JPH0676944A - 電気炉の電極結合のためのジョイント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 広い温度範囲でゆるみのない電極用ジョイン
トを提供する。 【構成】 固体であり導電性の固着剤を含む貯蔵手段３
の役割を果す穴の開いた両側ねじつきの継手またはニッ
プル１が差しこまれる、めねじつきのスリーブ２を含む
端部を有する、黒鉛または炭素製の電極の端と端を強固
に固定するように結合するためのジョイントであって、
前記貯蔵手段の少なくとも１つが、触媒の存在下、60℃
より高い温度で溶融し、90℃〜120 ℃で粘性が2500cP未
満の液相を形成し、 120℃以上で重合化するような熱硬
化性樹脂によって構成される合成固着剤によって充填さ
れていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気炉で使用する黒鉛
または炭素製の消費電極を、端と端で、強固に固定する
よう結合するためのジョイントに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気炉、特にアーク炉の、炭素または黒
鉛製の電極は、使用時に消費され、その交換は、消費に
応じて、新しい電極を古い電極に接続することによって
実施される。これらの電極は、端部にめねじつきのスリ
ーブを含み、そのスリーブ内に、同様に炭素または黒鉛
製の両側ねじ（double filetage ）つきの継手またはニ
ップルが差し込まれる。ニップルとスリーブとの隣接す
るねじの間の空隙は一般に、好ましくは導電性が良い固
着剤によって充填される。この集合体が電極のジョイン
トを構成し、各電極間の有効で永続的な、機械的及び電
気的結合を保証する。

【０００３】実際、このジョイントは、使用中、ゆる
み、さらにはスリーブ−ニップル間のねじの結合が解か
れるなどの、電気炉の順調な運転に非常に有害な事件を
誘発しうる多くの機械応力及び熱応力を受ける。従っ
て、ジョイントは電気アークをショートさせることによ
ってかまたは炉の装填及び金属の鋳造時のいくつかの操
作によって誘発される機械的振動または衝撃に対してば
かりでなく、ジョイントを構成する炭素質要素の膨張の
違いを使用時招く熱応力に対しても抵抗できなければい
けない。

【０００４】これらの応力は、ニップル−スリーブ領域
に存在する、接触が悪い部分さらには接触しない部分が
発生することによって増大し、抵抗率は、ジュール効果
によって局所的にジョイントの過剰加熱をひきおこしな
がら増大する。

【０００５】各電極間の、有効で永続的な、機械的及び
電気的結合を保証するために、ジョイントが受ける熱サ
イクルに適した物理・化学的特性を有する炭素質製品を
ベースにした固着剤を、充填物として体系的に含む電極
のジョイントを使用することによって、大きな進歩がと
げられた。ニップル・スリーブ間のねじ間隙を固着剤に
よって充填することについて、最も頻繁に使用される技
術の１つは、常温で固体の炭素質固着剤（ciment carbo
ne）を、貯蔵手段（reservoir ）の役割をするニップル
の切り込みに注入することから成る。炭素質固着剤は、
最も多くの場合は、ピッチ／タール（brai）をベースに
した結合成分であり、電極のスリーブとの組み立て前に
ニップルの貯蔵手段に配置される。このようにして２つ
の電極間に形成されたジョイントは溶融浴槽に移る時、
急速に加熱される結果、貯蔵手段内の固着剤が軟化し、
ニップル−スリーブ間のねじ間の空隙部分に流出し、 4
00〜800 ℃でコークス化する前に硬化して、ねじの壁に
密着する付着層を形成し、機械的及び電気的に永続する
結合を保証する。

【０００６】貯蔵手段を備えた型のジョイントは、複数
の変形実施例にみられ、多くの特許、特にＵＳ2510230
、ＵＳ2828162 及びＵＳ3419296 の対象となってい
る。この型のジョイントと、最も普通に使用される固着
剤は、コークス化し得るが低温では粘性である有機結合
剤、例えばＵＳ3055789 （ＦＲ1230258 ）によるター
ル、ピッチ材料、合成樹脂、あるいはＵＳ3624011 （Ｆ
Ｒ1485912 ）によるデキストリン、熱硬化性合成樹脂を
含む、ピッチ／タールをベースにした結合成分である。
これらの結合成分は、一方では、 100〜200 ℃の間で粘
性が非常に大きな割合で変化しうるプラスチック性のピ
ッチ／タールの分散状況（Sequence de reparition）の
制御を可能にし、他方では、熱硬化樹脂によって、 200
または 300℃から始まる固着剤の凝固を容易にし得る。

【０００７】実際は、熱硬化性材料の存在によって、あ
らかじめ設定された温度の範囲、つまり 100〜200 ℃に
おいて既に、固着剤の流出およびその結果として得られ
る良好な分散が妨げられる。

【０００８】この分散についての問題は、加熱時に固着
剤の膨張を助け、 100℃からねじ間に分散するのを容易
にするための付加剤を含む、ピッチ／タールベースの新
しい組成を使用することによって解決したと思われる。

【０００９】従って、ＵＳ3976496 （ＦＲ2204673 ）で
は、加湿および 100℃以上での加熱後の発泡特性が既知
であるリグニンスルホネートをベースにした結合剤の中
で希釈された、粒子状のピッチ／タールから成る固着剤
ペーストの使用が勧められている。同様に、ＥＰ−Ａ−
0260529 では、硫黄と 2.4−ジニトロアニリンと透明化
した硝化油（huiles clarifiees nitrees ）とから成る
グループから選ばれた起泡剤を少量加えたピッチ／ター
ルから大部分が構成されている固着剤を含むジョイント
が記載されている。後者では特に起泡剤は、ピッチ／タ
ールの軟化開始温度を下げて、ねじ間に固着剤が分布す
るのを助長するとともに、ピッチ／タールが 350℃から
コークス化する速度を著しく増加させるという２つの利
点が示される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの型の
ジョイントは、特に水を噴霧することによって、電極を
可能な限り冷却する（電極の接触グリップ（pince de c
ontact des electrodes）と電気炉の扉との間の領域
に、例えばアルミニウムホスフェート（ＥＰ−Ａ−0334
007 ）のような適切な塩の水溶液を噴霧することによっ
て、表面に酸化防止の保護層を堆積することもあり得
る）酸化防止のための新しい保護技術を使用する電気炉
の電極としては、もはや適当でない。この場合、電極及
びそれに続くジョイントの加熱サイクルは完全に改変さ
れるので、従来の技術による固着剤を充填物として実施
する貯蔵手段付きのジョイントは、もはや、各電極間の
有効で永続的な、機械的及び電気的結合を、もはや十分
に保証することはできない。

【００１１】より正確には、 150〜250 ℃の温度に電極
を長時間（５〜10時間）保持し、続いて電極が炉の扉を
通過する時、 500℃より高い温度に急激に上昇されるた
めに、ピッチ／タールベースの固着剤のみでは、 500°
以下で十分急速な凝固を達成することはできず、ジョイ
ントのゆるみ及び異常な温度上昇の危険性が高くなる。

【００１２】従って、使用時に冷却されるために新しい
熱サイクルを受ける電極間の永続的で有効な、電気的及
び機械的結合を保証することができ、以下の多くの物理
・化学的特性を兼ね備えた新しい固着剤の使用を含む貯
蔵手段つきのジョイントを調製する必要があることが明
らかになった。

【００１３】− 使用時間及び天候条件の如何にかかわ
らずニップルの貯蔵手段に保存されるように最低60℃ま
で固体状態で安定していること。

【００１４】− 90〜120 ℃では2500cP未満への粘性低
下に伴い溶融し 120〜150 ℃では硬化に伴い急速に凝固
すること。

【００１５】− ジョイントの機械的及び電気的に良好
な結合を保証するためコークス化開始の最低温度 400℃
まで、炭素の最低50％の定着を保持するように耐熱性が
良好であり、コークス化後及び 800℃まで同様であるこ
と。

【００１６】

【課題を解決するための手段】冷却される電極のための
新しい熱サイクルの間に、ジョイントが受ける応力に抵
抗するために必要な物理・化学的特性の全てを有する、
貯蔵手段つきジョイントのための新しい固着剤の発見は
困難でほとんど不可能でさえあることを考慮して、本願
出願人は従来の技術によるピッチ／タールベースの固着
剤と 200℃未満で熱硬化する樹脂との均質混合による固
着剤を試し成果が得られなかった。そのため、ニップル
に配置された貯蔵手段内に一方では、 400℃より高い温
度で各電極間の、機械的及び電気的に十分な結合を保証
するのに適した、従来の技術によるピッチ／タールベー
スの固着剤を、他方では、 500℃までの環境の新しい熱
サイクルによって課せられる応力に応じることができ
る、低温で溶融し熱硬化性を持つ固着剤を別々に含めた
ジョイントを調製した。このような混合ジョイントが、
その近くの電極温度である約 800℃までのあらゆる温度
において有効な結合を保証する。

【００１７】結合に必要な最高温度が 500℃を超えない
特別な場合、ピッチ／タールベースの固着剤を充填した
貯蔵手段のかわりに低温で溶融し、熱硬化性をもつ固着
剤を充填した貯蔵手段の数を増加し、さらに低温で溶融
し、熱硬化性を持つセメントのみを使用するとよいのは
明らかである。

【００１８】より正確には、本発明は、固体であり導電
性の固着剤を含む貯蔵手段の役割をする穴の開いた両側
ねじつきの継手またはニップルが差し込まれる、めねじ
つきのスリーブを含む端部を有する、黒鉛または炭素製
の電極の端と端を、強固に固定するように結合するため
のジョイントであって、前記の貯蔵手段の少なくとも１
つは触媒の存在下、60℃より高温で溶融し、90〜120 ℃
で粘性が2500cP（centipoises ）以下の液相を形成し、
120°以上で重合する熱硬化性樹脂によって構成される
合成固着剤によって充填されていることを特徴とするジ
ョイントに関わる。好ましくは、前記貯蔵手段は、発泡
剤を混合したピッチ／タールベースのセメルントと合成
固着剤とによって別々及び交互に充填されている。

【００１９】炭素質の結合剤を何度も試験した結果、最
適なものは、低分子量のフェノール樹脂であり、前記樹
脂の１〜20重量パーセント、好ましくは８〜12重量パー
セントの割合で、重合化のための触媒としてヘキサミン
（ヘキサメチレンテトラミン（ＣＨ₂ ）₆ Ｎ₄ ）を加え
ると、溶融点が60℃より高くなる樹脂であると判明し
た。このようにして、結合剤が分布・分散する90〜120
℃の温度帯における流体性と、固着剤が硬化する 120〜
℃150 ℃の温度帯における重合化のための硬化とを兼ね
た最高の混合物が得られる。

【００２０】このようにして、混合物が溶融する90〜12
0 ℃、より好ましくは 100〜110 ℃の温度帯において貯
蔵手段内にあり触媒作用を受ける樹脂の、ニップル／ス
リーブ間のねじの間隙空間への流出の加速化と完全な分
散された後、 120〜150 ℃、好ましくは 120〜140 ℃の
間で、重合化によるフェノール樹脂の硬化が実施される
ように粘性が2500cP、好ましくは500cP 未満でなければ
ならない。一方では、触媒の量は明らかに重合化の速度
に影響するが、重合化の開始温度には実際には影響を与
えないことが確認され、他方では、樹脂に８〜12重量パ
ーセントの触媒を加えることによって、硬化速度は最大
となる、つまり 130℃で30分間加熱しただけで完全に重
合化されることが確認された。ピッチ／タールベースの
固着剤がほとんど効力を持たない 150〜400 ℃の温度帯
において、炭素ベースの他の多くの樹脂と違って、重合
化したフェノール樹脂の安定性は、たいへん高いこと、
つまり分解とコークス化の温度は約 400℃であり、熱重
量分析によりモニターされた定着炭素の割合が８〜12％
のヘキサミンを加えた最適条件下においては55％より大
きく60％でさえあることが最終的にわかった。従って、
互いにずれてはいるが、 130℃で30分加熱した12％のヘ
キサミンを含む、本発明による有機固着剤によって接触
部分が結合された黒鉛プレートを、分けることから成る
結合の効能と安定性のテストによれば、プレートは、引
き続き140 −170 −200 −400 −450℃で加熱後は分離
不能な状態であり、分離は 500℃でのみ可能であり、 6
00℃では結合が無効となることが判明した。

【００２１】

【実施例】ジョイントの左右対称軸および貯蔵手段の役
割を果す盲穴をあけた穿孔軸を通る面による、ジョイン
トの縦断面図を示す図１に基づく、以下の詳細な記載よ
り本発明がより十分に理解されるであろう。

【００２２】低分子量のフェノール樹脂に粉末状のヘキ
サミン触媒（粒度は90重量パーセントが75μm 未満で１
％強がオーバーサイズの 150μm ）を樹脂の８〜12重量
パーセントの割合で徐々に混入し、最低90℃で、しかし
好ましくは 110℃を越えない温度で加熱するプレミック
スを実施する。均質な液体混合物が得られたならば、そ
れを冷却し円筒状の小さな棒の形の鋳型に注入し、凝固
後に、図１に示されたニップル１の貯蔵手段３に配置
し、（15〜20重量パーセントの）硫黄を混合した、ピッ
チ／タールベースの従来の組成の固着剤から成る小さな
棒型と交互になるようにセットする。一般的に最低４つ
ある貯蔵手段は、所定の盲穴（溶融時に、液体固着剤
が、重力によってねじの間の空隙に分布するだけでな
く、ニップルとスリーブ２の間に故意に設けられた空間
またはすきま５の中に 130℃から始まる重合反応に伴う
少量のガス放出に引き続く膨張の効果によって上昇しう
るように、最小断面を持つ円錐台部分の、ニップル左右
対称軸と垂直な軸に沿って、ニップル内に放射状に開い
ている盲穴）である。

【００２３】図１に示されるように前記の盲穴は、同じ
軸、つまりジョイントの左右対称軸を通る面に含まれる
穿孔軸（les axes de percage ）に沿って、対向して、
２つずつ開けられている。このような好ましい配置も改
変されうるものであり、例えば、各穴について別々の軸
を含むことがある。これらの穿孔軸は左右対称軸に垂直
のまま、別々の面に存在してもよい。

【００２４】新しい電極が、その結合によって作動され
るとすぐ、ジョイントは、冷却された電極によって熱サ
イクルを受けた後、かなり急速に（１〜２時間） 150〜
250℃の間の温度に上昇され、この温度帯に数時間維持
され、その後、浴槽のカバー（couverture du bain）に
接近する時に 500℃より高い温度に再び急速に上昇さ
れ、次に 800℃、さらには溶融装填材料（chargc en fu
sion）の近くで 900℃まで上昇される。冷却される電極
に対するこのような特別の熱サイクルは、ピッチ／ター
ルベースの従来の固着剤の使用と低温で熱硬化性を示す
合成固着剤とを本発明によって結びつける混合ジョイン
トの変質およびその結果としての故障を伴わずに実施さ
れる。前記ジョイントの産業上の効果はアーク炉用の直
径600mm の黒鉛電極の結合のための貯蔵手段つきのニッ
プルによるジョイントに関する以下の一連の実施例によ
って具体的に示される。

【００２５】実施例１（固着剤を用いない従来の技術） ニップルによるジョイントは固着剤を含まずに結合さ
れ、1275Nmの低温締めつけトルクを受ける。

【００２６】− 140℃で１時間加熱後、ゆるめるのに
必要なトルクは2304Nmである。

【００２７】− 600℃で１時間加熱後、ゆるめるのに
必要なトルクは、ほぼ０である。

【００２８】実施例２（固着剤を用いる従来の技術） ニップルによるジョイントは、前記の従来の技術によ
る、ピッチ／タール、マスチックおよび硫黄ベースの固
着剤（ciment a base de brai mastic soufre ）とのみ
結合され、実施例１と同じ1275Nmの低温締めつけトルク
を受ける。

【００２９】− 140℃で１時間加熱後、ゆるめるのに
必要なトルクは2470Nmである。

【００３０】− 600℃で１時間加熱後、ゆるめるのに
必要なトルクは、6180Nmより大きい。

【００３１】つまり、試験台で利用できる範囲より大き
い。

【００３２】実施例３ ニップルによるジョイントは、ＢＯＲＤＥＮ社が商品化
した、低分子量のフェノール樹脂Ｒ333 （商標）をベー
スにした合成固着剤とのみ結合された。このフェノール
樹脂は、90℃で溶融後に２重量パーセントのヘキサミン
と混合されて、110℃での粘性が2000cP未満、定着炭素
の残滓が約56％、重合化開始温度が 130℃である、65℃
で溶融する固着剤を形成する。

【００３３】− 実施例１及び２と同じ1275Nmの低温締
めつけトルク。

【００３４】− 140℃で１時間加熱後、ゆるめるのに
必要なトルクは5280Nmである。

【００３５】− 600℃で１時間加熱後、ゆるめるのに
必要なトルクは1465Nmである。

【００３６】実施例４ ９重量パーセントのヘキサミンをフェノール樹脂Ｒ333
（商標）に加えることによって形成される合成固着剤を
用いて、実施例３の条件を再現し、今回は、90℃で溶融
後、 110℃の粘性が500cP 未満、定着炭素残滓が約60
％、重合化開始温度が 130℃である、70℃で溶融する固
着剤を得た。。

【００３７】− 前記実施例と同じ1275Nmの低温締めつ
けトルク。

【００３８】− 140℃で１時間加熱後、ゆるめるのに
必要なトルクは6180Nmより大きい、つまり試験台で利用
できる範囲より大きい。

【００３９】− 600℃で１時間加熱後、ゆるめるため
のトルクは1650Nmである。

【００４０】実施例５ 12重量％のヘキサミンをフェノール樹脂Ｒ333 （商標）
に加えることによって形成される合成固着剤を用いて、
実施例３の条件を再現し、今回は、90℃で溶融後に、 1
10℃での粘性が250cP 未満、炭素質残滓が60％より大き
く、重合化開始温度が 130℃である、75℃で溶融する固
着剤を得た。

【００４１】− 前記実施例と同じ1275Nmの低温締めつ
けトルク。

【００４２】− 140℃で１時間加熱後、ゆるめるのに
必要なトルクは6180Nmより大きい、つまり試験台に利用
できる範囲より大きい。

【００４３】− 600℃で１時間加熱後、ゆるめるため
のトルクは1765Nmである。

【００４４】実施例６ 図１に示される対角線状に向かい合う２つの貯蔵手段が
実施例５の条件（12％のヘキサミン混入）に従って製造
された小さい棒型の合成固着剤に充填され、対角線状に
向かい合う他の２つの貯蔵手段が、従来の代表技術を示
す実施例２に従ってピッチ／タール、マスチックおよび
硫黄ベースの固着剤で充填される、本発明による混合ジ
ョイントを実施するための最適条件が再現される。

【００４５】− 前記実施例と同じ1275Nmの低温締めつ
けトルク − 140℃で１時間加熱後、ゆるめるのに必要なトルク
は6180Nmより大きい、つまり試験台で利用可能な範囲よ
り大きい。

【００４６】− 600℃で１時間加熱後、ゆるめるのに必
要なトルクは、6180Nmより大きい、つまり試験台で利用
可能な範囲より大きい。

【００４７】これらの一連の実施例より８〜12％のヘキ
サミンを含む合成固着剤を用いて実施される結合は、重
合化が非常に急速であるために低温の 140℃から既に最
も効果的であり、この合成固着剤と従来の技術によるピ
ッチ／タールベースの固着剤との混合によって、電極の
冷却後に続く全熱サイクルの間有効な、機械的及び電気
的結合を実施しうることが判明した。最後に、20重量パ
ーセント以上では、例えば低温解放トルクが減少して、
固着剤の特性が低下することが判明したために、ヘキサ
ミンの混合は、15％重量パーセント以上では、有効性を
失うことがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【符号の簡単な説明】

１ ニップル ２ スリーブ ３ 貯蔵手段

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体であり導電性の固着剤を含む貯蔵手
   段の役割を果す穴の開いた両側ねじつきの継手またはニ
   ップルが差しこまれる、めねじつきのスリーブを含む端
   部を有する、黒鉛または炭素製の電極の端と端を強固に
   固定するように結合するためのジョイントであつて、 前記貯蔵手段の少なくとも１つが、触媒の存在下、60℃
   より高い温度で溶融し、90℃〜120 ℃で粘性が2500cP未
   満の液相を形成し、 120℃以上で重合化するような熱硬
   化性樹脂によって構成される合成固着剤によって充填さ
   れていることを特徴とするジョイント。
2. 【請求項２】 前記貯蔵手段が、発泡剤を混合したピッ
   チ／タールベースの固着剤と合成固着剤とによって、別
   々及び交互に充填されていることを特徴とする、請求項
   １に記載のジョイント。
3. 【請求項３】 前記合成固着剤の熱硬化性樹脂が低分子
   量のフェノール樹脂であり、前記触媒がヘキサミン即ち
   ヘキサメチレンテトラミン（ＣＨ₂ ）₆ Ｎ₄であること
   を特徴とする、請求項１または２に記載のジョイント。
4. 【請求項４】 前記フェノール樹脂に加えたヘキサミン
   の重量パーセントが１〜20％、好ましくは８〜12％であ
   ることを特徴とする、請求項３に記載のジョイント。
5. 【請求項５】 前記合成固着剤の粘性が 100〜110 ℃で
   は好ましくは500cP未満であることを特徴とする、請求
   項１〜４のいずれか１つに記載のジョイント。
6. 【請求項６】 前記合成固着剤の重合化温度が好ましく
   は 120〜140 ℃の間に含まれることを特徴とする、請求
   項１〜５のいずれか１つに記載のジョイント。
7. 【請求項７】 前記合成固着剤が55重量パーセントより
   大きい割合の定着炭素を含むことを特徴とする、請求項
   １〜６のいずれか１つに記載のジョイント。
8. 【請求項８】 ニップルの左右対象軸と垂直であり、そ
   の最小断面を持つ円錐台部分中にある軸に沿って、ニッ
   プルの内部に放射状に開いた盲穴によって構成される少
   なくとも４つの貯蔵手段を備えたニップルを含むことを
   特徴とする、請求項１または２に記載のジョイント。
9. 【請求項９】 前記貯蔵手段または盲穴が、小型棒状の
   形をした、ピッチ／タールベースの固着剤と合成固着剤
   とによって交互に充填されていることを特徴とする、請
   求項１、２または８に記載のジョイント。