JP2001123124A - 導電性酸化防止塗料および黒鉛電極 - Google Patents
導電性酸化防止塗料および黒鉛電極Info
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Abstract
の発生がなく、1000℃以上の高温での酸化防止効果
が優れた導電性酸化防止塗料を提供する。 【解決手段】水媒体中に、導電材、耐酸化材、結着材と
しての重合体エマルジョン及び無機コロイド、遷移金属
を含有して成り、pHが9.0以下である。
Description
料および黒鉛電極に関し、詳しくは、特に、電気製鋼炉
などのアーク炉で使用される黒鉛電極の酸化防止材とし
て好適に使用し得る導電性酸化防止塗料および当該塗料
を塗布して成る黒鉛電極に関する。
炉においては、人造黒鉛電極が使用されている。この黒
鉛電極は、大電流、高温度、溶融物の飛散などの影響を
受ける非常に苛酷な条件下で使用される。特に、電極の
先端部では超高温のアークが発生し、電極は400℃〜
3,000℃程度の高温に曝されることになり、炉内の
開口部などから侵入した酸化性ガスにより容易に酸化消
耗する。
いため、電極の消耗は経済的に大きな損失となる。電極
の酸化消耗は、その50〜70重量%が側面から生じ、
アークそのものによる消耗は少ない。更に、電極は、先
端部ほど酸化消耗により先細りするため、長手方向の酸
化消耗が加速される。従って、電極の側面からの酸化防
止が十分であれば、電極の消耗は減少し経済的メリット
が大きいことになる。
は、導電性を持たせることによりコーティング施工に際
して電極チャック部分へのコーティングも可能なタイプ
の導電性酸化防止剤として、水媒体中に、耐火性骨材、
結合剤、カーボンブラック及び重合体エマルジュンを含
有して成る導電性酸化防止剤が提案されている。そし
て、上記の耐火性骨材には、シリカ、アルミナ、チタニ
ア、ジルコニア等の酸化物などが含まれ、上記の結合剤
には無機コロイド等が含まれている。
は、時として、貯蔵中に水素ガスが発生して貯蔵性が著
しく劣ると共に容器の破損などの危険性がある。また、
斯かる塗料を使用した場合は、塗膜の乾燥中に発生した
水素ガスによりピンホールが形成され、このピンホール
から電極が燃焼するため、1000℃以上の高温での酸
化防止効果が劣るという欠点がある。
鑑みなされたものであり、その目的は、上記の導電性酸
化防止剤を更に改良し、貯蔵安定性に優れ、しかも、塗
膜のピンホールの発生がなく、1000℃以上の高温で
の酸化防止効果が優れた導電性酸化防止塗料および当該
塗料を塗布して成る黒鉛電極を提供することにある。
を重ねた結果、前記の塗料における水素の発生は、pH
の高い塗料に見られ、そして、微量のアルカリ成分が金
属化合物の不純物と反応することに起因しているとの知
見を得た。
ものであり、その第1の要旨は、水媒体中に、導電材、
耐酸化材、結着材としての重合体エマルジョン及び無機
コロイド、遷移金属を含有して成り、pHが9.0以下
であることを特徴とする導電性酸化防止塗料に存し、そ
の第2の要旨は、上記の導電性酸化防止塗料を塗布して
成ることを特徴とする黒鉛電極に存する。
料について説明する。本発明の導電性酸化防止塗料(以
下、単に「塗料」と略記する)は、導電材、耐酸化材、
結着材としての重合体エマルジョン及び無機コロイド、
遷移金属を含有してなる。
黒鉛が挙げられる。カーボンブラックとしては、ファー
ネス法、アセチレン法、サーマル法、コンタクト法など
の何れの製法で得られるものも使用し得る。特に、酸素
が実質的に存在しない雰囲気下(例えば、N2気流中、
真空中または炭素粉中)、2000℃以上、好ましくは
2500〜3000℃の温度で処理した黒鉛化カーボン
ブラックが好適に使用される。更に、黒鉛化カーボンブ
ラックとしては、結晶子の厚さLc(Å)を粒子径(n
m)で除した値が1.0〜3.0の範囲にあるものが好
適に使用される。
黒鉛、膨張黒鉛など一般に市販されている黒鉛は何れも
使用可能である。灰分含有量が2重量%以下、好ましく
は1重量%以下、更に好ましくは、0.5重量%以下の
黒鉛が好適に使用される。
合、上部に新しい電極を繋ぎ、電極ホルダー(把持機)
を電極長手方向に移動させて掴み直す。この際に塗膜と
電極ホルダー部とが接触し、塗膜が損傷する場合があ
る。この様なときは接触時の塗膜の損傷(剥離)を防止
するために塗膜中に黒鉛粉末を配合することにより、塗
膜の摺動性が向上し、塗膜の損傷が軽減される。
e、Sb、Ti、Sn、Al、Zrの群から選ばれ単体
の炭化物もしくは窒化物またはB若しくはSiの単体を
使用することが出来る。これらは、1000℃以上の高
温下でガラス化する性質を有し、ガラス質形成物質と呼
ぶことも出来る。すなわち、上記の耐酸化材は、熱間で
徐々に酸化物に変化し、その他の成分(無機コロイド
等)を包含しつつガラス状塗膜を形成し、下部の電極を
酸素から遮断して保護する。B4C、SiC、Siは、
電極の酸化防止およびガラス状塗膜の熱間での安定性面
で好適である。耐酸化材として炭化物を使用した場合
は、炭化物が酸化することによって電極への酸素の浸透
が防止されるため、一層優れた酸化防止効果が発揮され
る。特に、B 4CとSiCとの組み合わせから成る耐酸
化材が好適に使用される。
な連続した塗膜を形成し摺動性を向上させるための結着
材として機能する。斯かる重合体エマルジョンとして
は、ゴムラテックスや樹脂エマルジョンが挙げられる。
そして、乳化重合法で得られる重合体のエマルジョンや
重合体の再乳化によって得られるエマルジョンがある。
ラテックスや合成ゴムラテックスが挙げられる。合成ゴ
ムラテックスとしては、例えば、ブタジエン重合体、ス
チレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタ
ジエン共重合体、メタクリル酸メチル−ブタジエン共重
合体、アクリレート系ラテックス等が挙げられる。
チレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリ塩
化ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリメタク
リル酸メチル、ポリエチレン等のエマルジョンが挙げら
れる。これらの重合体エマルジョン中ではスチレン−ブ
タジエン共重合体ラテックス、特にカルボキシル基含有
スチレン−ブタジエン共重合体ラテックスが好適に使用
される。
間、電極上に塗膜を密着させるための結着材として機能
する。斯かる無機コロイドとしては、コロイダルシリ
カ、コロイダルアルミナ、コロイダルジルコニア等が挙
げられる。また、例えばHCl等の酸の添加によって無
機コロイドを形成する例えばオルト珪酸テトラエチル等
の無機コロイド前駆物質も酸と共に使用することが出来
る。これらの中ではコロイダルシリカが好適に使用され
る。シリカ粒子の大きさは、平均粒子径で100nm以下
が好ましい。これより大きい場合は、上記の結着材とし
ての機能が劣る様になる。
ス状塗膜の電極に対する濡れ性を向上させる機能を有す
る。すなわち、遷移金属が存在しない場合は、黒鉛電極
上でガラス状塗膜が玉状にはじき塗膜の連続性が妨げら
れるが、遷移金属によりガラス状塗膜の電極に対する濡
れ性を向上して連続したガラス状塗膜が維持される。遷
移金属としては、クロム、タングステン、チタン、コバ
ルト等の単体(金属)が使用される。安全性と価格の点
から、クロム、チタン又はタングステンが好適に使用さ
れる。
成り、そのpHが9.0以下であることを特徴とする。
ここに、上記のpHは、成分の沈降がない様に十分に撹
拌し常温で測定した値を意味する。すなわち、本発明に
おいては、上記の様なpHの規定により水溶性アルカリ
成分の量を規定する。これにより、アルカリ成分と金属
化合物の不純物との反応(水素の発生を伴う反応)を抑
制する。その結果、本発明においては、貯蔵安定性に優
れ、しかも、塗膜のピンホールの発生が防止され、10
00℃以上の高温においても優れた酸化防止効果が発揮
される。
ック、無機コロイド等のアルカリ金属および/またはア
ルカリ土類金属を同伴する成分の場合は、これらの含有
量が少ない種類のものを選択して使用する。アルカリ金
属および/またはアルカリ土類金属の含有量が通常1重
量%以下、好ましくは0.5重量%以下の上記各成分が
使用される。
トリウムの含有量を0.5重量%以下とすることによ
り、カーボンブラック自身の着火点を上昇させることが
出来、電極のチャックが存在する400℃付近の温度ま
で塗料の導電性を維持することが出来る。
は、通常、水ガラスから脱塩して合成され、ナトリウム
やカリウム等のアルカリ成分が水溶液中に1〜10重量
%残存している。従って、本発明においては、アルカリ
の濃度を1重量%以下に調整した、コロイダルシリカと
して、水をメタノールやエチレングリコール等の有機溶
媒に置換したコロイダルシリカや脱塩コロイダルシリカ
を使用する。
合量は使用する成分の種類により異なる。すなわち、塗
料のpHが9.0以下(好ましくは8.5以下であり、
その下限は通常3である)となる様に材料の調整を行う
必要がある。しかしながら、前記の各成分の塗料中にお
ける割合は、一般的には次の通りである。なお、本発明
にけるpHの調節は、酸生物質を添加してアルカリ成分
を塩に変換したり、イオン交換してアルカリ成分を除去
する方法によっても行い得る。
%、好ましくは5〜20重量%である。カーボンブラッ
クの含有量が2重量%未満の場合は十分な導電性が得ら
れず、30重量%を超える場合は、塗料の粘度が高くな
り過ぎたり、塗膜中のカーボンブラックが燃焼して耐酸
化性能が低下する傾向がある。
くは3〜15重量%である。黒鉛の含有量が0.5重量
%未満の場合は塗膜の摺動性向上効果が十分でなく、2
0重量%を超える場合は、塗料の粘度が高くなり過ぎる
傾向がある。
しくは15〜45重量%である。耐酸化材の含有量が1
0重量%未満の場合は、塗膜の安定性が悪くなりハジケ
が発生して電極が酸化され易く、90重量%を超える場
合は、塗膜の結着性が悪くなり、特に400〜800℃
の範囲で電極が酸化され、以後の温度域で塗膜として機
能しなくなる傾向がある。
0.05〜5重量%、好ましくは0.1〜3重量%であ
る。重合体エマルジョンの含有量が0.05重量%未満
の場合はガラス状塗膜の摺動性向上効果が十分でなく、
5重量%を超える場合は塗料の経時安定性が低下する傾
向がある。
重量%、好ましくは2〜15重量%である。無機コロイ
ドの含有量が2重量%未満の場合は塗料の電極への密着
力が低く剥離し易い、30重量%を超える場合は導電性
の面で問題を生じてスパークの原因となる。
ましくは、2〜40重量%である遷移金属の含有量が
0.1重量%未満の場合は、耐酸化材によって形成され
るガラス状塗膜と電極の密着性が悪化してハジケ易くな
り酸化防止効果が低下し、70重量%を超える場合はガ
ラス状塗膜が連続し難くなる。
の重量比で混合して分散処理することにより調製され
る。水の割合は、塗布前において塗布作業形態により調
整することが出来、導電性酸化防止材組成成分の固形分
に対して外掛けで20〜200重量%加えてもかまわな
い。上記の分散処理には、ディゾルバー、ホモミキサ
ー、ボールミル、ロールミル、アトライター、ダイノミ
ル、ピコミル、バスケットミル、EGミル等が使用され
る。なお、本発明の塗料には、塗料の保存性を高めるた
め、防腐剤や各種添加剤(消泡剤・レベリング剤・沈降
防止剤)等を添加してもよい。
る。本発明の黒鉛電極は、少なくともその側面に上記の
塗料を塗布して成る。黒鉛電極としては、アーク炉用電
極が好適に使用される。通常100〜500μm程度の
厚さ(乾燥後)でチャック部分を含めて塗布することが
出来る。塗布に際しては、浸漬法、刷毛塗り、スプレー
(噴霧)法、静電塗装法などの一般的な塗膜形成方法の
内から最も適している方法を選ぶことが出来る。この
際、それぞれの施工法に適した作業粘度に塗料を調整す
る必要がある。組成の異なる塗料を2回以上塗布するこ
とも出来る。
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。
(b)に従って、サンドグラインダーにて60分分散
し、(a)及び(b)を一組とする10種類の塗料を得
た。使用したカーボンブラック、コロイダルシリカ及び
分散剤を表3に示す。
ルシリカ5を使用した例である。比較例2は重合体エマ
ルジョン(ラテックスエマルジョン)を省略し、比較例
3は無機コロイド(コロイダルシリカ)を省略し、比較
例4は遷移金属(Cr粉末)を省略した例である。
ライスしたテストピースの全面に、塗料(a)を100
〜250g/m2の厚さ(乾燥後)に塗布し、1時間乾燥
後、塗料(b)を250〜500g/m2の厚さに塗布し
た。これを1晩放置し乾燥後、テスターにて表面抵抗を
測定した。その後、400℃の灰化炉(林電工社製)中
に30分放置し、その抵抗の変化を調べた。その後、1
000℃で30分間焼成して室温まで放冷した後、塗膜
の状態を判断した。表4に結果を示す。
けた後も僅かにクロムが酸化され緑味が強くなったもの
も見受けられたが、ハジケを起こさずにガラス状の均一
な塗膜として残り、酸化防止剤としての十分な効果が確
認出来た。
スが多量に発生し、1000℃30分後の塗膜の状態も
水素ガスの抜けた後の塗膜のピンホールから電極が焼け
込んでいるのが観察された。
おいても塗膜が脆く脱落し、1000℃では、塗膜がム
ラに成り、焼け込んだ所が多数起こった。
おいても塗膜が脆く脱落し易くひび割れ等が見受けられ
た。この影響と考えられるが、1000℃の処理では、
塗膜の連続性が悪く塗膜と電極の隙間ができ電極が損傷
していることが確認され、1000℃以上での酸化防止
効果は発揮されなかった。
な状態であったが、1000℃では、塗膜の連続性が途
切れてハジケが起こり、電極が損傷していた。
かも、塗膜のピンホールの発生がなく、1000℃以上
の高温での酸化防止効果が優れた導電性酸化防止塗料お
よび当該塗料を塗布して成る黒鉛電極が提供される。
Claims (5)
- 【請求項1】 水媒体中に、導電材、耐酸化材、結着材
としての重合体エマルジョン及び無機コロイド、遷移金
属を含有して成り、pHが9.0以下であることを特徴
とする導電性酸化防止塗料。 - 【請求項2】 耐酸化材がB、Si、Ge、Sb、T
i、Sn、Al、Zrの群から選ばれ単体の炭化物もし
くは窒化物またはB若しくはSiの単体である請求項1
に記載の導電性酸化防止塗料。 - 【請求項3】 無機コロイドの平均粒子径が100nm以
下である請求項1又は2に記載の導電性酸化防止塗料。 - 【請求項4】 遷移金属がCr、W、Co、Ti、Ni
の群から選ばれる1種または2以上である請求項1〜3
の何れかに記載の導電性酸化防止塗料。 - 【請求項5】 請求項1〜4の何れかに記載の導電性酸
化防止塗料を塗布して成ることを特徴とする黒鉛電極。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30860499A JP2001123124A (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | 導電性酸化防止塗料および黒鉛電極 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30860499A JP2001123124A (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | 導電性酸化防止塗料および黒鉛電極 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001123124A true JP2001123124A (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=17983047
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30860499A Pending JP2001123124A (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | 導電性酸化防止塗料および黒鉛電極 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001123124A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002265871A (ja) * | 2001-03-06 | 2002-09-18 | Mikuni Color Ltd | 導電性酸化防止塗料 |
WO2011113885A3 (de) * | 2010-03-17 | 2012-01-05 | Sgl Carbon Se | Materialzusammensetzung, deren herstellung und verwendung als dichtungs - und oxidationschutzschicht |
-
1999
- 1999-10-29 JP JP30860499A patent/JP2001123124A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102858716A (zh) * | 2010-03-17 | 2013-01-02 | Sgl碳股份公司 | 材料组合物,其制备和其用作密封层和氧化保护层的用途 |
JP2013522155A (ja) * | 2010-03-17 | 2013-06-13 | エスゲーエル カーボン ソシエタス ヨーロピア | 材料組成物、その製造並びにシール層及び酸化保護層としての使用 |
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