JP2000169845A - アーク式電気炉用黒鉛電極の酸化防止方法 - Google Patents
アーク式電気炉用黒鉛電極の酸化防止方法Info
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Abstract
の酸化を防止して、かかる電極の寿命の延長、電極コス
トの低減を図り得る黒鉛電極の酸化防止方法を提供する
ことを課題とする。 【解決手段】 第一燐酸アルミニウムとコロイドシリカ
の水溶液からなる含浸液に黒鉛電極を浸漬することによ
りその黒鉛電極内部に分散されている微小空隙の内面に
耐熱性の被膜を形成することによって上記課題を解決し
うることが見出された。
Description
ーク式電気炉に使用される黒鉛電極の新規な酸化防止方
法に関するものである。
電気炉による製鋼作業に於いて、製鋼コストに占める電
極のコストの割合は主原料である鉄スクラップ、熔解に
投入するエネルギー源である電力のコストに次いで大き
く、古くから電極のコスト低減が重要な課題となってき
た。そして過去、電極コスト低減の為に、電極自体の改
良による長寿命化、電気炉操業技術の改良による消耗量
の低減が計られ、多大の効果が得られてきたが、高温の
電気炉内で使用される電極の宿命ともいうべき酸化消耗
の低減については尚不十分と言わざるを得ないのが実情
である。
により把持、懸垂され、炉の天井に設けた開口部より炉
内へ挿入された一定半径長さの円柱状の黒鉛電極はその
先端部は放電によって2,000〜3,000℃もの高
温を維持しながら、側面は1,000〜1,600の高
温雰囲気に晒され、更に伝導熱により炉上に露出した電
極も一部700〜800℃に加熱される為、アーク作用
による先端部の消耗の外に特に1000℃以上の高温雰
囲気における側面部の酸化消耗量の割合は極めて大き
く、電極の全消耗量の40〜60%にも達する。従っ
て、この側面酸化を抑制する事により、電極の長寿命
化、即ちコスト低減を計ることが出来る為、様々な電極
の酸化防止技術が開発されてきた。即ち、先ず電極自体
の改良、及び操業時の炉内雰囲気の調整等が実施され、
実効を挙げてきたが、ここでは此等電極使用時における
表面からの酸化消耗を防止する方法につき述べることと
する。その方法を大別すると、電極の水冷酸化防止
塗料に集約される。
て電極を把持しながら通電するコンダクターより下方の
位置において、スプレーノズルより20〜50℃の水を
大量にスプレーして炉蓋より上部の電極側面を常時この
冷却水により被覆冷却し、炉内天井近傍より炉上に露出
した電極の側面酸化を防止し、電極寿命を10%内外延
長する事が出来る。その為現在多くの電炉鋼メーカーに
於いて実用されており、近年の酸化防止方法の最も優れ
た成功例と言う事が出来る。しかしながら電極側面を流
れ落ちる冷却水は炉内に於いては、間断なく受熱して高
温に達した電極表面で沸騰飛散し、表面を被覆し続ける
事が出来ない為、最も酸化消耗の多い炉内の高温雰囲気
下においては有効に機能し得ない欠点がある。
炉内の高温下においても空気を遮断し得る耐熱性被膜を
形成させんとするもので、炉内でも有効に機能し得るこ
とから、前述の水冷に比べより多くの酸化防止効果が期
待出来る。従って過去様々な酸化防止塗料が開発されて
おり、一例を挙げれば、特開昭48−84333号公報
において炭化珪素、シリカ、弗化物を主成分とする黒鉛
電極酸化防止用塗料が開示されているが、結局のところ
電極への塗布作業が極めて困難である為、殆ど使用され
ていないのが実情である。その理由は、これら塗料は使
用前に予め電極に塗布し酸化防止被膜を形成させると、
この被膜が多かれ少なかれ通電を阻害し製鋼作業に支障
を来す為、電極を把持した後、把持部即ち通電部より下
方に位置する電極に塗布せざるを得ないのであるが、こ
の塗布作業は炉蓋上の狭い場所に於ける高熱作業であ
り、人力によって定常的に実施する事は困難で、又人力
に頼らない塗布装置の開発も成功していないからであ
る。
気下の炉内における酸化をよく防止して黒鉛電極の寿命
の延長、電極コストの低減を図り得る、アーク式電気炉
用黒鉛電極の酸化防止方法を提供することを目的とする
ものである。
微小空隙に着目し、その微小空隙に所定の酸化防止材料
を含浸充填することにより電極全体の酸化を良好に抑制
し得ることを見出して本発明に到達したのである。
に分散された微小空隙を有するアーク式電気炉用黒鉛電
極を、第一燐酸アルミニウム100重量部に対し、コロ
イドシリカを60〜130重量部、水を500〜900
重量部配合してなる水溶液に浸漬して、前記電極内部の
微小空隙に、この水溶液を含浸させることによって特に
1000℃以上の高温雰囲気下における黒鉛電極の酸化
を防止することを特徴とする、アーク式電気炉用黒鉛電
極の酸化防止方法に関するものである。
る。
比で約25〜30%に達する微小空隙がその全体内部に
分散しており、そのため通常は約1.6〜1.75g/
cm3 の密度を有しているが、本発明では電極の表面に
被膜を形成させるのではなく、その内部全体に分散して
いるかかる微小空隙に酸化防止材料を含浸して電極全体
の酸化を抑制しようとするものである。
燐酸アルミニウムとコロイドシリカの水溶液を用いるの
である。第一燐酸アルミニウムはAl(H2 PO4 )3
の化学式を有する水溶性の化合物であり、また重燐酸ア
ルミニウム、燐酸二水素アルミニウムとも呼ばれてい
る。この化合物は珪酸ナトリウム、珪酸カリウムととも
に水溶性の耐熱性バインダーとしてよく知られている。
後で示す参考例1又は図2から明らかなように、珪酸ナ
トリウムと珪酸カリウムとは全温度領域で酸化防止効果
がないが、第一燐酸アルミニウムのみは700〜100
0℃の比較的低温域では酸化防止効果を発揮する。しか
し1000℃以上の高温域乃至高温雰囲気下では効果が
不十分である。
化消耗の多い炉内では1000℃を超える高温雰囲気に
晒されることから本発明では1000℃を超える高温雰
囲気下における黒鉛電極の酸化を防止しようとするもの
であるが、第一燐酸アルミニウムのみでは十分効果を発
揮しえない。本発明者はこの第一燐酸アルミニウムにシ
リカ、特にコロイドシリカを添加しこの水溶液に黒鉛電
極を浸漬せしめ、その両者を黒鉛電極内部に分散する微
小空隙に侵入せしめ含浸せしめるときは、1000℃を
超える高温域において黒鉛電極の酸化をよく防止し得る
ことを見出したのである。上記のように第一燐酸アルミ
ニウムそれ自体は比較的低温域では有効であるが100
0℃以上の高温域では効果不十分であり、又一方コロイ
ドシリカ自体には微小空隙へ含浸させても高温域におけ
る酸化防止効果はないが、第一燐酸アルミニウムとコロ
イドシリカの両者を併用することによって、得られる耐
火性被膜が1000℃を超える高温においても酸化防止
能力を発揮し、電極全体の酸化を抑制し得ることが見出
されたのである。コロイドシリカは粒子径が小さく第一
燐酸アルミニウムとともに黒鉛電極の微小空隙によく侵
入し得てその併用によりよく酸化防止効果を発揮するこ
とができる。
は、前者第一燐酸アルミニウム100重量部に対してコ
ロイドシリカ60〜130重量部の割合で用いられる。
コロイドシリカが60重量部未満では第一燐酸アルミニ
ウムとほぼ同様な効果を示し即ち1000℃以下では効
果があるが1000℃を超える高温域での酸化防止効果
が殆ど得られず、一方130重量部を超えると700〜
1600℃の全温度域において目立った効果が無くな
る。水は第一燐酸アルミニウム100重量部に対して通
常500〜900重量部の量用いられる。これ以下では
黒鉛電極内部の微小空隙を十分に含浸し得ず有効に働か
ず、一方これ以上では水が多すぎて微小空隙内面に所要
量の酸化防止被膜が生成しえない。
酸アルミニウムの水溶液とコロイドシリカの水溶液を所
定の割合に混合して用いる。その際水の合計量が上記の
範囲の量となるよう注意する。含浸は常圧下でもまた減
圧下でもよく、減圧下の場合は短時間で終了する。常圧
の場合は含浸処理は20〜30分間かかるが、例えば2
00〜400mmHgの減圧下で含浸処理するときは2
〜3分間で十分である。含浸量は電極単位面積当りが
0.1〜1.0g/cm2 になるようにする。含浸処理
後は通常5日間乃至15日間程度自然乾燥するのが好ま
しい。含浸、乾燥処理後の黒鉛電極の外観は未処理と全
く同様であり、通電部と電極との間の通電性も良好であ
る。
ルミニウムとコロイドシリカの水溶液からなる含浸液に
より黒鉛電極を含浸し、乾燥させることにより、乾燥後
電極内部に全体的に分散している微小空隙内面に100
0℃を超える高温雰囲気下で耐える耐熱的で空気を遮断
する被膜が形成されてかかる高温域での酸化をよく防止
することができると考えられる。しかも従来のように電
極表面に塗布した場合と異なり、本発明により微小空隙
内面に形成された被膜は使用時に剥離するおそれがなく
又酸化防止材料の含浸深さを任意に調整でき、厚い含浸
層、酸化防止層を形成することができる。
明により処理された黒鉛電極は従来のに比して酸化消耗
量の低減、電極の寿命の延長を図ることができ、ひいて
は黒鉛電極のコストの低減を図ることができて本発明は
まことに有効である。
詳細に説明する。
止処理を実施した電極小片と未処理のものとを加熱し、
酸化減量を比較調査した。まず、製鋼用アーク式電気炉
に用いられる直径510mm、長さ1,800mmの黒
鉛電極を100mmの厚さに輪切りにし、この切断片の
外周部近傍より直径30mm、高さ30mmの小片を切
り出し試験片とした。この試験片の密度は1.65〜
1.70g/cm3 、見かけ気孔率は26.5〜27.
6%である。本発明に用いる含浸液は第一燐酸アルミニ
ウムを3倍量の水に溶解した溶液を50wt%、コロイ
ドシリカを20wt%含有するコロイドシリカ溶液を5
0wt%の割合で混合したもので、第一燐酸アルミニウ
ムとコロイドシリカとの重量比は100対80である。
又第一燐酸アルミニウムと水との重量比は100対62
0である。
50mmHgの減圧下で3分間浸漬した。含浸重量は1
個当り4.70〜5.00gであった。含浸後5日間大
気中に放置して自然乾燥して製品が得られた。この製品
を曝熱試験に供した。即ち、試験前の試験片の重量を測
定し、次いで700〜1600℃の間の100℃毎の温
度に大気中で4時間加熱して夫々加熱後の重量を測定し
て、試験前後の重量の変化から各加熱温度における酸化
減量率(%)を測定した。
1に示すとおりである。ここには参考例1で実施された
第一燐酸アルミニウムを3倍量の水で溶解した溶液で含
浸処理した黒鉛電極による同様な試験結果、また同様に
参考例1でかかる含浸処理を全く施さない未処理の黒鉛
電極を同様な曝熱試験に供して各温度における酸化減量
率(%)を測定した結果も併記した。
ミニウムとコロイドシリカの両者併用の含浸液により含
浸して酸化防止処理を施したものは、未処理品は勿論の
こと、第一燐酸アルミニウムのみを含浸したものと比較
しても酸化減量率殊に1000℃以上の高温域における
酸化減量率がはるかに小さいことが明らかであり、従っ
て本発明方法による酸化防止効果が顕著ということがで
きる。 表1 酸化減量率(%) 加熱温度(℃) 未処理品 本発明品 第一燐酸アルミニウム処理品 (生材) (比較例) 700 13.4 1.8 0.6 800 23.3 11.5 8.2 900 26.0 20.4 19.6 1000 26.9 23.9 24.8 1100 28.9 27.0 30.1 1200 43.9 29.7 40.3 1300 51.5 33.0 49.3 1400 51.8 38.6 54.8 1500 55.2 46.5 60.2 1600 70.5 58.5 75.6
で直径510mm、長さ1,800mmの黒鉛電極全体
を処理して実用に供し、本発明方法で処理したとき従来
のと比べて実際にどの程度の酸化防止効果、即ち電極の
寿命延長が計れるかを測定した。用いた製鋼用アーク式
電気炉は交流式、公称50tであり、黒鉛電極は3極何
れも未処理品を使用した場合、本発明品を使用した場
合、比較例として前述の第一燐酸アルミニウム溶液を用
いた場合の3通りに分けてそれぞれ103〜108チャ
ージ操業し、使用した電極総本数より電極1本当たりの
耐用チャージ数を算出し比較した。その結果を表2に示
す。電極重量及び寸法を測定し密度を算出したところ
1.67〜1.72g/cm3 で、実施例1に用いた試
験片とほぼ同様であり、従って見掛け気孔率もほぼ同様
であると判断できる。
施例1のときと同じで、含浸処理は電極をそれぞれ溶液
中に常圧下において30分間浸漬して行い、含浸量は電
極単位表面積当たり0.16〜0.18g/cm2 であ
り、表面からの含浸深さは予備実験の結果から6〜10
mmと推定した。含浸処理後8〜10日間自然乾燥し、
実用に供した。
と全く変わらず、含浸処理の有無は外観からは判定でき
ない状態で、表面の通電テストの結果導電性は未処理品
と全く変わらず、使用時通電を阻害する懸念は無いこと
が確認できた。実際に使用した場合にもコンダクターと
電極表面との間にスパークが発生することもなく通電性
は良好で、未処理品を使用した場合と操業上何ら変化は
なかった。又、電極は使用するにつれ消耗して短くなる
ので、順次新しい電極を上端に継ぎ足し、連続的に使用
した。 表 2 種類 操業チャージ数 電極使用本数 電極1本当たりの (チャージ) (本) 平均耐用チャージ数 (チャージ) 未処理品(生材) 103 16.2 6.35 本発明品 108 14.0 7.71 第一燐酸アルミニウム 105 16.0 6.56(比較例) 表2から明らかなように本発明品の耐用チャ
ージ数は未処理品の1.21倍(=7.71/6.3
5)となっており、顕著な効果が認められた。又、比較
例の耐用チャージ数は未処理品の1.03倍で、僅かな
改善効果しか得られなかった。
した黒鉛電極と未処理のものを公称100tの交流式製
鋼用アーク式電気炉について、実施例2と同様な方法で
試験して本発明品の効果を測定した。その結果を表3に
示す。使用した黒鉛電極の寸法は、直径610mm長さ
2,400mmで、密度は1.68〜1.72g/cm
3 であった。ここで用いる含浸液は、第一燐酸アルミニ
ウムを3倍量の水に溶解した溶液を40wt%、コロイ
ドシリカを20wt%含有するコロイドシリカ溶液を6
0%の割合に混合したもので、この時第一燐酸アルミニ
ウムとコロイドシリカとの重量比は100対120とな
る。又第一燐酸アルミニウムと水との重量比は100対
780となる。含浸量は電極単位表面積当たり0.20
〜0.24g/cm2であり、表面からの含浸深さは9
〜14mmと推定した。含浸時間は約30分間であっ
た。含浸後14〜16日間自然乾燥して使用したが、通
電性には全く問題は生じなかった。
処理品の1.26倍(=5.72/4.55)となって
おり、電極使用量を約80%に低減することが出来た。
ている珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、第一燐酸アルミ
ニウム溶液を含浸させ、含浸していない未処理品(生
材)との酸化減量比較実験を行った。実験は実施例1に
記述した方法で行い、700〜1,600℃において1
00℃毎に各4時間加熱し、重量変化を調査し減量率を
算出した。含浸液には30°ボーメの珪酸ナトリウム、
30°ボーメの珪酸カリウム、及び第一燐酸アルミニウ
ムを3倍量の水に溶解した溶液を用い、試験片として黒
鉛電極より直径30mm高さ30mmの小片を切り出
し、含浸液に浸漬した。この試験片の含浸前の密度は
1.65〜1.70g/cm3 であった。含浸重量は1
個当たり4.60〜4.80gで、5日間自然乾燥後曝
熱試験に供した。この結果を図2に示す。この図から明
らかなように、珪酸ナトリウム及び珪酸カリウムを含浸
させたものは全温度域で酸化防止効果が無く、却って改
悪となっており、第一燐酸アルミニウムだけがしかも7
00〜1,000℃の比較的低温域のみで酸化防止効果
を発揮する事が判明した。
る黒鉛電極に本発明による酸化防止処理を実施する事に
より、特に高温域における酸化消耗量が減少し、電極の
寿命を大幅に延長することが出来るので、製鋼コストの
中で大きな割合いを占める電極コストをかなり低減させ
ることができ、経済効果は甚だ顕著である。
れた結果を示すグラフ。
れた結果を示すグラフ。
Claims (1)
- 【請求項1】内部に分散された微小空隙を有するアーク
式電気炉用黒鉛電極を、第一燐酸アルミニウム100重
量部に対し、コロイドシリカを60〜130重量部、水
を500〜900重量部配合した水溶液に浸漬して前記
電極内部の微小空隙に、この水溶液を含浸させることに
よって高温雰囲気下における黒鉛電極の酸化を防止する
ことを特徴とする、アーク式電気炉用黒鉛電極の酸化防
止方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34314298A JP4169844B2 (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | アーク式電気炉用黒鉛電極の酸化防止方法 |
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JP34314298A JP4169844B2 (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | アーク式電気炉用黒鉛電極の酸化防止方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2000169845A true JP2000169845A (ja) | 2000-06-20 |
JP4169844B2 JP4169844B2 (ja) | 2008-10-22 |
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ID=18359245
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34314298A Expired - Lifetime JP4169844B2 (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | アーク式電気炉用黒鉛電極の酸化防止方法 |
Country Status (1)
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