JPH07268249A - 導電性酸化防止材 - Google Patents

導電性酸化防止材

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JPH07268249A
JPH07268249A JP6061709A JP6170994A JPH07268249A JP H07268249 A JPH07268249 A JP H07268249A JP 6061709 A JP6061709 A JP 6061709A JP 6170994 A JP6170994 A JP 6170994A JP H07268249 A JPH07268249 A JP H07268249A
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Takenori Yoshitomi
丈記 吉富
Hideyuki Hisa
英之 久
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極のチャック部分への塗布が可能であり、
高温における酸化防止効果の優れた導電性酸化防止材を
得る。 【構成】 耐火性骨材、結合剤および黒鉛化カーボンブ
ラックを含有してなる導電性酸化防止材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は導電性酸化防止材、詳し
くは特に電気製鋼炉等のアークを用いる炉で使用される
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
化防止材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から電気製鋼炉をはじめとするアー
ク炉においては、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、溶融物の飛散等の影響を
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℃程度の高温にさらされることになり、炉
内の開口部等から侵入した酸化性ガスにより容易に酸化
消耗する。例えば、製鋼炉では電極のコストが大きい割
合を占めるので、この電極の消耗は経済的に大きな損失
となる。この電極の酸化消耗は、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。さら
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。したがって、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。
【0003】このため、電極の酸化を防止するために種
々の提案がなされている。たとえば、電極への水の噴射
による冷却によって電極を酸化温度以下に維持する方法
がある。しかしながら、この方法は、炉内に大量の水分
が入った場合には、水蒸気爆発の危険があり、電極全体
の冷却効果も少ないので十分な酸化防止効果が期待でき
ない。また、電極に保護コーティングを形成して電極表
面を保護しようとする方法がある。たとえば、黒鉛電極
表面に非導電性の酸化防止層を形成する方法(特開昭5
9−51499号公報)、さらにはシリカ超微粒子のコ
ロイド溶液にアルミナ、シリカ微粒子等を分散させたコ
ーティング材を用いる方法(特開平3−45583号公
報)が挙げられる。しかしながら、これらの従来のコー
ティング材は、いずれも非導電性であるため、電極への
通電を確保するためには、電極のチャック部分を避けて
コーティングを施す必要がある。このため、施工上の問
題や未処理部分での酸化防止が十分でない等の難点があ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、アー
ク炉で使用される黒鉛電極の酸化消耗を防ぐことであ
る。本発明のより具体的な目的は黒鉛電極用の従来の酸
化防止材における課題を解決しようとするものであり、
特にコーティング施工に際して電極チャック部分へのコ
ーティングも可能であり、しかも高温での酸化防止効果
のすぐれた導電性酸化防止材を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の導電性酸化防止
材は、耐火性骨材、結合剤及び黒鉛化カーボンブラック
を含有してなることを特徴とする。以下、本発明を詳細
に説明する。まず、本発明における耐火性骨材として
は、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア等の酸化
物、SiC、B4C、CrC、WC、TiC、VC、Z
rC、NbC等の炭化物、TiN、VN、NbN、Zr
N等の窒化物、CrSi2、TiSi2、ZrSi2等の
珪化物またはケイ素等の粉末等の一種以上が用いられ
る。また、ZrB2、TiB2、CrB等のほう化物粉
末、Fe、Co、Ni、Cr、V等の金属粉末も好まし
くは、上記の耐火性粉末と併用することができる。特
に、ZrB2、B4C、TiC、SiC、Siはカーボン
の酸化防止及び塗膜の熱間での安定性面で適当であり、
好適に使用される。
【0006】結合剤としては、乾燥後の適度な塗膜強度
が得られるものであれば、特に制限されないが、好適に
は各種珪酸塩、リン酸塩、コロイド質結合剤などの無機
系結合剤を用いることができる。例えば、コロイド質結
合剤としてはコロイダルシリカやコロイダルアルミナ、
コロイダルジルコニア等が好適に使用できる。特にコロ
イダルシリカは、乾燥後の耐水性、接着性、安定性およ
び価格面で最も好ましい。さらに、本発明において用い
られる黒鉛化カーボンブラックとしては、ファーネス
法、アセチレン法、サーマル法またはコンタクト法等で
得られたカーボンブラックを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)で2000℃以上、好適には2500〜3000℃
の温度で処理したものが挙げられる。すなわち、黒鉛化
カーボンブラックは、好適には結晶子の厚さLc(Å)
を粒子径(nm)で除した値が1.0〜3.0の範囲に
あるものが用いられる。
【0007】上記3つの必須成分の配合量は、目的、原
料の種類などによっても異なるが、一般的に耐火性骨材
はこの3成分全量中の固形分重量%が、20〜90wt
%、好ましくは40〜70wt%、結合剤(固形分)は
2〜30wt%、好ましくは5〜15wt%、黒鉛化カ
ーボンブラックは2〜30wt%、好ましくは10〜2
0wt%程度になるように配合して用いられる。耐火性
骨材の固形分が20wt%未満であると熱間で塗膜の安
定性が悪くなりハジケが発生し、母材を酸化させ易い。
また耐火性骨材の固形分が90wt%を超えると塗膜の
耐火性が高くなりすぎて500〜800℃程度の低温域
で母材を酸化させ、以後の温度域で塗膜として機能しな
くなる。また、結合剤固形分の含有量は、少ないほど導
電性の面で好ましいが2wt%未満であると接着力が無
く剥離し易い。また、結合剤固形分の含有量が30wt
%を超えると接着力は優れるが導電性の面で問題を生じ
スパークの原因になる。更に、黒鉛化カーボンブラック
の含有量は、多いほど導電性面で好ましいが30wt%
を超えると酸化防止スリップを増粘させたり、塗膜中の
黒鉛化カーボンブラックが熱間で燃焼し、耐酸化性能を
低下させたりする。黒鉛化カーボンブラックの含有量が
2wt%未満であると耐酸化性能は優れるが所望の導電
性を得ることができない。
【0008】また、本発明においては、必要に応じて上
記以外の成分を配合することができる。たとえば、酸化
防止材成分として黒鉛粉末を配合することができる。ア
ーク炉の操業により電極が消耗すると上部に新しい電極
をつなぎ、電極ホルダー(把持機)を電極長手方向に移
動させ掴み直すが、この際に電極の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。このような
時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で、耐摺動性が向上し塗膜
の損傷が軽減され得る。黒鉛粉末は耐火性骨材に対し2
0〜70wt%(好ましくは40〜60wt%)程度は
添加される。また、経時安定性、接着性、導電性を向上
させるためにアクリル樹脂などの水溶性ポリマーを3成
分全量に対し0.01〜3wt%程度配合することもで
きる。
【0009】これらの各成分の配合は通常次のようにし
て行われる。本発明の導電性酸化防止材は上記成分を上
記特定の重量比で混合した粉末に水を加え混合および均
一化処理を行うことにより調製される。水添加量は、塗
布作業形態により異なるが、導電性酸化防止材組成成分
の固形分に対して外掛けで15〜150wt%が好まし
く、25〜100wt%が最も好ましい。上記組成成分
の混合均一化処理は、たとえば、混合粉末体積と同体積
のアルミナボールを入れたアトライター装置に上記混合
粉末、水を所定量添加し、所定時間混合して均一化処理
を行うことで調製し、導電性酸化防止材が得られる。こ
こで混合、均一化処理装置および方法に特に制限はな
く、通常の卓上ミキサー、ボールミル、ロールミルなど
で混合処理しても構わない。なお、前記混合均一化処理
の目的は、塗布された塗膜中の組成が塗膜場所に依存さ
せず、組成成分の分布を均一化させるためである。この
ようにして得られる導電性酸化防止材はアーク炉用電極
の側面に、通常100〜200μm程度の厚み(乾燥
後)にチャック部分を含めて塗布することができる。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できる。この際、それぞ
れの施工法に適した作業粘度に導電性酸化防止材を調製
する必要がある。
【0010】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。 実施例1、2 下記の配合組成(固形分)に従って、2種類の導電性酸
化防止材を得た。 (配合I) 窒化チタン粉末 65wt% ほう化ジルコニウム粉末 5wt% 黒鉛化カーボンブラック 15wt% (商品名:三菱カーボンブラック#4000B、三菱化成(株)製) 無機結合剤(コロイダルシリカ)(固形分) 15wt% これにさらに、分散剤としてアクリル樹脂と界面活性
剤の混合物を前記〜の総量に対し0.5wt%で添
加する。
【0011】 (配合II) 窒化チタン粉末 35wt% 黒鉛微粉末 25wt% ほう化ジルコニウム粉末 10wt% 黒鉛化カーボンブラック 15wt% (商品名:三菱カーボンブラック#4000B、三菱化成(株)製) 無機結合剤(コロイダルシリカ)(固形分) 15wt% これにさらに、分散剤としてアクリル樹脂と界面活性
剤の混合物を前記〜の総量に対し0.5wt%で添
加する。すなわち、配合I(実施例1)または配合II
(実施例2)の固形分100重量部に対して水をそれぞ
れ80重量部添加し、湿式粉砕装置「アトライター」に
より約24時間混合し、均一化処理を行い、2種類の導
電性酸化防止材を得た。
【0012】〈体積固有抵抗〉下記の方法により、体積
固有抵抗値(Ω・cm)を測定した結果を表1に示す。
併せて市販の酸化防止材Aについての測定結果も示す
(比較例1)。なお、体積固有抵抗値測定法は次の通り
である。予め抵抗の明らかなカーボン板(50×130
×20mmt(t:厚み))の上下面に導電性酸化防止
材を所定の厚さでコーティング処理を施した後、昇温速
度400℃/Hで加熱し、所定温度(大気雰囲気下)で
1時間保持し、抵抗測定用試料を得た。この試料を抵抗
測定装置の鋼製電極にはさみ、アムスラー加圧装置を用
い全圧1tで加圧し、読みとった抵抗値から塗膜の体積
固有抵抗を下記の式により算出した。 ρ=S/H×(R−R0) ρ:塗膜の体積固有抵抗 (Ω・cm) S:試料の電流通過断面積 (cm2) H:コーティング層の合計厚さ(cm) R:処理後の全抵抗 (Ω) R0:処理前の全抵抗 (Ω)
【0013】
【表1】
【0014】〈耐摺動試験〉さらに、配合I(実施例
1)、配合II(実施例2)に示す酸化防止材について耐
摺動性を比較した結果を次に示す。比較のために市販の
酸化防止材Aを同様にカーボン板に処理した。耐摺動試
験装置は、神鋼造機(株)製摩耗試験装置を使用した。
カーボン母材(φ50×8mmt)の上表面に上記導電
性酸化防止材をスプレー法により乾燥後に約200μm
の膜厚が得られるようにコーティングした後、自然乾燥
させ評価用テストピースとした。これをモーター付き試
験台にセットし毎分50回転で回転させコーティング面
を荷重10kgで円周8箇所に切り溝を持った鋼製リン
グ(外径/内径=φ43/φ33mm)に押し付けて2
000回転後の重量差を測定し、耐摺動特性の評価とし
た。結果を表2に示す。
【0015】
【表2】 このように黒鉛化カーボンブラックまたは黒鉛化カーボ
ンブラックと黒鉛微粉末をコーティング層中に含有させ
ることにより著しく耐摺動性を向上させることができ、
電極ホルダーの移動時におこる擦れからコーティング層
を保護することができる。
【0016】〈原料溶融炉による溶融実験〉これらの酸
化防止材を原料溶融炉(4t)で用いられる黒鉛質電極
棒(φ155×3750mm)表面に、刷毛塗り法によ
り約200〜300μm厚(乾燥後)に塗布し、原料溶
融実験を行った。溶融に使用した原料は、酸化マグネシ
ウムであり、溶融に要した時間は約3時間30分であっ
た。溶融実験の結果を表3に示す。比較のために、市販
酸化防止剤A(比較例1)も併記した。配合I(実施例
1)、配合II(実施例2)および比較例1ではいずれも
スパークなどのトラブルも生じず操業上の問題は無かっ
た。酸化防止効果については、市販品を塗布した比較例
1では電極先端部から11.0%、側面から10.5%
消耗し合計21.5%の重量減少があったのに対して、
実施例1および2では側面からの酸化消耗が激減し、同
時に先端部からの酸化消耗も減少し、重量減少率は比較
例の半分以下となり良好な酸化防止効果を示した。
【0017】
【表3】
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、電極チャック部分への
塗布が可能で、かつ高温での酸化防止効果の優れた導電
性酸化防止材を得ることができる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C09D 1/00 PCN 1/04 PCM 5/02 PPT C09K 15/02 // C04B 111:94

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 耐火性骨材、結合剤及び黒鉛化カーボン
    ブラックを含有してなる導電性酸化防止材。
  2. 【請求項2】 黒鉛粉末を含有してなる請求項1記載の
    酸化防止材。
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