(57)【要約】【課題】電気製鋼炉に用いられる黒鉛電極の操業中における酸化消耗が効果的に抑制され、電極原単位を向上させることができる製鋼用黒鉛電極を提供する。【解決手段】炉蓋より上方に突出する黒鉛電極の表面に冷却液を吹き付けて冷却しながら操業を行う電気製鋼炉の黒鉛電極において、該黒鉛電極の表面に凹凸構造を形成したことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉蓋より上方に突出する黒鉛電極の表面に冷却液を吹き付けて冷却しながら操業を行う電気製鋼炉の黒鉛電極において、該黒鉛電極の表面に凹凸構造を形成したことを特徴とする電気製鋼用黒鉛電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鋼炉用黒鉛電極、とくに、炉蓋より上方に突出する黒鉛電極を冷却しながら操業する電気製鋼炉において使用される黒鉛電極の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気製鋼炉においては使用される黒鉛電極は、アークをとばして原料を溶解するものであるが、アークにより高温に達するため酸化、昇華が生じ、またスラグ浸食などにより電極先端部の損耗が激しく、損耗を補うため、黒鉛電極を炉外上方から順次接続して補給している。
【０００３】
この場合、電極の温度上昇により、黒鉛電極の外周面にも酸化消耗が生じて電極原単位の増大を招き、操業中に折損事故に至ることもあるため、電極外周面の酸化消耗を抑制するために、電気製鋼炉の炉蓋より上方で黒鉛電極の表面に冷却液を吹き付けて冷却する方式が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、電気製鋼炉の炉蓋より上方で黒鉛電極の表面を冷却する上記の方式において、冷却効果を高めるために、黒鉛電極に冷却液を先拡がりになるよう、水平レベルより下向きに−１０°以下の傾斜角をとり、上向きに＋１０°以下の傾斜角をとる範囲内でラッパ状に拡がらせて噴射させることも提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
実公昭５９−２３３５７号公報（実用新案登録請求の範囲、第２図）
【特許文献２】
特開平９−９２４６０号公報（請求項１、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電気製鋼炉用に使用される人造黒鉛電極は、原料コークスにバインダーピッチを加えて混捏し、押出成形、一次焼成、ピッチ含浸、再焼成、黒鉛化し、所定の寸法に機械加工することにより製造される。黒鉛電極は、黒鉛化が発達するほど良好な特性を示すが、他方、電極表面の親水性は黒鉛化が発達するほど低下する傾向があるため、一般に、製鋼用黒鉛電極においては、黒鉛電極の表面に冷却液を吹き付けて冷却した場合、電極表面で冷却液が弾かれて冷却効果が低下し、酸化防止効果が十分に得られないことが多い。
【０００７】
発明者らは、黒鉛化が発達して使用上良好な特性をそなえた電気製鋼用黒鉛電極において、表面の親水性を得るための電極の構造について多くの試験、検討を重ねた結果、電極の表面を凹凸構造とすることにより親水性が得られ、冷却効果を高めることができることを知見した。
【０００８】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その目的は、炉蓋より上方に突出する黒鉛電極を冷却しながら操業する電気製鋼炉において使用される黒鉛電極において、保水性が大きく、十分な冷却効果が得られ、酸化消耗が抑制されて電極原単位の向上が可能となる電気製鋼用黒鉛電極を提供することにある。
【０００９】
【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気製鋼用黒鉛電極は、炉蓋より上方に突出する黒鉛電極の表面に冷却液を吹き付けて冷却しながら操業を行う電気製鋼炉の黒鉛電極において、該黒鉛電極の表面に凹凸構造を形成したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明において、凹凸構造とは、電極の表面に、電極の軸方向に対して直角方向または平行な方向に溝を設けてなる構造、螺旋状の溝を設けてなる構造、これらの溝を交差させて凹凸を形成してなる構造、ディンプル加工を施してなる構造など、電極表面に保水性が確保し得る全ての凹凸構造を含む。
【００１１】
上記の凹凸構造のうち、電極の表面に吹き付けられる冷却液の流れに対して直角方向または略直角方向に旋盤などの機械加工により溝加工を行って凹凸構造を形成するのが好ましく、図１〜２に示すように、黒鉛電極１の表面に螺旋状の溝２を設けてなる構造が加工の簡易性などの点で実用上最も好ましい。凹凸構造は電極表面全体に設けることもできるが、電極の把持部を除く表面に設けることもできる。
【００１２】
この場合の螺旋溝２の螺旋角βは９０°未満〜４５°の範囲とするのが好ましく、凹凸の間隔（ピッチ）Ｐは０．２〜１０ｍｍとするのが好ましい。螺旋角が４５°未満では保水効果が小さくなる。Ｐが０．２ｍｍ未満では保水効果が十分でなく、１０ｍｍを越えると、電極が正しく把持できないという問題が生じ、Ｖ字溝（図１〜２の溝）の場合には深さも大きくなり電極の実効強度が低下する。
【００１３】
凹凸構造の突起高さ（高低差）ｈは、好ましくは０．２〜５ｍｍ、さらに好ましくは０．３〜２ｍｍとする。ｈが０．３ｍｍ未満では保水効果が小さく、５ｍｍを越えると電極の実効強度が低下して折損し易くなる。凹凸構造を電極表面全体に設ける場合には、凹凸のピッチ、突起高さの上限は、電極の実効強度が低下して折損し易くなったり、電極が正しく把持できないなどの問題が生じないよう、電極のサイズに応じて上限値を選択する。
【００１４】
電極表面に凹凸構造を形成することによって、スプレーまたはノズルシャワーから噴出されて電極表面に吹き付けられた冷却液は、電極表面を流下する際に、つぎのように作用し、電極の冷却効率の向上に寄与する。
（１）電極表面の凹凸構造により流下速度が低下して、冷却液の膜が電極表面に均一に拡がり易くなり、膜厚も増加して保水効果が大きくなり、冷却効果が改善される。
【００１５】
（２）電極の表面積、すなわち、冷却液への伝熱面積が増加する。
（３）定常沸騰の面積が拡がり、蒸発熱による除熱効果が大きくなる。
この他、凹凸構造による冷却液の攪拌作用のため、電極表面から冷却液膜の表面への熱伝達係数が見かけ上向上する効果も考えられる。
【００１６】
冷却液は、一般的には水（工業用水）を使用する。水に界面活性剤を添加することにより電極表面への保水効果を向上させることができる。電極表面に界面活性剤を塗布しておくことによっても保水効果を増大させることができる。水以外でも、酸化防止剤の水溶液などを適用することもできる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を凹凸構造を設けない従来の平滑表面を有する黒鉛電極（比較例）と対比して説明するが、この実施例は本発明の一実施態様を示すものであって、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１８】
実施例、比較例
直径４インチ、長さ３５０ｍｍの黒鉛電極の表面に、表１に示す条件で螺旋溝加工を施し、螺旋溝による凹凸構造を形成した電極を、ロードセルを介して吊り下げ、電極の周りに配置した冷却水吹き付けノズルから電極表面に４Ｌ／分の水噴射量で冷却水を吹き付け、電極表面で冷却水を流下させて、電極の重量増加をロードセルにより測定し、水保持量を求めた（水保持量＝冷却水を吹き付ける前の電極重量−冷却水を吹き付け、流下させた後の電極重量）。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
実施例および比較例における水供給量と水保持量との関係を図５に、突起高さ（溝深さｈ）と水保持量との関係を図６に示す。
【００２１】
図５に示すように、螺旋溝を形成した実施例では、溝ピッチｐが１．０ｍｍ以上で螺旋溝を形成しない表面平滑な比較例に比べて、水保持量が大きくなっており、とくに溝ピッチが２．０ｍｍ以上の試験例Ｎｏ．３、４および５において良好な保水効果が認められる。
【００２２】
また、図６に示すように、螺旋溝を形成した実施例では、螺旋溝を形成しない表面平滑な比較例に比べて水保持量が増大しており、とくに溝深さが０．８ｍｍ以上の試験例Ｎｏ．３〜７において良好な保水効果が認められ、溝深さが１．７５ｍｍ以上の試験例Ｎｏ．４および５の保水効果は大きく改善されている。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、電気製鋼炉に用いられる黒鉛電極の操業中における酸化消耗が効果的に抑制され、電極原単位を向上させることができる製鋼用黒鉛電極が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の黒鉛電極の実施例を示す一部略式正面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】凹凸構造の他の実施例を示す図である。
【図４】凹凸構造のさらに他の実施例を示す図である。
【図５】本発明の電極についての水供給量と水保持量との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の電極についての凹凸構造の突起高さと水保持量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  黒鉛電極
２  凹凸構造（螺旋Ｖ字溝）
Ｐ  溝ピッチ
ｈ  溝深さ（凹凸の高低差）
α  溝角度
β  螺旋角
【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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【手続補正書】
【提出日】平成15年12月1日(2003.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
凹凸構造の突起高さ（高低差）ｈは、好ましくは０．２〜５ｍｍ、さらに好ましくは０．３〜２ｍｍとする。ｈが０．２ｍｍ未満では保水効果が小さく、５ｍｍを越えると電極の実効強度が低下して折損し易くなる。凹凸構造を電極表面全体に設ける場合には、凹凸のピッチ、突起高さの上限は、電極の実効強度が低下して折損し易くなったり、電極が正しく把持できないなどの問題が生じないよう、電極のサイズに応じて上限値を選択する。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
実施例、比較例
直径４インチ、長さ３５０ｍｍの黒鉛電極の表面に、表１に示す条件で螺旋溝加工を施し、螺旋溝による凹凸構造を形成した電極を、ロードセルを介して吊り下げ、電極の周りに配置した冷却水吹き付けノズルから電極表面に４Ｌ／分の水噴射量で冷却水を吹き付け、電極表面で冷却水を流下させて、電極の重量増加をロードセルにより測定し、水保持量を求めた（水保持量＝冷却水を吹き付け、流下させた後の電極重量−冷却水を吹き付ける前の電極重量）。