JPH0753623B2

JPH0753623B2 - 黒鉛化に併せて黒鉛電極表面に炭化珪素皮膜を形成する方法

Info

Publication number: JPH0753623B2
Application number: JP62210816A
Authority: JP
Inventors: 洋一郎富永; 正明千田
Original assignee: 日本カ−ボン株式会社
Priority date: 1987-08-25
Filing date: 1987-08-25
Publication date: 1995-06-07
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: JPS6452690A

Description

【発明の詳細な説明】＜発明の目的＞産業上の利用分野本発明は黒鉛化に併せて黒鉛電極表面に炭化珪素皮膜を
形成する方法に係り、詳しくは、黒鉛化炉内で成型され
た炭素成型体を黒鉛化するのにとどまらず、これに併せ
て、黒鉛電極の表面に耐酸化性に優れたSiC皮膜を形成
する方法に係る。

従来の技術従来、製鋼、金属精錬その他の電気炉の電極は、主に人
造黒鉛電極が用いられているが、特に最近では大電力、
あるいは超高負荷操業に適した黒鉛電極の要求が高まっ
ている。この黒鉛電極に要求される大きな特性として
は、電流容量を増大させるための導電性と電極の消耗、
特に高温での消耗を防止するための耐酸化性が要求され
る。

これら黒鉛電極の特性を改善する方法としては、例え
ば、リン酸アルミニウム水溶液を黒鉛電極に含浸させ、
次いで加熱することにより、アルミニウムとリンおよび
酸素との網状構造物を黒鉛電極の表面および気孔中に形
成する方法（特公昭57−61090号公報）、タングステ
ン、チタン、ジルコニウム、モリブデン等の元素と熱分
解黒鉛との化合物で、黒鉛化炉で焼成、黒鉛化された黒
鉛電極の表面を被覆した黒鉛電極（特公昭58−18753号
公報）等が提案されている。

しかしながら、このようにして形成された皮膜は、単に
電極表面上に物理的に付着しているにすぎない等の欠点
を有し、電極の使用時にアーク炉の高温や機械的振動等
によって剥離してしまい十分な耐酸化性が期待できなか
った。従って、このようにしてその表面に皮膜を形成し
た炭素成型体を、黒鉛化炉において、焼成、黒鉛化する
方法が提案されている（例えば、特開昭61−96095号公
報）。このようにして得られた黒鉛電極は電極表面に形
成された炭化物皮膜が剥離することなく耐酸化性は向上
し、電極の消耗、特に高温における消耗が防止される。
しかし、表面の皮膜コート工程が付加されることもあっ
て、コスト高となる点に問題がある。

発明が解決しようとする問題点本発明はこれらの問題点の解決を目的とし、具体的に
は、黒鉛化されるべき炭素成型体を黒鉛化炉中で黒鉛化
すると同時に、黒鉛化された黒鉛電極の表面に強固なSi
C皮膜を形成する方法を提案することを目的とする。

＜発明の構成＞問題点を解決するための手段ならびにその作用すなわち、本発明方法は、黒鉛化炉内において、２つの
導電用電極間に炭素成型体を配置し、これら導電用電極
によって炭素成型体に直接通電して、黒鉛化し、併せて
SiC皮膜を形成する際に、炭素成型体の周囲に、重量比
でC/SiO₂＝90/10〜20/80のコークス／珪石混合物を含む
詰め粉を充填し、その後、3000℃まで昇温して炭素成型
体を黒鉛化してから、1700℃〜2200℃の冷却ゾーンで冷
却して、黒鉛化した黒鉛電極の周囲にSiC皮膜を形成す
ることを特徴とする。

以下、図面によって本発明の手段たる構成ならびに作用
を説明すると、次の通りである。

第１図（ａ）は本発明方法を実施する際に使用する横型
黒鉛化炉の一例の説明図であり、第１図（ｂ）は（ａ）
のＡ部の拡大断面図である。

まず、第１図（ａ）ならびに（ｂ）に示すように、黒鉛
化炉の炉型１内において、後記のように、両端の導電用
電極１、２によって、その間の炭素成型体５に直接通電
して焼成、黒鉛化し、その後、冷却ゾーンの1700〜2200
℃で冷却する間にSiC皮膜を形成する。なお、炭素成型
体５の周囲には、後述の詰め粉２がつめられている。

従来、炭素成型体を黒鉛化するために、一般には、アチ
ソン型黒鉛化炉と呼ばれる横型加熱炉内にコークスを主
成分とする詰め粉を装入し、その詰め粉内に炭素成型体
を埋め、詰め粉に通電し、この詰め粉を介して炭素成型
体を加熱、焼成して黒鉛化する方法がとられている。こ
の際に、時々、詰め粉中の不純物のために黒鉛の表面に
SiCが付着することがある。このSiCの付着は加工を困難
にするため、最も嫌われる現象である。

しかし、この現象を逆に有効に利用すると、黒鉛化に併
せて、SiC皮膜が形成できることに着目し、これに基づ
いて本発明は完成したものである。

すなわち、珪砂などのSiO₂とコークスなどのＣからSiC
を生成する化学式を（１）式に示す。

SiO₂＋3C＝SiC＋2CO ……（１）この反応は1700℃以上で起り、2200℃以上ではSiCは分
解する。従って、黒鉛化炉で最高温度（3000℃）付近ま
で昇温し黒鉛化するときには、この最高温度附近では、
一旦（１）式によって生成したSiCは分解する（SiC皮膜
は生成しないが）。その後、黒鉛化炉内で自然冷却する
と、冷却ゾーン（1700〜2200℃）において、分解したSi
Cが黒鉛化された黒鉛電極表面に付着し、SiC層が形成さ
れる。この場合、2200℃以上でSiCが分解する際に熱分
解黒鉛が生成し、炭素成型体の表面に多量に残存するこ
とがある。このときには、冷却ゾーンの範囲を通過する
間に形成されたSiCは、割れやすくなる危険がある。こ
れを防止するためには、予め炭素成型体の周囲に50〜20
0mmの厚みで炭素粉の層を設けておき、その外周囲に後
記の詰め粉をつめるのが望ましい。

黒鉛化炉としては、通常、通電方向と直角方向に炭素成
型体を並べるアチソン型と通電方向に直列に炭素成型体
を並べるLWG型黒鉛化炉があるが、本発明方法において
はLWG型黒鉛化炉を使用する。その理由は、１）直接に炭素成型体に通電するので電力原単位をアチ
ソン型に較べ大幅に低減できる。

２）通電時間を大幅に短縮できるので炉の回転率を向上
できる。

３）黒鉛電極端面にはSiCが全く形成されないのでねじ
切り等の端面加工が容易である。

等の利点がある。

特に電気炉用電極の場合には、電極端面に電極同志を接
続するためのねじ切り等の端面加工を必要とするので、
３）の利点は極めて重要な理由である。

しかし、これらの利点がある反面、詰め粉があまり昇温
しないため、SiCが電極表面に付着し難い欠点がある。
このため、SiCが生成し易い条件を選定する必要があ
り、そのために炭素成型体の周囲に詰め粉として、重量
比でC/SiO₂＝90/10〜20/80のコークス／珪石混合物、ま
たは、50〜200mmの厚みで炭素粉でおおってから、その
外周囲に、重量比でC/SiO₂＝90/10〜20/80のコークス／
珪石混合物を充填する。また、昇温中のガス抜けを良く
するため、詰め粉に少量のもみがら、おがくずなどを混
合しても良い。

第１図（ａ）は本発明に係るLWG型黒鉛化炉を使用した
黒鉛化炉の説明図であって、導電用電極３および４の間
に複数個の炭素成型体５を黒鉛スペーサー６を介して直
列に配置し、その周囲には、重量比でC/SiO₂＝90/10〜2
0/80のコークス／珪石混合物からなる詰め粉２を充填す
る。

この際、炭素成型体５の表面に50〜200mmの厚みで炭素
粉２′を充填しておおったのち、その外周囲に、上記組
成の詰め粉２を充填することもできる。

また、炭素成型体５の間には、第１図（ｂ）に示すよう
に、炭素粒、黒鉛粒、黒鉛板などの耐熱良導電性材料７
を介在させることもできる。

上記のように、黒鉛化炉内において、導電用電極３およ
び４に通電し、従来法と同様に約3000℃に昇温して炭素
成型体５を黒鉛化してから、自然冷却し、このときに、
冷却ゾーンの温度域を通過させ、その後、炉出しするこ
とによって黒鉛化した黒鉛電極は側面全体に均一に0.5
〜1.0mm厚のSiC層が形成される。本発明の目的である耐
酸化性に優れた黒鉛電極が得られ、更に、黒鉛電極端面
にはSiCが形成されていないので、ねじ切り等の端子加
工には全く支障がない。

実施例以下、実施例によって更に説明する。

（実施例１）第１図（ａ）に示す横型黒鉛化炉を使用し、導電用電極
３、４の間に400φ×1800mmの炭素成型体５を黒鉛スペ
ーサー６を介して直列に配置し、その周囲に以下に示す
組成の詰め粉２を充填した。なお、この際、第１図
（ｂ）に示すように炭素成型体間には黒鉛粒から成る良
導電性材料７を介在させた。

詰め粉２の組成珪砂（６〜20メッシュ） 100重量部もみがら５〃コークス（20〜35メッシュ） 70 〃導電用電極３、４間に通電し、3000℃まで昇温後、丸２
日間自然冷却した後、炉出しした結果、黒鉛化された黒
鉛電極の側面は均一に0.5〜1.0mm厚でSiCが形成されて
いた。この際に、炉出し後の電極温度は1000〜1200℃で
あって、従来の方法では表面酸化が避けられないが、本
実施例の場合は黒鉛電極の側面にSiC層が形成されてい
るため、表面酸化は全く起らず、また、黒鉛電極の端面
にはSiCは全く形成されていないため、端子加工（ねじ
切り等）には全く支障が無かった。

（実施例２）炭素成型体５の周囲に炭素粉２′（６〜20メッシュ）を
充填して厚さ120mmの黒鉛層を形成せしめ、次いで、そ
の外周面に下記組成の詰め粉２を充填した。これ以外は
実施例１と同一条件で加熱、焼成、自然冷却して、炉出
した黒鉛電極の表面にはSiC皮膜を形成され、このよう
な黒鉛電極が得られた。

詰め粉２の組成珪砂（６〜20メッシュ） 50重量部コークス（20〜35メッシュ） 50 〃得られた黒鉛電極の表面に形成されたSiC皮膜は実施例
１に比し強固でハンマーで強打しても全く剥れることが
なかった。

＜発明の効果＞以上詳しく説明したように、本発明方法は、黒鉛化炉内
で、複数個の炭素成型体に直接通電して黒鉛化するとと
もに、冷却する間に黒鉛化された黒鉛電極の表面にSiC
皮膜を形成するもので、炭素成型体の周囲の詰め粉は、
重量比でC/SiO₂＝90/10〜20/80のコークス／珪石混合物
から成っている。

このため、黒鉛化炉中で１工程で炭素成型体を焼成、黒
鉛化するとともに黒鉛電極表面にSiC皮膜を均一に形成
できるので、従来法に比し安価に耐酸化性に優れた黒鉛
電極を製造できる。更に、黒鉛電極の端面にはSiCは全
く形成されないため、ねじ切り等の端面加工にも全く支
障が無い等の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明方法を実施する際に使用する横型
黒鉛化炉の一例の説明図、第１図（ｂ）は（ａ）のＡ部
の拡大断面図である。符号１……炉壁２……詰め粉２′……炭素分３、４……導電用電極５……炭素成型体６……黒鉛スペーサー７……良導電性材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】黒鉛化炉内において、２つの導電用電極間
に炭素成型体を配置し、これら導電用電極によつて炭素
成型体に直接通電して、黒鉛化し、併せてSiC皮膜を形
成する際に、前記炭素成型体の周囲に、重量比でC/SiO₂＝90/10〜20/
80のコークス／珪石混合物を含む詰め粉を充填し、その
後、3000℃まで昇温して前記炭素成型体を黒鉛化してか
ら、1700℃〜2200℃の冷却ゾーンで冷却して、黒鉛化し
た黒鉛電極の周囲にSiC皮膜を形成することを特徴とす
る黒鉛化に併せて黒鉛電極表面に炭化珪素皮膜を形成す
る方法。
【請求項２】黒鉛化炉内において、２つの導電用電極間
に炭素成型体を配置し、これら導電用電極によつて炭素
成型体に直接通電して、黒鉛化し、併せてSiC皮膜を形
成する際に、前記炭素成型体の周囲に50〜200mmの厚みで炭素粉を充
填し、次いで、その外周面に、重量比でC/SiO₂＝90/10
〜20/80のコークス／珪石混合物を含む詰め粉充填し、
その後、3000℃まで昇温して前記炭素成型体を黒鉛化し
てから、1700℃〜2200℃の冷却ゾーンで冷却して、黒鉛
化した黒鉛電極の周囲にSiC皮膜を形成することを特徴
とする黒鉛化に併せて黒鉛電極表面に炭化珪素皮膜を形
成する方法。