電極１３が配置されている。下部電極１３は、円筒状であり、上部の開口部から炭素質粒体Ａが入って内部を排出量に応じた速度で降下してゆき、下部の開口部から炭素質粒体Ａが排出されるようになっている。

【0016】

下部電極１３の上部には上部電極１２を囲うようにして導電性の管状構造体１４が配置されている。管状構造体１４内には投入口１７から投入された炭素質粒体Ａが充填される。管状構造体１４内の炭素質粒体Ａは、上部の開口部から入って内部を排出量に応じた速度で降下してゆき、下部の開口部から下部電極１３内へと流入するようになっている。管状構造体１４は、下部電極１３の上端部と支持リング１５によって電気的に接続されている。したがって、上部電極１２及び下部電極１３が通電されると、管状構造体１４の上端部から下部電極１３の上部の開口部にかけて加熱帯が形成されることになる。また、管状構造体１４の内径は下部電極１３の内径よりも大きく設定されている。

【0017】

冷却部２０には、円筒形の水冷ジャケット２１と、それと一体的に取り付けられたフード部２２が設けられている。水冷ジャケット２１の下方でフード部２２の内部には、下部電極１３の下端部に近接して水冷盤２３が設置されている。フード部２２は上側がディスク状、下側が漏斗状に形成されており、下部には小径の排出部２４が設けられている。

【0018】

水冷ジャケット２１及び水冷盤２３の内部には冷却水が流れる配管（図示せず）が配置されている。水冷盤２３は、水冷ジャケット２１を通過してきた炭素質粒体Ａを受け止めるようになっている。水冷盤２３の上面部には回転羽根（図示せず）が設置されており、排出部２４からの炭素質粒体Ａの排出量はこの回転羽根によって定量管理されている

【0019】

また、上部電極１２に形成されたガス吹込み孔１６に加えて、水冷ジャケット２１の上端部付近にもガス吹込み孔２５が設けられている。本実施形態においては、これらのガス吹込み孔１６、２５から、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを、下部電極１３及び管状構造体１４内部へ吹き込むようになっている。

【0020】

ところで、冷却部２０の排出部２４から排出され、回収された熱処理後の炭素質粒体Ａつまり熱処理回収品については、その目的に応じて真比重、灰分や電気比抵抗、あるいは蛍光Ｘ線やＩＣＰ分析法による元素分析や黒鉛のＸ線回折法による分析などによって、熱処理回収品の特性を評価する。

【0021】

本実施形態では、熱処理回収品の特性の一つである、均一性について評価するものとする。この場合、熱処理回収品の均一性を評価する簡易的な方法としては、熱処理回収品を粉末状とし電気比抵抗を測定する方法が便利である。粉末状とした熱処理回収品の電気比抵抗なので、これを粉末抵抗と呼ぶこととする。粉末抵抗は材料の種類や粒度、熱処理温度に大きく依存する。したがって、任意に採取した複数の熱処理回収品の粉末抵抗の変動係数（標準偏差/平均値×１００）を求めて、これにより熱処理回収品の均一性を評価することが有効である。

【0022】

[粉末抵抗の測定法]
ここで、図２を用いて、炭素質粒体Ａの粉末抵抗を測定する測定装置の構成について説明する。炭素質粒体Ａを粉砕あるいは解砕し粉末状とした試料１を、管内断面積Ｓ（ｍｍ^２）の絶縁性のシリンダー２に投入し、押し棒３を上から差し込み一定の荷重をかける。本実施形態では荷重を３０ｋｇｆ/ｃｍ^２した。その状態で押し棒と底板４の間に電流Ｉ（Ａ）を流し、その間の電圧測定用端子間Ｈ（ｍ）の電圧Ｅ（Ｖ）を測定する。粉末抵抗ｒ（Ωｍｍ２/ｍ）は、次の式（１）により計算する。
（数１）
ｒ＝（Ｅ×Ｓ）／（Ｉ×Ｈ） …（１）

【0023】

[炭素質粒体]
本実施形態では、炭素質粒体Ａが直接通電されることによりジュール熱を発生し、加熱処理される。炭素質粒体Ａとしては、無煙炭、カルサイン石炭コークス、カルサイン石油コークス、人造黒鉛およびこれらの混合物や造粒体、金属酸化物と炭素の混合造粒体などが使用することが可能である。

【0024】

炭素質粒体Ａの導電性は電気比抵抗を測定して評価する。この炭素質粒体Ａの電気比抵抗つまり粒体の抵抗を、以下では粒抵抗と呼ぶこととする。前述した粉末抵抗は、熱処理をした後の回収品の特性を評価するための指標であったが、これに対して、粒抵抗は、熱処理装置に投入される前段階の炭素質粒体Ａの導電性を評価するための指標である。

【0025】

粒抵抗は、粒体Ａを構成する炭素質粒子自身の電気比抵抗のみならず、粒子間の接触点に起因する接触抵抗が大きく影響する。すなわち、炭素質粒体Ａの形状、表面状態、粒度分布、充填度の影響を受けて、炭素質粒体Ａの粒抵抗は大きく変化する。そこで本実施形態では、軽装充填時とタップ充填時との炭素質粒体Ａの状態の違いに着眼し、軽装充填時の炭素質粒体Ａの粒抵抗と、タップ充填時の炭素質粒体Ａの粒抵抗との変化率を、７０％以下と規定している。変化率は（１−タップ時／軽装時）×１００から求める。

【0026】

軽装充填とは、単に炭素質粒体Ａの自重だけで炭素質粒体Ａを、絶縁性の容器内に投入した状態を指す。軽装充填時の炭素質粒体Ａの状態は、材料である炭素質粒体Ａを管状構造体１４内に投入した初期状態を想定したものである。

【0027】

タップ充填とは、充填密度が飽和するまで測定装置全体を上下動させることにより、炭素質粒体Ａを、絶縁性の容器内に充填した状態を指す。また、タップ充填時の粒抵抗測定では、管状構造体１４内で炭素質粒体Ａにかかる荷重相当の荷重をかけて測定している。本実施形態では荷重を０．１ｋｇｆ/ｃｍ^２とした。タップ充填時の炭素質粒体Ａの状態は、材料である炭素質粒体Ａが管状構造体１４内を降下してその中央部に達した状態を想定したものである。

【0028】

炭素質粒体Ａは適度な導電性を有することが望ましいが、著しく導電性に劣る場合であったとしても、不導体でない限り、通電運転時には管状構造体１４を介して、炭素質粒体Ａには電流が流れることになる。そのため、炭素質粒体Ａには、管状構造体１４内に入った段階で、抵抗発熱による熱処理が始まる。

【0029】

ところで、本実施形態の通電運転時は管状構造体１４の上部開口部付近の温度は１０００℃とする。従って、著しく導電性に劣る炭素質粒体Ａの場合は、材料を１０００℃で加熱処理し、その後で当該材料の抵抗を測定すれば、本実施形態における炭素質粒体Ａの投入適否を、事前に評価することが可能である。具体的には、窒素ガスなどの還元雰囲気で、炭素質粒体Ａを１０００℃で熱処理し、室温まで冷却した後、炭素質粒体Ａの粒抵抗を測定する。

【0030】

[粒抵抗測定]
炭素質粒体Ａにおける粒抵抗の測定原理は、前述した粉末抵抗のそれと同様である。断面積Ｓ（ｍ^２）の絶縁性の器に炭素質粒体Ａを入れ、電流端子を通じて炭素質粒体Ａに電流を流し、間隔Ｌ（ｍ）で設置した端子間の電気比抵抗ｒ（Ω）を測定する。炭素質粒体Ａの粒抵抗Ｒ（Ωｍ）は、次の式（２）によって求まる。
（数２）
Ｒ＝ｒ×Ｓ／Ｌ …（２）

【0031】

[運転方法]
本実施形態では、最初から処理対象とする炭素質粒体Ａで炉体１１内を満たしたうえで通電して昇温するのは、時間的、電力的に無駄が多い場合がある。そこで、あらかじめ導電性のある材料、例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度のカルサイン石油コークス塊などを炉体１１内に満たし、その後で上部電極１２および下部電極１３を通電することにより、管状構造体１４の上部開口部付近を１０００℃程度にまで上げておくことが好ましい。

【0032】

このような状態にすることで、最初期に炉体１１に投入される炭素質粒体Ａは、１０００℃程度に昇温された予熱状態の中に投入されることになる。また以後、新規に連続して管状構造体１４へ投入された炭素質粒体Ａは、既存の炭素質粒体Ａからの熱の伝達や輻射によって予熱されることになる。これらの予熱によって、炉体１１内に投入される全ての炭素質粒体Ａはさらに良好な導電性が発現することが可能となる。したがって、炭素質粒体Ａは継続的に効率良く通電がなされ、連続的な熱処理が可能となる。

【0033】

［実施例］
本実施形態の作用および効果を説明するために、本実施形態の特徴を有する実施例と、本実施形態には包含されない比較例について表１にまとめた。粉末抵抗の変動係数は、得られた熱処理回収物から任意に１０点のサンプルを採取して求めたものである。既に述べたように粉末抵抗とは、熱処理回収品の特性を評価するための指標である。
（表１）

【0034】

（実施例１、２および比較例１、２）
実施例１、２および比較例２では、下部電極１３上端に対し管状構造体１４が支持リング１５により電気的に接続されている。一方、比較例１では、支持リング１５がなく下部電極１３に管状構造体１４が接続されておらず、下部電極１３上部付近に管状構造体１４を単に設置しただけである。比較例１は図１に示した熱処理装置ではあるが、一部が異なるものである。すなわち、実施例１および比較例１とは、下部電極１３上端への管状構造体１４の接続の有無が異なるだけであり、他の条件は同じである。

【0035】

このような実施例１、２および比較例１、２では、真比重２．０２、灰分０．４％、揮発分０．６％のカルサイン石油コークスを炭素質粒体Ａとして使用し、図１に示した本実施形態の熱処理装置で３０〜１００リットル/ｍｉｎの窒素ガスを導入しながら、１時間当たり１００ｋｇの処理速度連続熱処理を行った。また、実施例１、２の熱処理温度は２１００℃、３０００℃とし、比較例１、２の熱処理温度は２１００℃、３０００℃とした。

【0036】

炭素質粒体Ａの粒径は実施例１と比較例１が１０〜２０ｍｍ、実施例２が３〜３５ｍｍ、比較例２は０．３〜３０ｍｍであり、ＪＩＳ８８１５に準じてふるい分け試験を行い、平均粒径（ｄ５０）を測定した。平均粒径（ｄ５０）は、実施例１と比較例１が１４ｍｍ、実施例２が２０ｍｍ、比較例２は１２．５ｍｍであった。

【0037】

また、実施例１、２は、炭素質粒体Ａの粒抵抗の電気比抵抗の変化率が７０％以下である。すなわち、実施例１、２における粒抵抗抗の変化率はそれぞれ、５６％、６７％である。一方、比較例２では、炭素質粒体Ａの粒抵抗の電気比抵抗の変化率が７１％である。

【0038】

表１に示したように、実施例１、２の各粉末抵抗の変動係数はそれぞれ、１．８、４．２と、いずれも５以下であった。したがって、実施例１、２では、安定した運転が可能であり、得られた熱処理物においても均一な熱処理がなされていることが判明した。一方、比較例１、２においては、粉末抵抗の変動係数はそれぞれ、３１．７、３８．３であり、均一に所望の熱処理ができなかったことを示している。また、比較例１、２においては、炉体１１内の閉塞により安定した運転ができなかった。さらに、比較例２においては、運転後の炉体１１を観察したところ、上部電極１２に偏流によると思われる著しい消耗が認められた。

【0039】

（実施例３および比較例３）
実施例３では、実施例１と同様のカルサイン石油コークスをボールミルで粉砕し、全量７５μｍ以下の粉体とした。この粉体に対し、バインダーとして外割りでコーンスターチ粉６％とポリビニールアルコール２％を加え双腕型ニーダーで混練後、ディスクペレッターにて造粒し直径１０ｍｍ、長さ１５ｍｍの造粒体とした。

【0040】

この造粒体を電熱式乾燥機で１７０℃で乾燥して炭素質造粒体Ａを得た。これを実施例３とする。この炭素質粒体Ａの生産過程でハンドリング等が適切でない場合、一部損傷し欠片が生じることになる。そこで、欠片が生じた炭素質粒体Ａを比較例３として用意した。平均粒径（ｄ５０）は、実施例３が９ｍｍ、比較例３が６ｍｍであった。これら炭素質粒体Ａを使用して、実施例１と同様に２４００℃で連続熱処理を行った。

【0041】

ところで、実施例３および比較例３の炭素質粒体Ａは導電性に乏しいため、粒抵抗を測定する場合には別途熱処理が必要となる。粒抵抗測定用に各炭素質粒体Ａを約３０ｋｇ採取し鉄製の容器に入れ、電気炉で窒素ガス雰囲気下で１０００℃で熱処理した。室温まで冷却した後、炭素質粒体Ａの粒抵抗を測定した。その結果、実施例３における粒抵抗の変化率は６１％であり、一方、比較例３の炭素質粒体Ａの粒抵抗の変化率が７２％であった。粒抵抗測定用に１０００℃熱処理した炭素質粒体Ａは、連続熱処理には使用しない。

【0042】

その結果、実施例３においては安定した運転が可能で、得られた熱処理回収品の粉末抵抗の変動係数が４．３であり、均一なものであった。一方、比較例３においては炉体１１内の閉塞により安定した運転ができず、粉末抵抗の変動係数は１６．２であり、得られた熱処理物は不均一なものであった。

【0043】

（実施例４）
実施例４では、真比重１．４２、灰分５％、揮発分５．５％、粒径６〜１８ｍｍの無煙炭を、炭素質粒体Ａとして使用し、図１に示した本実施形態の熱処理装置で、１時間当たり２００ｋｇの処理速度連続熱処理を行った。実施例４においては安定した運転が可能で、粉末抵抗の変動係数が４．８であり、得られた熱処理物も均一なものであった。

【0044】

（実施例５）
実施例５では、真比重２．２の人造黒鉛と真比重４．２の酸化チタンをそれぞれ６５％、３５％で混合し、振動ボールミルで粉砕し、７μｍの粉体とした。この粉体に対しバインダーとして外割りで２０％の液状フェノール樹脂KC1300（群栄化学製）を加え双腕型ニーダーで混練後、ディスクペレッターにて造粒し直径１５ｍｍ、長さ１５ｍｍの造粒体とした。

【0045】

この造粒体を焼成炉で５００℃で熱処理し炭素質粒体Ａを得た。この炭素質粒体Ａを使用して図１に示した熱処理装置で１時間当たり１００ｋｇの処理速度で連続熱処理を行った。その結果、熱処理過程でTiO２＋３C→TiC＋２COの反応が進行し、連続して炭化チタンを得ることができた。炭化チタンの生成度合は安定しており、粉末抵抗の変動係数も４．５であった。

【0046】

［作用および効果］
以上のような第１の実施形態の作用および効果は次の通りである。
（１）本実施形態では、炉体１１上部より投入された炭素質粒体Ａが、炉体１１の内部に満たされ、上部電極１２および下部電極１３によって炉体１１内の炭素質粒体Ａに直接通電する。そのため、炭素質粒体Ａ自身が抵抗発熱して加熱処理が行われる。電極１２、１３の通電時は、炭素質粒体Ａを介して上部電極１２と下部電極１３の間に電流が流れることになるが、下部電極１３の上端には導電性の管状構造体１４を電気的に接続しているので、ここにも電流が流れる。

【0047】

つまり、上部電極１２と管状構造体１４との間にも炭素質粒体Ａを介して電流が流れる。その結果、炭素質粒体Ａが管状構造体１４内を降下していく過程で、徐々にまんべんなく抵抗発熱による熱処理を行うことができる。このため、均一な特性の熱処理回収物を得ることができ、高水準な特性や品質を求めるニーズに応えることができる。

【0048】

また、炭素質粒体Ａがまんべんなく徐々に均一に熱処理されるので、急激な温度上昇が抑制され炭素質粒体Ａが充填された管状構造体１４内に偏流が発生することがない。このため、炭素の昇華による電極の局所的な消耗もなく、昇華したガスが冷えて凝結したブリッジ部ができることもないので炉体１１内の閉塞もない。これにより、管状構造体１４から下部電極１３に向かって炭素質粒体Ａがスムーズに流れることになり、安定した連続操業を長期にわたり継続することが可能となり、優れた生産性を得ることができる。

【0049】

（２）本実施形態では、管状構造体１４の上端から下部電極１３の上部の開口部にかけて加熱帯を形成するが、管状構造体１４の内径は下部電極１３の内径よりも十分に大きく設定されている。そのため、管状構造体１４が接続された下部極電極１３上端付近の領域を大きくすることができ、高い温度で均一な状態の、大きな加熱帯を実現することができる。

【0050】

したがって、排出速度に応じた速度で降下してきた全ての炭素質粒体Ａは、この高温且つ均一で大きな加熱帯を必ず経て熱処理されることとなり、炭素質粒体Ａの最終的な処理温度を、安定化することができる。しかも、本実施形態においては直接通電方式であるため、電流制御などにより設定した所望の温度に保つことが容易であり、温度精度が極めて良好である。したがって、炭素質粒体Ａの最終的な処理温度を、正確に制御することが可能である。

【0051】

（３）炭素質粒体Ａが管状構造体１４内を降下して上部から下部に至る過程で、その流下状況によっては、水平方向における炭素質粒体Ａの充填度に、差異が生じる場合もある。しかし、本実施形態では、炭素質粒体Ａの軽装充填時とタップ充填時における粒抵抗の変化率を、７０％以下としている。そのため、偏流の発生を抑制することができ、均一な加熱処理と炉内閉塞を確実に防止することができる。したがって、生産性の高い効率的な長期間の均一加熱処理連続操業の実現に寄与することができる。

【0052】

（４）さらに本実施形態においては、上部電極１２にガス吹込み孔１６を形成し、これに加えて、水冷ジャケット２１の上端部付近にもガス吹込み孔２５を設けている。そして、これらのガス吹込み孔１６、２５から、アルゴンガスなどの不活性ガスを、下部電極１３及び管状構造体１４の内部に吹き込むことができる。このとき、下部電極１３及び管状構造体１４の内部へ吹き込まれるガスは、炭素質粒体Ａの流下とは逆向きに、下部電極１３及び管状構造体１４の内部を上昇するように流れる。

【0053】

したがって、ガス吹込み孔１６、２５からのガスは、熱処理に伴って炭素質粒体Ａから揮散するガスを、下部電極１３及び管状構造体１４の下部から上部に向かって効果的に排出することが可能である。その結果、熱処理装置の連続操業を長期にわたり継続することができ、生産性がいっそう向上した。

【0054】

（５）下部電極１３の下側に炭素質粒体Ａを冷却する冷却部２０を備えているので、迅速に炭素質粒体Ａを冷却することができ、熱処理した炭素質粒体Ａを効率良く回収することが可能である。これにより、熱処理回収品の生産性をより高めることができる。

【0055】

［他の実施形態］
上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上部電極は円柱状ではなく角柱状であってもよい。上部電極の先端形状は限定されないが、半球状あるいは円錐状が好ましい。下部電極も円筒状ではなく、角型の筒状であってもよい。これらの電極は炭素質、黒鉛質の何れも使用可能であるが、人造黒鉛電極が好ましい。

【0056】

また、管状構造体の形状や材質なども適宜変更可能である。例えば、管状構造体の内壁部に炭素質粒体が下部電極に向かって滑るように傾斜部を設けるようにしてもよい。この傾斜部は管状構造体の上端面から下端面にわたり均一に設けてもよいし、管状構造体の中ほどから下端面にかけて設けるようにしてもよい。このような実施形態によれば、炭素質粒体が管状構造体から下部電極へとスムーズに降下することができ、炭素質粒体の熱処理を高品位に実施することが可能となる。

【0057】

管状構造体の最大内径と下部電極の内径との比率あるいは管状構造体の最大内径と上部電極の外径との比率なども、管状構造体から下部電極へ炭素質粒体がスムーズに流れる範囲であれば、適宜選択可能である。上部電極と下部電極との距離に関しても、電極の消耗が少なく、管状構造体から下部電極へ炭素質粒体がスムーズに流れる範囲であれば、適宜変更可能である。また、管状構造体を下部電極に接続する接続リングに関しても、その形状や構成などは管状構造体や下部電極に対応して適宜変更可能である。さらには、下部電極や管状構造体の内部にガスを吹き込むガス吹込み部を、管状構造体や炉体自体に設けるようにしてもよい。

【0058】

粉体を造粒して炭素質粒体とする場合のバインダーとの配合方法、混練方法などは任意であり、例えば双腕型バッチ式ニーダーなどが使用できる。バインダーの種類は適宜選択可能であり、でんぷん粉やピッチ、固形レジン、コールタールや液状レジンなど、炭化時において結合性を有する材料であれば良く、さらには複数種を組み合わせて使用してもよい。例えば、でんぷん粉としては、小麦でんぷん、米でんぷん、豆類でんぷん、いも類でんぷんなどが、またそれらをα化したでんぷん粉がバインダーに使用することができる。さらに造粒方法も任意であり、例えばディスクペレッターなどの造粒機が使用できる。

【符号の説明】

【0059】

１ 試料
２ シリンダー
３ 押し棒
４ 底板
５ 電気抵抗測定器
１０ 熱処理部
１１ 炉体
１２ 上部電極
１３ 下部電極
１４ 管状構造体
１５ 支持リング
１６、２５ ガス吹込み孔
１７ 投入口
２０ 冷却部
２１ 水冷ジャケット
２２ フード部
２３ 水冷盤
２４ 排出部
Ａ 炭素質粒体

【図1】

【図2】