WO2022195930A1 - 黒鉛電極、電気炉 - Google Patents

黒鉛電極、電気炉 Download PDF

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socket
pole
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洋平 蛭海
良彦 樫原
光広 足立
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東海カーボン株式会社
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    • H05B7/14—Arrangements or methods for connecting successive electrode sections

Definitions

  • the present invention relates to graphite electrodes and electric furnaces equipped with the same.
  • connection part of the graphite electrode that prevents breakage of the nipple is disclosed (see, for example, Patent Document 2).
  • this structure of the connecting portion a helical peripheral shaved portion whose shaved width gradually increases as it moves from the small diameter side to the maximum diameter side is formed on the taper nipple or electrode socket thread contact side portion. .
  • the stress at the maximum diameter portion of the tapered nipple is relieved to prevent breakage of the tapered nipple.
  • a connecting portion of the graphite electrode that prevents breakage of the nipple is disclosed (see Patent Document 3, for example).
  • This connecting portion has a structure in which the crest heads of a plurality of screw threads are cut off so as to gradually decrease from the small diameter side toward the maximum diameter portion.
  • one of the objects of the present invention is to provide a graphite electrode that can reduce the loosening of the screw between the nipple and the socket and can also reduce the manufacturing cost.
  • the graphite electrode of the present invention (1) includes a pole having a female threaded socket at the end, a male-threaded nipple that can be fastened to the socket; with a value obtained by subtracting the effective diameter of the small diameter end side of the nipple from the effective diameter of the small diameter end side of the socket is 0.05 to 0.70 mm; The value obtained by subtracting the taper angle of the socket from the taper angle of the nipple is -2 minutes to -3 minutes and 30 seconds.
  • the graphite electrode of the present invention (2) is a pole having an internally threaded socket at its end; a male-threaded nipple that can be fastened to the socket; with The value obtained by subtracting the linear expansion coefficient of the socket from the linear expansion coefficient of the pole is ⁇ 0.4 to +0.5 (10 ⁇ 6 /° C.).
  • the graphite electrode of the present invention (3) is the graphite electrode according to (1) or (2),
  • the nipple has a first fastening portion that can be fastened to the socket, and a second fastening portion provided on the opposite side of the first fastening portion, With respect to the fastening torque required to fasten the second socket of the second pole to the second fastening portion of the nipple with the first fastening portion fastened to the socket, Also, the loosening torque required to loosen the second pole is at least 1.65 times greater.
  • the electric furnace of the present invention (4) is an electric furnace equipped with the graphite electrode according to any one of (1) to (3).
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a connecting portion of graphite electrodes of the electric furnace shown in FIG. 1 ;
  • 3 is a cross-sectional view showing an effective diameter d of the graphite electrode shown in FIG. 2 on the small diameter end side of the nipple and an effective diameter D of the graphite electrode on the small diameter end side of the socket.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing ⁇ /2, which is the half angle of the taper angle ⁇ of the nipple of the graphite electrode shown in FIG. 2, and ⁇ /2, which is the half angle of the taper angle ⁇ of the socket of the graphite electrode;
  • FIG. 4 is a graph showing the diametrical CTE difference for the poles of Examples B1-B7 and Comparative Examples B1-B7.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the effective diameter difference, taper angle, and loosening/tightening torque ratio of Examples C1 to C4.
  • 4 is a graph showing the relationship between the effective diameter difference and taper angle of Example C2 and Comparative Examples C1 to C3 and the loosening/tightening torque ratio.
  • An electric furnace can produce molten steel by melting metal scrap such as iron in the furnace with heat generated by electrical discharge (arc).
  • the electric furnace 11 includes a furnace body 12 , a graphite electrode 13 suspended inside the furnace body 12 , and a holder 14 for suspending the graphite electrode 13 .
  • the electric furnace 11 may be either an AC furnace or a DC furnace. When the electric furnace 11 is an AC furnace, the number of graphite electrodes 13 may be plural.
  • the graphite electrode 13 discharges electricity from the tip toward the bottom of the furnace body 12, so that the metal scrap thrown into the furnace body 12 can be melted by high heat.
  • the graphite electrode 13 has one or more cylindrical poles 21 and a nipple 22 interposed between the poles 21 as a joint.
  • Each of the pole 21 and the nipple 22 is made of a solid composition containing graphite as a main component.
  • Each of the poles 21 has a socket 24 recessed in a truncated cone shape on its end face 23 .
  • a female thread is formed on the inner peripheral surface of the socket 24 .
  • Nipple 22 can be received inside socket 24 .
  • the nipple 22 has a shape in which the bottom surfaces of two truncated cones are joined together.
  • the nipple 22 includes a tapered first fastening portion 25, a tapered second fastening portion 26 provided on the opposite side of the first fastening portion 25, the first fastening portion 25 and the second fastening portion. 26, and a pair of small-diameter ends 28 provided at the tips of the first fastening portion 25 and the second fastening portion 26, respectively.
  • the taper of the first fastening portion 25 and the taper of the second fastening portion 26 are formed in opposite directions.
  • Each of the taper of the first fastening portion 25 and the taper of the second fastening portion 26 is formed such that the diameter of the nipple 22 gradually decreases from the central maximum diameter portion 27 to the small diameter ends 28 located at both ends. ing. External threads are formed on the outer peripheral surfaces of the first fastening portion 25 and the second fastening portion 26 .
  • the first fastening portion 25 of the nipple 22 can be fastened to the socket 24 of the pole 21 .
  • a second pole 31 different from the pole 21 can be fastened to the second fastening part 26 of the nipple 22 while the first fastening part 25 is fastened to the pole 21 .
  • the second pole 31 has a second socket 32 on the end face 23 and can be connected to the second fastening portion 26 via the second socket 32 .
  • the holder 14 has a ring-shaped holder 14A and a support portion 14B capable of supporting the graphite electrode 13 via the holder 14A.
  • the "effective diameter of the nipple”, as defined in JIS R 7201, is at the intersection of the plane perpendicular to the nipple axis at the center of the nipple and the cone that forms the pitch line of the nipple thread. means the diameter of a circle.
  • the "effective diameter of the small diameter end of the nipple" d in this embodiment differs from this definition, and is defined by the plane perpendicular to the nipple axis at the position of the small diameter end 28 and the pitch of the nipple thread. It means the diameter of the circle at the intersection of the cones that make up the line.
  • the "effective diameter of the socket” is the intersection of the plane orthogonal to the socket axis, that is, the plane that coincides with the end of the pole, and the cone that constitutes the pitch line of the socket thread. means the diameter of the circle in the part.
  • the "effective diameter of the small diameter end side of the socket” D of this embodiment differs from this definition. It means the diameter of the circle at its intersection with the cone that makes up the pitch line of the mountain.
  • the maximum diameter portion 27 of the nipple 22 is at the border position between the pole 21 and the second pole 31 adjacent thereto.
  • the effective diameter difference at the small diameter end 28, that is, the value obtained by subtracting the effective diameter of the small diameter end of the nipple 22 from the effective diameter of the small diameter end of the socket 24 is 0.05 to 0.7 mm.
  • it is preferably 0.06 to 0.5 mm, more preferably 0.08 to 0.44 mm. If the effective diameter difference at the small-diameter end 28 is less than 0.05 mm, the torque required to fasten the nipple 22 or the second pole 31 to the pole 21 tends to be too large.
  • the taper angle refers to the total angle of the cone represented by the pitch line of the thread. Therefore, as shown in FIG. 4, the taper angle ⁇ of the nipple 22 corresponds to twice the slope ⁇ /2 with respect to the nipple axis.
  • the taper angle ⁇ of the socket 24 corresponds to twice the slope ⁇ /2 with respect to the socket axis.
  • the difference between the taper angles of the nipple 22 and the socket 24, that is, the value obtained by subtracting the taper angle of the socket 24 from the taper angle of the nipple 22 is preferably from -2 minutes to -4 minutes. It is preferably -3 minutes and 45 seconds, more preferably -2 minutes to -3 minutes and 30 seconds.
  • the difference in linear expansion coefficient in the diameter direction between the pole 21 and the nipple 22 of this embodiment that is, the value obtained by subtracting the linear expansion coefficient of the socket 24 from the linear expansion coefficient of the pole 21 is -0.4 to +0.5 (10 - 6 /°C), more preferably -0.3 to +0.3 (10 -6 /°C). If the linear expansion coefficient difference in the diametrical direction between the pole 21 and the nipple 22 exceeds +0.5 (10 ⁇ 6 /° C.), there is a high possibility that the pole 21 will crack due to the thermal expansion of the pole 21 during use at high temperatures. In addition, there is a high possibility that the nipple 22 will crack due to the tightening force of the pole 21 .
  • the nipple 22 thermally expands greatly with respect to the pole 21, and the nipple 22 cracks. As the possibility increases, the expansion pressure of the nipple 22 also increases the possibility that the pole 21 will also crack.
  • the loosening/tightening torque ratio is the ratio of the loosening torque, which is the maximum torque required to loosen the nipple when it is fastened to the socket, to the tightening torque, which is the maximum torque required when fastening the nipple to the socket. be.
  • the loosening/tightening torque ratio should be at least 1 or greater, preferably at least 1.6 or greater, and more preferably at least 1.65 or greater.
  • a method of manufacturing the pole 21 and the nipple 22 will be described. Petroleum-derived needle coke and/or coal-derived needle coke are each pulverized and mixed, and the high-temperature needle coke is mixed with binder pitch at a predetermined ratio. If the coefficient of thermal expansion of the needle coke used at this time is small, the linear expansion coefficient in the diameter direction of the pole 21 and the nipple 22 finally obtained will be small. Binder pitch is obtained by distilling and thermally reforming coal tar obtained by dry distillation of coal. The paste cooled to a constant temperature is put into an extruder and pressed at a constant speed. The molded body (raw electrode) is cooled after being extruded for each size.
  • the needle coke When needle coke having good acicular properties is used, the needle coke tends to be oriented parallel to the direction of extrusion in this extrusion molding operation.
  • the finally obtained pole 21 and nipple 22 have a large linear expansion coefficient in the diametrical direction.
  • the binder pitch in the compact is carbonized in the primary firing process.
  • the raw electrode is placed in a firing furnace and fired to approximately 1000°C. This forms the carbon skeleton of the electrode (fired electrode).
  • the pitch impregnation step is performed, and the fired electrode is impregnated with coal tar-derived pitch in the impregnation tank.
  • the sintered electrode is densified. The densification improves the strength and electrical resistance characteristics of the electrode.
  • the secondary firing process of the fired electrode is performed again in the firing furnace, the temperature is raised to about 700°C, and the impregnated pitch is carbonized.
  • the sintered electrode is heated to an ultra-high temperature of about 2000 to 3000°C and heat-treated in the LWG furnace or Acheson furnace. This crystallizes the carbon structure into graphite. This forms a graphite electrode material.
  • the pole 21 and the nipple 22 are manufactured by processing the electrode material.
  • a dedicated processing machine performs external processing and thread cutting according to the dimensional standards.
  • the processed product (pole 21, nipple 22) undergoes visual inspection, screw precision inspection, etc.
  • the length, weight, and various characteristic values of each electrode are measured by a 100% automatic inspection machine. After inspection, the electrodes are packed and shipped.
  • Example A Evaluation of effective diameter difference and taper angle difference at the small diameter end Regarding the graphite electrodes (products of each dimensional standard) manufactured by the above-described manufacturing method, the effective diameter d of the small diameter end side of the nipple and the small diameter end of the socket
  • the side effective diameter D, the effective diameter difference at the small diameter end, the nipple side taper angle, the socket side taper angle, and the taper angle difference were manufactured as shown in Tables 1 and 2 below.
  • the effective diameter d of the small diameter end of the nipple, the effective diameter D of the small diameter end of the socket, the taper angle on the nipple side, and the taper angle on the socket side are actual values measured using a gauge.
  • the point at which the effective diameter d on the small diameter end side of the nipple takes the maximum or minimum value and the point at which the effective diameter D on the small diameter end side of the socket takes the maximum or minimum value usually do not coincide. Therefore, the maximum effective diameter D at the small diameter end of the socket minus the maximum effective diameter d at the small diameter end of the nipple is not the maximum effective diameter difference at the small diameter end.
  • Comparative Example A1 As for the dimensional standards, if we take Comparative Example A1 (24 ⁇ 110-24T4W) as an example, the number on the left indicates the size of the pole with a hyphen in between, indicating that it is 24 inches in diameter and 110 inches in length. show. The number 24 on the right, with a hyphen in between, indicates the size of the nipple, indicating that the nipple is of a type compatible with a 24-inch diameter pole, and the letter indicates a given model number.
  • Example A1 is improved in effective diameter difference and taper angle difference compared to Comparative Example A1
  • Example A2 is improved in effective diameter difference and taper angle difference compared to Comparative Example A2.
  • Examples A3 and A3' are A2', which are improved in effective diameter difference and taper angle difference compared to Comparative Example A3, and Examples A3 and A3' are improved in effective diameter difference and taper angle difference compared to Comparative Example A4. These are Examples A4 and A4', and Example A5 is improved in effective diameter difference and taper angle difference from Comparative Example A5.
  • Example B Evaluation of the difference between the linear expansion coefficient of the pole and the linear expansion coefficient of the nipple A value obtained by subtracting the coefficient of linear expansion of the nipple was set as follows. It is known that the linear expansion coefficients of the poles and nipples have a positive correlation with their volume resistivities. The coefficient of linear expansion corresponding to the coefficient of linear expansion is obtained in advance, an experimental calibration curve is prepared, and the coefficient of linear expansion of the pole and the nipple can be measured by measuring the volume resistivity.
  • the diametrical CTE differences of Comparative Examples B1 to B7 were all large regardless of whether they were positive or negative, and specifically, their absolute values exceeded 0.5.
  • the diameter of the pole of Comparative Example B1 is 32 inches
  • the diameter of the pole of Comparative Example B2 is 30 inches
  • the diameter of the pole of Comparative Example B3 is 28 inches
  • the diameter of the poles of Comparative Examples B4-B6 is 32 inches.
  • the diameter is 24 inches and the diameter of the pole of Comparative Example B7 is 20 inches.
  • the diametrical CTE differences of Comparative Examples B1 to B7 are shown in FIG. changed to That is, the diametrical CTE difference of Example B1 is -0.19 to 0.01 (10 -6 / ° C.), and the diametrical CTE difference of Example B2 is -0.07 to 0.47 (10 -6 / ° C.), and the diametral CTE difference of Example B3 was ⁇ 0.13 to 0.12 (10 ⁇ 6 /° C.).
  • the diametrical CTE difference of Example B4 was -0.27 to 0.27 (10 -6 / ° C.), and the diametrical CTE difference of Example B5 was -0.27 to 0.27 (10 -6 / ° C.), the diametrical CTE difference for Example B6 is ⁇ 0.17 to 0.19 (10 ⁇ 6 /° C.), and the diametrical CTE difference for Example B7 is ⁇ 0.23 to 0.1 (10 ⁇ 6 /°C).
  • the diameter of the pole of Example B1 is 32 inches
  • the diameter of the pole of Example B2 is 30 inches
  • the diameter of the pole of Example B3 is 28 inches
  • the diameter of the poles of Examples B4-B6 is 30 inches.
  • the diameter is 24 inches and the diameter of the pole of Example B7 is 20 inches.
  • Example C Evaluation of effective diameter difference and taper angle difference and loosening/tightening torque ratio Relationship between the effective diameter difference and taper angle difference of the pole and nipple of the dimension standard 24 ⁇ 110 - 24T4W and the loosening/tightening torque ratio evaluated.
  • An electrode connector manufactured by CIS was used for fastening the nipple to the pole, loosening the nipple from the pole, and measuring the loosening/tightening torque ratio.
  • the taper angle difference of Examples C1 to C4 was uniformly set to -2 minutes, and the effect of the effective diameter difference (effective diameter difference at the small diameter end) was evaluated.
  • the effective diameter difference (effective diameter difference at the small diameter end) of Examples C1 to C4 was 0.1 mm, 0.3 mm, 0.5 mm, and 0.7 mm, respectively.
  • the loosening/tightening torque ratios for Examples C1-C4 were 1.42, 1.68, 1.47, and 1.59, respectively. Therefore, it is understood that an effective diameter difference of 0.3 mm or thereabouts is most desirable in that it can prevent the nipple from loosening from the socket of the pole.
  • Example C2 and Comparative Examples C1 to C3 were uniformly set to 3 mm, and the influence of the taper angle difference was evaluated.
  • the taper angle difference of Example C2 was ⁇ 2 minutes
  • the taper angle differences of Comparative Examples C1 to C3 were parallel (taper angle difference 0), ⁇ 4 minutes, and ⁇ 6 minutes, respectively.
  • the loosening/tightening torque ratio for Example C2 was 1.68, and the loosening/tightening torque ratios for Comparative Examples C1-C3 were 1.59, 1.50, and 1.62, respectively. Therefore, it is understood that the taper angle difference of -2 minutes or around that of Example C2 is most desirable in that it can prevent the nipple from coming loose from the socket of the pole. On the other hand, when parallel (taper angle difference is 0) or when the taper angle difference is -4 minutes or less, the loosening/tightening torque ratio fluctuates, and the loosening/tightening torque ratio value is stable and high. It is understood that no
  • the graphite electrode 13 includes a pole 21 having a female threaded socket 24 at its end, and a male threaded nipple 22 that can be fastened to the socket 24 .
  • the value obtained by subtracting the effective diameter on the end 28 side is 0.05 to 0.70 mm, and the value obtained by subtracting the taper angle of the socket 24 from the taper angle of the nipple 22 is -2 minutes to -3 minutes 30 seconds.
  • the loosening/tightening torque ratio can be increased, and a graphite electrode in which the nipple 22 is less likely to loosen with respect to the pole 21 can be realized. This can reduce the defect rate. In addition, it is possible to prevent a significant increase in the manufacturing cost of the graphite electrode without requiring special processing such as scraping off the threaded portion.
  • the graphite electrode 13 includes a pole 21 having a female threaded socket 24 at its end, and a male threaded nipple 22 that can be fastened to the socket 24.
  • the linear expansion coefficient of the nipple 22 is subtracted from the linear expansion coefficient of the pole 21.
  • the obtained value is -0.4 to +0.5 (10 -6 /°C). According to this configuration, it is possible to realize the graphite electrode 13 in which the nipple 22 is less likely to loosen with respect to the pole 21, thereby reducing the probability of occurrence of problems such as loosening.
  • the loosening torque required to loosen the nipple 22 fastened to the socket 24 is at least 1.65 times greater than the tightening torque required to fasten the nipple 22 to the socket 24 .
  • the so-called loosening/tightening torque ratio is increased, the nipple 22 is easily fastened to the pole 21, and the nipple 22 is less likely to be loosened from the pole 21, thereby making it difficult for trouble to occur. can be realized.
  • the electric furnace 11 is equipped with the graphite electrode 13 described above. According to this configuration, it is possible to realize a highly reliable electric furnace 11 in which problems such as loosening of the connection portion of the graphite electrode 13 are unlikely to occur.

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Abstract

黒鉛電極は、端部に雌ねじ状のソケットを有するポールと、前記ソケットに締結可能な雄ねじ状のニップルと、を備え、前記ソケットの小径端側の有効径から前記ニップルの小径端側の有効径を減算した値が０．０５～０．７ｍｍであり、前記ニップルのテーパ角度から前記ソケットのテーパ角度を減算した値が－２分～－３分３０秒である。

Description

黒鉛電極、電気炉
　本発明は、黒鉛電極およびそれを備えた電気炉に関する。
　電気炉の黒鉛電極において、ニップルの折損を防止した電極接続部の構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この電極接続部の構造では、ニップルとソケットとの間でテーパ度差を設けることで、従来ニップルの最大径部に集中していた応力の偏りを緩和している。
　同様に、電気炉の黒鉛電極において、ニップルの折損を防止した黒鉛電極の接続部の構造が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この接続部の構造では、テーパニップル又は電極ソケットのねじ山当接側部に、小径部側から最大径部に移行するに従って削落幅が漸増する螺旋状の周縁削落部位を形成している。これによって、テーパニップルの最大径部における応力を緩和して、テーパニップルの折損を防止している。
　さらに、電気炉の黒鉛電極において、ニップルの折損を防止した黒鉛電極の接続部が開示されている（例えば、特許文献３参照）。この接続部では、小径部側から最大径部に行くにつれて漸減するように複数のねじ山の山頭部を削落した構造を有する。これによって、テーパニップルの最大径部における応力集中を緩和して、テーパニップルの折損を防止している。
特公昭４８－００７７３５号公報 実公昭５７－０４５６７６号公報 実公昭５８－０００９５８号公報
　黒鉛電極の不具合には、上記した応力集中に起因するニップルの折損のほか、ニップルとソケット間のねじに緩みに起因して黒鉛電極の一部が落下するという不具合もある。また、黒鉛電極は、硬い脆性材料であるグラファイトによって形成されているため、加工性が悪く、引用文献２、３のようにソケットおよびニップルを特殊な形状にすると、当該形状に精度よく加工するために多大なコストがかかる問題がある。
　従って、本発明の課題の一つは、ニップルとソケットとの間のねじの緩みを低減できるとともに、製造コストも抑制することが可能な黒鉛電極を提供することを目的とする。
　上記課題は、以下の本発明により解決される。すなわち、本発明（１）の黒鉛電極は、端部に雌ねじ状のソケットを有するポールと、
　前記ソケットに締結可能な雄ねじ状のニップルと、
　を備え、
　前記ソケットの小径端側の有効径から前記ニップルの小径端側の有効径を減算した値が０．０５～０．７０ｍｍであり、
　前記ニップルのテーパ角度から前記ソケットのテーパ角度を減算した値が－２分～－３分３０秒である。
　また、本発明（２）の黒鉛電極は、
　端部に雌ねじ状のソケットを有するポールと、
　前記ソケットに締結可能な雄ねじ状のニップルと、
　を備え、
　前記ポールの線膨張係数から前記ソケットの線膨張係数を減算した値が－０．４～＋０．５（１０－６／℃）である。
　また、本発明（３）の黒鉛電極は、（１）又は（２）に記載の黒鉛電極であって、
　前記ニップルは、前記ソケットに締結可能な第１締結部と、前記第１締結部とは反対側に設けられた第２締結部と、を有し、
　前記第１締結部を前記ソケットに締結させた状態の前記ニップルの前記第２締結部に第２ポールの第２ソケットを締結させるのに要する締結トルクに対して、前記第２締結部に締結された前記第２ポールを緩めるのに要する緩めトルクが少なくとも１．６５倍大きい。
　また、本発明（４）の電気炉は、（１）～（３）のいずれか１項に記載の黒鉛電極を備えた電気炉である。
　本発明によれば、ニップルとソケットとの間のねじの緩みを低減した黒鉛電極を提供できる。
実施形態の電気炉を示す断面図である。 図１に示す電気炉の黒鉛電極の接続部を拡大して示す断面図である。 図２に示す黒鉛電極のニップルの小径端側の有効径ｄと、黒鉛電極のソケットの小径端側の有効径Ｄと、を示す断面図である。 図２に示す黒鉛電極のニップルのテーパ角度αの半角であるα／２と、黒鉛電極のソケットのテーパ角度βの半角であるβ／２と、を示す断面図である。 実施例Ｂ１～Ｂ７および比較例Ｂ１～Ｂ７のポールの直径方向のＣＴＥ差を示すグラフである。 実施例Ｃ１～Ｃ４の有効径差およびテーパ角度と、緩め／締めトルク比との関係を示すグラフである。 実施例Ｃ２、比較例Ｃ１～Ｃ３の有効径差およびテーパ角度と、緩め／締めトルク比との関係を示すグラフである。
　以下図面を参照して、電気炉について説明する。電気炉は、放電（アーク）によって発生した熱によって炉内の鉄等の金属のスクラップを溶解して溶鋼を生成できるものである。
［実施形態］
　図１～図４を参照して、実施形態の電気炉１１について説明する。電気炉１１は、炉本体１２と、炉本体１２の内部に吊下げられた黒鉛電極１３と、黒鉛電極１３を吊下げるホルダ１４と、を備える。電気炉１１は、ＡＣ炉およびＤＣ炉のいずれであってもよい。電気炉１１がＡＣ炉である場合には、黒鉛電極１３の本数は複数であってもよい。
　黒鉛電極１３は、先端から炉本体１２の底部に向けて放電をすることで、炉本体１２の内部に投入された金属スクラップを高熱によって溶かすことができる。
　図１、図２に示すように、黒鉛電極１３は、円柱形の１以上のポール２１と、ポール２１同士の間にジョイントとして介在されるニップル２２と、を有する。ポール２１およびニップル２２のそれぞれは、黒鉛（グラファイト）を主成分とする固体状の組成物によって形成されている。
　ポール２１のそれぞれは、その端面２３に、円錐台形状に窪んだソケット２４を有する。ソケット２４の内周面には、雌ねじが形成されている。ソケット２４の内側にニップル２２を受容することができる。
　ニップル２２は、２個の円錐台形のコーンの底面同士を接合した形状を有する。ニップル２２は、テーパ状をなした第１締結部２５と、第１締結部２５とは反対側に設けられテーパ状をなした第２締結部２６と、第１締結部２５と第２締結部２６との境界に位置する最大径部２７と、第１締結部２５および第２締結部２６のそれぞれの先端に設けられた一対の小径端２８と、を有する。第１締結部２５のテーパおよび第２締結部２６のテーパは、逆向きに形成されている。第１締結部２５のテーパおよび第２締結部２６のテーパのそれぞれは、中央の最大径部２７から両端に位置する小径端２８に行くにつれて、徐々にニップル２２の直径が小さくなるように形成されている。第１締結部２５および第２締結部２６の外周面に、雄ねじが形成されている。ニップル２２の第１締結部２５は、ポール２１のソケット２４に対して締結することができる。ポール２１に対して第１締結部２５が締結された状態で、ニップル２２の第２締結部２６に対して、ポール２１とは別の第２ポール３１を締結できる。第２ポール３１は、端面２３に第２ソケット３２を有し、第２ソケット３２を介して第２締結部２６に接続することができる。
　このように、ニップル２２に対してポール２１および第２ポール３１が締結された状態において、ニップル２２の第１締結部２５側の小径端２８とソケット２４の底部２４Ａとの間と、ニップル２２の第２締結部２６側の小径端２８と第２ソケット３２の底部３２Ａとの間と、のそれぞれには、所定の隙間が形成されている。
　ホルダ１４は、リング状の保持具１４Ａと、保持具１４Ａを介して黒鉛電極１３を支持可能な支持部１４Ｂと、を有する。
　「ニップルの有効径」は、ＪＩＳ　Ｒ　７２０１で定義されるように、ニップルの中央部の位置でのニップル軸に直交する平面と、ニップルねじ山のピッチ線を構成する円錐との交差部にある円の直径を意味する。図３に示すように、本実施形態の「ニップルの小径端側の有効径」ｄは、この定義とは異なり、小径端２８の位置でのニップル軸に直交する平面と、ニップルねじ山のピッチ線を構成する円錐との交差部にある円の直径を意味する。
　「ソケットの有効径」は、ＪＩＳ　Ｒ　７２０１で定義されるように、ソケット軸に直交する平面、すなわち、ポールの末端部に一致する平面と、ソケットねじ山のピッチ線を構成する円錐との交差部にある円の直径を意味する。図３に示すように、本実施形態の「ソケットの小径端側の有効径」Ｄは、この定義とは異なり、小径端２８の位置でのソケット軸に直交するニップル２２の平面と、ソケットねじ山のピッチ線を構成する円錐との交差部にある円の直径を意味する。その際、ニップル２２の最大径部２７は、ポール２１とこれに隣接する第２ポール３１との間の境界位置にある。
　本実施形態において、小径端２８における有効径差、すなわち、ソケット２４の小径端側の有効径からニップル２２の小径端側の有効径を減算した値は、０．０５～０．７ｍｍであると良く、０．０６～０．５ｍｍであることが好ましく、０．０８～０．４４ｍｍであることがさらに好ましい。小径端２８における有効径差が０．０５ｍｍを下回ると、ポール２１に対してニップル２２や第２ポール３１を締結する際に要するトルクが大きくなり過ぎる傾向がある。小径端２８における有効径差が０．７０ｍｍを超えると、ポール２１からニップル２２や第２ポール３１を取り外す際に必要な緩めトルクが小さくなり、ポール２１に対してニップル２２が緩みやすくなる傾向がある。
　テーパ角度は、ＪＩＳ　Ｒ　７２０１で定義されるように、ねじ山のピッチ線で表される円錐の全角度をいう。したがって、図４に示すように、ニップル２２のテーパ角度αは、ニップル軸に対する勾配α／２を２倍した値に相当する。ソケット２４のテーパ角度βは、ソケット軸に対する勾配β／２を２倍した値に相当する。
　本実施形態において、ニップル２２とソケット２４のテーパ角度差、すなわち、ニップル２２のテーパ角度からソケット２４のテーパ角度を減算した値は、－２分～－４分であると良く、－２分～－３分４５秒であることが好ましく、－２分～－３分３０秒であることがさらに好ましい。
　本実施形態のポール２１とニップル２２の直径方向の線膨張係数差、すなわち、ポール２１の線膨張係数からソケット２４の線膨張係数を減算した値は、－０．４～＋０．５（１０－６／℃）であることが好ましく、－０．３～＋０．３（１０－６／℃）であることがさらに好ましい。ポール２１とニップル２２の直径方向の線膨張係数差が＋０．５（１０－６／℃）を超えると、高温での使用時にポール２１の熱膨張に伴いポール２１に割れを生じる可能性が高くなるとともに、ポール２１の締付力によってニップル２２にも割れを生じる可能性が高くなる。一方、ポール２１とニップル２２の直径方向の線膨張係数差が－０．４（１０－６／℃）を下回ると、ポール２１に対してニップル２２が大きく熱膨張し、ニップル２２に割れを生じる可能性が高くなるとともに、ニップル２２の膨張圧力によってポール２１にも割れを生じる可能性が高くなる。
　緩め／締めトルク比は、ソケットに対してニップルを締結する際に必要な最大トルクである締めトルクに対する、ソケットに締結された状態のニップルを緩めるのに必要な最大トルクである緩めトルクの比である。緩め／締めトルク比は、少なくとも１以上であると良く、少なくとも１．６以上であるが好ましく、少なくとも１．６５以上であることがさらに好ましい。
　ポール２１およびニップル２２の製造方法について説明する。石油由来のニードルコークスおよび／または石炭由来のニードルコークスをそれぞれ粉砕して混合し、高温にしたニードルコークスをバインダーピッチと所定の割合で混合する。このとき用いるニードルコークスの熱膨張係数が小さい場合、終局的に得られるポール２１およびニップル２２の直径方向の線膨張係数が小さくなる。バインダーピッチは、石炭を乾留して得られたコールタールを蒸留、熱改質処理して得られる。一定温度にまで冷却されたペーストを押出成形機に投入して一定速度でプレスする。成形体（生電極）は、サイズ毎に押し出された後に冷却される。針状性が良好なニードルコークスを用いた場合、この押出成形操作において、押出方向に平行となるようにニードルコークスが配向しやすくなる。この高配向性となる押出条件により生電極を製造した場合、終局的に得られるポール２１およびニップル２２の直径方向の線膨張係数が大きくなる。
　続いて、一次焼成工程において成形体中のバインダーピッチを炭化させる。焼成炉に生電極を入れて、約１０００℃まで焼き上げる。これによって電極の炭素骨格（焼成電極）を形成する。
　続いて、ピッチ浸透工程を行い、含浸槽にて焼成電極にコールタール由来のピッチを含浸させる。これによって、焼成された電極の緻密化が図られる。緻密化によって、電極の強度・電気抵抗特性などが改善される。
　続いて、再び焼成炉において焼成電極の二次焼成工程を行い、約７００℃まで昇温し、含浸させたピッチを炭化させる。
　さらに続いて、黒鉛化工程において、ＬＷＧ炉又はアチソン炉において、焼成電極を約２０００～３０００℃の超高温まで昇温し加熱処理する。これによって、炭素組織を黒鉛に結晶化する。これによって、黒鉛質の電極素材が形成される。この加熱処理の温度が高いほど、終局的に得られるポール２１およびニップル２２の直径方向の線膨張係数が大きくなる。
　ポール２１およびニップル２２は、電極素材を加工して製作される。その加工工程において、専用加工機によって寸法規格通りに外形加工およびねじ切り加工が施される。
　加工された製品（ポール２１、ニップル２２）は、外観検査・ねじ精密検査などを経る。また、全数自動検査機によって、電極一本ごとの長さ、重量、各種特性値が計測される。検査が終了した電極は、梱包されて出荷される。
　出荷に際し、ポール２１の片方の短面に設けられたソケット２４に対して１個のニップル２２を予め締結し、このようにポール２１とニップル２２が一体化された状態で製品として出荷されてもよい。
［実施例］
（実施例Ａ）小径端における有効径差およびテーパ角度差に関する評価
　上記した製造方法で製造された黒鉛電極（各寸法規格の製品）について、ニップルの小径端側の有効径ｄ、ソケットの小径端側の有効径Ｄ、小径端における有効径差、ニップル側テーパ角度、ソケット側テーパ角度、およびテーパ角度差を下記表１、表２のように製造した。これらニップルの小径端側の有効径ｄ、ソケットの小径端側の有効径Ｄ、ニップル側テーパ角度、およびソケット側テーパ角度、の各数値はゲージを用いて測定した実測値である。また、ニップルの小径端側の有効径ｄの最大値又は最小値を取る箇所と、ソケットの小径端側の有効径Ｄの最大値又は最小値を取る箇所と、は通常一致しない。このため、ソケットの小径端側の有効径Ｄの最大値から、ニップルの小径端側の有効径ｄの最大値を減算したものが、小径端における有効径差の最大値とはなっていない。
　寸法規格は、比較例Ａ１（24×110 - 24T4W）を例に説明すれば、ハイフンを間に挟んで、左側の数字はポールの寸法を示し、直径２４インチ×長さ１１０インチであることを示す。ハイフンを間に挟んで、右側の数字の２４は、ニップルの大きさを示し、直径２４インチのポールに対応する型のニップルであることを示し、文字は所定の型式番号を示す。
　比較例Ａ１に対して有効径差およびテーパ角度差を改良したものが実施例Ａ１であり、以下同様に、比較例Ａ２に対して有効径差およびテーパ角度差を改良したものが実施例Ａ２、Ａ２´であり、比較例Ａ３に対して有効径差およびテーパ角度差を改良したものが実施例Ａ３、Ａ３´であり、比較例Ａ４に対して有効径差およびテーパ角度差を改良したものが実施例Ａ４、Ａ４´であり、比較例Ａ５に対して有効径差およびテーパ角度差を改良したものが実施例Ａ５である。
　ニップルを介してポール同士を接続した各比較例および実施例において、接続部に緩み、抜け落ち、折損、がたつき等を生じた場合を「不具合」として判断し、総測定回数に対する「不具合」の数の割合を「不具合率」として算出した。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　比較例Ａ１を実施例Ａ１のように有効径差とテーパ角度差に改善したところ、不具合率が３．３％から０．９％に減少し、不具合減少率が７２．７％となった。比較例Ａ２を実施例Ａ２又は実施例Ａ２´のように有効径差とテーパ角度差に改善したところ、不具合率が２．４％から０％に減少し、不具合減少率が１００％となった。比較例Ａ３を実施例Ａ３又は実施例Ａ３´のように有効径差とテーパ角度差に改善したところ、不具合率が０．９％から０％に減少し、不具合減少率が１００％となった。比較例Ａ４を実施例Ａ４又は実施例Ａ４´のように有効径差とテーパ角度差に改善したところ、不具合率が０．９％から０％に減少し、不具合減少率が１００％となった。比較例Ａ５を実施例Ａ５のように有効径差とテーパ角度差に改善したところ、不具合率が６．７％から０％に減少し、不具合減少率が１００％となった。
（実施例Ｂ）ポールの線膨張係数とニップルの線膨張係数との差に関する評価
　直径方向ＣＴＥ（Coefficient of Thermal Expansion）差、すなわちポールの直径方向に関するポールの線膨張係数から、ニップルの直径方向に関するニップルの線膨張係数を減算した値を以下のように設定した。なお、ポールおよびニップルの線膨張係数は、その体積抵抗率と正の相関があることが知られている。線膨張係数に対応する線膨張係数を予め取得して実験的検量線を作成しておき、体積抵抗率を測定することでポールおよびニップルの線膨張係数を計測できる。
　すなわち、比較例Ｂ１～Ｂ７の直径方向ＣＴＥ差は、いずれも、正負に係わらず大きく、具体的には、その絶対値が０．５を超えるものであった。ここで、比較例Ｂ１のポールの直径は３２インチであり、比較例Ｂ２のポールの直径は３０インチであり、比較例Ｂ３のポールの直径は２８インチであり、比較例Ｂ４～Ｂ６のポールの直径は２４インチであり、比較例Ｂ７のポールの直径は２０インチである。
　この比較例Ｂ１～Ｂ７の直径方向ＣＴＥ差を、ポールおよびニップルの製造条件（ニードルコークスの熱膨張係数、針状性、黒鉛化処理の加熱処理温度）を適宜変化させることにより、図５に示すように変更した。すなわち、実施例Ｂ１の直径方向ＣＴＥ差を－０．１９～０．０１（１０－６／℃）とし、実施例Ｂ２の直径方向ＣＴＥ差を－０．０７～０．４７（１０－６／℃）とし、実施例Ｂ３の直径方向ＣＴＥ差を－０．１３～０．１２（１０－６／℃）とした。また、実施例Ｂ４の直径方向ＣＴＥ差を－０．２７～０．２７（１０－６／℃）とし、実施例Ｂ５の直径方向ＣＴＥ差を－０．２７～０．２７（１０－６／℃）とし、実施例Ｂ６の直径方向ＣＴＥ差を－０．１７～０．１９（１０－６／℃）とし、実施例Ｂ７の直径方向ＣＴＥ差を－０．２３～０．１（１０－６／℃）とした。ここで、実施例Ｂ１のポールの直径は３２インチであり、実施例Ｂ２のポールの直径は３０インチであり、実施例Ｂ３のポールの直径は２８インチであり、実施例Ｂ４～Ｂ６のポールの直径は２４インチであり、実施例Ｂ７のポールの直径は２０インチである。
　そうしたところ、接続部に緩み、抜け落ち、折損、がたつき等を生じる不具合の発生数がゼロとなり、不具合減少率が１００％となった。
（実施例Ｃ）有効径差およびテーパ角度差と緩め／締めトルク比に関する評価
　寸法規格24×110 - 24T4Wのポールおよびニップルの有効径差およびテーパ角度差と、緩め／締めトルク比と、の関係を評価した。ポールに対するニップルの締結作業、ポールからニップルを緩める緩め作業、および緩め／締めトルク比の計測作業は、ＣＩＳ製電極接続機を用いた。
　実施例Ｃ１～Ｃ４のテーパ角度差を一律に－２分で設定し、有効径差（小径端における有効径差）の影響を評価した。実施例Ｃ１～Ｃ４の有効径差（小径端における有効径差）を、それぞれ、０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍとした。実施例Ｃ１～Ｃ４のそれぞれの評価数は、３とし（Ｎ＝３）、その平均値を緩め／締めトルク比の結果として採用した。評価結果を図６に示す。実施例Ｃ１～Ｃ４の緩め／締めトルク比は、それぞれ、１．４２、１．６８、１．４７、１．５９であった。したがって、有効径差は、０．３ｍｍおよびその付近の値が、ポールのソケットからニップルが緩んでしまうことを防止できる点で、最も望ましいことが理解される。
　次に、実施例Ｃ２および比較例Ｃ１～Ｃ３の有効径差を一律に３ｍｍで設定し、テーパ角度差の影響を評価した。実施例Ｃ２のテーパ角度差は、－２分であり、比較例Ｃ１～Ｃ３のテーパ角度差を、それぞれ、平行（テーパ角度差０）、－４分、－６分とした。実施例Ｃ２、比較例Ｃ１～Ｃ３のそれぞれの評価数は、３とし（Ｎ＝３）、その平均値を緩め／締めトルク比の結果として採用した。評価結果を図７に示す。実施例Ｃ２の緩め／締めトルク比１．６８であり、比較例Ｃ１～Ｃ３の緩め／締めトルク比は、ぞれぞれ、１．５９、１．５０、１．６２であった。したがって、テーパ角度差は、実施例Ｃ２の－２分およびその付近の値が、ポールのソケットからニップルが緩んでしまうことを防止できる点で、最も望ましいことが理解される。一方、平行（テーパ角度差０）、あるいは、テーパ角度差が－４分以下とした場合には、緩め／締めトルク比にばらつきを生じ、緩め／締めトルク比の値が安定して高い値とならないことが理解される。
　上記実施形態および上記実施例によれば、以下のことがいえる。黒鉛電極１３は、端部に雌ねじ状のソケット２４を有するポール２１と、ソケット２４に締結可能な雄ねじ状のニップル２２と、を備え、ソケット２４の小径端２８側の有効径からニップル２２の小径端２８側の有効径を減算した値が０．０５～０．７０ｍｍであり、ニップル２２のテーパ角度からソケット２４のテーパ角度を減算した値が－２分～－３分３０秒である。
　この構成によれば、緩め／締めトルク比を高くすることができ、ポール２１に対してニップル２２が緩みにくい黒鉛電極を実現できる。これによって、不具合率を減少させることができる。また、ねじ部に対する削落等の特殊な加工を特段必要とせず、黒鉛電極の製造コストが著しく増加してしまうことを防止できる。
　黒鉛電極１３は、端部に雌ねじ状のソケット２４を有するポール２１と、ソケット２４に締結可能な雄ねじ状のニップル２２と、を備え、ポール２１の線膨張係数からニップル２２の線膨張係数を減算した値が－０．４～＋０．５（１０－６／℃）である。この構成によれば、ポール２１に対してニップル２２が緩みにくい黒鉛電極１３を実現して、緩み等の不具合を発生する確率を低減できる。
　これらの場合、ソケット２４にニップル２２を締結するのに要する締めトルクに対して、ソケット２４に締結されたニップル２２を緩めるのに要する緩めトルクが少なくとも１．６５倍大きい。この構成によれば、いわゆる緩め／締めトルク比を高くして、ポール２１に対してニップル２２を締結しやすく、ポール２１に対してニップル２２が緩みにくく、それによって不具合が発生し難い黒鉛電極１３を実現できる。
　電気炉１１は、上記記載の黒鉛電極１３を備える。この構成によれば、黒鉛電極１３において接続部に緩み等の不具合を発生し難い高信頼性の電気炉１１を実現できる。
１１　　　　　　　　電気炉
１２　　　　　　　　炉本体
１３　　　　　　　　黒鉛電極
１４　　　　　　　　ホルダ
１４Ａ　　　　　　　保持具
１４Ｂ　　　　　　　支持部
２１　　　　　　　　ポール
２２　　　　　　　　ニップル
２３　　　　　　　　端面
２４　　　　　　　　ソケット
２４Ａ　　　　　　　底部
２５　　　　　　　　第１締結部
２６　　　　　　　　第２締結部
２７　　　　　　　　最大径部
２８　　　　　　　　小径端
３１　　　　　　　　第２ポール
３２　　　　　　　　第２ソケット
３２Ａ　　　　　　　底部

Claims (4)

  1. 　端部に雌ねじ状のソケットを有するポールと、
    　前記ソケットに締結可能な雄ねじ状のニップルと、
    　を備え、
    　前記ソケットの小径端側の有効径から前記ニップルの小径端側の有効径を減算した値が０．０５～０．７ｍｍであり、
    　前記ニップルのテーパ角度から前記ソケットのテーパ角度を減算した値が－２分～－３分３０秒である黒鉛電極。
  2. 　端部に雌ねじ状のソケットを有するポールと、
    　前記ソケットに締結可能な雄ねじ状のニップルと、
    　を備え、
    　前記ポールの線膨張係数から前記ニップルの線膨張係数を減算した値が－０．４～＋０．５（１０－６／℃）である黒鉛電極。
  3. 　前記ソケットに前記ニップルを締結するのに要する締めトルクに対して、前記ソケットに締結された前記ニップルを緩めるのに要する緩めトルクが少なくとも１．６５倍大きい請求項１又は請求項２に記載の黒鉛電極。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の黒鉛電極を備えた電気炉。
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