(57)【要約】【課題】  大型製鋼用黒鉛電極では製造中ならびに使用中に割れが発生し易い。特に使用中の割れによる欠け落ち（スポーリング）は製鋼コストに大きな阻害を与える。【解決手段】  黒鉛電極を中空にすることにより割れの原因となる黒鉛の気孔内部のガスを外部に放出させることにより黒鉛電極に発生する熱応力を緩和させ割れを防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工工程にて電極の中心軸に沿って電極直径の５％以上の直径の孔を明けた１８″以上の中空の製鋼用黒鉛電極
【請求項２】
製鋼用黒鉛電極の製造において成形工程にて電極直径の５％以上の直径の中空状に成形する製鋼用黒鉛電極の製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は製鋼用黒鉛電極の熱衝撃による電極の割れの発生を防止に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  電気炉鋼用電気炉はその高効率化のためにますます大型化されている。それに伴い電気炉に使われる黒鉛電極も最大３２″まで大型化が進んでいる。
電極が大型化すると最大の課題はスポーリング（熱衝撃による割れによる先端欠け落ち）である。電極の直径が大きくなれば大きくなるほど電極使用中の半径方向の温度差が大きくなるため割れが発生し易い。その割れのために先端で欠け落ちをする。スポーリングは電極消耗を多くすると共に精錬時間が長くなり生産性を阻害して製鋼コストが高くなるためスポーリングの少ない電極が望まれる。【０００３】  また一方、電極製造工程においても大型電極は割れが発生し易いため焼成時間、黒鉛化時間を長くせねばならず、また含浸時間も長くせねばならないなどのためにその製造コストも高くなるのが最大の欠点である。【０００４】  黒鉛電極の消耗には大別して酸化消耗による側面消耗とスポーリングなどにる先端消耗に二分される。酸化消耗を防止するためには電極を高密度化することが必要である。しかし、高密度化すると経験的にスポーリングが増加する傾向にあり必要以上に高密度化することはできない。【０００５】  スポーリングを少なくするには理論的には原料コークスの粒度配合を細かくして熱膨張係数（以下ＣＴＥと略称する）を小さくすることである。しかしながら経験的には粒度配合を細かくすると却ってスポーリングが大きくなり、また製造工程でも割れ不良が多くなる。【０００６】  理論的には次式で表されるスポーリング係数Ａが小さいほどスポーリングは小さい。スポーリング係数は原料の粒度配合を細かくするほど小さくなる。
スポーリング係数Ａ＝αＥ／ＫＳ
α：ＣＴＥ
Ｅ：弾性率
Ｋ：熱伝導度
Ｓ：引っ張り強度【０００７】  ところが実際には原料の粒度配合を細かくするとスポーリングは却って大きくなる。スポーリングを小さくするためには理論とは逆の原料の粒度配合を粗くすることにより実現する。
従来、この理論と実際との矛盾は解明されていなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  大型電極のスポーリングを小さくし、また製造工程での焼成時間・黒鉛化時間・含浸時間を短縮し、且つ割れ不良を少なくすることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明はスポーリング係数が小さいほどスポーリングは実際は大きいと言う理論と実際との矛盾の原因究明により成し遂げられた。【００１０】  黒鉛電極は２０〜３０％の気孔を有する。電極が電気炉で使用中高温になると電極内部の気孔のガスは膨張するが気孔の多くは数ミクロン以下の細かい孔を通じて外部に通じている。そのため気孔内のガスは容易には外部に放出されず高圧ガスとして内部に留まる。さらに気孔の一部は閉気孔で気孔内のガスは外部には放出されず高圧ガスとなる。【００１１】  つまり、気孔率の高い黒鉛は急激な昇温によりＣＴＥによる膨張の外に高温ガスの高圧による膨張が加わる。大型黒鉛電極そのものの熱膨張は黒鉛のＣＴＥと高圧ガスによる膨張とが合成されたものとなる。
つまり、ＣＴＥを測定する時の細かい黒鉛テストピースは気孔内のガスは容易に外部に放出され高圧ガスの影響は受けない。
スポーリング係数算出のＣＴＥとは電極そのものの熱膨張でなくてはならない。電極そのものの熱膨張の実測は事実上不可能である。理論的には電極そのものの熱膨張の代わりに細かいテストピースの熱膨張で計算しているところに矛盾が生ずる訳である。【００１２】  特に大型電極はその製造工程において焼成後に高密度化のためにピッチを含浸して再び焼成するため閉気孔も多く発生する。そのため高圧ガスの影響は特に大きい。【００１３】  経験的に大型電極は原料の粗い粒度を多く配合することによりスポーリングが少ない電極が得られる。それは粗い原料には多くの気孔が存在して電極が昇温した時気孔内のガスを外部へ放出するのに粗い原料の気孔が有効のためである。【００１４】  要は黒鉛電極のスポーリングを小さくするためには気孔内のガスをいかに外部へ放出させるかが鍵となる。【００１５】  課題（気孔内のガスを外部へ放出）を解決するために電極を中空とすることである。電極気孔内のガスは中心部程放出しにくい。電極を中空にすることにより気孔内のガスは容易に外部へ放出させることが可能となる。【００１６】  黒鉛電極は２〜３ｍの長さのものがニップルを介して繋がれる。この接続部のネジの部分は電極の気孔に比して極めて大きい隙間が存在するため中空内に放出されたガスは接続部のネジ部を通って容易に外部へ放出することが可能である。【００１７】  中空の大きさは大きいほどガス放出の効果が大きいが、余り大きいと電極の断面積が小さくなり電気抵抗が高くなる。
中空の直径と電極断面積（電気抵抗は断面積に反比例）との関係は次のとおりとなる。
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【００１８】  中空の大きさはガス放出効果と電気抵抗の影響を考慮して適切な大きさにすることが大切である。最適な中空の直径は電極直径の１０〜２０％である。【００１９】  電極の中空は製造の最終工程の加工で行ってもよい。しかし、電極の製造コストを考慮すると最初の工程である成形工程で中空とすることが最も望ましい。成形で中空にすることにより製造コストにおいても有利であると共に焼成時間・黒鉛化時間・含浸時間の短縮もが可能となると共に焼成、黒鉛化工程での割れ不良が少なくなる利点もあるからである。【００２０】  なお、加工工程において中空にする時、必ずしも貫通孔にする必要はなく図２のような孔でも効果は変わらない。
【発明の効果】
【００２１】  黒鉛電極を製鋼用電気炉で使用中に割れによる欠け落ち（スポーリング）が激減し電極消耗原単位が減少して製鋼コストを低減することができる。【００２２】  また、成形工程で中空状にすることにより電極製造工程においても焼成時間・黒鉛化時間・含浸時間を低減できると共に工程中の割れ不良が少なくなり電極製造コストを大幅に低減することができる。
【実施例１】
【００２３】  １８″電極（直径４６０ｍｍ）の電極を加工工程にて直径４０ｍｍの貫通する孔を明け中空電極とし実際の製鋼用溶解電気炉（４０トン炉、最大電流３５ＫＡ）にて使用した。従来この炉では縦割れが多く発生してスポーリングによる欠け落ちが多く電極消耗原単位は３．０ｋｇ／ｔ前後であった。この炉で上記の中空電極を試験したところ割れの発生は少なく電極消耗原単位２．７８ｋｇ／ｔと明らかな改善が見られた。
【実施例２】
【００２４】  ２０″電極（成形直径は約５３０ｍｍ）の成形において内径１００ｍｍの中空状に成形した。その焼成時間を約１割短縮したが割れ不良は全く発生しなかった。また、含浸工程において加圧時間を３割短縮したがピッチの含浸率は正常で且つ後工程での不良は皆無であった。その電極を製鋼用溶解電気炉（４０トン炉、最大電流５０ＫＡ）にて使用した。その結果、電極消耗原単位が従来２．７ｋｇ／ｔのものが約２．４ｋｇ／ｔと大幅に改善された。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】：黒鉛電極を加工工程にて孔を貫通させた中空電極を示す。１が電極本体、２は貫通孔を示す。
【図２】：黒鉛電極を加工工程にて孔を電極の左右から明けた中空電極を示す。３が電極本体、４は中空部を示す。
【図３】：黒鉛電極を成形工程にて中空に成形した状態を示す。５は電極本体、６は中空部を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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