WO2004063651A1 - 製鋼用黒鉛電極 - Google Patents

Abstract

電気製鋼炉に用いられる黒鉛電極の操業中における酸化消耗が効果的に抑制され、電極原単位を向上させることができる製鋼用黒鉛電極を提供するものであり、炉蓋より上方に突出する黒鉛電極の表面に冷却液を吹き付けて冷却しながら操業を行う電気製鋼炉の黒鉛電極において、該黒鉛電極の表面に凹凸構造を形成したことを特徴とする。

Description

明細書

製鋼用黒鉛電極 技術分野

本発明は、 製鋼炉用黒鉛電極、 とくに、 炉蓋より上方に突出する黒鉛電極を冷 却しながら操業する電気製鋼炉において使用される黒鉛電極の改良に関する。

背景技術

電気製鋼炉においては使用される黒鉛電極は、 アークをとばして原料を溶解す るものであるが、 アークにより高温に達するため酸化、 昇華が生じ、 またスラグ 浸食などにより電極先端部の損耗が激しく、 損耗を捕うため、 黒鉛電極を炉外上 方から順次接続して補給している。

この場合、 電極の温度上昇により、 黒鉛電極の外周面にも酸化消耗が生じて電 極原単位の増大を招き、 操業中に折損事故に至ることもあるため、 電極外周面の 酸化消耗を抑制するために、 電気製鋼炉の炉蓋より上方で黒鉛電極の表面に冷却 液を吹き付けて冷却する方式が提案されている （実公昭 5 9 - 2 3 3 5 7号公報 ) 。

また、 電気製鋼炉の炉蓋より上方で黒鉛電極の表面を冷却する上記の方式にお いて、 冷却効果を高めるために、 黒鉛電極に冷却液を先拡がりになるよう、 水平 レベルより下向きに一 1 0 ° 以下の傾斜角をとり、 上向きに + 1 0 ° 以下の傾斜 角をとる範囲内でラツバ状に拡がらせて噴射させることも提案されている （特開 平 9— 9 2 4 6 0号公報） 。 発明の開示

電気製鋼炉用に使用される人造黒鉛電極は、 原料コークスにバインダーピッチ を加えて混捏し、 押出成形、 一次焼成、 ピッチ含浸、 再焼成、 黒鉛化し、 所定の 寸法に機械加工することにより製造される。 黒鉛電極は、 黒鉛化が発達するほど 良好な特性を示すが、 他方、 電極表面の親水性は黒鉛化が発達するほど低下する 傾向があるため、 一般に、 製鋼用黒鉛電極においては、 黒鉛電極の表面に冷却液 を吹き付けて冷却した場合、 電極表面で冷却液が弾かれて冷却効果が低下し、 酸 化防止効果が十分に得られないことが多い。

発明者らは、 黒鉛化が発達して使用上良好な特性をそなえた電気製鋼用黒鉛電 極において、 表面の親水性を得るための電極の構造について多くの試験、 検討を 重ねた結果、 電極の表面を凹凸構造とすることにより親水性が得られ、 冷却効果 を高めることができることを知見した。

本発明は、 上記の知見に基づいてなされたものであり、 その目的は、 炉蓋より 上方に突出する黒鉛電極を冷却しながら操業する電気製鋼炉において使用される 黒鉛電極において、 保水性が大きく、 十分な冷却効果が得られ、 酸化消耗が抑制 されて電極原単位の向上が可能となる電気製鋼用黒鉛電極を提供することにある 上記の目的を達成するための本発明による電気製鋼用黒鉛電極は、 炉蓋より上 方に突出する黒鉛電極の表面に冷却液を吹き付けて冷却しながら操業を行う電気 製鋼炉の黒鉛電極において、 該黒鉛電極の表面に凹凸構造を形成したことを特徴 とする。 図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明の黒鉛電極の実施例を示す一部略式正面図であり、 第 2図は 、 第 1図の A部拡大図である。 第 3図は、 凹凸構造の他の実施例を示す図であり 、 第 4図は、 凹凸構造のさらに他の実施例を示す図である。 第 5図は、 本発明の 電極についての水供給量と水保持量との関係を示すグラフであり、 第 6図は、 本 発明の電極についての凹凸構造の突起高さと水保持量との関係を示すグラフであ る。 発明を実施するための最良の形態

本発明において、 凹凸構造とは、 電極の表面に、 電極の軸方向に対して直角方 向または平行な方向に溝を設けてなる構造、 螺旋状の溝を設けてなる構造、 これ らの溝を交差させて凹凸を形成してなる構造、 ディンプル加工を施してなる構造 など、 電極表面に保水性が確保し得る全ての凹凸構造を含む。

上記の凹凸構造のうち、 電極の表面に吹き付けられる冷却液の流れに対して直 角方向または略直角方向に旋盤などの機械加工により溝加工を行って凹凸構造を 形成するのが好ましく、 図 1~2に示すように、 黒鉛電極 1の表面に螺旋状の溝 2を設けてなる構造が加工の簡易性などの点で実用上最も好ましい。 凹凸構造は 電極表面全体に設けることもできるが、 電極の把持部を除く表面に設けることも できる。

この場合の螺旋溝 2の螺旋角 3は 4 5 ° 以上 9 0 ° 未満の範囲とするのが好ま しく、 凹凸の間隔 （ピッチ） Pは 0. 2 1 0 mmとするのが好ましい。 螺旋角 が 4 5 ° 未満では保水効果が小さくなる。 Pが 0. 2 mm未満では保水効果が十 分でなく、 i Ommを越えると、 電極が正しく把持できないという問齄が生じ、 V字溝 （図 1〜2の溝） の場合には深さも大きくなり電極の実効強度が低下する 凹凸構造の突起高さ （高低差） hは、 好ましくは 0. 2〜5mm、 さらに好ま しぐは 0. 3~2mmとする。 hが 0. 2 mm未満では保水効果が小さく、 5 m mを越えると電極の実効強度が低下して折損し易くなる。 凹凸構造を電極表面全 体に設ける場合には、 凹凸のピッチ、 突起高さの上限は、 電極の実効強度が低下 して折損し易くなったり、 電極が正しく把持できないなどの問題が生じないよう 、 電極のサイズに応じて上限値を選択する。

電極表面に凹凸構造を形成することによって、 スプレーまたはノズルシャワー から噴出されて電極表面に吹き付けられた冷却液は、 電極表面を流下する際に、 つぎのように作用し、 電極の冷却効率の向上に寄与する。

( 1) 電極表面の凹凸構造により流下速度が低下して、 冷却液の膜が電極表面に 均一に拡がり易くなり、 膜厚も増加して保水効果が大きくなり、 冷却効果が改善 される。

(2) 電極の表面積、 すなわち、 冷却液への伝熱面積が増加する。

(3) 定常沸騰の面積が拡がり、 蒸発熱による除熱効果が大きくなる。

この他、 凹凸構造による冷却液の攪拌作用のため、 電極表面から冷却液膜の表面 への熱伝達係数が見かけ上向上する効果も考えられる。 冷却液は、 一般的には水 （工業用水） を使用する。 水に界面活性剤を添加する ことにより電極表面への保水効果を向上させることができる。 電極表面に界面活 性剤を塗布しておくことによつても保水効果を増大させることができる。 水以外 でも、 酸化防止剤の水溶液などを適用することもできる。 以下、 本発明の実施例を凹凸構造を設けない従来の平滑表面を有する黒鉛電極 (比較例） と対比して説明するが、 この実施例は本発明の一実施態様を示すもの であって、 本発明はこれに限定されるものではない。

実施例、 比較例

直径 4インチ、 長さ 3 5 0 m mの黒鉛電極の表面に、 表 1に示す条件で螺旋溝 加工を施し、 螺旋溝による凹凸構造を形成した電極を、 ロードセルを介して吊り 下げ、 電極の周りに配置した冷却水吹き付けノズルから電極表面に 4 L /分の水 噴射量で冷却水を吹き付け、 電極表面で冷却水を流下させて、 電極の重量増加を ロードセルにより測定し、 水保持量を求めた （水保持量 =冷却水を吹き付ける前 の電極重量一冷却水を吹き付け、 流下させた後の電極重量） 。

表 1

実施例および比較例における水供給量と水保持量との関係を図 5に、 突起高さ (溝深さ h) と水保持量との関係を図 6に示す。

図 5に示すように、 螺旋溝を形成した実施例では、 溝ピッチ pが 1. 0 mm以 上で螺旋溝を形成しない表面平滑な比較例に比べて、 水保持量が大きくなってお り、 とくに溝ピッチが 2. 0 mm以上の試験例 N 0. 3、 4および 5において良 好な保水効果が認められる。

また、 図 6に示すように、 螺旋溝を形成した実施例では、 螺旋溝を形成しない 表面平滑な比較例に比べて水保持量が増大しており、 とくに溝深さが 0 . 8 mm 以上の試験例 N 0 . 3〜 7において良好な保水効果が認められ、 溝深さが 1 . 7 5 mm以上の試験例 N 0 . 4および 5の保水効果は大きく改善されている。 産業上の利用可能性

本発明によれば、 電気製鋼炉に用いられる黒鉛電極の操業中における酸化消耗 が効果的に抑制され、 電極原単位を向上させることができる製鋼用黒鉛電極が提 供される。

Claims

請求の範囲

1. 炉蓋より上方に突出する黒鉛電極の表面に冷却液を吹き付けて冷却しながら 操業を行う電気製鋼炉の黒鉛電極において、 該黒鉛電極の表面に凹凸構造を形成 したことを特徴とする電気製鋼用黒鉛電極。

2. 前記凹凸構造が螺旋状の溝であることを'特徴とする請求項 1記載の電気製鋼 用黒鉛電極。

3. 前記凹凸構造が螺旋状の溝であり、 該螺旋状の溝は、 螺旋角^が 4 5 ° 以上 9 0 ° 未満、 溝ピッチ Pが 0. 2〜 1 O mm、 溝深さ hが 0. 2〜 5 mmの形態 をそなえたものであることを特徵とする請求項 1記載の電気製鋼用黒鉛電極。