JPH0226867A

JPH0226867A - 黒鉛電極材の製造方法

Info

Publication number: JPH0226867A
Application number: JP63173967A
Authority: JP
Inventors: Akira Matsuo; 松尾　晃; Shigeki Uchida; 茂樹内田
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 1988-07-14
Filing date: 1988-07-14
Publication date: 1990-01-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は電気比抵抗が低く且つ耐酸化性が向上した黒鉛
電極材の製造方法に関する。

［従来の技術］従来、黒鉛電極材は一般にコークスに結合材としてター
ルピッチを添加して混練、成形後、乾燥等の各種の工程
を経て還元雰囲気炉で２８００℃以上の高温で黒鉛化処
理を施して製造されていた。

従って、高温での黒鉛化の段階で成形体の収縮や膨張が
起こり、気孔率が１５〜３０％と比較的大きい値の製品
が得られている。

電気比抵抗は黒鉛電極材の黒鉛化度が高ければ高い程、
また黒鉛電極材の組織中で絶縁体である空気を包含する
気孔が少なければ少ない程、その値は小さくなる。また
、黒鉛電極材の耐酸化性は空気と接触する黒鉛の面積が
小さければ、即ち、黒鉛電極材の気孔率が小さく、緻密
な組織になっていれば、耐酸化性は高くなる。

従って、黒鉛電極材の性能を高めるに必要な因子として
の低電気比抵抗値と高耐酸化性は黒鉛化度を高めること
と、緻密な組織を形成することによって達成されると考
えられる。

［発明が解決しようとする課題］しかし、従来の技術ではコークスを原料として２８００
℃以上で黒鉛化処理を行なうので、気孔率の高い黒鉛電
極材になる傾向が強く、電極の性能を高めることができ
ない。従って、気孔率を下げるためにピッチ含浸黒鉛化
を反復する工程が必要であるが、コスト的に高いものと
なる。

本発明はアーク電気炉などに装着される電気比抵抗が少
なく、耐酸化性が高い優れた黒鉛電極材を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明者らは従来の技術では黒鉛電極材の性能を高める
ことに限界があると考え、種々の検討を行なった結果、
黒鉛化度の一番高い純度９０％以上の天然黒鉛を出発原
料とした。

即ち、本発明は粒度３００〜５０メツシュ、純度９０％
以上の天然黒鉛１００重量部に対して、粒度２００〜１
００メツシュのシリコン、フェロシリコン及びボロンカ
ーバイドの１種または２種以上をそれぞれ０．５〜３重
量部添加し、更に、結合材としてフェノール樹脂及び／
またはタールピッチを２〜１０重量部配合してなる原料
混合物を混練、成形及び焼成または焼結することを特徴
とする黒鉛電極材の製造方法に係る。

更に、本発明は粒度３００〜５０メツシュ、純度９０％
以上の天然黒鉛１００重量部に対して、粒度２００〜１
００メツシュのシリコン、フェロシリコン及びボロンカ
ーバイドの１種または２種以上をそれぞれ０．５〜３重
量部添加し、更に、結合材としてフェノール樹脂及び／
またはタールピッチを２〜１０重量部配合してなる配合
物に繊維長１１１１１以上のカーボン繊維及び／または
黒鉛繊維を該配合物に対して１〜５０重量部添加してな
る原料混合物を混練、成形及び焼成または焼結すること
を特徴とする黒鉛電極材の製造方法に係る。

し作　用〕本発明は黒鉛化度の１番高い純度９０％以上、粒度３０
０〜５０メツシュの天然黒鉛１００重量部に、後述する
残留炭素部分の耐酸化性を補強し、ひいては黒鉛電極材
の耐酸化性を向上させるために酸化防止材として周知の
シリコン、フェロシリコン、ボロンカーバイドの１種ま
たは２種以上をそれぞれ０．５〜３重量部添加するもの
である。

なお、これら酸化防止材（添加物）の粒度は酸化防止の
効果がより発現できる粒度で、しかも、黒鉛電極材の焼
成及び使用時にその酸化防止材の熱膨張によって組織を
劣化させない程度の粒度がよく、そのためには前記２０
０〜１００メツシュの範囲が良好であることを見出した
。

個々の酸化防止材の添加割合が０．５重量部未満では酸
化防止の効果が少ないために好ましくなく、また、３重
量部を超えると黒鉛電極材の特性である電気比抵抗が大
きくなるので、０．５〜３重量部の範囲が好ましい。

なお、フェロシリコンの添加は黒鉛の異常膨張（バッフ
ィング）を防止するために効果があり、無添加であると
、しばしば２０００℃以上の温度での使用時に、操業に
異常を来す状態になることがあるために、黒鉛電極材が
上述のような高温範囲での使用を意図する場合にはフェ
ロシリコンを添加配合することが好ましい。

上述の天然黒鉛とシリコン、フェロシリコン、ボロンカ
ーバイドの１種または２種以上よりなる混合物を所定の
形状の黒鉛電極材に成形するために更に結合材を添加す
る。結合材としてはフェノール樹脂またはタールピッチ
またはそれら両者を使用することができる。結合材は成
形できる程度で少なければ少ない程よい、この理由は結
合材からできる残留炭素分は後述する天然黒鉛よりも黒
鉛化度が低く、耐酸化性も高くないからであり、もし、
本発明の黒鉛電極材が酸化消耗するとすれば、この残留
炭素分から生ずると考えられるためである。

結合材の添加配合量は２〜１０重量部である。

結合材の添加配合量が２重量部未満では組織の緻密な黒
鉛電極材を得ることができず、１０重量部を超えると成
形時の組織は緻密になるが、乾燥、焼成時に結合材から
発生する揮発分が多くなり、そのために帰って焼成後の
組織が悪くなるために好ましくない。

なお、本発明の黒鉛電極材の主原料である天然黒鉛は耐
火物製造業において常用されているマダガスカル黒鉛、
キッシュ黒鉛、中国産黒鉛などを使用することができる
。

また、該天然黒鉛の粒度は大きいものほど比表面積が小
さくなるので耐酸化性が良好になるが、粒度が大きすぎ
ると緻密な組織をもった黒鉛電極材を製造しにくい、よ
って、種々の実験から黒鉛原料の粒度は前記のように３
００〜５０メツシュの範囲が好適である。

なお、黒鉛原料は純度が９０％以上のものが好適であり
、純度が９０％未満の場合には不純物による電気比抵抗
の増加または黒鉛電極材の焼成、焼結及びアーク炉での
使用中に不純物が蒸発してしまい、そのあとの組織が悪
くなり、電気比抵抗の増大及び耐酸化性の低下をもたら
すために好ましくない。

また、天然黒鉛、酸化防止材及び結合材よりなる配合物
に更にカーボン繊維及び／または黒鉛繊維を添加するこ
とにより黒鉛電極材の耐スポーリング性を高めることが
できる。黒鉛電極材は熱スポーリングを受は易く、それ
に伴って亀裂の発生し、黒鉛電極材の寿命を縮めること
になる。

黒鉛電極材材中に繊維を効果的に混入すれば、亀裂を発
生させる応力を繊維がカバーし、亀裂の発生を抑制する
。また、少々の亀裂が生じても、その亀裂に繊維の架橋
があるので、亀裂の進展が大きくならない、また、使用
する繊維は黒鉛電極材が高温で、しかも電極材として使
用されるので、高温での材質としての安定性及び低電気
比抵抗性を考慮すると、カーボン繊維及び／または黒鉛
繊維が最も効果的である。

前記配合物にカーボン繊維及び／または黒鉛繊維を添加
する場合には、繊維長が１１以上の繊維が良い、これは
繊維長が１１未満の場合には、亀裂に架橋を造ることが
できず、繊維の間を抜けて亀裂が進展するようになるの
で好ましくない、また、カーボン繊維及び／または黒鉛
繊維の添加配合量は前記配合物に対して１〜５０重量部
である。

該添加配合量が１重量部未満であると繊維による亀裂発
生の抑制効果が認められず、５０重量部を超えると繊維
とマトリックスである黒鉛との界面の電気抵抗性のため
に黒鉛電極材の電気比抵抗が高くなるので好ましくない
。

カーボン繊維及び／まなは黒鉛繊維の添加方法は前記配
合物の混線中に分散添加してもよく、あるいは前記配合
物を混練後、成形時に黒鉛電極材の軸方向にカーボン繊
維及び／または黒鉛繊維を並べて成形してもよい、繊維
を分散添加する場合には３次元的な耐スポーリング性の
効果があり、軸方向に並べた場合には軸に垂直な方向に
発生する亀裂を抑制することができる。

上述のようなカーボン繊維及び／または黒鉛繊維を添加
または添加していない配合物を所定の形状に成形し、得
られた成形体を常法例えばコークスプリーズ中に埋め込
んで還元雰囲気で焼成または焼結すると、この工程中に
シリコンは炭素と反応してシリコンカーバイドを生成し
、フェロシリコン中の酸化鉄はバッフィングの原因と考
えられる硫黄化合物と反応して硫化鉄を生成する。なお
、ボロンカーバイドは還元雰囲気中の焼成時はその状態
を保ち、酸化雰囲気の使用時に炭素及び黒鉛に先立って
酸素を捕捉し、酸化ボロンを生成する。

なお、ここで焼成温度は１４００〜１５００℃であり、
還元雰囲気とは高温でコークスプリーズからでるＣＯガ
ス量が０２ガス量に比較して相対的に多く存在する雰囲
気をいう。

［実　施　例コ以下に実施例を挙げて本発明による黒鉛電極材の製法を
更に説明する。

Ｋ１九り以下の第１表に記載する成分割合をもつ配合物を常法に
より混練し、１００ｍｍＸ　１００ｍｍＸ５００ｍ＋ｎ
の形状に成形し、得られた成形体を黒鉛ブリーズ中に埋
め込み、１５００℃で１０時間焼成した。

得られた黒鉛電極材の特性を第１表に併記する。

なお、参考のために純度９９％のキッシュ黒鉛（粒度３
００〜２５０メツシュ）１００重量部に、液状フェノー
ル樹脂を５．０重量部配合した配合物を上述と同様の条
件下で処理して黒鉛電極材とした。得られた結果を第１
表に併記する。

夾ｍ以下の第１表に記載する成分割合をもつ配合物を常法に
より混練し、１００ｍｍＸ　１００ｍｍＸ５００ｍｍの
形状に成形し、得られた成形体を黒鉛ブリーズ中に埋め
込み、１５００℃で１０時間焼成した。

得られた黒鉛電極材の特性を第２表に併記する。

［発明の効果］本発明方法により製造された黒鉛電極材は黒鉛原料に耐
酸化性の高い天然黒鉛を使用しており且つシリコン、フ
ェロシリコン、ボロンカーバイドなどの酸化防止材が配
合されており、この酸化防止材が黒鉛電極材を使用する
時に黒鉛の酸化を防止するので、電気炉の操業が安定し
且つ電極消耗原単位が２．５〜３．２ｋｇ／ｓｔ（従来
品３．０〜４　、０　ｋｇ／　ｓｔ）と約２０％低減で
きる。

また、本発明による黒鉛電極材は電気比抵抗が従来品の
約１／２〜１／３であるので、通電操作中にアーク部以
外で発熱消費される電力が少なくなり、電力原単位が約
１０％低下する。

更に、カーボン繊維及び／または黒鉛繊維を添加した黒
鉛電極材においては、耐スポーリング性が向上し、電極
消耗原単位が２．０〜２　、３　ｋｇ／　ｓｔと従来の
約３０％以上低減できる。また、電気比抵抗が従来品の
約３１５であり、電力原単位が約６％低下する。

従来の黒鉛電極材は原料にコークスを使用しているので
約１０００°Ｃでの還元焼成後、再度上述のような黒鉛
化処理を行なう必要があるが、本発明方法では１度還元
焼成を行なうだけでよいので工程を簡略化できると共に
大幅な省エネルギーを達成することができる。

特許出願人　品川白煉瓦株式会社 −凧１ｉλ１

Claims

【特許請求の範囲】

１．粒度３００〜５０メッシュ、純度９０％以上の天然
黒鉛１００重量部に対して、粒度２００〜１００メッシ
ュのシリコン、フェロシリコン及びボロンカーバイドの
１種または２種以上をそれぞれ０．５〜３重量部添加し
、更に、結合材としてフェノール樹脂及び／またはター
ルピッチを２〜１０重量部配合してなる原料混合物を混
練、成形及び焼成または焼結することを特徴とする黒鉛
電極材の製造方法。
２．粒度３００〜５０メッシュ、純度９０％以上の天然
黒鉛１００重量部に対して、粒度２００〜１００メッシ
ュのシリコン、フェロシリコン及びボロンカーバイドの
１種または２種以上をそれぞれ０．５〜３重量部添加し
、更に、結合材としてフェノール樹脂及び／またはター
ルピッチを２〜１０重量部配合してなる配合物に繊維長
１１以上のカーボン繊維及び／または黒鉛繊維を該配合
物に対して１〜５０重量部添加してなる原料混合物を混
練、成形及び焼成または焼結することを特徴とする黒鉛
電極材の製造方法。