專利名稱：碳素件石墨化工藝過程和設備發明背景的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種使碳素件石墨化的工藝過程，這些碳素件首尾相接成一線，形成一水平成串件，此成串件按送進工序沿軸向通過一石墨化爐，送進距離不小于一件碳素件的長度。在所述爐中，成串件全長的至少一部分以通過電流方式加熱到石墨化溫度。在順次的兩次送進之間，由于在爐體的出口端移走了至少一個已石墨化了的碳素件，所述成串件即變短。在爐體的進口端，由于添加了至少一個待石墨化的碳素件，而使成串件變長。本發明還涉及一種實現此工藝過程的設備。
準備石墨化的已預燒過的碳素件首尾相接成一線，形成一成串件，此成串件被送進到石墨化爐中，在其中通過電極通以電流，這樣即可通過焦耳效應，將碳素件加熱到要求的石墨化溫度。為了在石墨化爐中不出現氧化性氣氛，在爐中或充以惰性氣體或裝入碳粒。裝入碳粒的好處是，如果成串件水平放置，碳粒即可將它支撐住而不會下沉。缺點是，裝入的碳粒與成串件一起被加熱，從而需要更多的能源。當碳粒的溫度提高后，它們的導電性將提高，這樣便在填充物件中形成與成串件平行的導電層。
使用碳粒作為成串件的缺點可以這樣來避免，即在石墨化爐中以惰性氣代替所述填充物。但在這種情況下，成串件中的碳素件將不得不借助其它種方法予以合宜的支持，因為成串件不再由粒狀填充物所支持。因為成串件在一個充有惰性氣的爐中不由粒狀填充物支持，所以很難對一移動中的成串件通以電流。成串件連續通過石墨化爐的方案，只是以使用填充有碳粒的石墨化爐披露出來(EP-B-O121530)。在此已知的工藝過程中，成串件在爐中是按工序通過的，在每次送進之后，在爐體的出口端由于移走了一件已石墨化了的碳素件，而使成串件縮短。而在爐體的進口端，由于添加一件待石墨化的碳素件而使成串件變長。當成串件移動時，它是由抓持頭夾持的，抓持頭安裝在爐體的兩端，成串件由所述抓持頭推動進行軸向移動，其距離等于一件碳素件的長度。之后，抓持頭自成串件端面處脫開，從而使成串件能分別變短和變長。在順次的兩次送進之間，成串件上不施加軸向壓力是沒有什么影響的，因為成串件是由碳粒填充物支持的，還由于在順次的兩次送進之間，電流已被切斷，這樣，便不需要將碳素件擠在一起以便在相鄰的碳素件之間能導電。填充物中的碳粒可在電極之間比較簡單地形成導電層，爐中的電極徑向地伸向成串件。由于碳粒的溫度提高之后，在靠近電極處便具有了適宜的導電性，這樣，電流便可通過端子通過來。端子在成串件的整個長度上是這樣分布的，即在預熱區、石墨化區和冷卻區是有差別的。在冷卻區有一些散熱片伸入到爐體內部，以便將熱量從冷卻區更多地傳送出去。但是這種結構無法消除由于使用碳粒填充物造成的缺點。此外，這種對成串件的良好支撐作用將會增加對成串件送進運動的阻力，而成串件的表面，由于成串件在送進過程中與碳粒接觸而可能受損。
本發明的一個目的是改進一種工藝過程，這種工藝過程是上面首先說明的那種，它用于使碳素件石墨化，由碳素件構成的成串件，能夠以較少的能量連續地進行石墨化，爐中不需要使用碳粒填充物。
按照本發明，上述目的已實現，成串件將通過爐體，爐體中充滿惰性氣體，成串件在軸向方向上被夾持，并在其中形成軸向壓力，此壓力足可以使成串件自持。在順次的兩次送進工序之內，當成串件變短和變長時，此軸向的壓力仍然存在。
因為當一件已石墨化了的碳素體，在爐體的出口端從成串件上移走時，以及一件準備石墨化的碳素件，在爐體的進口端添加到成串件上時，能夠使成串件自持的軸向壓力仍然存在，所以成串件能夠連續地按工序被送入并通過石墨化爐，雖然所述爐中并沒有碳粒填充物。由于這個原因，爐中可充入一種惰性氣體，這樣便可以避免由于使用碳粒填充物帶來的缺點，同時，由于不需要加熱粒狀填充物，因而減少了能量消耗。以在軸向夾持成串件方式而使其能自持的，為實現這種夾持所需要的壓力，必須低于碳素件的抗壓強度。令人驚奇地發現，即使成串件相當長時，這種要求也能滿足。由于這個原因，便有可能使成串件具有這樣的長度，即成串件所顯現的電阻足夠使施加的合理電源電壓產生的電流，能達到額定的電流值。在成串件中產生的軸向壓應力，還可對已石墨化了的碳素件中的晶粒取向，產生人們期望的影響。
如果成串件在石墨化爐中移動并順次通過預熱區、石墨化區和冷卻區時，則成串件在冷卻區中散發的熱量有可能被利用去預熱成串件。這時可使惰性氣體以與成串件送進方向相反的方向流過石墨化爐，并使惰性氣體對石墨化區旁路。這樣，在預熱區便可將所述惰性氣在冷卻室中自成串件上吸收的熱的一部分，傳送給成串件。因為已使惰性氣對石墨化區旁路，因而在石墨化區中對成串件進行的熱處理，將不會受來自冷卻區的惰性氣的不利影響，而惰性氣也不會自石墨化區中為熱交換被抽出。
在本發明的范疇內，如果對自預熱區中抽出的惰性氣體進行凈化和冷卻，然后再循環流到石墨化爐的冷卻區，便可形成特別理想的加熱條件。當初用來預熱成串件的惰性氣體余熱，在冷卻惰性氣體時仍可利用，同時使惰性氣循環流動，將會使所需要的惰性氣體量最少。
可以利用已知的石墨化爐和一間歇式傳送機實現本工藝過程。有兩個抓持頭，它們分別安裝在石墨化爐的前方和后方，并可在軸向方向上，將碳素件成串件夾持在所述抓持頭之間。它們在爐體軸線方向上是可調節的，調節距離至少等于一件碳素件的長度。石墨化爐中充有惰性氣體，并為成串件裝置有十分重要的氣密通道，在爐體的進口端和出口端各裝置有一個輔助抓持器，它有可徑向運動的抓持爪，此爪可徑向地夾持住成串件。在送進開始時，被抓持爪夾持的碳素件是與位于爐體出口端的抓持頭接觸的。在送進結束時，被抓持爪夾持的碳素件是與位于爐體進口端的抓持頭接觸的。輔助抓持器的抓持爪動作時可使位于石墨化爐中的成串件部分產生必要的壓應力，從而不受成串件變短和變長的影響。在兩個抓持頭中的至少一個從成串件上退回之前，由所述輔助抓持器即可產生軸向壓應力。結果是，位于兩個輔助抓持器之間的成串件部分，在軸向壓應力作用下仍可繼續被夾持住，此壓應力足夠大可使成串件自持。這對使成串件通過石墨化爐所需要的送進運動是重要的。下面情況取決于具體條件，一是徑向動作的抓持爪必須承受軸向壓力的作用，或者所述抓持爪僅能保持住已由抓持頭產生的軸向壓應力。如果在軸向方向上無法動作的輔助抓持器之間形成的對成串件的徑向夾持作用，不足以維持必須的最小軸向壓應力時，成串件可以夾持在輔助抓持器中的一個和位于爐體某端的抓持頭之間，此抓持頭與所述的一個輔助抓持器位于爐體的各一端，因為成串件的變短和變長，不需要同時都實現，但可以依次地實現。
因為石墨化爐中充滿惰性氣體，為容納位于靠近爐體進口端和出口端的成串件，爐體中必須有十分重要的氣密通道。用于此通道口的密封件可以是一種滑動接觸密封件，它以密封接觸方式圍住成串件。然而這種接觸方式在成串件被送進時，會產生不希望有的滑動摩擦。為了在密封件和成串件之間不產生滑動摩擦，可以在爐體的進口端和出口端各安裝一個套筒狀的密封室，它可以對爐殼在軸向方向上作相對移動，移動距離等于間隙傳送器的送進長度。所述密封室有一容納成串件的通道口，在靠近所述通道口處可以安裝一密封室密封件，它位于成串件四周并可沿徑向動作以接觸成串件。在這種情況下，在每次送進過程中，套筒狀密封室能與成串件一起動作，在每次送進過程中，成串件是在不與這種密封件接觸的情況下移動的。當密封室密封件自成串件上脫開之后，將在相繼的兩次送進之間，密封室可退回到它的起始位置上。密封室密封件可以由成為環形的許多個密封塊構成，這些密封塊在環的周圍方向上彼此重疊，并可在與成串件平行的軸上擺動。環狀密封室的密封件內徑，由于密封塊可以擺動，因而是無級可調的，即是一個可調的環。
在密封室退回到其起始位置的過程中，爐殼應始終處于氣密狀態為此目的，可以在靠近爐體的進口端和出口端處各安裝一個爐殼密封件，它們位于成串件周圍，并可沿徑向動作以接觸成串件。每一個密封室密封件和附近的爐殼密封件，都可以交替地動作并接觸成串件。因為所述密封件構成了鎖氣室，所以在每次送進過程中和順次的兩次送進之間，在靠近爐體的進口端和出口端部將對成串件形成一氣密通道，此通道的形成沒有使用與成串件配合作用的滑動密封件。在爐殼和在所述爐殼二端安裝的二爐殼密封件之間，安裝有氣密接頭便足夠了。構成這種氣密接頭并不難，因為套筒狀密封室安裝在爐殼的外側，并可沿軸向滑動。
在裝有碳粒填充物的石墨化爐中，是利用裝有電極的端子裝置對石墨化爐中的成串件通電的。這些電極位于一個垂直于成串件軸線的平面上，它們穿過爐殼徑向地伸向成串件。位于所述電極和成串件之間的填充物碳粒，將構成一導電層，這種端子裝置也可以應用在根據本發明提出的石墨化爐中，只要端子裝置中的電極安裝在與爐體軸線垂直的隔板之間，這些隔板中的每一個為通過成串件都有一個通道口，還有，在所述二隔板之間裝有碳粒填充物。僅在有限的部位裝有所述填充物，此填充物僅為導電用。石墨化爐中的惰性氣并不受所述在局部部位碳粒填充物的有害影響。因為這種端子裝置構成了幾個熱處理區，還由于一般不希望在相鄰的熱處理區之間有惰性氣體流動，所以安裝這種隔板以限制碳粒填充物，將導致使石墨化爐被分成幾個縱向區段的理想結果。
石墨化爐可以安裝有二端子裝置，它們構成了一個石墨化區，并將爐體，從進口端至出口端分隔開，這樣，所述端子裝置便可將石墨化爐內部劃分成一個預熱區，一個石墨化區和一個冷卻區。如果將石墨化區和出口端之間的冷卻區與爐體進口端和石墨化區之間的預熱區，用至少一個用于輸送惰性氣體并對石墨化區旁路的管子連接起來，則這種分隔便可用來在惰性氣體和成串件之間實現理想的熱傳遞。在這種情況下，流動方向與成串件的送進方向相反的惰性氣體，將從冷卻區流向預熱區。這樣，由惰性氣體在冷卻區中從成串件上吸收的熱量的一部分，便可傳送給預熱區中的成串件。安裝在石墨化爐體外側的熱交換器，可用來回收惰性氣體中的尚存的余熱。然后，被冷卻了的惰性氣體即可再循環至冷卻區。
圖1展示了根據本發明提出的碳素件石墨化工藝過程所用設備的縱向斷面視圖。
圖2為圖1所示靠近端子裝置的石墨化爐部分的縱向斷面視圖的放大圖。
圖3所示為送進之前帶有擋板爐進口部位所處位置的部分縱向斷面視圖。
圖4所示視圖與圖3所示部位視圖相同，為送進之后帶有擋板爐進口部位所處位置的視圖。
圖5所示為沿圖2V-V線所取的斷面視圖。
圖6所示為沿圖2V1-V1線所取的斷面視圖。
根據本發明所涉及的工藝過程將結合附圖詳細地予以說明。
所示的石墨化碳素件設備為石墨化爐1，有一間歇式傳送機，它可使已預燃碳素件3(它們已頭尾相緊接，成一線地形成一水平的成串件2)通過爐1。間歇式傳送機有兩個抓持頭6，它們位于石墨化爐1的外邊并分別靠近爐體的進口端4和出口端5。爐中裝有液壓油缸(未示出)，它們可使所述抓持頭6頂住成串件2，并施加一預定壓力，從而使所述抓持頭6沿成串件2的軸線移動一定距離，即送進長度，與此同時始終保持有壓力的作用。結果是，在抓持頭6之間夾持的成串件2按送進工序通過石墨化爐。每一個送進工序之后，一個已石墨化的碳素件3將在爐體出口端5自成串件中移走，而一個待石墨化的新碳素件3，將在爐體的進口端4被送入成串件中。石墨化爐1包括有爐殼7，其中有一絕熱襯8，爐內為惰性氣。由于這一原因，成串件2在通過爐殼7時，其長度的大部分必須是自持的。為達此目的，抓持頭6必須使成串件2承受軸向壓力，該壓力必須足以使成串件能夠自持，在每次送進時，此壓力必須始終存在。在相繼的送進過程中，成串件2將相繼縮短和伸長。為此目的，兩個輔助抓持頭可徑向地抓持成串件2，它們裝有抓持爪9，可借助滾壓缸10沿徑向運動與成串件2接觸并在徑向方向上抓持住后者。所述輔助抓持頭之一安裝在靠近碳素件處，在開始送進時，該碳素件與位于爐1出口端的抓持頭6接觸。另一所述輔助抓持爪安裝在這樣一個碳素件附近此碳素件在送進結束時，與安裝在靠近爐1進口端的抓持頭6接觸。在每次送進之后，輔助抓持爪即動作，抓住成串件，但不會抓住已石墨化的碳素件，此碳素件即將被移走，但仍留在成串件中，此時軸向壓力仍須足以使成串件自持。安裝在爐體出口端5附近的抓持頭6這時即可從成串件2處退回，然后即可將已石墨化的碳素件從成串件2上移走。另外，安裝于靠近爐體進口端4的抓持頭，可從成串件2處退回的距離至少達到一個碳素件的長度，這樣成串件2可在靠近爐體進口端4處添加一碳素件3而增長。當已石墨化的碳素件從成串件上移走，而待石墨化的碳素件推送到成串件上之后，兩個抓持頭6即動作并與成串件接觸同時施加所需壓力，這時抓持爪9即可脫離成串件2這樣即可進行下一次送進。因為成串件2一方面被抓持爪9夾持與另一方面被抓頭6抓持的時間重疊，所以至少對在被輔助抓持爪夾持的成串件部分須始終保持有所需要的軸向壓力。
在本實施例中，由于安裝有套筒狀的密封室11，從而在靠近爐體的進口端4和出口端5處形成容納成串件2的氣密通道。密封室11可沿軸向滑動，安裝在爐殼7的外側，它的動作范圍與間歇式傳送機的送進長度對應。所述的備密封件都有一接納成串件2的通道開口12，在開口12附近裝有密封件13，它包圍住成串件2并可沿徑向運動，達到與成串件2接觸，圖3和圖4已特別清楚地展示了這一點。所述的各密封件13可由多個密封塊組成，它們在圓周方向上是彼此重疊的，總體構成一個環。因為各密封塊可繞一軸擺動，該軸與成串件2的軸線平行，此密封塊很易于調節以與碳素件的直徑匹配。為了使密封件13與成串件接觸，密封塊必須進行擺動，也就是成為一個可調節的環。這種裝置本身已為人們了解，因而未予示出。
相似的爐殼密封件14，它們是可動的并可與成串件2接觸。這些密封件安裝在爐殼7上，位于爐殼的進口端和出口端。這些安裝在靠近爐體進口端4和出口端5的密封件13和14，可以間隔地與成串件2接觸以構成鎖氣室。在每次送進時，各密封室11的密封件13將與成串件接觸，密封室11將與成串件2一起動作，此時爐殼密封件14是打開的。在密封室11退回到它們的起始位置之前，爐殼密封件14即與成串件2接觸，而密封件13即打開，這樣，在成串件2之間將沒有滑動摩擦，在密封件13和14上也無滑動摩擦。
借助于三個電端子裝置15、16和17，形成各個熱處理區。這些電端子沿成串件2分布。熱處理區18是在端子裝置16(它裝置在石墨化爐1中，與爐體進口端4相隔一距離)和端子裝置15(它由一電極構成，此電極安裝在靠近爐體進口端的抓持頭6上，并與成串件2的靠近端面接觸)間形成的。石墨化區19是在端子裝置16和另一個端子裝置17間形成的。冷卻區20在端子裝置17和爐體出口端5間形成。所形成的所述不同熱處理區可以較好地利用熱，因為惰性氣體在石墨化爐1中的流動方向與成串件2的送進方向相反。惰性氣體從冷卻區(位于爐體出口端5的前方)通過一管子21(石墨化區19的旁路)流向預熱區18，這樣，惰性氣體在冷卻成串件2過程中吸收的部分熱可以傳送給預熱區18中的成串件2。為了回收惰性氣體中的余熱，可以將惰性氣體從靠近進口端的密封室11抽出，然后可以在過濾器22中凈化，隨后通過一熱交換器再送入一管子23，進入冷卻區。可以看出，與密封室11連接的管子，當所述的密封室移動時，也必須隨同移動，為此，這些管子的長度必須是可調的。
安置在爐體1內部的端子裝置16和17，在成串件2移動時必須能向成串件2供電。為此，各端子裝置16和17中都包括兩個以上電極24。這些電極位于垂直爐體軸線的平面上，它們穿過爐殼7徑向地伸向成串件。各端子裝置16或17的電極24安裝在兩個隔板25之間，這兩個隔板在垂直于爐體軸線的位置上，它們與容納成串件2的通道，并在它們之間形成一個碳粉室26，這樣，便在各電極24的端面和成串件2之間形成一個導電層。當成串件2通過靠近爐體出口端的隔板25上的通道口時，由成串件2所帶出的碳粉，可以通過一適當的管子27回收，送碳粉管28在需要時可用于將碳粉送入碳粉室26中。從圖2、5、6中可以清楚地看出，導電氣件是電絕緣的，這些元件的徑向內端部位具有足夠的絕緣性。
為了確保電極對成串件2是均勻分布的，在石墨化爐1中的各端子裝置16、17的前方可以裝一個用于支持成串件2的滾珠29。電流將使靠近端子裝置16和17處的爐殼7的溫度升高。由于這個原因，至少在所述位置處的爐殼上可以安裝一個冷卻水套30。
當碳素件3被抓持頭6集中在一起并成為成串件2時，為了使碳素件石墨化，可將所述成串件按步送入石墨化爐1中，并在該爐的不同區中進行加熱。圖1和3所示為送進動作開始前的原始位置。在每次送進之后，輔助抓持器的抓持爪9即壓在成串件2上，這樣，即使抓持頭6已從成串件上退回，使成串件2能自持所需要的軸向壓力將仍然存在，這時便可在爐體1的出口端將一塊碳素件3從成串件2上移走，同時將一塊新的碳素件在爐體的進口端添加到成串件2上。當成串件2按這種方式變短和變長時，抓持頭6將再次頂住成串件2的端面，并向成串件2施加所需壓力。之后，抓持爪9即可與成串件脫離，這樣，在通電以加熱成串件之后，抓持頭6便可操作，使成串件2在石墨化爐中產生另一個送進動作。
權利要求
1.一種使碳素件石墨化的處理方法，所述碳素件首尾相接成一線，構成一水平成串件，此成串件按送進工序沿軸向通過一石墨化爐，送進距離不小于一件碳素件的長度，在所述爐中，碳素件成串件全長的至少一部分以通過電流方式加熱到石墨化溫度，在順次的兩次送進之間，由于在爐體的出口端移走至少一個已石墨化了的碳素件，所述成串件將變短，而在爐體的進口端，由于添加了至少一個待石墨化的碳素件，而使成串件變長，其特征在于，成串件通過一充滿惰性氣體的爐體，成串件被軸向地夾持住，從而在成串件中產生軸向壓力，此壓力足可以使成串件自持，在順次的兩次送進之間，當成串件變短和變長時，此軸向壓力始終存在。
2.根據權利要求1提出的處理方法，成串件在石墨化爐中將順次通過一預熱區，一石墨化區和一冷卻區，其特征在于，惰性氣體在石墨化爐中的流動方向與成串件的送進方向相反，惰性氣體對石墨化區旁路，而對預熱區中的成串件傳送一部分熱，此部分熱是被所述惰性氣體從位于冷卻區中的成串件上吸收走的。
3.根據權利要求2提出的處理方法，其特征在于，從預熱區中被抽走的惰性氣體將被凈化和冷卻，然后再循環至石墨化爐的冷卻區。
4.一種實現根據權利要求1至3中的任一個提出的處理方法的設備，包括有一石墨化爐和一間歇式傳送機，傳送機上裝有兩個抓持頭，它們分別裝置在石墨化爐體的前方和后方，在所述抓持頭之間，碳素件成串件被軸向地夾持住，抓持頭沿爐體軸線運動的距離是可調的，調節距離至少有一件碳素件的長度，其特征在于，石墨化爐中充滿一種惰性氣體，其中有至少大至氣密的成串件通路，在爐體的進口端和出口端裝有輔助抓持器，此種抓持器上裝有徑向上夾持成串件的可沿徑向運動的抓持爪，此抓持爪夾持的成串件上的碳素件，在送進工序開始時，與安裝在爐體出口端的抓持頭是接觸的，被夾持的另一成串件上的碳素件，是在送進工序結束時，與安裝在爐體進口端的抓持頭是接觸的。
5.根據權利要求4提出的一種設備，其特征在于，石墨化爐在其進口端和出口端各裝有一個套筒狀的密封室，這些密封室相對于爐殼可沿軸向移動，移動長度為間歇式傳送機的送進長度，所述密封室有一允許成串件通過的通道口，在所述通道口附近安裝有包圍住并可徑向運動以接觸成串件的密封室密封件。
6.根據權利要求5提出的一種設備，其特征在于，在靠近爐體進口端和出口端，石墨化爐殼上各安裝一爐殼密封裝置，此密封裝置包圍住并可徑向運動以接觸成串件，各密封室密封件及靠近的爐殼密封裝置都可運動，并可依次與成串件接觸。
7.根據權利要求4至6中的任一個提出的一種設備，它包括有可向石墨化爐中的成串件，通過電極通電的端子裝置，這些電極位于一個垂直于爐體軸線的平面上，并穿過爐殼徑向地伸向成串件，在電極和成串件之間為充滿碳粒的導電層，其特征在于，端子裝置中的電極位于膈板之間，隔板面垂直于爐體的軸線，各隔板都帶有允許成串件通過的通道口，在所述隔板之間充滿碳粉。
8.根據權利要求7提出的一種設備，其特征在于，石墨化爐中有兩個端子裝置，它們之間為一石墨化區，此區位于爐體的進口端和出口端之間，這樣，所述端子裝置將石墨化爐內部分隔成一預熱區，一石墨化區和一冷卻區，冷卻區在石墨化區和爐子出口端之間，冷卻區與位于爐體進口端和石墨化區之間的預熱區，用至少一根管子連通，此管子用于通過惰性氣體，并對石墨化區旁路。
全文摘要
在石墨化爐中使碳素件石墨化，所述爐體中充滿惰性氣體、碳素件排成一列以步進方式送中爐中，成串的碳素件在軸向方向上被夾持，并在其中形成壓應力，此應力足可以使成串件自持。在順次的送進工序之間，當取下一個已石墨化的碳素件并加上一個待石墨化的碳素件時，在成串的碳素件中保持該軸向壓力。
文檔編號F27D99/00GK1041576SQ89106169
公開日1990年4月25日 申請日期1989年8月3日 優先權日1988年8月4日
發明者霍爾威古, 海因里西·番霍茨, 卡爾·維爾黑姆, 沃爾夫岡·特里漠 申請人:福斯特阿爾平機械公司