JP2927554B2 - 自己焼成炭素電極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、電気精錬炉に使用する自己焼成電極に関す
る。

背景技術 慣用の自己焼成電極は、電気精錬炉の屋根又は天蓋の
開口を貫いて伸びている垂直に配置された電極ケーシン
グから構成される。前記の電極ケーシングの上端は、未
焼成の炭素質電極ペーストの添加を可能にするために開
放されている。前記の未焼成の炭素質電極ペーストは、
加熱されると軟化し、溶融し、その後に電極に電気的動
作電流を供給する領域において該ペースト中で放出され
る熱により固体炭素電極に焼成される。電極が電気精錬
炉中で消耗するのに従って、該電極が下方に下げられ、
そしてケーシングの新しいセクション（sections）が電
極カラムの頂部に取り付けられ、そして別量の未焼成の
電極ペーストが添加される。

この型の慣用の電極には、電極ケーシングの内面に取
り付けられている（affixed）複数個の垂直形の金属製
内部リブが取り付けられており、該リブは電極の中心部
に向かって半径方向の向きに伸びている。電極ケーシン
グの新しいセクションを電極カラムの頂部に取り付ける
場合には、前記リブは、垂直方向に複数個の連続したリ
ブを得ることを目的として、該電極ケーシングの下のリ
ブに溶接される。前記のリブは焼成された電極の強化材
として機能し、しかも焼成プロセス中に電流と熱とを電
極ペースト中に半径方向の向きで伝達するのに役立つ。
電極の消耗を補うために、電極は電極を保持し且つ滑ら
せるための装置によって電気的精錬炉の中に下方に下げ
られる。

この型の慣用の電極を使用する場合には、電極が精錬
炉中で消耗しつつあると、前記の電極ケーシングと内部
リブとが溶融する。前記のケーシングとリブとの金属分
はこのようにして精錬炉中で製造された製品に移行す
る。電極ケーシングと内部リブとは通常は鋼製であるの
で、かかる慣用の自己焼成電極は、製造された製品中の
鉄分が許容されないほど高くなるであろうという理由か
ら、ケイ素製造用の電気精錬炉又はケイ素含有量の多い
フェロ−シリコン製造用の電気精錬炉には使用できな
い。

1920年代にはすでに、未焼成電極ペースト中の予備焼
成された炭素体（carbon bodies）のインサートを介し
て自己焼成電極中に熱を伝達させることが提案された。
すなわち、ノルウェー特許第45408号明細書には、自己
焼成電極の製造方法であって、予備焼成された炭素体を
電極の周囲に配置し、未焼成炭素ペーストによって所定
の場所に保持する自己焼成電極の製造方法が記載されて
いる。上記の炭素インサートは電極ケーシングに固定さ
れておらず、未焼成電極ペーストによって所定の場所に
保持されているだけであり、しかも電極が焼成されると
焼成された電極ペーストによって保持されているだけで
ある。電極の焼成前、焼成中及び焼成後に、炭素インサ
ートを所定の場所に保持することを目的として、新しい
一本のケーシング（a new length of casing）を電極カ
ラムの頂部に取り付ける場合には、ケーシングの内壁に
対して炭素インサートを適当な場所に保持するのは電極
ペーストだけであるという理由から、各ケーシングを加
熱された液状電極ペーストで完全に満たすことが必要で
ある。電極ペースト中のタール／ピッチ結合剤から放出
される健康に有害なガスが電極カラムの頂部から蒸発
し、しかもこの場合には運転者に許容し得ない健康危険
であるという理由から、かかる電極ペーストの添加方法
は望ましくない。上記のノルウェー特許に示されている
炭素インサートは、半径方向長さ（redial length）と
厚みとの間の比が1:2よりも小さい比を有する。従っ
て、炭素インサートは電極ペースト中に内側に極く短い
長さで熱を伝達するだけであり、それによって電極の中
心部における完全な焼成を得ることを困難にする。ノル
ウェー特許第45408号明細書の炭素インサートは、ケー
シングに固定されていないし又は互いに垂直方向に固定
されていないし、しかもそれに加えて半径方向長さと厚
みとの間の比が1:2よりも小さい比を有するので、これ
らの炭素インサートは慣用の自己焼成電極に使用される
内部リブと同じ様には機能しないであろう。ノルウェー
特許第45408号明細書の方法はこれらの理由から実用性
が認められていない。

しかしながら、長年の間、精錬炉中で製造されたケイ
素の、電極ケーシング及びリブ中の鉄由来の鉄の混入に
よる汚染を回避することを目的として、内部鋼製リブを
有する慣用の自己焼成電極について多数の改良が提案さ
れている。

すなわち、ノルウェー特許第149451号明細書には、自
己焼成電極であって、内部リブを有していないケーシン
グに入れられた電極ペーストを、精錬炉用の電気的動作
電流を電極に供給する場所よりも上で焼成し且つ電極の
焼成後であるが電気的動作電流が電極に供給される場所
まで電極が下げられる前に電極ケーシングを取り除く自
己焼成電極が記載されている。このようにして、ケーシ
ングも内部リブも有していない電極が製造される。この
種の電極はケイ素製造用の精錬炉に使用されているが、
該電極は慣用の予備焼成電極に比べて、電極を焼成し且
つ電極からケーシングを取り除くために効果な装置を取
り付けなければならないという不都合を有する。

米国特許第4,692,929号明細書には、ケイ素製造用の
電気炉と共に使用される自己焼成電極が記載されてい
る。該電極は内部リブを有していない耐久性の（perman
ent）金属ケーシングと、炭素繊維からなる電極用支持
構造部材とから構成され、該電極では電極ペーストが前
記支持構造部材の周りで焼成されしかも焼成された電極
は該支持構造部材によって保持される。この電極は、炭
素繊維からなる支持構造部材によって電極を保持するた
めには、電極の頂部よりも上に特殊な保持装置を取り付
けなければならないという不都合を有している。さらに
また、電極が消耗するのに従って、電極を耐久性久ケー
シングの中を下方に滑らせることが困難であり得る。

米国特許第4,575,856号明細書には、内部リブを持た
ない耐久性ケーシングを有する自己焼成電極であって、
電極ペーストをグラファイトの中心コアの周囲で焼成し
且つ電極を該グラファイトコアによって保持する自己焼
成電極が記載されている。この電極は、米国特許第4,69
2,929号明細書の電極と同じ不都合を有し、それに加え
て電極を半径方向力（radial force）のもとに置くと、
グラファイトコアが破損を受ける。

前記の金属製内部リブを持たない自己焼成電極の種々
の製造方法は全て、破損の可能性を実質的に大きくする
ことなく、1.2mよりも大きい直径をもつ電極には使用で
きないという不都合を招く。これに反して、2.0mまでの
直径をもつ慣用の自己焼成電極が使用されている。

発明の開示 前記の種々の自己焼成電極の製造方法及びその製造装
置にも拘わらず、前記の精錬炉において製造された製品
への鉄の混入を回避するために、公知の電極の不都合を
克服し得る簡単で信頼性のある自己焼成電極に対する要
求が未だに存在している。このような次第で、本発明の
目的は、鋼製内部リブを有していない自己焼成電極であ
って、ノルウェー特許第45408号明細書に記載の電極の
不都合を克服した自己焼成電極を提供することにある。

従って、本発明は、自己焼成電極が消耗される炉と直
接に連結して製造される自己焼成電極であって、導電性
材料から製造された外部ケーシングから構成され且つ複
数個の半径方向に向く垂直形の内部リブ（inner radia
l, vertical ribs）を有し且つ炭素質の未焼成ペースト
が前記ケーシングに供給され、該ペーストが前記電極に
供給される電流によって固体電極に焼成されるものであ
る自己焼成電極に関する。該電極は、前記の半径方向に
向く垂直形の内部リブが前記ケーシングの内部に取り付
けられている固体炭素シートからなるものであること、
該炭素シートが半径方向の長さと厚みとの間の比が5:1
よりも大きい比を有するものであることを特徴とする。

前記の炭素シートはグラファイト又は予備焼成された
炭素材料から製造することができ、しかも該炭素シート
は炭素繊維で強化し得るか又は精錬炉中で製造された製
品に混入しない別の材料製の繊維で強化し得る。前記炭
素シートの半径方向長さと厚みとの間の比は、使用する
炭素材料の種類と該炭素材料の強度とに基づいて決定さ
れる。

前記炭素シートが予備焼成された炭素材料から製造さ
れる場合には、前記の炭素製リブは半径方向長さと厚み
との間の比が8:1よりも大きい比を有することが好まし
い。炭素シートがグラファイトから製造される場合に
は、前記の炭素リブは半径方向長さと厚みとの間の比が
15:1よりも大きい比を有することが好ましい。

本発明の好ましい態様によれば、前記炭素製リブは電
極ケーシングに対してボルト及び／又は接着によって取
り付けられる。

複数個の炭素製リブを有するケーシングは、複数個の
鋼製リブを有する自己焼成電極用のケーシングと実質的
に同じ方法で製造される。このようにして、ケーシング
のそれぞれの節（length）は複数のセクションから製造
し得、この場合、セクションの総数は炭素製リブの数と
同数である。ケーシングのそれぞれのセクションには、
その垂直面の少なくとも一方に、内部方向に伸びている
フランジを取り付けてある。一節のマントル（a mantel
length）を組み立てる場合には、炭素製リブはボルト
とナットによって及び／又は接着によって隣り合ったセ
クション上の垂直形フランジ同士の間に取り付けられ
る。あるいは、ケーシングのそれぞれの節は炭素製リブ
を取り付けるために内側に溶接された垂直形フランジを
有する溶接された円形形シートころ製造し得る。

炭素製リブは少なくともそれぞれの節（length）のケ
ーシングの長さに等しい垂直方向の伸びを有する。炭素
製リブは50cmまでのケーシングの長さを超える長さを有
するものであるのが好ましい。電極の頂部に新しい一節
のケーシングを取り付ける場合には、該一節のケーシン
グにおける炭素製リブはこのようにして下の一節のケー
シングの炭素製リブと重ねられる。電極ペーストの２節
のケーシング同士の間の領域で焼成する場合には、それ
によって慣用の自己焼成電極における鋼製リブ用の方法
と同じ方法で炭素製リブ同士の間に垂直方向の接触が得
られる。

本発明の電極においては、炭素シートから製造された
リブは、良好な導電性を有し、しかも電極に供給される
電流は未焼成の電極ペーストの内部に伝達されるであろ
う。これは、例えば電極破損後に、電極の迅速な焼成を
確実にするためには重要である。

大きな直径をもつ電極については、電極の周囲におけ
る電流条件と熱的条件とを安定化するために複数個のリ
ブが必要である。リブは電流と熱の輸送を増大するほか
に、電極の重みを支えなければならない。慣用の自己焼
成電極における金属製リブは約1000℃よりも高い温度で
溶融し、消失するが、これに対して本発明の電極におけ
る炭素製リブはで電極チップまで下方に全体にわたって
強化材として機能する。従って、本発明の電極は、現
在、ケイ素製造用の精錬炉において使用されている電極
よりも大きい直径をもつ電極に使用できる。

半径方向長さと厚みとの間の比が5:1よりも大きい比
を有する固体炭素シートのリブを使用することによっ
て、炉中で生成される製品へのリブ由来の鉄の混入が回
避され、同時に電極は少なくとも鋼製リブを有する電極
と同じ機械強度を維持する。これは鋼製リブを有する慣
用の電極と同じ程度の大きさの直径を有する本発明の電
極を製造することを可能にする。慣用の保持及び滑り装
置は、本発明の電極に使用できる。このようにして本発
明の電極は、電極保持及び滑り装置を費用をかけて改造
することなく、鋼製リブを有する自己焼成電極を使用す
る現在の精錬炉に使用できる。

本発明の電極用のケーシングには複数個の垂直方向の
金属又は炭素製外部リブを取り付けることができ、それ
によって電極はノルウェー特許第147168号及び第149485
号明細書に記載の電極保持及び滑り装置を使用すること
によって電極を保持し、滑らせ得る。このようにして、
電極上の半径方向力（radial force）は電極の焼成が行
われる領域よりも上で回避される。さらに、かかる電極
保持及び滑り装置を使用することによって、非常に薄い
金属シートからケーシングを製造でき、それによって精
錬炉中で製造される製品への鉄の混入がさらに低減され
る。別の金属、例えばアルミニウム及びアルミニウム合
金もまたケーシングに使用できる。さらに、非環状横断
面を持つ電極、例えば角形又は実質的に角形の横断面を
持つ電極を製造できる。

図面の説明 第１図は本発明の電極の縦方向切断面図である。

第２図は第１図のＩ−Ｉの線に沿って得られた水平断
面図である。

第３図は第２図とＡとに印を付けた領域の拡大図であ
り、炭素製リブをケーシングに取り付けるための第１の
態様を示す。

第４図は炭素製リブをケーシングに取り付けるための
第２の態様を示す。

第５図は角形横断面を有し且つ複数個の半径方向に向
く外部リブを取り付けてある電極の水平断面を表わし、
且つ 第６図は第５図にＢと印を付けた領域の拡大図であ
る。

好ましい態様の詳細な説明 第１図に、自己焼成電極であって、該電極の下に配置
された精錬炉（図示されていない）中で消耗される自己
焼成電極を示す。該電極は導電性材料から製造された外
部ケーシング１から構成される。該ケーシング１は電極
懸垂枠２と、建造物４に懸垂された油圧式の電極調整シ
リンダー３とを貫いている。慣用の電極を保持し且つ滑
らせるための装置５が電極を保持し且つ電極が精錬炉内
で消耗するのに従って電極を下方に滑らせるために配置
されている。電極の下部には、接触クランプ６が配置さ
れており、該接触クランプは慣用の圧力リング７によっ
て電極の表面に対して締め付けられる。接触クランプ６
は、電極に電気的動作電流を供給するために電線管（図
示されていない）に連結される。炭素質電極ペースト中
で発生する熱により、該ペーストは電流供給領域で加熱
され、そして該ペーストは固体電極８に焼成される。電
極ペーストは固体円筒９の形状の電極ケーシング１の頂
部に供給され、該ペーストは熱により軟化し、電極ケー
シングの横断面全体を満たし且つ電極ペーストの液層10
を形成する。

第２図に示されるケーシング１には、半径方向長さと
厚みとの間の比が20:1の比を有するグラファイトシート
から製造された複数個の内部リブ11が取り付けられてい
る。炭素材料から製造された複数個のリブ11を使用する
ことによって、精錬炉内で製造された製品への鋼製リブ
由来の鉄の混入が回避される。また、放射状の内部リブ
がない公知の自己焼成電極であってノルウェー特許第45
408号明細書に記載の炭素製インサートが使用される自
己焼成電極によって生じる不都合が回避される。炭素リ
ブは、それらが焼成された電極の重さを支えることがで
きるような強度をもち、しかもさらに接触クランプ６を
介して供給される電流を電極ペースト10に内部に伝達さ
せる良好な導電性をもち、それによって電極の迅速な焼
成を生じる。また、慣用の電極を保持し且つ滑らせるた
めの装置は、改造することなく本発明の電極にも使用で
きる。本発明の電極はそれによって簡単で、費用効率の
良い方法で使用することができる。

複数個の放射状の炭素シートを電極ケーシングに取り
付けるための２つの態様を第３図と第４図に示す。

第３図に示す態様によれば、電極ケーシング１の個々
のセクションには内部方向に伸びるフランジ12を取り付
けてある。炭素製リブ11はボルト13とナット14によって
電極ケーシングの隣り合ったセクション上のフランジ12
同士の間に取り付けられる。このようにして、炭素製リ
ブ11は簡単な方法でケーシングに取り付けられる。さら
にまた、接触表面には接着剤を塗布できる。

第４図に示す態様によれば、ケーシングには炭素リブ
11の個数に等しい個数で内側に伸びるフランジ16を取り
付けてあり、炭素リブ11は適当な接着剤によってフラン
ジ16に接着される。必要な場合には、連結はボルトとナ
ットによって補強し得る。

第５図と第６図に、本発明の一態様であって電極が実
質的に角形の横断面を有するものである一つの態様を示
す。かかる電極には、第１図に示される慣用の電極を保
持し且つ滑らせるための装置は使用できない。電極を保
持し且つ電極に電流の供給するためには、電極ケーシン
グは、複数個の半径方向に向く炭素製内部リブ11に加え
て、導電性材料例えば鋼、アルミニウム又はカーボンか
ら製造された半径方向に向く外部リブ17が取り付けられ
る。電気的動作電流を電極に供給するために、ノルウェ
ー特許第147168号明細書に記載された方法で、外部リブ
17に固定されるための電流供給装置18が使用される。電
極を保持し且つ滑らせるためには、ノルウェー特許第14
7985号明細書に記載されたような電極を保持し且つ滑ら
せるための装置を使用する。この電流供給装置と、電極
を保持し且つ滑らせるための装置とは電極ケーシング１
に対して半径方向力を課さないので、それによってケー
シング１を薄い材料から製造することができ、精錬炉内
で製造され多製品への鉄の混入がさらに低減される。ノ
ルウェー特許第147168号及び第147985号明細書に記載さ
れた電流供給装置及び電極を保持し且つ滑らせるための
装置もまた角形横断面以外の別の横断面を持つ電極に使
用できる。

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自己焼成炭素電極が消耗される炉と直接に
   連結して製造される自己焼成炭素電極であって、導電性
   材料から製造され且つ半径方向に向く垂直形の内部リブ
   （11）の複数個を有する外部ケーシング（１）から構成
   されるものであり且つ炭素質の未焼成ペースト（９）が
   前記ケーシング（１）に供給され、該ペースト（９）が
   前記電極に供給される電流によって固定電極（８）に焼
   成されるものである自己焼成電極おいて、前記の半径方
   向に向く垂直形の内部リブ（11）は前記ケーシング
   （１）内側に取り付けられている固体炭素シートからな
   るものであり、該炭素シートは半径方向の長さと厚みと
   の間の比が5:1よりも大きい比を有するものであること
   を特徴とする自己焼成電極。
2. 【請求項２】前記の炭素シート（11）がグラファイト又
   は予備焼成炭素材料から製造されるものであることを特
   徴とする請求項１記載の電極。
3. 【請求項３】前記のグラファイトから製造された炭素シ
   ート（11）が半径方向長さと厚みとの間の比が15:1より
   も大きい比を有するものであることを特徴とする請求項
   ２記載の電極。
4. 【請求項４】前記の予備焼成炭素材料から製造された炭
   素シート（11）が半径方向長さと厚みとの間の比が8:1
   よりも大きい比を有するものであることを特徴とする請
   求項２記載の電極。
5. 【請求項５】前記の炭素シート（11）が炭素繊維で強化
   されるか又は精錬炉中で製造された製品への混入に寄与
   しない別の材料製の繊維で強化されるものであることを
   特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電極。
6. 【請求項６】前記の炭素シート（11）が前記ケーシング
   （１）に対してボルト（13）及び／又は接着によって取
   り付けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
   １項に記載の電極。
7. 【請求項７】前記のケーシング（１）が複数のセクショ
   ンから構成されるものであり、それぞれのセクションは
   その垂直面の少なくとも一方に内側方向に伸びるフラン
   ジ（12）を取り付けてあるものであり、且つ前記の炭素
   製リブ（11）は隣り合ったセクションの垂直形フランジ
   （12）同士の間に取り付けられるものであることを特徴
   とする請求項６記載の電極。
8. 【請求項８】前記の炭素シート（11）がケーシングのそ
   れぞれ節の長さに少なくとも等しい垂直方向の伸びを有
   するものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれ
   か１項に記載の電極。
9. 【請求項９】前記の炭素製リブは50cmまでの一節のケー
   シングの長さを有するものであり、それによって新しい
   一節のケーシングを電極の頂部に取り付ける場合には、
   該新しい一節のケーシングの炭素リブは新しい一節のケ
   ーシングの下の一節のケーシングの炭素リブと重なるも
   のであることを特徴とする請求項８に記載の電極。
10. 【請求項１０】前記のケーシング（１）は電極を保持
    し、滑らせ且つ電極に対する動作電流を供給するための
    外部垂直形リブ（17）を取り付けてあるものであること
    を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電
    極。