碳精體石墨化的方法及裝置的制作方法

專利名稱：碳精體石墨化的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種碳精體石墨化的方法，所述碳精體和相鄰碳精體的端面互相接合并夾在一起構成一水平鏈，該鏈穿過一石墨化爐，在該爐中，水平鏈在含有保護氣氛的石墨化區內由電流加熱，并在隨后的冷卻區內冷卻。隨著鏈穿過石墨化爐，鏈連續從爐的進口處供入。使單個碳精體加入到鏈上并在爐的出口處連續截短，并從鏈上再提取一個單獨的碳精體。本發明還涉及一種實現該方法的裝置。
預熱的碳精體在石墨化前，先裝配成一鏈，該鏈中碳體的相鄰端面相互接合在一起，所述的鏈靠通過自身的一部分長度的電流加熱到石墨化所需的溫度。為了確保石墨化過能連續進行，鏈以逐步輸送的形式傳送過石墨化爐，且其后每一輸送步驟都將要石墨化的一個碳精體在爐的進口加入到鏈中，而一個已石墨化的碳精體同時在爐的出口取下。盡管該石墨化爐特別適用于相鄰端面互相連接在一起的碳精體的連續石墨化，但是，由于這種石墨化爐有一個水平爐線，因此需要將水平移動的鏈很好地撐住。為此，公知的是給石墨化爐充入松散的碳素材料，如焦炭或木炭。這將為碳精體鏈提供必要的支撐并將避免石墨化爐中存在有氧化現象。但是，使用這些松散的碳素材料的缺是會有使之與要石墨化的碳精體一起在石墨化區加熱，從而需要更多能量。除此之外，松散碳素材料的升溫將增強其導電性使得與鏈并行的電流發生蠕動。
為了克服上述缺陷，有方案打算不將松散碳材料充入石墨化爐中，而是給石墨化爐供入保護氣體并且軸向夾持該鏈使之足以能自撐(澳大利亞專利申請389，506號和相應美國專利4，956，849號)。雖然該措施避免了使用松散碳素材料的缺點，然而此情況下需要在鏈上施加相當大的夾持力才能使鏈自撐，而且所需夾持力的量值由鏈的長度來確定，而且甚至在新的碳精體加入鏈及一個已石墨化的碳精體從鏈上取下時也要維持該力，從而使結構費用增加。
本發明的目的是提供一種如前述類型的碳精體的石墨化方法，該方法利用了在保護氣氛下石墨化的優點而又避免了先有技術中的費用問題。
本發明的目的是這樣完成的，將一系列碳精體裝配形成一個鏈，在該鏈中碳精體在其相鄰端面間由軸向銷或螺栓互相聯接起來，以使該鏈至少在石墨化爐的一部分能夠自撐。
由于在碳精體相鄰端面處互相聯接相鄰碳精體的軸向銷或螺栓會有效地防止相鄰碳精體的徑向發生相互偏移，因此通過這一措施會有助于理想地保持鏈的自撐，又由于鏈中的碳精體均在其相鄰端面處互相聯接，就有必要將很小的軸向夾持力施加在鏈上以保證其自撐，但當碳精體要加入或移出鏈時則需要將該壓力部分或全部地從鏈上解除。這種情況特別適用于如果鏈的自撐長度部分僅僅由幾個碳精體構成的情況，如果在爐中為鏈設置中間支座的話，情況更是如此。這些中間支座可以由諸如爐電極構成。這些鏈的支座也可以由充入部分石墨化爐的松散的碳素材料構成，以便只需很小的軸向夾持力就能保持在松散碳素材料的外部自撐，特別是在碳精體相鄰端面互相聯接時，情況更是如此。由于在石墨化爐的冷卻區提供有松散的碳素材料，因此，將會避免在石墨化區出現這種松散材料的缺點，同時也避免了殘留在該石墨化區的這種松散材料的缺點，同時也避免了殘留在該石墨化區的這種松散材料與要石墨化的碳精體一起加熱以至于與鏈同一方向流動的電流發生的蠕動現象。這是由于在爐的石墨化區提供了保護氣氛的緣故。
由于碳精體外層的電流傳導足以達到所需的電流值，因此使用任何連接銷或螺栓都不影響電流在鏈上的流動。但是銷釘或螺栓不應影響鏈材料的完整性。所以建議用由帶碳纖維加強的碳構成的軸向銷或螺栓連接鏈的相鄰的碳精體，這種碳纖維保證所述的碳具有所需的強度特性。由于碳精體軸向連接的裝置通常設置為鄰接在炭精體上形成石墨電極及容納相應的電極夾所構成的槽處，所以用來容納作為軸向連接裝置的銷或螺栓所設置的孔在石墨電極處不會產生材料的損耗。
如果鏈在較大長度上保持自撐的話，并在含有保護氣氛的石墨化爐中的一個連續區域需要這種情況時，那么在碳精體相鄰端面處所設置的互相連接碳精體的裝置可以通過在鏈的通常自撐的部位支撐的附加支撐裝置來補充，以便在鏈從軸向夾持力下解除時避免其過度彎曲。需要保證碳精體能夠在軸向力再次加到已彎的鏈上時重新被壓直。如果碳精體被壓得對于相應的直鏈只有很小的偏移時就達到了所期望的結果。因為碳精體能在其相鄰端面處互相連接因此鏈不會分離。不需要提供過高或過低的支撐裝置支撐爐內鏈通常自撐的部分。要保證鏈的自撐部分的碳精體能夠由至少一個支座支撐，該支座設置在鏈通常的自撐部分的下面，并且鏈和所述的自撐部分形成了足以允許鏈的自撐部分通過支座進行無摩擦運動所需要的間隙。在這種情況下減少作用在鏈上的軸向壓力，碳精體將微向下彎曲直到抵住支座。上述間隙只需要保證自撐鏈無摩擦運動。應當明白，自然支撐和用若干支座支撐將取決于被支撐的碳精體的數量及大小，也取決于支撐的鏈沿軌道運動的軌道長度，該軌道將主要在電極接頭之間延伸以保證有適當的電流流動。電極也可用來支撐鏈。
該方法可以通過帶有石墨化區的石墨化爐裝置實現，該石墨化區設置有至少兩個支撐碳精體鏈的電極。在鏈穿過該爐運動方向上，該石墨化區繼續接入有冷卻區。該爐還設置有用于傳送所述鏈的傳送裝置，該傳送裝置包括分別置在石墨化爐前后兩端的兩個夾頭，該夾頭用來夾持其間的鏈且可沿爐的軸線做調整。關于含有保護氣氛的爐的這種結構已經是已知的，在該爐中鏈穿過保護氣氛時是自撐的。由于鏈的碳精體通過軸向銷或螺栓在其相鄰端面互相連接，因此，在碳精體間建立了可靠的連接，即是夾持力較小也能使碳精體的徑向偏移得到消除。
除了在碳精體相鄰端面設置連接裝置外，還可以在其彎曲時提供支撐鏈的裝置。特別是在石墨化區該支撐裝置與未彎的鏈之間形成一個間隙，這樣，當通過夾頭使該鏈卸截時，碳精體鏈的任何彎曲將限制在這樣的一個范圍內當重新施加夾持力時，使碳精體重新壓回到其相應為一個直鏈的位置上。


圖1是本發明的縱向剖示圖，表示出一石墨化爐。
圖2是沿圖1中Ⅱ-Ⅱ線的放大剖示圖;
圖3是沿圖1中Ⅲ-Ⅲ線的放大剖示圖;
圖4是顯示一個鏈中兩相鄰碳精體的側視圖，該鏈在碳精體間的接合面處分開并在碳精體相鄰端面之間用一銷釘連接;
圖5是顯示碳精體鏈靠近支撐處的橫截面示圖。
參見附圖，將對本發明的方法作進一步詳述。
參見圖1，要石墨化的一系列碳精體2軸向相互夾持構成一個水平鏈1，并穿過石墨化爐，其中有一預熱區3位于電極4和電極5之間;一個石墨化區6位于電極5和7之間;還有一個冷卻區8沿預走的軸向軌道接續在碳精體鏈1通過的方向上。石墨化爐在預熱區3和石墨化區6中含有保護氣氛，而在冷卻區8中裝有松散的碳素材料9(如焦炭或者木炭)構成的基體用以支撐鏈1。
鏈1的碳精體2逐步地穿過石墨化爐，并且為此目先將鏈1通過兩個夾頭，并在兩個夾頭之間沿軸向夾持在一起，并將夾頭分別置于爐外與進口11和出口12接近的地方。為了更為清楚起見，圖中僅示出了鄰近進口11的夾頭10。在沿鏈走向的任何兩步驟之間，在爐的入口11處加入碳精體2，并將碳精體從爐的出口12處的鏈上取下。所希望的是設計成沒有維持的軸向壓力，否則的話，當鏈在其支撐爐電極之間運動時，還需要一個軸向壓力確保鏈能夠自撐。這依靠鏈的相鄰的碳精體2通過銷13在其相鄰端面處連接而實現，如圖4所示。每當一個新的碳精體2在爐的進口11處加到鏈上時，碳精體2相端面間的連接都確定為銷構成的接縫。所述的銷可以用螺栓替代。它最好由碳制成并由碳纖維加強，且插入碳精體2的端面上形成的盲孔14中。由于已石墨化的碳精體2通常用作石墨電極，其端面上開有槽15用以容納電極夾，因而安裝的這種銷13或螺栓通常不產生材料的損失。因為這些銷或螺栓均安置在碳精體構成石墨電極的槽15的位置上，如圖4所示。在銷13外的碳精體之間的導電接觸將提供足夠的電流。特別是如果置在碳精體2的相鄰端面之間的環形接觸片16的材料比碳精體2的材料具有更高的導電性的話，將提供更大的電流。
設置在鄰接爐的進口11處的爐子電極4可由電極板構成，由夾頭10壓靠在鏈1的尾端面上，電極陣5和7必須設置成允許鏈1相對于該電極陣能夠運動的形式。由于這一原因，一個含松散碳素材料的基體17設置在鄰接電極陣5和7處，并且鄰接電極陣7的基體的松散材料可由設置在冷卻區的基體9的松散材料構成。基體17的松散材料僅容置在鏈1的部分長度上，這樣既確保了電極18與鏈1之間所需的接觸，又不防礙鏈1相對于固定電極18的運動。在鏈上的運動方向上通過一隔板19限制住基體17，且任何由鏈1帶過隔板19的松散材料都將收集在承接室20中以使接下來的含有保護氣氛的石墨化區6不帶有松散材料。冷卻區8中的基體9的松散材料和鄰近電極陣5的基體17的松散材料均通過輸入管21和22連續進行添加，以使進入的松散材料的損失得到彌補。
通過石墨化爐輸送的鏈1在電極4和5間的預熱區3預熱，隨之將其加熱到電極陣5和石墨化區6的電極陣7之間所需要的石墨化溫度。為了減少熱損失，爐外殼23設置了一個合適的熱絕緣層24，并使該絕緣層鄰連在所述的石墨化區域。換句話說，需要從冷卻區8通過爐外殼23散失熱，為此，在爐子鄰接冷卻區8處，采用松散材料構成的基體9散熱，并在爐外殼23上配有裝置25來冷卻外殼23。冷卻裝置25包括冷卻管26，冷卻液通過冷卻管26進行冷卻，圖3清楚地描述了這種結構。
當需要把要石墨化的碳精體2加在鏈1的尾端并在鏈1前端將已石墨化的碳精體2從鏈1上取下時，將夾頭10從該鏈1上脫開，然后，鏈1則由在冷卻區8中的松散材料構成的基體9、鄰接電極陣5的松散材料構成的基體17支撐以及在支座15從軸向壓力下解除之前，并與鏈1還連接時由石墨化爐外的支座15支撐。由于碳精體2在相鄰端面處由銷13或螺栓互相連接在一起。因此，鏈的支撐在很多情況下足以使鏈1的彎曲保持在允許的范圍，并足以保證了在重新施加軸向壓力的情況下，碳精體2能夠重新作為一直鏈通過石墨化爐。
此外，如果鏈自撐部分很長致使彎曲不能保持在允許的限度，這樣當由于碳精體的加入或從鏈中取下使鏈不受外部夾持力的作用時，就需要用附加裝置28來支撐鏈的通常的自撐部分。這種附加支撐裝置28應該保證鏈的正常的自撐部分的彎曲限制在允許的范圍，而自撐鏈1的運動在該區域并不產生有害的影響。因此，可以利用在靠近鏈導電的部位使用保護氣氛所得到的優點以及在冷卻區用松散的材料構成的基體9所得到的優點，而避免了在冷卻區提供保護氣氛的缺點和在石墨化區提供松散材料的基體的缺點。在圖1和5所示的實施例中，所述支撐裝置28由兩個桿29構成，該桿在鏈1軌道的相對兩側延伸并與之平行，且在鏈1是直的情況下和鏈1間留有空隙，如虛象所示的那樣。當軸向壓力減小時，鏈1的碳精體2將會受桿29支撐并橫向對中，這樣，就防止了鏈1的過大彎曲，且鏈1的重新軸向夾持使得碳精體2又壓回到使鏈再次變直而且無摩擦地穿過桿29的位置處。桿29可以是管狀或實芯的，且顯然必須能承受其所遇到的溫度，因此該桿最好由碳制成、并可由任何的碳纖維加強。也可由V形槽構成的支座28來代替桿29容納碳精體2，如圖5中的虛線所示。由于碳精體在其相鄰端面上互相連接，因此，即使碳精體不完全互相軸連接，碳精體2也不需要通過支座28橫向對中，因而該支座28也可以是平的。
很清楚，本發明并不限于上述列舉的實施例。例如保護氣氛也可以設置在冷卻區8以使鏈在更大的長度上保持自撐。由于碳精體2由銷互相連接，因此，將不會大大增加結構費用，特別是在鏈1突然松開時將由支座28支撐，而該支座28在鏈1是直的情況下，限定出其和鏈1的間隙，這樣，也不會明顯增加結構費用。
權利要求
1.一種碳精體石墨化的方法，所述碳精體在石墨化爐中石墨化，該爐具有一個進口，一個出口、一個位于所述石墨化區與所述出口之間的冷卻區，該方法包括將一系列碳精體夾持在一起構成一個水平延伸的鏈，在該鏈中所述碳精體的相鄰端面互相接合縱向移動所述石墨化爐中的鏈，以所述進口穿過所述石墨化區并繼續穿過所述冷卻區到所述的出口使電流流過所述石墨化區的鏈以加熱該鏈；接著在所述冷卻區冷卻該鏈；不斷在所述進口處將新的碳精體從鏈的尾端依次加入所述的鏈，并不斷地在所述出口處將碳精體沿所述鏈的前端依次從鏈上取下；所述鏈在兩電極接頭點上以與爐電極接觸的形式在爐中運動，這些電極接頭點沿所述鏈分開排列；所述碳精體由軸向延伸的連接裝置在相鄰端面處連接組成所述的鏈以使該鏈在所述兩個電極接頭點之間保持自撐。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述連接裝置由銷構成。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的連接裝置由螺栓構成。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述軸向延伸的連接裝置由有碳纖維加強的碳構成。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述鏈的碳精體鄰接端面之間設有一墊片，該墊片材料的導電性比所述碳精體材料的導電性高。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述的鏈上施加軸向壓力使其自撐，并在所述新的碳精體加入該鏈之前及碳精體從該鏈的前端取出之前將所的鏈從所述的軸向壓力下釋放。
7.如權利要求6所述的方法，其特征是，當鏈從所述軸向壓力下解除時，該鏈由所述石墨化區中的支撐裝置支撐，而當所述鏈在所述石墨化區中運動時，該鏈通過鄰接所述支撐裝置的軸向壓力保持自撐。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，當所述鏈在所述石墨化區運動過程中在所述電極接頭點之間保持自撐時，在所述支撐裝置與該鏈之間形成一間隙。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于當所述鏈從所述軸向壓力下釋放時，該鏈依靠所述電極接頭點之間的支撐裝置支撐。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述鏈由所述爐電極支撐。
11.一種碳精體石墨化的裝置，所述的碳精體相互夾持在一起構成一水平延伸的鏈，在所述鏈中，所述碳精體的相鄰端面相互接合，該裝置包括一個石墨化爐、具有一個進口、一個出口、一個位于所述進口和所述出口之間的石墨化區，一個位于所述石墨化區與所述出口之間的冷卻區、一個沿所述石墨化區間隔設置在兩電極接頭點處并置于所述石墨化區內且用來支撐所述的鏈的爐電極裝置;傳送裝置，用來在所述石墨化爐內沿預定軸向軌道將所述鏈從所述進口通過所述石墨化區縱向移動，同時使所述的鏈既與所述兩個電極接頭點處的電極接觸繼而又通過所述冷卻區到達所述出口;其中所述爐設置有用以在所述爐的至少一部分中維持保護氣氛的裝置，所述傳送裝置是可操作的，并能夠將軸向壓力作用在所述鏈上，以使所述的鏈在所述石墨化爐中的兩電極接頭點間運動時保持自撐;其改進在于，所述碳精體通過軸向延伸的連接裝置在其相鄰的端面相連接，從而使所述鏈在兩個電極接頭點之間進行自撐。
12.如權利要求11所述的裝置，其特征在于所述連接裝置由銷構成。
13.如權利要求11所述的裝置，其特征在于所述連接裝置由螺栓構成。
14.如權利要求11所述的裝置，其特征在于，作為一裝置的應用，在所述裝置中的傳送裝置包括第一和第二接頭，所述第一和第二夾角頭各自相應置于所述爐外鄰接所述進口和所述出口處，并可在所述軌道上相對于所述的爐移動，所述第一和第二夾頭可操作地將所述碳精體相互夾持在一起構成所述鏈并使該鏈在所述石墨化爐的兩電極接頭點間運動時能夠保持自撐。
15.如權利要求14所述裝置，其特征是作為一裝置的應用，在該裝置中所述夾頭是可操作的，并能夠使所述的鏈從所述軸向壓力下釋放，其中所述的爐包括，當所述的鏈從所述的軸向壓力下釋放時用來在所述石墨化區支撐所述的鏈的支撐裝置。當所述的鏈在所述的電極接頭點之間保持自撐時，所述的支撐裝置和所述的鏈之間形成一間隙。
全文摘要
要石墨化的碳精體夾持成為一水平鏈，在該鏈中，碳精體的相鄰端面相互接合在一起，并在石墨化區內通過電流進行加熱，接著在冷卻區中冷卻。在石墨化爐的進口處將單獨的碳精體加入鏈中，而已石墨化的單個碳精體在爐的出口處從鏈上取下。為了確保鏈能夠理想的自撐住，相鄰的碳精體通過軸向銷在相鄰的端面互相連接在一起。
文檔編號F27B9/06GK1059504SQ9110579
公開日1992年3月18日 申請日期1991年7月31日 優先權日1990年8月1日
發明者克勞德·豪爾古, 海利希·帕豪爾茨 申請人:維斯特-阿爾丕尼機械制造及工程有限公司