JPS60501879A - ア−ク炉複合電極 - 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】 アーク炉複合電極 発明の背景 １０発明の分野 本発明は電気アーク炉用電極、より詳しく云うと液体で冷却される連絡手段によ って通常の電極（消耗性先端部材）に取付けられた、耐久性のある液体冷却式消 耗性り部部材を備える複合電極に関する。

２、先行技術の記載　゛ 通常電気アーク炉の電極には、黒鉛が使用される。かかる電極は、例えば、アー ク製鋼炉において、浸蝕及び酸化により生ずる腐蝕、Ｘ鰐、スポーリングその他 の要因により、使用中に消耗する。この消耗には、先端の損失、カラムの破壊に よる損失及び特に表面酸化による損失を包含する。平均的な電気炉では、製造さ れる鋼１メートルトン当り４〜８キログラ１、の黒鉛が消耗する。

電気炉における黒鉛電極の消耗・こ低減させる方法の１つとして、保護被覆又は クラツド材を耐酸化材とともに電極に施用することが行なわれている。この被覆 は、一般に、電極パワークランプ（ｐｏｖｅｒ　ｃｌａｍｐ）に対する接触抵抗 を増大させ、しかもこれらの被覆のある種のものは憐酩を使用するので腐蝕性が ある。

黒鉛電極の消耗を低減させる別の方法として、完全な非消耗電極システムを利用 するものがある。これらのシステムは、充分な長さの液冷電極を所定の装置とと もに使用し、電極を著しく高温のアークから保護するものである。このようなシ ステ１．は特許文献には記載されているが、このタイプのものは商業的には成功 するに至っていない。

水冷の金属片に炭素又は黒鉛部分を取付けてなる複合電極は、アーク炉での電極 消耗か少ないとされてきた。

牛１定の複合′１Ｅ極構造に関し、故多くの特許か付′ｊ−されている。例えば 、ヘケッ’ｒ　（Ｒｅｃｋｅｔ）に付与された米国特許第８９１（，４２９号− 、マンヤンタイア（ＮｃｌｎＬｙｒｅ）等に付与された同第２，４７１，５３１ 号、オストハーグ（Ｏｓｔｂｅｒｇ）に伺′Ｊ、された同第３，３９２，２２７ 号、プＬ／　７　（Ｐｒｅｎｎ）に伺すされた同第４，１２１，０４２号及び第 ４，１６８，３９２号、シュウニイブ（Ｓｃｈｗａｈｅ）　等に付り、された同 第４，１８９，８１７−ｑ及び４．２５６，９１８−ｑ、並びに、士ンゴメリー （％ｏｎｔｇｏｍｅｒｙ）に伺ｌｊ−サレタ同第４，２８７，３８１　！４は、 アーク炉の液体冷却複合電極に関するものである。また、シー・コンラッテイ（ Ｃ，Ｃｏｎｒａｄｔｙ）　、ナーンバーグ（Ｎｕ　ｒｎｂｕ　ｒｇ）（７）出願 に係るヨーロンパ特許出願第５０，６８２号、第５０，６８３号及び第５３．２ ００壮は複合電極の形状に関するものである。

発明の目的 本発明のｌ］的は、電気アーク炉用の改良された複合電極を提供することにある 。

本発明の他の目的は、黒鉛の消耗を著しく低にさせることができる複合電極を提 供することにある。

本発明の別の目的は、アーク炉の苛酷な環境に耐えることができ、耐用年数の長 い複合電極を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、ボス電極どして使用することができなくなったのちは 、消耗電極として使用し７−する複合電極を提供することにある。

本発明の別の目的は、黒鉛の圧縮強度を充分に利用することができる複合電極を 提供することにある。

発明の概英 本発明は、中心孔をイ〕する厚肉の管状黒鉛体と、孔に配設された水供給管と、 在来の黒鉛電極の伺属装置ｔとして使用される管状黒鉛体の炉端部に取イ・］け られた中空の金属ニンプルと、管状黒鉛体のト一端に設け１うれた金属ヘンター と、前記黒鉛体と前記ニップルを冷却する液体冷却媒体供給システムと、電極の 管状黒鉛主体部を圧縮保持するシステムとを備えてなり、黒鉛の耐破損性を向上 させることができる水冷複合電極に関する。

管状の黒鉛構造体主要部は、各端部にねじ付きンケ。

トを備えたアーク炉黒鉛電極からつくられる。中心孔の壁部は、黒鉛体の壁部に 対する水の漏洩と浸透を防止するためシールするのが好ましい。黒鉛体の外面は 、コーティング又は含浸により酸化防止剤で処理してもよいが、これは必ずしも 必要ではない。電極には、通常の９孔操作により、ソケットの小さい方の直径よ りも大きくない直径の中心孔があけられ、電極の肉厚を好ましくは電極の外径の 少なくとも約１／４としている。金属製の接続ニップルは中空である。電極の内 径（Ｉｌｌ）よりも小さい外径（ＯＤ）を有する冷却媒体供給管かへツタからキ ャビティに挿通され、冷却媒体を黒鉛チューブの中心を介してニップルに導くよ うにしている。冷却媒体は次に、冷却媒体導入管と黒鉛構造体の孔との間の環状 通路を通ってヘッダーの出口へ向けて上方へ戻る。ヘッダーは通常黒鉛体の上端 に設けたソケットのねじでもって黒鉛体の頂部に取付けられる。

冷却媒体供給管は、管状黒鉛体に圧縮力を付与する手段としても使用される。こ の供給管はニップルとヘッダーに取付けられ、ヘッダーにおいて張力付与装置に よって張力をかけた状態に保持される。平坦なばね、例えば、さらばねワッシャ が好ましいが、コイルばね、空気シリンダ又は水圧シリンダのような他の張力付 与手段も使用することも可能であり、本発明は張力を付与する特定の手段に限定 されるものではない。

管状黒鉛体の内孔は、黒鉛に対する水の浸透及び漏洩を防止するためシーラント で被覆してもよい。２液系（ｔｗｏ−ｐａｃｋａｇｅ）エポキシコーティングが 好ましいが、フェノール、アルキド、シリコーン、ポリウレタン、ポリエステル 又はアクリルの各樹脂のような他の耐、水性の面形成コーティング剤も使用する ことができる。

本発明の電極は、電気アーク炉の高温で侵食性のある雰囲気に対し著しい耐性を 有しており、取付けられた消耗電極の炉の中にある頂部は、使用中は暗色を呈し ており、酸化温度よりも低い温度に有効に冷却されていることを示している。こ れにより、本発明の電極は、黒鉛だけからなる通常の中実の電極を使用する場合 に比べ、酸化が少なく、金属の単位製造量当りの黒鉛の消耗が少なくなる。

本発明の電極はまた、舖導加熱損失（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｈｅａｔｉｎｇ　１ｏ ｓｓ）あるいはアーク電流に大きなドレン（ｄｒａｉｎ）を形成しかつ冷却シス テムに対し大きな熱損失を及ぼす寄生渦電流を生じさせないので、従来の金属製 複合電極に比べ、電気消費量が少ない。

本発明の電極は更に、黒鉛構造体が長時間の使用後に性悪が劣化した場合には、 これを分解して、金属部品は新しい黒鉛チューブに使用することができ、しかも 黒鉛体は通常の態様で消耗電極として使用することができる。

本発明の電極は更にまた、黒鉛だけからなり圧縮力を受けていないカラムに比べ て、著しく向上した強度を有するという利点を備えている。

図面の説明 第１図は、黒鉛のメインチューブ１０と、さらはねワッシャ争アセンブリ１４、 ナンド１６、水導入口１８、遮断ワッシャ２０、排水口２４、上部Ｏ−リングシ ール２６、水導入管３８．ヘッダーニップル３０、及び０−リング３６を有する 遮断シール・ブンシュ３４を備えたヘングーアセンブリ１２とからなる複合電極 を示す。下端には、ねじが形成されているスパイダ４０によって所定の位置に保 持された水導入管３８と、中空の水冷金属ニップル４２と、スパイク４０に設け られた冷却媒体戻り通路４４と、下部Ｏ−リングンール４８と、黒鉛のメインチ ューブ１０は、ナン）１６を介してさらばねワンシャ１４に加えられる張力によ り、スパイク４０でもってニップル・４２に保持した水導入管３８に対し圧縮保 持する。水導入管３８に加わる張力により、ニップルによる上方向のスラスト即 ち力のモーメントが電極本体１０の下部ソケットに対してかかり、しかもニップ ル４２の上部を圧縮状態におく。水は導入口１８に入り、水導入口３８を介して ニップルの内部を通り、スパイダ４０内の通路４４を介して水導入管３８とメイ ンチューブ１０との間の環状通路、ヘッダー１２及び出口２４へ戻る。電極はＯ −リングによりシールされている。

第２図は、電極６２、ヘングーアセンブリ６４及びフランジ６８を有するニップ ル６６を備えた、本発明に係。

る複合電極の別の実施例を示し、ニップル６６は穴ぐり７０に収容されており、 境界面７４で下部電極７２を電極６２と面接触させ、電極６２を圧縮保持してい る。

第３及び３Ａ図は、本発明の更に別の実施例を示すもので、黒鉛のメインチュー ブ８２の孔８０は冷却水の導入口としても作用し、環状に配列されている通路８ ４は、冷却効率を一層高めるように、黒鉛の表面により接近して黒鉛を通る冷却 水出口として作用するように構成されている。

ニップル、水導入管及びヘングーアセンブリは、鋼、ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳 鉄、アルミニウム、銅又はステンレス鋼のような適宜の金属からつくることがで きる。アルミニウムは、低コストでかつ軽量であるから、ヘンダー及び水導入管 に使用するのが好ましく、また、ニップルには銅、ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄 又はアンバー（１＋＋ｖａｒ）が好ましい。装置が使用中に突然故障した場合、 ニップルが銅、アンバー又はアルミニウムから形成されているとニップル材料の 溶融物への混入は溶融物の分析に悪影響を与えるが、ニップルがねずみ鋳鉄又は ダクタイル鋳鉄から形成されていれば、このような悪影響が生ずることはない。

メインチューブは、０乃至５０℃の温度範囲においてＣＴＥが１５ｘｌＯ−７よ りも小さい黒鉛から形成するのが好ましく、これ以外の黒鉛を使用すると耐熱衝 撃性が劣化することになる。

電極のＣＴＥは、押出に際して起こる黒鉛の結晶配向により、長手方向と横方向 で異なったものとなる。本明細書においてＣＴＥとは、円筒体の長袖方向と直交 する横方向のＣＴＥを指すものである。

メインチューブ１０の外面には、ウィルソン（Ｗｉｌｓｏｎ）の発明に係る１９ ８２年１１月１８日付出願の米国特許出願第４４２，８５１号明細書（こ開示さ れているような酸化防止コーティングを施す。

析エルい実施例の□−こ軟 直径が４１　ｃ　ｍ　（Ｌ　６インチ）で長さか２０３　ｃ　ｍ　（８０インチ ）の黒鉛電極の中心に１０ｃｍ（４インチ）の孔をあけ、この孔にシーラントを 被覆して電極をつくった。この電極は、゛電極産業において通常使用されるタイ プの、ねじを切っである２つの截頭円錐状ソケットを備えている。ねじが形成さ れたアタブターニ・ンプルを備えたヘラターアセンブリ、Ｏ−リングシール、平 坦なさらばねワッシャアセンブリ、張力付与す・ント、水導入管及び水導出管を Ｌ端に取付け、冷却媒体管に取付けた中空のねじ伺き双円錯二・ンプルを下端に 取付けた。張力付与ナツトにより冷却媒体供給管に張力をかけ、黒鉛電極に約１ ．８　Ｋｇ／ｃｍ２（２５ｐｓｉ）の圧縮力をイ・Ｊ与した。黒鉛は、圧縮強度 が大きく、高い圧縮応力に耐えることができた。ソケットのねじの破壊強度によ り、有効応力が極限応力限界よりも遥かに低くなるように、圧縮応力の大きさを 制限した。３６ｃｍ（１４インチ）の中実黒鉛電極をニップルに取付けることも できる。次に、電極を水供給系に接続し、炉の固定装置に配置した。

冷却媒体供給管はステンレス鋼製であり、ヘンダーアセンブリは本実施例ではア ルミニウム製であ、一つだ。しかしながら、これらの素子は所用の引張り強度を 持つ他の材料からもつくることもできる。ニンブルは銅製であったか、高力黒鉛 、タフタイル鋳鉄、ねずみ鋳鉄、鋼、アルミニウム、アンバー３６　（Ｉｎｖａ ｒ　３６）その他の低ＣＴＥ材からもつくることもできる。

重接ストリング（ｓｔｒｉｎｇ）を炉から離れた場所でニンブルに取付け、炉の 固定装置に配置し、冷却媒体をヘラターの導入管と導出管に接続した。強度の増 大がこの’ｉｌｉ。

極により得られたが、これは特に、長い電極ストリングを使用する炉、例えば、 長さが約２．４ｍ　（８フィート）の３木の電極を使用する屋根が高い炉に有用 である。

ニップルの部分でアークを発生する金属構造の複合電極において生ずる問題は、 金属製のニップルと交換可能とすることができる本発明により除去されるもので あり、これにより故障が起さた場合に交換を容易にする。

本発明の電極の好ましい実施例では、各端部に、電気炉において広く使用されて いるのど同一・の通常の截頭円錐状のねじ４＝Ｊきソケットを設け、通常の両日 錐状ニップルを取付けであるが、ヘラターとニップルは別の手段によって取付け ることもでき、本発明は特定の構成に限定されるものではない。両端は全く異な った態様で容易に機械加工することができ、取付部材も異なる態様で組〜γでる ことができる。

黒鉛を圧縮状態に保持した構成の固有周波数は比較的高く、カラムが振動又は動 揺により割れる可能性は著しく小さい。

ニンブルは、銅、チタン又は鉄合金のような適宜の金属からつくることができる のは当然であるか、導電刊を良好なもの（こし、コストを低減させ、強度を大き くしかつＣＴＥを低いものにするためには、他の材料、例えば、銅と鉄とを組合 わせたものからつくることもできる。

アンバーはＣＴＥか実質上ゼロの一ニッケル合金であり、ＡＳＭハンドブック第 ９版には、Ｎｉ３６％、Ｍｎ、Ｓｉ及びＣが全量で１％未満、残り（６３％）か Ｆｅからなると記載されている。

殆んどのアーク炉では、電極の上方の作業空間が厳しく制限されているので、平 坦なさらばねワンシャ張力伺ゲシステムはサイズか小さくしかつ簡単であるため 好ましい。平坦なさらばねワンシャは、数多くの製造者がつくっている周知のば ねであり、ばね鋼製の弾性さら形ワッシャである。

電極の最小肉厚は、電極の外径とンケンｌ’ベースの最大径との差から定められ る。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３ ＦＩ　６．３Ａ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．中心孔を有する黒鉛体素子と、該黒鉛体素子の一端に設けられたヘッダーア センブリと、前記黒鉛体素子の他端に配設された中空のニップルと、前記ヘッダ ーに取付けられた張力がかかっている冷却媒体供給管とを備え、前記ニップルは 前記黒鉛体素子に圧縮力を加えることにより前記黒鉛体素子に予め応力を加える ようになっていることを特徴とする電気アーク炉の水冷複合管状電極。 ２、前記電極に予め応力を加える手段はヘングーアセンブリに設けたばね・ナツ トアセンブリと、ニップルに取付けられた張力がかかっている中央の冷却媒体供 給管とからなることを特徴とする請求の範囲第ｉ４に記載の電極。 ３、冷却媒体供給、手段は前記電極の孔の内径よりも実質上手さい外径を有する 管からなり、鎖管と前記孔との間に冷却媒体を戻す環状通路を形成することを特 徴とする請求の範囲第１項に記載の電極。 ４、冷却媒体は冷却媒体供給管に入り、鎖管を介してニップルの内部に達し、冷 却媒体戻し環状通路を介してヘッダーアセンブリに戻り、ヘッダーアセンブリで 電極から出ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電極。 ５．０乃至５０℃の温度範囲における横方向のＣＴＥが１５　ｘ　１０−７ｃ　 ｍ／　ｃ　ｍ／’Ｏよりも小さい黒鉛チューブからなることを特徴とする請求の 範囲第１項に記載の電極。 ６、黒鉛体を圧縮状態に保持する手段は平坦なばねワッシャのアセンブリからな ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電極。 ７、”管状黒鉛体の内孔は表面コーテイング材でシールされていることを特徴と する請求の範囲第１項に記載の電極。 ８、中心孔を有する電気アーク炉用水冷複合管状電極において、 ａ、電極の直径とソケットの最大ベース直径との最小差の肉厚を有する電極素子 と、 ｂ、該電極素子の内径よりも小さい外径を右し水供給管としてだけでなく予め応 力を加える部材として作用することにより前記電極素子を圧縮状態に保持する中 央導入管とを備え、 ｃ６前記管は電極素子の上端においてへラダーアセンブリに取付けられており、 ｄ、前記ヘッダーは氷取出し通路手段を備えており、ｅ、前記管は電極素子の下 端に配設された中空のニップルに取付けられ、前記ニップルは銅、ダクタイル鋳 鉄、ねずみ鋳鉄、鋳鉄、鉄合金、チタン及びアンバーよりなる群から選ばれる金 属によりつくられており、ｆ、前記管は前記ニップルの内部に伸びており、ｇ、 前記ニップルは前記管の外面と前記電極素子の内面との間に形成された冷却媒体 戻し環状通路と接続する冷却媒体通路手段を備えており、 ｈ、前記管は前記ヘッダーと前記ニンブルとの間で張力をうけて配設され、前記 電極素子を圧縮力を与えて保持するものであることを特徴とする複合管状電極。 ９、中心孔を有する黒鉛体素子と、該黒鉛体素子の一端に設けられたヘンターア センブリと、前記黒鉛体素子の他端に配設された中空のニンプルと、前記ヘッダ ーに増刊けられた張力がかかっている構造部材とを備え、前記ニップルは前記黒 鉛体素子−に圧縮力を加えることにより前記黒鉛体素ｆ−に応力を加えるように なっており、前記中心孔は冷却奴体供給ｒ段として作用（７、更に前記中心孔か ら半径力＋Ｌ丁外側へ離隔配置された長手方向に伸びる通路からなる冷却媒体戻 し手段を備えることを特徴とする電気アーク炉用水冷複合管状電極。 １０、圧縮力はへツタ−とニップルのフランジを介して黒鉛体素子に加えられる ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電極。 １１、圧縮力は前記黒鉛体素子の各端部に設けられたソ゛　ケラトのねじを介し て黒鉛体素子に加えられることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電極。