JPH0338718B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 少なくとも２個の黒鉛電極をニツプルを介し
て上下方向に接続して下方の電極を先端消耗電極
として使用する電気アーク炉用電極において、先
端消耗電極の上方に接続する電極が両端部にねじ
付きソケツトを備えた管状黒鉛体と、該黒鉛体の
一端部ソケツトに取付けた冷却媒体供給口と排出
口とを備えた金属ヘツダーと、該黒鉛体の他端部
ソケツトに取付けた中空の金属ニツプルと、前記
管状黒鉛体の内孔を貫通して配設される前記ヘツ
ダーから前記ニツプルの内部に達し外径が前記黒
鉛体の内径よりも小さい冷却媒体供給管とより成
ることを特徴とする電気アーク炉用複合電極。

２ 前記管状黒鉛体の内孔は樹脂質の耐冷却媒体
コーテイング剤でシールされていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の電極。

３ 冷却媒体は、ヘツダー内の導入口に入り冷却
媒体供給管を通つてニツプルの内部に達し、供給
管と管状黒鉛体の内部との間の環状通路を通つて
ヘツダーに戻り、前記ヘツダー内の排出口から排
出されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の電極。

４ ヘツダー、冷却媒体供給管及びニツプルは、
銅、アルミニウム、鋼、アンバー、ダクタイル鋳
鉄、鋳鉄よりなる群から選ばれる金属によりつく
られ、前記各部材は前記群の異なる金属よりつく
られていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の電極。

５ 冷却媒体供給管は、離隔手段によつて管状黒
鉛体又はニツプル内のいずれか一方又は両方に同
心状に保持されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の電極。

６ 管状黒鉛体の肉厚は、前記黒鉛体の外径の少
なくとも1/4であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の電極。

７ ０乃至50℃の温度範囲におけるCTEが15×
10^-7cm／cm／℃よりも小さい黒鉛からなることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電極。

８ 内孔がソケツトの底部の最小径よりも大きく
はないことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の電極。

発明の背景 １ 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つて通常の電極
（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上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、昇華、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キログラムの黒鉛が消耗する。

電気炉における黒鉛電極の消耗を低減させる方
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
（power 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燐酸を使用
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
ステム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つていな
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が少ないと
されてきた。特定の複合電極構造に関し、数多く
の特許が付与されている。例えば、ベケツト
（Becket）に付与された米国特許第986429号、マ
ツキンタイア（McIntyre）等に付与された同第
2471531号、オストバーグ（Ostberg）に付与さ
れた同第3392227号、プレン（Prenn）に付与さ
れた同第4121042号及び第4168392号、シユウエイ
ブ（Schwabe）等に付与された同第4189617号及
び4256918号、並びに、モンゴメリー
（Montgomery）に付与された同第4287381号は、
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・コンラツテイ（C.Conradty）、
ナーンバーグ（Nurnburg）の出願に係るヨーロ
ツパ特許出願第50682号、第50583号及び第53200
号は複合電極の形状に関するものである。

発明の目的 本発明の目的は、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減
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、永久電極として使用
することができなくなつたのちは、消耗電極とし
て使用し得る複合電極を提供することにある。

発明の概要 本発明は、中心孔を有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
の付属装置として使用される管状黒鉛体の炉端部
に取付けられた中空の金属ニツプルと、管状黒鉛
体の上端に設けられた金属ヘツダーと、前記黒鉛
体を冷却する液体冷却媒体供給システムとを備え
てな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
ソケツ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、コーテイング又は含浸によ
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、通常の穿孔操作によ
り、ソケツ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
属製の接続ニツプルは中空である。電極の内径
（ID）よりも小さい外径（OD）を有する冷却媒
体供給管がヘツダーからキヤビテイに挿通され、
冷却媒体を黒鉛チユーブの中心を介してニツプル
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
つてヘツダーの出口へ向けて上方へ戻る。ヘツダ
ーは通常黒鉛体の上端に設けたソケツトのねじで
もつて黒鉛体の頂部に取付けられる。

冷却媒体供給管を省略し、中心孔を冷却媒体導
入口とし間隔をあけて放射状に配列した通路を冷
却媒体を戻す通路として使用してもよい。

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）エポキシコーテイ
ングが好ましいが、フエノール、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
ル樹脂のような他の耐水性の面形成コーテイング
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
中に暗色を呈しており、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、誘導加熱損失
（inductive heating loss）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
用後に状態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ユーブに使用するこ
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。

図面の説明 第１図は、ねじ付き上部ソケツト２１と下部ソ
ケツト２２とを備えた管状の黒鉛構造体７と、
銅、鋼、鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、アンバー
（Invar）又は強度、電気伝導性及び熱伝導性に優
れた他の材料から成型し黒鉛電極を黒鉛構造体７
に接続するためのねじ２０を備えた中空のニツプ
ル１とからなる複合電極を示す。黒鉛構造体７の
頂部のヘツダーアセンブリ３は金属、アルミニウ
ムより形成するが、鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、鋼又
は銅のような所望の強度を有する他の材料を用い
てもよい。金属製の冷却媒体供給管の延長部分５
は冷却水導入管として用い、冷却媒体をヘツダー
３ならびに管状黒鉛体７の孔に配設した冷却媒体
供給管６を介して中空のニツプル１に入り、金属
管６と黒鉛構造体本体７の孔の内壁との間の環状
通路を通つてヘツダー３及び導出管１８へ戻る。
漏洩を防止するため構造体をＯ−リング１３でシ
ールする。構造体本体７の内孔は面形成コーテイ
ング剤２４、好ましくはエポキシコーテイングで
被覆するが、コーテイング剤はアルキド、フエノ
ール、アクリル、シリコーン、ポリエステル、ポ
リウレタン又は他の耐水性の面形成コーテイング
剤も使用することもできる。管状黒鉛体７の外面
には耐熱及び酸化防止コーテイング剤２５を被覆
又は含浸させてもよい。アイボルト１２は電極の
取扱いを容易にするためのものである。スペーサ
１１は管６を管状黒鉛体７及びニツプル内に同心
状に保持し、ニツプルから電気的に離隔する。

第２図は、中央に冷却媒体供給管のない本発明
の変更例を示し、断面図は冷却媒体導入口として
用いる内孔３０及び冷却媒体が戻る間隔をあけて
放射状に配列した通路３２を示し、この変更例は
管状黒鉛体７の外径の冷却効率を高めるのに有利
である。

電極は、熱膨張係数（CTE）が15×10^-7（０乃
至50℃の温度範囲において実験したcm／cm／℃）
よりも小さい黒鉛から形成するのが好ましい。
CTEが大きい黒鉛を使用すると、電極の耐熱衝
撃性が劣化することになる。

図面に記載された双円錐ニツプルを使用する場
合には、管状黒鉛体７の内孔はニツプルの最小
径、又はソケツトベースと同径の大きさにする。
通常、肉厚を管状黒鉛体本体の外径の少なくとも
１／４としている。

【発明の詳細な説明】

直径が41cm（16インチ）の黒鉛電極の中心に10
cm（４インチ）の孔をあけ、各端部に通常のねじ
付きソケツトを備えた電極をつくつた。該管状黒
鉛体の内壁は２成分エポキシコーテイング剤によ
るコーテイングでシールする。これらの電極に
は、ウイルソン（Wilson）の発明に係る1982年
11月18日付出願の米国特許出願第442651号明細書
に開示されているような酸化防止コーテイングを
外面に施す。ヘツダー及び水供給管を上端に取付
け、銅製ニツプルを下端に取付けた。このように
して形成したユニツトを電気アーク炉の電極パワ
ークランプに配設した直径36cm（14インチ）の電
極に取付け、冷却水を水供給管に接続した。この
電極でもつてスクラツプを溶融しコンクリート補
強用の棒材を製造した。合計101回の溶解を行つ
たが、通常の中実の電極では10.8Ibs／Ｔ消耗す
るのに対し、本発明では8Ibs／Ｔ（４Kg／mT）
の黒鉛が消耗し操作上の問題も生じなかつた。炉
への供給金属から電極の先端ではなく側面にアー
クが発生するという望ましくない現象も全く起こ
らなかつた。管状の鋼製複合電極に比べて、渦電
流による熱損失も著しく少なかつた。使用中に装
置が破損した場合には、これを分解して、構造体
主要部を交換して金属部品を再使用することがで
き、破損した黒鉛片は先端電極として使用するこ
とができる。