JP2717848B2 - 焼成炭素電極の黒鉛化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、直列に配置した焼成電極に案内電極を介し
て通電し、焼成電極自体の発熱により電極を黒鉛化する
方法に係り、特に案内電極に近接する焼成電極端部を均
熱化する方法に関するものである。

［従来の技術］ 人造黒鉛電極は、通常コークス粉粒をピッチバインダ
ーと共に混合して所定のサイズの円柱形状に押出成形
し、これを一旦焼成した後、黒鉛化処理することにより
製造される。焼成電極の黒鉛化手段としては、焼成電極
を詰粉中に間隔を置いて並べ、通電により発生するジュ
ール熱で間接的に加熱するアチソン法が汎用されてきて
いるが、近時焼成電極を直列に配置して直接的に通電加
熱する形式の加熱黒鉛化法が見直され、数多くの提案が
なされている。

第３図は、その方法を実現する黒鉛化炉の切断平面図
であって、図において１は耐火炉壁、２は案内電極を示
す。焼成電極３は直列的に配置され、その電極の周囲は
詰粉コークス４が充填されている。焼成電極３は案内電
極２の中心線上に１列配置して、直接電流を流して黒鉛
化する場合の例を示しているが、これは複数列配置であ
っても構わない。

焼成電極はそれ自体が発熱体であり、黒鉛化の割合は
焼成電極の加熱された温度によって定まるため、局部的
な過熱や焼成電極間にバラツキがなく出来るだけ均一の
温度となるよう多くの提案がなされている。

［発明が解決しようとする課題］ 案内電極と焼成電極の接続法の如何にかかわらず、操
業の安全、付属部品材質の保護のため案内電極は通常炉
外の露出部を冷却する必要がある。

したがって、案内電極に近接する焼成電極から発生す
る熱は案内電極を介して炉外に放熱される。このため、
焼成電極の案内電極側端部は中央側の端部に比べ低温と
なり易く、黒鉛化後の比抵抗が他より高くなる。また、
上記の温度差が著しい場合、通電中に案内側端部から亀
裂が発生し、製品収率の低下を招く危険があった。

従来案内電極と焼成電極の接続についてはいくつかの
提案がなされていた。すなわち、案内電極と焼成電極を
直接接触させる方法があるが、電気の接続については問
題はないとしても提案電極の冷却による温度差が大とな
り、焼成電極から案内電極への熱移動が著しく、案内電
極に接触する側の電極の黒鉛化度が低下するので解決に
ならない。

次に案内電極と焼成電極間に黒鉛粉粒層を介在させる
方法があるが、この方法では黒鉛化炉の中央部における
焼成電極同士の接触面における局部発熱を防ぐのには効
果的ではあるが、黒鉛化炉の両端部における案内電極と
焼成電極との接続面に介在させるときは局部発熱を生じ
易く、温度の不均一化に基づく電極端面の黒鉛化度の不
均一化を生じ、不良化率も高く、黒鉛化炉端部の問題の
解決手段としては不充分であった。

［課題を解決するための手段］ 案内電極に接する側の焼成電極の温度低下を防止する
には、ここに発熱量の大きい媒質を介在させ、ここで発
熱させて熱の損椎を補うことが考えられる。このための
媒質は取扱い回収などが容易で再使用可能なものが望ま
しい。

本発明者らは上記課題を直列に複数本配置した焼成電
極を両端から案内電極を介して軸方向に通電加熱する黒
鉛化方法において、案内電極と焼成電極の間に黒鉛板お
よび黒鉛板の両側に黒鉛粉粒を介在させ、圧接した状態
で通電加熱することを特徴とする焼成炭素電極の黒鉛化
方法によって解決した。

案内電極は必ずしも断面円形である必要はないが、焼
成電極と同径か、またはそれ以上の面積を有し、黒鉛化
炉の両端部に設けられ、その一部は炉内に、一部は炉外
に露出している。この露出部は空冷又は水冷され、冷却
部において電力供給ケーブルと接続されている。

この炉内の案内電極接続面と、対面する焼成電極の接
続面の間に、両端に黒鉛粉粒層を有する黒鉛板とのサン
ドイッチ層を介在させ、電気的な接続をすることであ
る。

黒鉛板は少なくとも１枚、あまりに多くすると配置す
る焼成電極の処理量に影響を与えること、および効果は
すぐに飽和するので３枚程度で十分である。もちろん距
離の調整のためにするのであればこの数にこだわらな
い。

黒鉛板の厚みは焼成電極の詰長さ調整、複数列配置の
列の長さ調整等の理由で15mm〜600mm程度で十分であ
る。これより薄いと割れたり、加工時のぶれによる黒鉛
板の厚み精度の低下を招くなどの問題がある。一方、60
0mmより厚くすることは焼成電極の詰量（処理量）の低
下、黒鉛板製造コストおよび黒鉛板在庫重量の増加を招
くので好ましくない。

また、黒鉛板の両側に黒鉛粉粒層を設けることは必要
であり、その厚さは5mm〜25mm程度である。

これより薄い粉粒層を均一に充填することが難しく、
作業性の低下を招く。また、25mmより厚いと充填作業は
容易であるが、黒鉛化過程での電極の膨張、収縮によ
り、粉粒層は軸方向に移動するため、加圧下で層厚みを
均一に保つことは難しい。このため局部発熱を招き易
く、設備保全上および品質上問題となる。

黒鉛粉粒の粒度は5mm以下が適当である。

黒鉛板は通常黒鉛電極を切断した板状態で十分であ
り、したがって厚みは任意に選択できる。

黒鉛粉粒は、黒鉛電極を粉砕した黒鉛粉あるいは炭素
繊維などが使用できる。

本発明方法に使用する黒鉛化炉は、炉長が数10m〜100
m以上の長いものであって、焼成電極を数本〜50本程度
も直列に配置するものではあるが、両末端部に配置した
電極が本発明方法により安定に黒鉛化できることは操業
の安定の面からは大きな効果がある。

［作 用］ 従来の導電性粉粒層（実際は黒鉛粉粒層）のみを案内
電極と焼成電極間に充填して電気的接続する方法では、
先ず詰粉コークス上に焼成電極を配置し、その端部と案
内電極間に黒鉛粉粒を充填し、その後詰粉コークスで覆
うことになるが、黒鉛粉粒層が厚くなると両側から圧縮
する際黒鉛粉粒の充填に粗密や広狭が生じ、電流の通路
が不均一となって焼成電極において局部発熱が生じ易
く、黒鉛化後の電極に破損や亀裂が生じ易い点問題であ
った。

本発明において、黒鉛板の厚みと比抵抗および黒鉛粉
粒層の厚みを選択することにより、接合部の発熱量が制
御でき、また黒鉛板を介在させることによりそれぞれの
黒鉛粉粒層の厚みを小さくすることができるので、この
層内での局部発熱が防止され、更に黒鉛板は熱伝導度が
良いので、黒鉛粉粒層にわずかに局部発熱があっても黒
鉛板の径方向への熱拡散が容易なのでこの方向への均熱
化作用もある。

これらによって電極の軸方向および案内電極との接合
部における電極端面の径方向における温度勾配が緩和さ
れる。

［実施例］ （実施例１） 第１図に示すように案内電極２と焼成電極３の間に黒
鉛粉粒6/黒鉛板7/黒鉛粉粒6/黒鉛板7/黒鉛粉粒６のサン
ドイッチ層を設けて電気的に接続した。

540mmφ×1900mmの焼成電極４本を直列に案内電極間
に配置し、上記サンドイッチ層により電気的に接続し、
最大電流78KA、最大電圧30V、最大電力2340KW、最大圧
接力10tonの条件で黒鉛化を行なった。

結果を第１表に示す。

（実施例２） 実施例１において、サンドイッチ層の黒鉛板７を１層
（したがって黒鉛粉粒層は２層）とし、同様に黒鉛化を
行なった。結果を第１表に示す。

（比較例１〜３） 実施例１および２と同様に行なったが、電気的接続の
ためのサンドイッチ層は用いずに黒鉛粉粒のみの層を用
いた。結果は第１表に示す。

上記実験により得られた黒鉛化済電極の端面（案内電
極に対向した面の５ケ所、第１図（ｂ）参照）からのサ
ンプル7a、同一の焼成電極の他端の端面からのサンプル
7b、およびこれに隣接した中央側の焼成電極の対向面か
らのサンプル7cを切り出しサンプルの黒鉛化度から推算
した黒鉛化工程の最高到達平均温度および各サンプリン
グ端面内の場所による温度のバラツキを測定した。

サンプルサイズ：径20mm,長さ100mm なお、黒鉛化度は磁場強度A;B2水準の磁場内での比抵
抗ρ_A;ρ_Ｂの比から求められ、熱処理温度との相関性が
高い指標である。

［効 果］ （１）黒鉛製円板の枚数と導電性粉体の層数を増すこと
により、案内電極に隣接する焼成電極端部7aの最高到達
温度のは他の位置7b,7cの温度に近い値となり、均熱
化が計れた。

（２）黒鉛製円板を用いず、導電性粉体の層厚みのみを
増した場合、7aの平均温度は7b,7c並みになるが、温度
のバラツキが増大するため、黒鉛化された電極の品質が
不均一となった。また、ひび不良率が増すと判断され
た。

（３）本発明の方法は、案内電極付近の異常発熱による
案内電極の消耗劣化に対しても有効であった。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）、第２図は本発明の一つの実施態様を示す
断面図、第１図（ｂ）はサンプリング場所を示す図であ
る。 第３図は従来の黒鉛化炉の平面図である。 １……炉壁、２……案内電極 ３……焼成電極、４……詰粉コークス ６……黒鉛粉粒 ７……黒鉛板

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直列に複数本配置した焼成電極を両端から
   案内電極を介して軸方向に通電加熱する黒鉛化方法にお
   いて、案内電極と焼成電極の間に黒鉛板および黒鉛板の
   両側に黒鉛粉粒を介在させ、圧接した状態で通電加熱す
   ることを特徴とする焼成炭素電極の黒鉛化方法。