JPS5894793A - ア−ク炉電極 - Google Patents

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】 本発明はアーク炉電極、さらに詳しくは金属製頂部と実
質的に円柱形状であってカーボン製の消耗可能な底部と
からなり、互いにスクリューニップル等により結合され
るとともに頂部が供給ダクトと返還ダクトを有する液体
冷却装置を備え、かつ頂部下方域が高温耐性被膜によっ
て保護されているアーク電極およびその使用方法に関す
る。

電極鋼、銅、コランダム、コバルトおよびケイ素等を製
造するアーク炉では電流供給エレメントとして今まで黒
鉛（グラファイト）電極が使用されてきた。電極ストラ
ンドは通常互いにネジ接続等により結合された複数の黒
鉛ユニットからなり、電熱高温溶融工程における各炉に
は電流供給エレメントとしてしばしば３つの電極ストラ
ンドが使用されて、いる。

また、従来のアーク炉操業用結合電極はニップル等のネ
ジ接続によりカーボン材先端を金属シャンクに結合させ
ている。

例えば、ドイツ公開公報率１・５６５．７５１号には頂
部金属製へラドピース、底部金属製へラドピース、双方
を結合する電気的コンタリター、該コンダクタ−および
底部へラドピースを包囲するセラミック化合物、および
底部へラドピースに相互変換可能に取付けられる電極先
端からなる電気ア一り短電極が開示されて〜いる。

また、ドイツ公開公報率２．８４５．３６７号には液体
４却　型電極が開示されており、該電極は電極支持アー
ムに取付けられた円筒状クランプ部および金属製冷却系
統を備え、該冷却系統は電極に電流を供給するようにな
っており、自由端において電極先端および管状のヒート
シールドをら着するためのネジ部を有する。該ヒートシ
ールドは炉雰囲気に暴される地域にそれとは一定距離を
おいてかつ固定された空間的協同形態（ｆｉｘｅｄ　５
ｐａｒｉａｌｃｏ−ｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ　）で冷却系
統を含む。

ヨーロッパ公開公報第１２５７３号には金属シャンクの
金属接触部が内部に配置された金属製冷却系統に対し絶
縁様式で支持された結合電極が開示されている。フック
手段により固定されたセラミックカバーは金属製の冷却
シャンクの底部に設けられ、カーボン部を取付けるスク
リューニップル接続部の高さ近くまで延びている。

かかる結合電極の原理はドイツ特許第２６８，６６０号
が発行されて以来公知である。

アーク炉の操業において、かかる結合電極は厳しい応力
にさらされる。これはかかる電極がしばしば使用される
電気製鋼における高操業温度から理解できよう。

高温度ではカーボン材の側部酸化によりロスが生じるし
、また損傷のある場合はカーボン部分上方でアークの移
行または横方向攻撃の危険があり、短絡するに至る。さ
らに、電極は冷媒の供給および返還において異なる温度
に付されるとともに電流供給および冷却ユニットとして
形成されている関係でカーボン部分にも異なる温度域が
形成される。特にスクリュー品ツプル域は危険な帯域で
ある。

しカζしながら、電極は炉の傾動および支持アームの過
剰クリアランスによる振動ならびにスクラップの溶融時
の移動により、さらにストランドがスクラップの絶縁成
分に位置するときに生ずる機械的応力に耐えなければな
らない。

さらに、溶融時間の短縮のためにここ１０年ないし１５
年は電気的、それ放熱的応力が増大しっつある。カーボ
ンストランドはこれらが専らカーボン材により製造され
ているか否かまたは冷却された金属シャンクにニップル
を介して接続するか否かにかかわらず電極に対する応力
の増大から品質に対する要求が厳しくなってきている。

これらの密度、比電気抵抗、熱膨張係数、熱伝導度２機
械的強度および弾性ならびに熱衝撃耐性に関するグラフ
ァイト部分への要求は増大し、このため、昇温下に長時
間行なわれる強度の黒鉛化工程が採用されるだけでなく
、後加工において圧縮工程が付与されるに至っている。

また、かかる要求に応える高度の黒鉛転換のためには高
品質のベトロケミカル二一ドルコークス（ｐｅｔｒｏ−
ｃｈｅｎｉｃａｌｎｅｅｄｌｅ　ｃｏｋｅ　）を原料と
して使用する必要がある。

ベトロケミカル原材料から製造される高価で優良ナコー
クスで、構造的にブリオリエンテーション程度の高いも
のを使用するには難点がある。なぜなら、低イオウオイ
ル付着物の量が限られたものであるため、かかる原料に
仲Ｏ製造品質が制限されるからである。さ”らに９黒鉛
化の程度を増大すルギーを必要とする。また、冷却され
た金属シャンクと隣接するグラファイト部分の間の移行
帯域に５００Ｋまたはそれ以上の温度差が存するために
ニップル域での熱膨張が異なり、電気的負荷も過大とな
る。

本発明の目的は、特に好ましい態様でかかる操業時の実
質的に機械的、熱的および電気的応力に適合可能な炉操
業に適する電極を提供することにある。

冷却金属シャンクとカーボン部分とを互いに適合させる
ことによって、実際操業に特に適し、かつその製造また
は操作が従来より経済的な電極を利用できる。

こめ問題はカーボン材としてグラファイト構造成分から
部分的に形成されるか全く使用しないことを特・微とす
る上述のアーク炉電極を用いることにより解決される。

□ 本発明は従来アーク炉操業に必須と考えられていたより
も低度の品質のカーボン材を使用すると、結合電極の良
好な実際的性能が得られるという知晧にもとづいて完成
されたもので、特にグラファイト構造成分を部分的に使
用するかまたは全（あるいはほとんど使用しないカーボ
ン材を使用すると危険なりラックの形成または脱離が起
らないという知見にもとづいてなされたものである。

本発明に係るカーボン材は、グラファイトまたは金属か
ら゛構成することができるとともに冷却することのでき
る公知のスクリューニップルにより金属シャンクに取付
けられる。カーボン材への電流供給手段と考えることの
できる金属シャンクは通常、銅等の高伝導性金属により
構成され、供給および返還ダクト（少な（ともニップル
部の外側および内側を必要に応じて冷却できる）からな
る液体冷却システムを備える。金属シャンクの外側が少
なくとも部分的に高温耐性被膜によって保護された構造
は公知である。

′好ましい具体例では、底部の長さおよび直径は全体的
に同−又は対応する寸法であるが、専らグラファイトカ
ーボン材から構成される電極ストランドと比較して少な
くとも同一電気的負荷が得られるように選択される。

本発明に係る電極では、金属製頂部およびカーボン材製
底部の寸法は少なくとも金属シャンクの一部がアーク炉
内に規則正しく導入されるように互いに設定される。カ
ーボン部分は約２〜３ｍの初期長であって、電極の全長
が約５．５〜８、特に６〜７ｍであるのが有利であるこ
とが実験的に証明されている。

カーボン製底部内のグラファイト構造成分の比率はカー
ボン材重量で０〜９０重盪％程度であるハ 本発明において「グラファイト構造成分」とは天然グラ
ファイト、エレクトログラファイトまたはその混合物を
いい、例えばグラファイト合成時の廃棄グラファイトが
エレクトログラファイトとして使用できる。

カーボン材の非グラファイト構造部分は無煙状、鋳造コ
−ｙ　ス（ｆｏｕｎｄｒｙ　ｃｏｋｅ　）および／また
は標準ガソリン（ｐｅｔｒｏｌ）コークスからなり、本
発明の範囲内で底部はこれら材料または混合物から完全
になることもできるが、上述したように、底部のカーボ
ン材はエレクトログラファイト、天然グラファイトまた
はその混合物０〜９０重量％、有利な範囲では５０〜８
５０〜８５重量６０〜８００〜８０重量無煙炭、鋳造コ
ークスおよび／″！たは標準ガ゛ソリンコークスからな
る。

底部を構成する初期材料の品位を示すデータを不発明に
係る電極の底部は公知の方法で製造することができる。

バイブレーションまたは押出しによる製造はこの関係に
おいて特に言及させるべきである。かかる方法は公知で
ある。一 本発明に係る電極の底部において使用されるカーボン材
は特に好ましくは１０〜３０　Ｑｙｔｎ　／ｍの比電気
抵抗を有し、１０〜２０、特に１３〜２０Ω１２７ｍの
範囲のカーボン材が好ましいことが実験的に証明されて
いる。底部の直径は通常２００〜６００ｍの範囲にあり
、３００〜４００調の範囲で特に好ましい結果が得られ
る。金属頂部の直径は底部より大きくまたは小さくも選
択することができる。

カーボン材の特に好ましい嵩比重は１．５０〜１．６５
１／σ　の範囲である。

金属製頂部が電極全長の半分またはそれ以上である本発
明の特に有利な電極は、約５０〜８５％のグラファイト
構造成分（天然および／またはエレクトログラファイト
）　　および非グラ）ファイト構造成分＋（ＷＩＡ煙炭
、鋳造コークスおよび／または通常ガソリンコークス）
からなり、底部（霧化電気抵抗ｌＯ〜２０Ω−／ｍ、嵩
密度１．５０〜１．６５ｆ／、ニーの範囲にある。

本発明の電極の特徴は性能がよくかつ故障な（作動する
ことにある。伝統的な固体グラファイト電極と比較する
と、底部カーボン材は高価でない原材料で、かつ節単な
方法で製造できる。したがって、同一電気負荷容量の下
で操業コストの低減が可能である。

従来の高品位グラファイトに比し低品位のカーボン材が
使用されるが、頂部と底部の移行帯においてさえ、実質
的に脱離およびクラック形成が観測されない。ニップル
としては底部カーボン材よりも高密度で、低比電気抵抗
の高品位のものを使用するのが有利である。

本発明に係る電極はアーク炉における製鋼に使用される
のが好ましいが、銅、コバルトのような非鉄金属だけで
なく、コランダム、シリコン等の製造にも使用すること
ができる。

電気ｗ４製造において、本発明に係る結合電極は直径３
００〜４００′ｎ程度のカーボン材からなる底部を有し
、最大相電流が１０〜３９ＫＡの範囲にある電流を使用
するのが有利である。

以下、図面にもとづいて本発明をさらに詳細に説明する
が、本発明はこれに限定されるものでない口 図示の電極において、冷却媒体（通常、水）は供給ダク
ト２を介して導入され、返還ダクト３を介して返還され
る。この冷却媒体は例・えば鋳鉄から形成できるスクリ
ューニップルｌ内の室にも入る。この場合、金属製頂部
は大径部と牛径部とからなり、スクリューニップル１内
まで延びる。該スクリューニップルは部分的にグラファ
イト構造成分を有するかまたは全（有しない底部６との
接続を行なう。高温被膜４は支持体により支持できすな
わち１ＪＸｆ１部１　’２により内側方向ｌこ規定され
ているＯ スプリングを介して高温耐性のモールド片を適正に着座
させるためにピンが挿入される孔が、冷却孔１５の他に
設けられる。

しかしながら、本発明の要旨は図示の形態に制限される
ものでなく、本発明の範囲で種々変形可能である。好ま
しい電極においては、金属シャンクは実質的に一定の直
径を有しており、高温材料、好１しくはグラファイトの
リングがそこに螺着される。冷却システムは冷却媒体が
ニップルの頂部外域を回って流れ、ニップル内に入ら１
いように構成するのが有利である。このような構造では
導電性中間体はかならずしも設ける必要はない。こら種
々の具体例は消耗性底部をグラファイト構造成分で部分
的に形成するか全く形成しない限り、本発明の範囲に含
まれると理解すべきである。

実施例 水冷銅シャンクからなり、供給ダクトおよび返還ダクト
からなる冷却システムで冷却される結合電極を使用する
。銅シャンクは炉域では高温耐性被膜で保護される。銅
シャンクはグラファイトニップルで廃棄グラファイト（
合成グラファイト製造から得られる）から実質的に構成
されたカーボン材に螺着される。カーボン材の嵩密度１
．６２９７ｄ、比電気抵抗１８．５Ω・−７ｍである。

５０トン容量の炉にかかる電極を３本使用し。

操作電圧４９０ｖの下に５０００ＯＡの相電流を有する
三相交流を使用する。

比電極消耗量は４．８にｇ／）ン（網戸、実質的に　　
　　　　−ノドラブルなく操業される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電極の縦断面図である。 １・・・ニップル、　２・・・供給ダクト、　　３・・
・返還ダクト、　　５・・・金属製頂部、　　６・・・
底部。 特許出願人　アーク・テクノロジイズ・システムズ。 リミテッド 代理人弁堆士青山　　葆　ほか１名 第１＋ 第１頁の続き （ｌ　　明　者　フランツ・シュウペルドイツ連邦共和
国８５０５０−テン バツハ・アン・デル・ペクニツ ヅ・フィンケンガツセ９４番 ０発　明　者　フリードリッヒ・リッツマンドイツ連邦
共和国８５０１リユツケ ルスドルフ・パイ・ニュルンベ ルク・アム・ビュツク１８番 の発　明　者　ヴオルフガング・リツベルトドイツ連邦
共和国８５４０シュバー バッハ・エベルスベルガー・シ ュトラーセ４番 ０発　明　者　ヨセフ・オツトー ドイツ連邦共和国５８０２ヴイツテ ル４アム・バッサ−フルム５番 ＠Ｒ明　者　ヨセフ・ミュウレンベツクドイッ連邦共和
国５８０２ヴイッテ ル４コルムバスストラーセ１番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）金属製頂部、実質的に円柱形のカーボン材からな
   る消耗性底部、頂部と底部とを接続する手段、頂部のた
   めに備えられ、供給ダクトおよび返還ダクトを有する液
   体冷却装置からなり、底部カーボン材が部分的にグラフ
   ァイト構造成分から形成されるかまたはかかるグラファ
   イト構造成分を含まないことを特徴とするアーク炉電極
   。 （２）接続手段がスクリューニップルであり、頂部が高
   温耐性被膜により保護されている第（１）項記載の電極
   。 （３）底部の長さおよび直径が対応する寸法で専らグラ
   ファイトカーボン材からなる電極ストランドと比較して
   少なくとも同一の電気負荷を備えるように選択される第
   （１）項記載の電極。 （４）カーボン材中のグラファイト構造成分の割合が０
   〜９０重量％である第（１）項記載の電極。 （５）カーボン材中のグラファイト構造成分σ割合が５
   ０〜８５重量％である第（４）項記載の電極。 （６）グラファイト構造成分が天然グラ７ァイト、エレ
   クトログラファイトおよびその混合物から選ばれ名書（
   １）項記載の電極。 （７）カーボン材の非グラファイト構造成分が無煙炭、
   鋳造コークス、標準ガソリンコークスおよびそれらの混
   合物から選ばれる第（１）項記載の電極。 （８）底部が無煙炭、鋳造コークス、標準ガソリンコー
   クスおよびそれらの混合物から選ばれる材料から形成さ
   れる第（１）項記載の電極。 （９）底部がバイブレーションおよび押出の１つにより
   製造される第（１）項記載の電極。 （１の底部の比電気抵抗が１０〜３０Ω・−７ｍである
   第（１）項記載の電極。 （Ｃｆｌ濠部の比電気抵抗が１０〜２０Ω・−７ｍであ
   る第（ｌの項記載の電極。 （１２）底部の直径が約２００〜８００Ｈである第（１
   ）項記載の電極。 （１３）底部の直径゛が約３００〜４００１Ｍである第
   （１２）項記載の電極。 （１４遥部直径が金属製頂部より小さい第（１１項記載
   の電極。 （１５）カーボン材の嵩密度が１．５０〜１．６５１７
   ｃ膚である第（１）項記載の電極。 （１６）金属製頂部、実質的に円柱形のカーボン材から
   なる消耗性底部、頂部と底部とを接続する手段、頂部の
   た゛めに備えられ、供給ダクトおよび返還ダクトを有す
   る液体冷却装置からなり、底部カーボン材が部分的にグ
   ラファイト構造成分から形成されるかまたはかかるグラ
   ファイト構造成分を台筐ないアーク炉電極に電流を流す
   ことを特徴とする電気鋼の製造法。 （１７）最大相電流が１０〜３ＱＫＡであり、底部直径
   が３００〜４００Ｈである！　（１６）項記載の製造法
   。