JPS60254591A - アーク炉用黒鉛電極およびその製造方法 - 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】 １〔産業上の利用分野〕 本発明は、ねじニップルによって結合される複数の電極
部片を有するアーク炉用黒鉛電極およびその製造方法に
関する。

〔従来の技術〕

アーク炉およびアーク還元炉に使用される黒鉛電極（本
発明においては炭素からなり、黒鉛化処理を行わない電
極も意味する）は、通膚複数の互に結合される電極部片
から成立っている。その結合手段は、円錐形、二重円錐
形あるいは円柱形の、同じ相料からなるねじニップルを
電極部片の端面から始まるくほみの中にねじ込む方法が
主としてとられている。ニップルの断面は電極部片断面
の一部分を満すだけであるから、ニップルの強度を隣接
する電極部片の強度より高めることが一般に必要である
。その庭めに、ニップルを作るのに選び出された材料だ
けを用い、処理できる位置にある空孔部分をピンチある
いは他の含浸材料による含浸によって減少させることが
行われている。

この方法は、半径方向の熱膨張係数および弾性係数の上
昇とそれに伴ない急速な温度変化に対する安定性の著し
い低下という不利な結果を招くものである。電極そのも
のと同様に、電極部片間のねじ結合は、アーク炉、特に
製鋼用のアーク炉に電極を使用する際に、大きな温度変
動と温度勾配を被むる。通常の急速な加熱の除にｌは、
半径方向の温度差とニップルおよび電極部片間の材質の
相違とにより電極部片のくほみ壁内に接線方向の応力が
生じ、また例えば新しい電極部片のニップル結合のため
に電極を、冷却する際（では、くほみがニップルに対し
収縮するため引張り応力が生じ、双方が空へ壁の破損を
ひき起こすおそれがある。他のさらに大きな欠陥として
は、ニップル自体の破損、二重円何°形二ンプルにおけ
る特に赤道面内の破損がある。破損の原因（は、ニップ
ルと電極部片との長手方向にかける熱膨張係数の相違に
よって生ずる引張り応力である。電極の破損は電極の消
費量を高め、とりわけ炉操業の中１仇を招くから、電極
内＋３Ｂの応力の形成と、電極部分および電極部分間の
結合の構造的および材質的な変化による破損率を減少さ
せることが繰り返し試みられている。例えば、急激な熱
変化が原因の半径方向および接線方向の応力を、電極部
片およびねじニップルに設けられ、はぼそれらの縦軸に
平行に走る切れ目あるいは刻み目によって市１月長する
ことが〕是茶された（米１句特許第２５２７２９４号、
第２６０ろ６６９号明細書力。他の提案によ゛れば、応
力集中を特別に形成さ７″ｌたねじにより、列えは連続
的に変化するねし深さを有するねじによって阻屯するこ
とが行われている（ドイツ連邦共和国特許４２ｓｓ５６
８８号明Ｉａ書）。これらの方法の欠点は、標準ねじか
らのずれと電極ローズの静的破断荷重の低下である。こ
の破損問題の解決のために、電極６やおよ。−２ノＶケ
ゆオ、よ、わけ６，７゜よ。

な選別された石油コークスおよびピッチ結合剤から々る
塊に炭素嬢維を入れることによってかなり高めることも
提察された（ドイツ連邦共和国特許出願公開第２６５９
３７４号明細書）。炭素愼維ｄ、その大きな強度と剛性
のために、とりわけ合成樹脂の強化のために、あるいは
金属やセラミック材料の強化のためＫも用いられる。し
かし、電極部片およびニップルの製造のために用いられ
る材料においては、約１％の量で添加される炭素嬢維を
一様に分布させることが難しく、その上に比較的脆い繊
維の大部分がこの処理の際に砕けるため、得られる効果
は僅かだけであり、電極部片の破損率は取るに足らぬｌ
”ｉど減少するに過ぎない。

〔発明／）’ｆｌ’を決しようとする間遷点〕本発明の
目的Ｉ：は、複数の電極部片から形成される黒鉛電極の
強度および特（（電極部片間の結合のＩａ度を高め、電
極の破損を阻止するか、少くとも破＠頻度を大幅に低減
することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

この課題は本発明によれば、最初（であげた種類の黒鉛
電極におりで、電極の少なくとも一部分に少なくとも一
群の黒鉛繊維糸が張られ、こめ黒鉛］叡維糸ｉ−を電極
部分と力を及ぼし合って結合されていることにより達成
される。

「黒鉛ａ、維糸」とは、はぼ炭素からなり、ピンチ繊維
、ポリアクリロニトリル繊維あるい（は他の炭化可能繊
維の熱分解により作られた糸を意味し、それは約１００
０ないし２５００℃の温度範囲での熱処閉が行われるも
のである。その糸は耐熱性があり、その引張り強度は０
．２　（］Ｐａ以上である。

約１０ないし４００　ｋｔ、ｅｘの繊度を持つ多繊維糸
を用いることが有効であり、価格的（Ｃ有セ１」な加丁
のためには３００ないし３５０　ｋｔｓｘの繊度をもつ
多緘維糸が望ましい。例えば板、管、円筒などのような
合成樹脂マトリックスを有する素体の強化のために黒鉛
繊維を用ハることは公・知であり、合成樹脂あるいはピ
ッチの炭化によって形成されたマトリックスを有する炭
素体の強化も知られている。しかしながら、そのような
素体の強化のために用いられる方法は、上述の理由から
、黒鉛からなり繊維で強化された電極部憧およびねじニ
ップルの製作には適していない。しかし黒鉛繊維の強化
効果は、本発明によれば、強化繊維か程匿の差はあれ一
様に電極の体積にわたって分布されておらず、黒鉛電極
の部分を繊維糸の形で少なくとも一部分巡らせるときに
も得られる。本発明の有利な構成によれば、電極のねじ
ニップルおよび電極部片に黒鉛繊維糸が張られている。

その場合、公知のように、強化は糸の量と糸の群の方向
によって個々の電極部分の実際の荷重に合わせられてい
る。特に糸の配置が、二つの群、一つは縦軸にほぼ平行
、一つはほぼ主応力方向に一致する接線方向に多かれ少
々かれ走る群の中にあることが好都合である。接着結合
あるいは通しボルトによって電極部分上に固定される糸
に初期張力を与えることが望ましい。本発明の他の有利
な構成によれば、応力解放のだ袷の切れ目を備えた電極
部片およびねじニップルに強化繊維糸がかけられている
。

応力解放のために備えられる切れ目および刻み目は、こ
の方法の場合には糸の案内として有効に役立つ。他の実
施態様によれば、ねじニップルのねじ溝自身が強化繊維
糸の案内として役立つ。ねじ溝は糸の収容のために適当
な深さにされている。

電４ｆｉ、部片の外面上に縛られた糸は、電極の使用の
際に気中酸素および糸を次第に損傷する他の物質の侵食
にさらされる。従って糸が耐酸ｆヒ性で耐熱性の物質か
らなる被覆を備えることが右同で、その場合被覆は全表
面上に広がっていなければならない。そのような表面焼
損の減少の／Ｃめの黒鉛電極上の耐火性被覆はそれ自体
公知である。しかし一般に被覆の付着強度が十分でなく
、それ故付着強度の改善と亀裂頻度の低減のために繊維
を短切断繊維として、あるいｊｄ網状編み物の形で添加
することが既に提案されている（ドイツ連邦共和国特許
出願公開第２７２２４３８号明細書）。繊維の埋め込み
は、黒鉛電極の部分に初応力を生成するのには適してい
ない。他方本発明による解決においては、糸をかけるこ
とが耐火性被覆に対する支持体あるいは何着下地として
も役立ち、そしてそれによって外面被覆の効果を改善す
る。電極部分の実際の荷重への適ａのために、その際例
えばニップルを繊維糸の巻き付けにより締め付けられ、
そして電極のくぼみの隣接する壁に応力解放のだめの切
れ目をつけられており、あるいは他の実施態様によれば
電極部片の心が締め付けられておシ、心を囲む部片の帯
域が外面から始唸る切れ目を備える。電極部分にｆＲ維
糸を力を及ぼし合うように巻き付けることによる初期応
力と電極部分に切れ目を入れることによる応力解放との
組合せは、破嵐率の特に効果的な減少を生ずる。

本発明に基づく黒鉛電極の製造のためには、黒鉛繊維糸
を、ねじニップルおよび／または電極部片へ初期張力を
与えながら巻くことが望ましい。

その場合初期張力１′は、引張り強度の１０なし）上２
０チであることが有効で、０１ないしＱ、２０Ｐａに対
応する。糸１は普通の方法で締め金具、くさびおよび他
の固定手段により固定し、つづいて電極部分と接着する
のが有利である。望ましい実施ａ様によれば糸はねじニ
ップルのねじ溝内へ挿入される。

他の方法によれば、ねじニップルに、ニップルの縦１１
η１１とそれぞれ共通の面を有し、その深さがねじのね
じ山の高さより大きい刻み目を備えるが、あるいは少な
くとも二つのほぼ軸方向に通る穿孔を備える。繊維束の
案内として役立つ刻み目および穿孔はでき上ったニップ
ルに加工されるか、あるいはその中に糸を張った後にね
じが形成されるニップル素材に加工されるのが有〃りで
ある。その’Ｍ合ニップルのピンチによる通常の角浸が
糸の接着のために１１用でき、その結果特別な接着工程
が省略される。他の構成によれば成極部片もほぼ軸方向
の穿孔を備え、初期張力を与えた繊維糸を穿孔中に通し
、電極部片と接着し、接着剤を熱的に安定ｆヒする。適
当な接着剤９ま、ピッチおよび特別な硬化ｆＪ＝　１７
１　Ｊｌｉ　、　１り０えばフェノールフォルムアルデ
ヒド樹脂のような、できるだけ付着性の良いコークス層
を形成する流動性の炭化可能物質である。

黒鉛繊維糸は、例えばピッチあるいは位１脂浴中への浸
漬処理によるように、接着剤により含浸することが有効
である。含浸を電極４分上へ糸を張るかあるい（ｄ巻き
付けるＣとと組み合わせること、すなわち糸巻きから解
かれた糸を巻き付は装置の前に配置された浸漬浴を）出
すことは有効である。

糸を乾いた状態で張ることもでき、接着剤はその場所で
吹き付け、刷毛塗りなどにより塗布する。

電極部片と強化糸との間の耐久性のある耐熱性結今の形
成のためには、接着剤を熱的に女定な形にすることが必
要である。巻き付けられた電極部分をこの目的のために
加温し、その際？Ａ？＋　Ｉ＆および時間はＪ局舎によ
っては触媒の添力旧ｒ（よって調整され−ｒ接着剤の種
類により定まる。ｆ使ｆヒ性樹脂て対しては温度は約１
２０ないし２００℃であり、加熱時間は約２ないし８時
間である。最終的な固定のためには、一つづいての熱安
定化と呼ばれる別の熱処理が必要であり、それにおいて
接着剤の熱分解によって強化糸と電極部分との間にコー
クス橋が形成される。この工程のために必要な温度は少
なくとも８００Ｃである。しかし、接着剤はアーク炉中
での規定通りの使用の際に熱的（（安定化されるから、
特別な熱処理は通常必要でない。その場合実際に有効な
力の導入を可能にする固いコークス橋が形成されること
が見出された。その外面に巻き（＝Ｊけが行われた電極
部片に、強化糸の固定の後に高融点で耐酸化性で、１ｙ
１ｊえは火ｄ、容肘あるい（、寸プラズマ浴封によって
つけられる物質からなる被験を備えることが有効である
。、適当な物質、は、とりわけ、炭ｆヒ物および硅化物
単体か、あるい？は高融点酸化物および溶剤と混合され
た炭化物および珪化物である。被覆は、酸化あるい（ｄ
侵食による損傷が阻止されるように少なくとも張られた
糸を完全に覆わなければならない。

ねじニップルおよび電極部片に黒鉛繊維糸を張るために
ｌは、公知の巻き付は装置および方法が適している。巻
き例は速度１ｄ１０ないし５０　ｍ／ｓであることが有
効であり、初期張力は約）ないし２Ｎ　／　ｍｍ２　で
ある。ニップルの心および電極部片の巻き付けのために
備えられる穿孔は約８ないし１２ＩＩ＋＋＋１の直径を
持つ。糸を通してその端をくさびあるいは締付は金具で
固定する。全体として電極部分の重量に対する強化糸の
分量はｏｌないしｔ　Ｏ％、特（で０２ないし０５％が
有効である。

黒鉛繊維糸を張った電極の機能有用性は、張力解放によ
って特（Ｃ著しく改善される。張力を与えられた糸と電
極との力を及ぼし合う結合の場合に、破損荷重は約５０
ないし１００チ向上する。電極の初ｒｕｊ応力と結び付
いて切れ月および刻み目を入れることによる１６力尖頭
イＩなの形成が制限されるならば、電極、特に電極結合
の破損確率りは、通常の黒鉛電極に通用する値の約半分
以■に低下する。

十分小さい破（員率は、その電極に特に高い負荷が課せ
られる、例えばＵＨＰ炉のようなアーク炉および水冷電
極を有する炉の故障のない運転を可能（でする。

〔実カイＢソリ〕

次に本発明を図面に示す実施クリ（（ついて説明する。

第１図および第２図には二面円錐形黒鉛ニップルが示さ
れている。二ソプル体１は端面にほぞ２を有し１円錐面
は溝状の刻み目ろを備え、それは拡大された詳細図から
分るようにねじ溝より深い。

刻み目の中に黒鉛繊維糸４が通されている。糸（はほぞ
２の局りに巻き付ける際に向きを変えられる。

６１７朝の赤道部直径と３５５隅の長さとを有する黒鉛
ニップルは、上述のように六つの４×１゜職の溝を備え
、樹脂な浸黒鉛多繊維ケーブル（３２０ｋｆコ、Ｅ　、
引ＩＢり強度３ＧＰａ）が約０．５ＧＰａの初期張力で
巻き付けられ、フェノールフォルムアルデヒド樹脂はニ
ップルの加温により熱的知安定化する。０．６５％の繊
維分量の場合には、破壊応力は強化されないニップルよ
り約７０％大きかった。

第６図および第４図は他の黒鉛ニップルを示し、強化黒
鉛繊維糸４の収容のための穿孔５を備え、繊維糸４はく
さび乙によって固定されている。

繊維強化電極部片は第５図に概念的に示されている。電
極部片７は穿孔５を備え、それは縦軸に平行にくぼみ８
の底の間に延びている。通された黒鉛繊維糸４はくさび
るによって固定されている。

６００団の直径と２ＤＤ’Ｄｔｕｎの長さを有する電極
部片は六つの穿孔を備え、上述の性質を持つ黒鉛繊維糸
を通し、含浸樹脂を熱的に安定した。０．２係の繊維分
重り場合に、破断強度は強化され彦いｖｗ鎮ｇ−Ｆ　１
６Ｑ　ｎ　ｇ−＆４．’ｌ、すｔ２第６図は、ねじニッ
プル１によって互に結合された二つの黒鉛電極部片７を
概念的に示し、電極部片７は張られた黒鉛繊維糸４の収
容のだめの刻み目６もしくは穿孔５を備えている。電極
部片に通された切れ目９は、電極の運転の際の温度変化
により生じる応力尖頭値の形成を制限する。

【図面の簡単な説明】 第１図訃よび第２図は本発明で期用するニップルの一例
のそれぞれ正面図および平面図、第６図および第４図は
本発明で使用するニップルの異なる例のそれぞれ縦断正
面図および平面図、第５図および第６図はそれぞれ本発
明の為なる実施例のＭ：＠正面図である。 １・・・ねじニップル、４　黒鉛繊維糸、７−・・電極
部片。 ニ！５ 二ＥＺｉＥ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ねじニップルで結合された複数の電極部片を備え、
   電極の少なくとも一部分に少なくとも一群の黒鉛繊維糸
   が張られ、この黒鉛繊維糸は電極部分と力を及ぼし合っ
   て結合されていることを特徴とするアーク炉用黒鉛電極
   。 ２）ねじニップルおよび電極部片に黒鉛繊維糸が張られ
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の黒鉛電
   極。 ５）黒鉛繊維糸に初期張力が与えられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の黒鉛電
   極。 ４）黒鉛繊維糸が多繊維糸であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の黒鉛
   電極。 ５）黒鉛繊維糸の繊度が６００ないし６５０ｋｔｅｘで
   あることを特徴とする特許請求の範。 囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の黒鉛電極。 ６）電極が互に垂直な二つの黒鉛繊維糸の群によって張
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第５項のめずれかに記載の黒鉛電極、。 ７）黒鉛繊維糸の群がねじニップルのねじの谷を通るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１頃ないし第６項のい
   ずれかに記載の黒鉛電極。 ８）黒鉛繊維糸の群が電極部片の外面に張られ、黒鉛繊
   維糸の巻き付けられた面が耐酸化性被覆を備えたことを
   特徴とする特ヱＦ請求の範囲第１項ないし第７項のいず
   れかに記載の黒鉛電極。 ？）少なくとも電極部片が縦軸に平行な切れ目を備えた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第８項の
   いずれかに記載の黒鉛電極。 １０）ねじニップルのねし溝中に黒鉛繊維糸を初期張力
   を与えながら移し、黒鉛繊維糸およびねじニップルを互
   に接着し、接着剤を加温によって安定化することを特徴
   とする黒鉛電極るいは穿孔を設け、黒鉛、繊維糸を初期
   張力を与えながら刻み目あるいは穿孔中に移し、ねじニ
   ップルと接着し、接着剤を加部によって安定化すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の製造方法。 １２）電極部片に軸方向の穿孔を設け、初期張力を与え
   た黒鉛繊維糸を貫通孔中に通し、電極部片と接着し、接
   着剤を熱的て安定化することを特徴とする特許請求の範
   囲第１０項または４１１項化峨の製造方法。 １幻　接着剤として硬化性向刑を用いることを特徴とす
   る特許請求の範囲Ｊ１０．ｌＪｉないし４１２項のし）
   ずれかに記載の製造方法。 １４）接着剤を電極の規定通りの使用によって安定化す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１０項ないし第１
   ３項のいずれかに記載の製造方法。 １５）電極部片の外面に黒鉛繊維糸を張り、黒鉛繊維糸
   を電極部片と接着し、黒鉛繊維糸の張られた面に高融点
   で耐酸化性の被覆を設けることを特徴とする特許請求の
   範囲第１０項ないし第１４項のいずれかに記載の製造方
   法。