(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛電極の端面にネジ部を有するソケットを穿設し、該ソケットに前記ソケットのネジ部と螺合するネジ部を形成したニップルを嵌合し、該ニップルを介して別の黒鉛電極をその軸線方向に接続する構造において、ニップル最先端のネジ部のネジ山と螺合するソケット底部の上部に位置するソケットのネジ部のネジ谷が曲面状に成形され、前記ニップル最先端のネジ部のネジ山が曲面状に成形されたネジ谷内に納まっていることを特徴とする電気炉用黒鉛電極の接続構造。
【請求項２】
ニップル最先端のネジ部のネジ山が螺合するソケットのネジ部のネジ谷の少なくとも直前のネジ山が除去され、該除去部が曲面状に成形されてネジ谷を形成していることを特徴とする請求項１記載の電気炉用黒鉛電極の接続構造。
【請求項３】
ニップル最先端のネジ部のネジ山が螺合するソケットのネジ部のネジ谷の直前およびその前のネジ山が除去され、該除去部が曲面状に成形されてネジ谷を形成していることを特徴とする請求項１記載の電気炉用黒鉛電極の接続構造。
【請求項４】
黒鉛電極の端面にネジ部を有するソケットを穿設し、該ソケットに前記ソケットのネジ部と螺合するネジ部を形成したニップルを嵌合し、該ニップルを介して別の黒鉛電極をその軸線方向に接続する構造において、ニップル最先端のネジ部のネジ山が螺合するソケット底部の上部に位置するソケットのネジ部のネジ谷に、曲面状の凹部が設けられていることを特徴とする電気炉用黒鉛電極の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鋼用電気炉、製銅用電気炉など、金属の精錬、溶解用電気炉において使用される黒鉛電極の接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気炉用黒鉛電極は、先端部分がアーク放電に伴う高温度による昇華、酸化、あるいはスラグによる浸蝕などによって損耗するため、使用中の電極に随時新しい電極を接続していくことが必要であるが、従来、その接続は、図８に示すような方式により行われている。すなわち、図８において、新しい電極１を使用中の電極２に接続する場合、接続すべき電極１、２の端面に、ネジ部を有する切頭円錐状のソケット４、４を穿設し、ソケット４、４のネジ部と螺合するネジ部を形成した同材質の黒鉛からなるニップル３をソケット４、４に嵌合して、ニップル３を介して電極１、２を接続する。
【０００３】
図９は図８のＡ１部の詳細断面を示したものであるが、電極１、２の接続方法は、まず、図９に示すように、電極１の下端面のソケット４に、ソケット４のネジ部５に螺合するネジ部６を形成したニップル６の上半分を嵌合する。ついで、上部から電極１をホイストなどで軸線ＸＹ方向に吊りながら、電極２の上端面のソケット４に、電極１の下端面に突出しているニップル３の下半分に対峙させ、電極１を治具により回転させ、電極２のソケット４をニップル３と螺合させ、両電極１、２を軸線ＸＹ方向に接続することにより行われる。
【０００４】
この接続方式においては、電極の使用中に、ソケット部とニップルとの熱膨張の差により生じる熱応力に起因して、図９に示すように、ニップル３がソケット４に嵌合した状態において、ニップル３最先端のネジ部のネジ山６ａが螺合するソケット４のネジ部のネジ谷５ａの先端部Ｂに応力集中が起こり、この部分に亀裂Ｃが発生するという問題点がある。亀裂が発展すると電極が使用中に落下するおそれもあり、操業上大きな問題となる。
【０００５】
一方、電気炉の操業中に、電極がスクラップとの衝突などにより曲げ応力などの外力を受けた場合、ソケットの底部に応力が集中して電極が折損する問題を解消するために、図１０に示すように、ニップル３の最先端のネジ山６ａが螺合するソケット４のネジ部からソケット４の底面４Ｂまでの間を、円周方向に延びる曲面状のソケット底部９に成形し、ニップルのネジ部６はソケットのネジ部５の全てと螺合した後、ソケットのネジ部５の下方へ延びるようにすることが提案され、当該ソケット底部９の形成によってソケットの底部への応力集中が５０％以上減少することが報告されている。（アメリカ特許第4,161,619 号明細書)
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のソケット底部の形成によっても、ソケットとニップルとの熱膨張差により生じる熱応力に起因するソケットのネジ底の亀裂を防止することは可能であるが、ソケットの底面４Ｂまで曲面加工を行わなければならず、またソケットの底部に大きな空洞を形成することも、強度上必ずしも望ましくない。
【０００７】
本発明は、前記熱応力に起因するソケットのネジ谷の亀裂発生を解消するために、ネジ谷先端部Ｂでの応力集中とニップルの最先端のネジ部が螺合するソケットのネジ部の形状との関係について種々の観点から実験、検討を加えた結果としてなされたものであり、その目的は、電極の使用中にソケットのネジ谷での亀裂が回避でき、そのためのソケットのネジ谷の加工も簡単に行うことができる電気炉用黒鉛電極の接続構造を提供することにある。
【０００８】
【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請求項１による電気炉用黒鉛電極の接続構造は、黒鉛電極の端面にネジ部を有するソケットを穿設し、該ソケットに前記ソケットのネジ部と螺合するネジ部を形成したニップルを嵌合し、該ニップルを介して別の黒鉛電極をその軸線方向に接続する構造において、ニップル最先端のネジ部のネジ山と螺合するソケット底部の上部に位置するソケットのネジ部のネジ谷が曲面状に成形され、前記ニップル最先端のネジ部のネジ山が曲面状に成形されたネジ谷内に納まっていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２による電気炉用黒鉛電極の接続構造は、請求項１において、ニップル最先端のネジ部のネジ山が螺合するソケットのネジ部のネジ谷の少なくとも直前のネジ山が除去され、該除去部が曲面状に成形されてネジ谷を形成していることを特徴とする。また、請求項３による電気炉用黒鉛電極の接続構造は、請求項１において、前記ニップル最先端のネジ部のネジ山が螺合するソケットのネジ部のネジ谷の直前およびその前のネジ山が除去され、該除去部が曲面状に成形されてネジ谷を形成していることを特徴とする。
【００１０】
請求項４による電気炉用黒鉛電極の接続構造は、黒鉛電極の端面にネジ部を有するソケットを穿設し、該ソケットに前記ソケットのネジ部と螺合するネジ部を形成したニップルを嵌合し、該ニップルを介して別の黒鉛電極をその軸線方向に接続する構造において、ニップル最先端のネジ部のネジ山が螺合するソケット底部の上部に位置するソケットのネジ部のネジ谷に、曲面状の凹部が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明においては、図８に示すように、黒鉛電極の端面にネジ部を有するソケットを穿設し、該ソケットに前記ソケットのネジ部と螺合するネジ部を形成したニップルを嵌合し、該ニップルを介して別の黒鉛電極をその軸線方向に接続する構造において、ニップル最先端のネジ部のネジ山と螺合するソケット底部の上部に位置するソケットのネジ部のネジ谷を含むネジ谷近傍が曲面状に成形されて、ニップル最先端のネジ部のネジ山が、曲面状に成形されたネジ谷内に納められた構成をそなえている。以下、図面により、その実施態様を説明する。図１、図３、図５は図８のＡ１部の詳細断面図である。なお、従来と同じ部材には、同一の符号を付した。
【００１２】
実施態様１
図１、図２に示すように、ニップル３がソケット４に嵌合した状態において、ニップル３最先端のネジ部のネジ山６ａが螺合するソケット４のネジ部のネジ谷５ａの少なくとも直前のネジ山５ａｂ（ネジ谷５ａとその前のネジ谷５ｂとの間のネジ山）が除去され、該除去部が曲面状に成形されて、より曲率の大きいネジ谷７を形成している態様である。
【００１３】
実施態様２
図３、図４に示すように、ニップル３がソケット４に嵌合した状態において、ニップル３最先端のネジ部のネジ山６ａが螺合するソケット４のネジ部のネジ谷５ａの直前のネジ山５ａｂ（ネジ谷５ａとその前のネジ谷５ｂとの間のネジ山）およびその前のネジ山５ｂｃ（ネジ谷５ｂとその前のネジ谷５ｃとの間のネジ山）が除去され、該除去部が曲面状に成形されて、さらに曲率の大きいネジ谷７を形成している態様である。
【００１４】
ニップルは、半長および逃げにバラツキがあるため、ネジ切り長さにバラツキが生じ、実用化されている電極についての実測例からみると、ニップルの最先端のネジ部のネジ山６ａが螺合する可能性のあるソケットのネジ部のネジ谷は、ソケットの最深ネジ谷から１．３４〜３．２８周の範囲である。すなわち、ニップルの最先端のネジ山６ａが一周する間に噛み合うソケットのネジ谷は、最大の場合、３．２８周となるから、実施態様２に示すようにソケット側のネジ山を３山分除去しておけば、寸法にバラツキが生じた場合でも、本発明の目的を達成することが可能となる。
【００１５】
実施態様３
図５〜７に示すように、ニップル３がソケット４に嵌合した状態において、ニップル３最先端のネジ部のネジ山６ａが螺合するたソケット底部の上部に位置するソケット４のネジ部のネジ谷５ａに、曲面状の凹部８が設けられている態様である。凹部８の形状は、図６に示すように、断面Ｕ字形の溝でもよく、図７に示すように、適当な曲率をもつ断面円形の溝でもよい。なお、図６、図７は図５のＡ２部の詳細を示す拡大断面図である。
【００１６】
本発明においては、ニップル最先端のネジ部のネジ山６ａが螺合するソケットのネジ部のネジ谷５ａ部分の曲率半径を大きくすることにより、応力分散を図り、ネジ谷５ａの先端部における亀裂発生を防止する。本発明では、ソケットの底面まで曲面加工する必要はなく、ニップル最先端のネジ部のネジ山６ａが螺合するソケットのネジ部のネジ谷５ａを含むようにネジ山の１つあるいは２つを切削するとともに、その部分を曲面加工するのみで足りるから、ブレードによる成形は簡単である。ソケットの底部は従来の形状が維持され、ソケットの底部における大きな空洞部の形成が避けられる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１
直径２８インチ、長さ２７００ｍｍの円柱状の黒鉛電極に、図３、図４に示すように、ソケット（ソケット深さ：２８８．４０ｍｍ、ネジ切り長さ：２７９．４０ｍｍ、ネジ山高さ：３．１６ｍｍ、ネジピッチ：６．３５０ｍｍ、口径：３６８．３３ｍｍ、ネジ谷曲率半径：０．５７ｍｍ）を穿設し、ニップル（長さ：５５８．８０ｍｍ、先端部直径：２７１．７８ｍｍ、有効径：３７４．６５ｍｍ）を嵌合した。なお、ニップル最先端のネジ部のネジ山６ａが螺合するソケットのネジ谷５ａの部分に形成した曲面状のネジ谷７の曲率半径は７．３３２ｍｍとした。
【００１８】
実際に操業中の製鋼用電気炉の黒鉛電極１０本に、上記のニップルを介して接続する方式を適用して５日間連続操業した後、この間、電極のソケットのネジ部を調査した結果、ネジ谷には亀裂などの損傷は全く認められなかった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、電気炉用黒鉛電極の端面にネジ部を有するソケットを穿設し、該ソケットに前記ソケットのネジ部と螺合するネジ部を形成したニップルを嵌合し、該ニップルを介して黒鉛電極をその軸線方向に接続する黒鉛電極の接続構造において、電極の使用中に、熱応力に起因して、ソケットのネジ部のネジ谷に生じる亀裂などの損傷を回避できる電極接続構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接続構造の一実施例を示す要部断面図である。
【図２】図１の部分詳細断面図である。
【図３】本発明の接続構造の他の実施例を示す要部断面図である。
【図４】図３の部分詳細断面図である。
【図５】本発明の接続構造のさらに他の実施例を示す要部断面図である。
【図６】図５の部分詳細断面図である。
【図７】図５の部分詳細断面図である。
【図８】黒鉛電極の接続構造の概要を示す断面図である。
【図９】従来の接続構造を示す要部断面図である。
【図１０】従来の接続構造の一改良案を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１  電極
２  電極
３  ニップル
４  ソケット
4B  ソケットの底面
５  ソケットのネジ部
5a  6aと螺合するソケットのネジ谷
６  ニップルのネジ部
6a  ニップル最先端のネジ山
5b  ソケットのネジ谷
5c  ソケットのネジ谷
5ab 5aの直前のソケットのネジ山
5bc その前のソケットのネジ山
７  ネジ谷
８  凹部
９  ソケット底部
【図１】
0003669662.tif 000002
【図２】
0003669662.tif 000003
【図３】
0003669662.tif 000004
【図４】
0003669662.tif 000005
【図５】
0003669662.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003669662.tif 000008
【図８】
0003669662.tif 000009
【図９】
0003669662.tif 000010
【図１０】
0003669662.tif 000011