JPS6024558B2 - 黒鉛電極のソケツトねじ底強化法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、製鋼用黒鉛電極（以下、「電極」という。

）のソケットねじ底周緑部位を局部的に強化して、この
部分の実効強度を増大する方法に関する。電気製鋼炉で
は、通常２〜３本の電極を接続した状態で炉内に吊下げ
、下部電極の消耗に応じて逐次新たな電極を接続して連
続的に操業が継続されるが、近時、炉の大電流操業化が
進むに伴い、とく接続部位における折損事故が頻発する
後向にある。

このため苛酷な操業条件を耐える電極接続部の開発が急
がれている。電極接続部は、電極の各端部に穿設された
ソケットねじ相互をニップルによりねじ接続して形成さ
れるため、構造上電極母体に比べ強度的に脆弱となる。

接続部の折損は、操業中に生ずる各種の熱的、電気的あ
るいは機械的な応力が、集中してこの脆弱部位に偏るこ
とが主因となって発生する。このようなことから、接続
部の実効強度を増大する目的で従来から種々の試みが提
案されているが、これらは概ね応力集中の緩和を図るた
めに接続部構造に設計変更を施す内容のものによって占
められており、電極ソケット部分を材質組織的に強化し
ようとする試みはなされていない。

本発明は、接続部位における各種折損事態のうち、とく
に通電初期時点で電極ソケットねじ底部に亀裂・破損が
生ずる態様が多く認められる実情に鑑み、該ソケットね
じ底部の材質を局部的に組織強化することによって主に
前記通電初期段階での折損事故を有効に防止する方法を
提供するもので、その構成は、電極のソケットねじ底周
緑部位に、フェノールル系樹脂、フラン系樹脂もしくは
こられの混合樹脂、または燐酸アルミニウム系無機ポリ
マーから選択された液状鯵透剤を強制舎浸することを特
徴とする。

黒鉛成形体の強度改善を目的として、素材に熱硬化性樹
脂を含浸し、充填樹脂を焼成炭化することにより組織の
高密度化を図る方は広く知られているが、含浸物を急熱
処理すると樹脂分が急激熱分解を起して材料破損を招く
ことから、充填樹脂の焼成炭化を極めて緩徐な昇温速度
でおこなうことが必須の要件とされている。

他方、燐酸を主体とした蕪酸物質を黒鉛材料に含浸する
技術も公知であるが、これは処理材料に耐酸化性を付与
することを目的とするものに限られている。これら事情
に加えて、従来、鯵透剤を処理材料の特定部分に周部舎
浸することが技術操作上至難とされており、これが電極
ソケット部分を材質組織的に強化する試みがなされなか
った大きな理由である。発明者らは、電極を構成する組
織骨格が通常の黒鉛材料に比べ著しく高度の耐スポーリ
ング性を備えているため、含浸後の充填樹脂成分が操作
時に受ける急熱作用によって急激な熱分解反応を起して
も骨格組織に亀裂・破損を生じることがない、鯵透剤と
して燐酸アルミニウム系無機ポリマーを用いた場合にも
通電初期段階で効果的な強度改善がもたらされる等の事
実を、数次に亘る試験研究の結果確認し、併せて簡易か
つ有効な局部含浸手法を見出して本発明の開発に至った
ものである。本発明に液状鯵透剤として用いるフェノー
ル系樹脂、フラン系樹脂もしくはこれらの混合樹脂（以
下、特記のない限り「樹脂鯵透剤という。

）には、例えばレゾール型フェノールホルムアルデヒド
、フルフリルアルコール、フェノールフルフラールの初
期総合物またはこれらの混合物などが好適で、含浸に先
だち予め所定量の硬化触媒を配合して使用に供する。硬
化触媒は、常用の無機あるいは有機酸類が用い得るが、
パラトルェンスルホン酸２０％アセトン溶液を樹脂鯵透
剤に対し４〜８％（重量）の範囲で混合使用することが
望ましい。燐酸アルミニウム系無機ポリマー（以下、特
記のない限り「無機惨透剤」という。

）としては、Ｎ２０３・細２０５・細２０の化学組成か
らなる第一燐酸アルミニウム水溶液が有効に使用される
。これら液状惨透剤は、粘度が含浸時の温度で３０ポィ
ズ以下のものを選択あるいは調製して用いる必要があり
、この範囲を越えると円滑な含浸処理が阻害され十分な
充填効果が得難くなる。液状惨透剤の電極ソケットねじ
底周緑部位に対する強制含浸処理は、次のようにしてお
こなわれる。

ｍ 内面鯵透法 電極端部のソケットねじ内に液状鯵透剤を流入する。

鯵透剤の流入量は、電極の寸法形状、組織特性などを勘
案して適宜決定される。ついで、ソケットねじ上端部を
ノズル付蓋で密封状態に閉塞する。ノズル付蓋は、例え
ばソケットねじを利用して螺合するねじ込栓形状とし、
頭部のつば部分に介挿したシールパッキングにより電極
端面を圧接する構造としたものが用いられる。ノズル口
から高圧空気（通常３一６気圧）を吹込み、鯵透剤をソ
ケットねじ底周緑部位の骨格組織内に完全に含浸する。
同様の処理を他端のソケットねじ底部にも施し、処理電
極を自然放置する。樹脂鯵透剤を用いた場合には、自然
放置の過程で充填樹脂がゲル化する。‘２｝ 外面鯵透
法ソケットねじ底部位に相当する電極外周面に密封ジャ
ケットを装着する。電極外周面と密封ジャケット間のシ
ールは、空圧膨脹性パッキングなどによってなされる。
ついで密封ジャケット内に鯵透剤を流入充満した後、高
圧空気を吹込んで鯵透剤を完全にソケットねじ底周縁部
位に含浸する。池端のソケットねじ底部についても同様
の含浸処理を施し、処理電極を自然放置する。上記の内
面鯵透法および外面鯵透法は、各単独あるいは併せて適
用することができる。

このようにしてソケットねじ底部位に局部含浸処理され
た電極は、そのままの状態で使用に供される。

操業時、炉上で接続される電極は下部電極からの伝熱作
用を受けて、３００〜４００００の温度城まで急速に昇
温する。

樹脂惨透剤適用の場合にはこの過程で充填樹脂が急激な
熱分解を起して一時的に多量の揮発成分を放出するが、
この際骨格内部に発生する歪現象は樹脂材質特有のすぐ
れた耐スポーリング組織によって巧みに吸収緩和され、
亀裂・破損などの欠陥事態は禾然に防止される。樹脂が
降下され通電開始位置に至ると充填樹脂の硬化結合は一
層増大し、ソケットねじ底周緑部位の見頚比重、曲げ強
さ、弾性率等の強度特性は著しく向上する。このため、
電極先端部における電気不導体との接触、溶融に伴うス
クラップの崩落もたれ込み、の他電磁力を含む電気的振
動などあらゆる外力に耐え得る実効強度が付与される。
更に電極が下降して高熱にさらされると、充填樹脂は炭
化され熱分解炭素に転化して強度改善に貢献する。一方
、無機鯵透剤適用の場合には、接続時の受熱作用により
脱水縮合化が起り、高分子化の進行に伴って硬化結合性
が増大する。ついで電極が通電初期段階に至ると水分は
完全に失われてＡＬ２０３・斑２０５となり、結晶転移
により一層硬化してソケットねじ底部位を効果的に増強
する。

鰭極が更に高熱作用を受けると鯵透剤組成は川２０３・
Ｐ２Ｑに変化するが、組織強化機能は有効に接続する。

以上のとおり、本発明は殊に直径１８インチ以上の大物
電極において課題とされているソケットねじ底部の強化
を、簡易な局部含浸手法によって効果的に逐行し、よっ
て操業時の電極折損を大中に低減しえる利益を有するか
ら、工業的に資するところで極めて大である。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

実施例 １見掛比重１．５６〜１．５７夕／榊、曲げ強
さ７４〜８１ｋ９／仇、弾性率７２０〜７６０ｋ９／か
の母体特性を有する直径２０インチ電極（ＪＩＳ表示：
２０Ｔ２）のソケットねじ底周緑部位に、次のようにし
て内面鯵透法により樹脂鯵透剤を含浸処理した。樹脂惨
透剤として、粘度８ポィズ（３０ｑｏ）のレゾール型フ
ェノールホルムアルデヒド初期縮合物（以下「ｐｈ」と
略記する。

）、粘度６ポィズ（３０℃）のフルフリルァリコール初
期縮合物（以下、「ＦＡ」と略記する。）および両者の
混合物（以下「ｐｈ−ＦＡ」と略記する。）を用い、こ
れにパラトルヱンスルホン酸の２０％アセトン溶液各６
％（重量）を十分に混合したものを、直立状態にある電
極の上部ソケットねじ孔にそれぞれ２．０ｋ９流入した
。ついで、ソケットねじ孔上端部にねじ込栓形状のノズ
ル付蓋を装着し、そのつば部をシールパッキングを介し
て電極端面と圧袋密封した。ノズル口をコンブレッサー
に接続し、４．２気圧の高圧空気を吹込んだ。約９０分
間の吹込操作で、樹脂鯵透剤は完全に母体組織内部に含
浸した。このようにして含浸処理した電極を２昼夜放置
して充填樹脂をゲル化した。次に含浸処理電極の樹脂充
填部分を外周面からプ。

パンガス炎で局部的に加熱し、ソケットねじ底中心部の
温度が操業時の通電初期温度に相当する４３０ｑｏにな
るまで急速に昇温した。加熱過程で、充填樹脂は急激に
熱分解し一時的に多量の揮発分を放出したが、熱処理後
の組織に亀裂・破損などの欠陥現象は認められなかった
。各熱処理した電極相互を、平均曲げ強さ２３０ｋ９／
地の２０ｒ２用テーパーニツプルを介して３００ｋ９・
肌の締付けトルクで接続した。

実用の電気炉使用時と同機に懸垂状態で上部電極を固定
し、下部電極に曲げ力を加えてソケットねじ底部が折損
した時の曲げモーメントを測定する方法により折損試験
をおこなった。ｐｈ、ＦＡおよびｐｈ−ＦＡを用いて含
浸処理した各３組の接続電極について測定した折損試験
の結果を表１に示した。

比較のために、未含浸の電極について同様に測定した結
果を併戦した。表１ 表１の結果から、本発明を適用した電極はソケットねじ
底部の実効強度を著しく増大することが確認された。

折損試験後の電極につき接続部附近の内部組織を調べた
ところ、充填樹脂の熱分解炭化物はソケットねじ底部を
中心にねじ山３〜４山程度を含む比較的広範囲に均質分
布して高密度組織を形成している様子が観察された。

上記高密度組織部分から試片を切り出し、各種の物理特
性を測定した。

更に該試片を不活性雰囲気中で９００ｑｏまで熱処理し
たものについても特性測定し、これらの測定結果（各ｎ
＝５の平均値）を未処理試片の特性と併せて表０‘こ示
した。表０含浸強化部位の強度特性には、著しい向上改
善が認められた。

実施例 ２ 無機鯵透剤を用い、２ｍ２電極に次のようにして外面惨
透法により含浸処理をおこなった。

ソケットねじ底部位に相当する電極外周面に、軸万向長
さ４０仇厭、内容量２．３その密封ジャケットを取付け
、付設の空圧膨張性パッキングを介して密封状態に装着
した。ついで密封ジャケット内に粘度１ポィズ（３びＣ
）の第１燐酸アルミニウム（ＡＬ２０３・＊２０５・細
２０）水溶液２．０ｋ９を流入した後、電極を機転回転
させながら４．２気圧の高圧空気を吹込んだ。鯵透剤は
約２０分の吹込みで完全に母体組織内に合浸した。含浸
処理後の電極につき、実施例１と同様に４３０ｑＣに局
部加熱し、折損試験をおこなった。

ソケットねじ底部折損時の曲げモーメントは５．１２・
ｍで、未処理の場合の３．４１ｔ・肌に比べ著しい実効
強度の増大が認められた。

次に実施例１に準じて、強化組織部位の試片ついて各種
物理特性を測定した。

測定結果を未処理試片の特性と対比して表ｍに示した。
表ｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 黒鉛電極のソケツトねじ底周縁部位に、フエノール
   系樹脂、フラン系樹脂もしくはこれらの混合樹脂、また
   は燐酸アルミニウム系無機ポリマーから選択された液状
   滲透剤を強制含浸することを特徴とする黒鉛電極のソケ
   ツトねじ底強化法。 ２ 強制含浸が、電極ソケツト内に液状滲透剤を流入し
   、上端部を密閉した後、ソケツト内部に高圧空気を吹込
   む内面滲透法によりおこなわれる特許請求の範囲第１項
   記載の黒鉛電極のソケツトねじ底強化法。 ３ 強制含浸が、電極ソケツトねじ底部位に相当する電
   極外周面に密封ジヤケツトを装着し、該密封ジヤケツト
   内に液状滲透剤を流入した後高圧空気を吹込む外面滲透
   法によりおこなわれる特許請求の範囲第１項記載の黒鉛
   電極のソケツトねじ底強化法。