(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極ポールの端部に形成したソケットに螺入して電極ポールを相互に接続する電気製鋼炉用黒鉛電極のニップルにおいて、ソケットに螺入したときソケットの底面と対向するニップルの円形端面に溝部が周設され、該溝部とニップルの端部側面とによって立ち上がり周壁部が形成されていることを特徴とする電極用ニップル。
【請求項２】
電極ポールの端部に形成したソケットに螺入して電極ポールを相互に接続する電気製鋼炉用黒鉛電極のニップルにおいて、ソケットに螺入したときソケットの底面と対向するニップルの円形端面に溝部が周設され、該溝部とニップルの端部側面との間が円形端面の直径の１〜３０％の端面肉厚を有する立ち上がり周壁部に形成されていることを特徴とする電極用ニップル。
【請求項３】
周壁部が連続して形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電極用ニップル。
【請求項４】
周壁部の１個所または複数個所に切欠きが形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電極用ニップル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電極用ニップル、詳しくは、電気製鋼炉用黒鉛電極を相互に接続し、電気製鋼炉の操業中において、黒鉛電極の接続部の破損を防止するための電極用ニップルの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気製鋼炉においては黒鉛電極が使用され、電極先端と炉内に装入された製鋼原料との間にアークを飛ばして原料を溶解する。黒鉛電極はアークにより、例えば３０００℃にも達するため消耗が激しく、その消耗を補うため、一般には、黒鉛電極を炉外上部から順次接続して補給している。
【０００３】
黒鉛電極の接続は、図４に示すように、電極ポール１の両端部にテーパー状のソケット（雌ねじ部）２を形成し、ソケット２に、両端部に向けてテーパーを付け、テーパー部に雄ねじ部を形成したニップル（黒鉛継手）３を螺入することにより行われる。
【０００４】
このように連結された黒鉛電極の接続部は強度が弱いため、操業中、原料スクラップの崩れ落ちなどにより衝撃（機械的応力）が負荷されると、ソケットのねじ山谷底部、とくに応力集中の大きいニップルとソケットの螺合部の終端部（図５のＡ部）が起点となって折損が生じることが経験されている。
【０００５】
また、とくに大径の電極においては、半径方向に温度差が生じ易く、熱応力による電極破損も問題となる。電極の接続部においては、ニップルは電極ポールに比べて大幅に温度が高くなり、電極ポールより熱膨張係数が大きいこともあって、内部に位置するニップルが熱膨張してソケット部を破壊する破損事故が発生することがある。
【０００６】
接続部が操業中に破損すると、その下部の電極が溶鋼中に落下して作業を遅延させ、ときには炉の操業を休止させることもあって生産性を低下させ、また落下した電極が溶鋼中に混入して鋼の品質を劣化させるなどの問題が生じるため、電極の折損事故を防止するために、電極接続部の改良について、これまで多くの提案がなされている。
【０００７】
例えば、機械的応力に基づく電極接続部の破損を防止するために、図６に示すように、ニップル３の端部に、その直径の５０〜８０％の径を有する肉ぬすみ部９を設けるとともに、この肉ぬすみ部９を電極ポール１のソケット２の底部に螺合する構造の電極継手が提案されている。（実公昭５６−７１１５号公報）この構造のものは、ニップルとソケットの螺合部の終端部の応力集中を緩和し、電極の長さ方向に直角な面に生じる割れ（横割れ）を防止するのにかなり有効であるが、最近のように、電気炉を複数設けて交互に操業を行う方式では、黒鉛電極の加熱冷却サイクルが頻繁に行われる関係から十分な対策とはなっていない。
【０００８】
熱応力による電極破損を防止するために、図７に示すように、ニップル３の端面から長手方向に切込み溝１０を設けることも提案されている。（実公昭５９−１３５７号公報）この構造は、電極接続部の円周方向の熱応力を緩和し、長さ方向に対して平行な面に生じる割れ（縦割れ）を防止するには有効であるが、電極の長さ方向に直角な面に生じる横割れを防止するには効果がない。
【０００９】
図８、図９に示すように、ニップル３の端面３Ａと対向するソケット２の底面に、ソケット３のテーパー面と連続した球面を有する空所１１を設け、且つニップル３の端面３Ａからその内部に向けて斜めの切り溝１２を複数本設けるものも提案されている。（実公昭６２−２４９５７号公報）
【００１０】
この構造は、電極接続部で発生した応力を切り溝１２および空所１１で吸収、分散させて、電極ポールの折損を防止することを目的とするものであるが、この構造においても、電極の長さ方向に直角な面に生じる横割れを防止するには不十分である。
【００１１】
発明者らは、電気製鋼炉に使用する黒鉛電極の接続部における上記従来の問題点を解消できる接続構造を開発するために、従来から提案されているニップルの構造について再検討を加えた結果、ソケットの底面に対向するニップルの端面に肉ぬすみ部９（図６）を設ける構造が、肉ぬすみ部の形状によっては、電極の長さ方向に直角な面に生じる横割れの防止のみでなく縦割れの防止に対しても有効に機能し得ることを見出した。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の知見に基づいて、肉むすみ部の形状と割れ発生との関連についてさらに実験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、ニップルとソケットの螺合部の終端部に生じる応力を緩和するとともに、ニップルとソケットの熱膨張差を吸収して、電極の横割れおよび縦割れを効果的に防止することを可能とする電気製鋼炉用黒鉛電極の電極用ニップルを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による電極用ニップルは、電極ポールの端部に形成したソケットに螺入して電極ポールを相互に接続する電気製鋼炉用黒鉛電極のニップルにおいて、ソケットに螺入したときソケットの底面と対向するニップルの円形端面に溝部が周設され、該溝部とニップルの端部側面とによって立ち上がり周壁部が形成されていることを第１の特徴とする。
【００１４】
また、電極ポールの端部に形成したソケットに螺入して電極ポールを相互に接続する電気製鋼炉用黒鉛電極のニップルにおいて、ソケットに螺入したときソケットの底面と対向するニップルの円形端面に溝部が周設され、該溝部とニップルの端部側面との間が円形端面の直径の１〜３０％の端面肉厚を有する立ち上がり周壁部に形成されていることを第２の特徴とする。
【００１５】
さらに、上記の構造において、周壁部が連続して形成されていること、および周壁部の１個所または複数個所に切欠きが形成されていることを第３および第４の特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面によって説明する。なお、従来技術と同じ部材については同一の符号を付した。本発明においては、図１、図２に示すように、ソケット２の底面２Ａと対向するニップル３の円形端面３Ａの外周部に溝部５が周設され、溝部５とニップル３の端部側面６との間が立ち上がり周壁部４に形成されている。この構成により、ソケットとニップルとの螺合部の最終端に発生する応力を緩和するとともに、電極とニップルとの熱膨張差も吸収して、電極接続部における折損を効果的に減少させることができる。
【００１７】
立ち上がり周壁部４の端面肉厚ｔは、円形端面３Ａの直径Ｄの１〜３０％とするのが好ましく、１〜３０％の厚さとすることにより、操業条件にかかわらず、電極の横割れおよび縦割れを確実に防止することができる。周壁部４の端面肉厚ｔが円形端面３Ａの直径Ｄの１％未満では、立ち上がり部分が破壊される現象を招き、３０％を越えると、電極の横割れや縦割れを防止する効果が低下する。
【００１８】
溝部５の深さは、とくに規定しないが、ニップル３の強度を考慮すると、実用上はニップル３の半長Ｌ／２の半分以下の長さとするのが好ましい。また、溝部５の底部は丸みを付けるのが好ましい。さらに、溝部５の幅は５〜５０ｍｍとするのが好ましい。図１〜２において、溝部５は、ニップル３に軸方向と平行に形成されているが、ニップルとソケットの螺合の終端部の応力集中を低下させるという目的を達成することができれば、必ずしも平行に形成されなくてもよい。
【００１９】
ニップル３の円形端面３Ａの中央部７は、ニップルの端面強度を保持するために機能するとともに、ニップルの取扱いを容易にする。中央部７には、電極使用中の応力の緩和度を調整するために、必要に応じて孔開け、スリット形成などの加工を行ってもよい。
【００２０】
ソケットの円形端面の周壁部４は、図１〜２に示すように、連続的に形成することもできるが、図３に示すように、応力の吸収度、分散度を調整するために、周壁部４の１個所または複数個所に切欠き８を設けることもできる。複数個所に切欠き８を設ける場合には放射状に設けるのが好ましい。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１
外径７６２ｍｍ（３０インチ）の電極ポールの両端に、深さが３１０ｍｍのソケットを形成し、図１、図２に示すように、端面３Ａに連続的に溝部５を周設したニップル（端面径２９２ｍｍ）を螺入して電極ポールを接続した。
【００２２】
溝部５の幅は２０ｍｍ、深さは１００ｍｍとし、ニップルの円形端面の最外端縁部には、端面肉厚（ｔ）３０ｍｍの連続的な周壁部を形成した。
【００２３】
１５０トン電気製鋼炉に、上記のように接続方式の黒鉛電極を装着し、１か月の連続操業を行ったところ、電極接続部の折損事故率はいずれも３％以下であった。
【００２４】
これに対して、外径７６２ｍｍ（３０インチ）の電極ポールの両端に，深さＨが３００ｍｍのソケットを形成し、端面に溝部を形成しない通常のニップル（端面径３８０ｍｍ）を螺入して接続した電極ポールを使用して、同じ炉中で１か月の連続操業を行った結果、電極接続部の折損事故率は１０％を越えた。
【００２５】
また、溝部の幅２０ｍｍ、深さ１００ｍｍ、端面肉厚（ｔ）が３０ｍｍで、３箇所に放射状に幅５ｍｍの切欠きを設けた周壁部を形成した電極ポールについても、上記と同様に電気製鋼炉に装着、１か月の連続操業を行ったが、電極接続部の折損事故率は３％以下であった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、電気製鋼炉用黒鉛電極において、電極ポールの両端部に形成したソケットにニップルを螺入して電極ポールを相互に接続して操業する場合、ソケットとニップルとの螺合部の最終端に発生する応力を緩和し、且つ電極とニップルとの熱膨張差も吸収して、電極接続部における折損事故を防止することを可能とする電極用ニップルが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電極用ニップルの一実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１の電極用ニップルの端面図である。
【図３】本発明の電極用ニップルの他の実施例を示す斜視図である。
【図４】従来の黒鉛電極の接続を示す一部断面図である。
【図５】従来の黒鉛電極の接続部における割れ発生状況を示す一部断面図である。
【図６】従来の黒鉛電極の接続部を示す一部断面図である。
【図７】従来の電極用ニップルの一例を示す斜視図である。
【図８】従来の黒鉛電極の接続部を示す一部断面図である。
【図９】図８のニップルの端面図である。
【符号の説明】
１  電極ポール
２  ソケット
2A  ソケットの底面
３  ニップル
3A  ニップルの端面
４  周壁部
５  溝部
６  端部側面
７  中央部
８  切欠き
９  肉ぬすみ部
10  切込み溝
11  空所
12  切り溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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