(57)【要約】【課題】炭素電極からなる電極装置を、電極装置の各部材間にゆるみが生じないように、又は電極装置に高い結合力が付与されるように構成する。さらに、電極部材の隣接部材間における測定可能なゆるみトルクを高める。【解決手段】炭素又は黒鉛からなる電極装置は、電極やニップルの如き個別部材からねじ締めにより構成される。部材は方向性を持たされて構造化された接触面を有する。方向性を持たされて構造化されたうろこ状隆起は理想的に形成された接触面にわたって１〜１００μｍの高さ範囲で突出し、ねじ接続部の隣接接触面は０．１〜８０Ｎ／ｍｍ2の範囲の押圧力を有するようにされる。【選択図】図３
2004228091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高融点金属の製造用アーク炉に使用される電極装置のために用意された、端面側にソケットと雌ねじ（４）を有する炭素電極（１）及び／又は各２個のこのような電極（１）を接続する炭素ニップル（２）、又は一方の端面にソケット及び雌ねじ（４）を他方の端面に一体型ニップルを備えた炭素電極（１）のような電極装置部材であって、理想的に形成された接触面から方向性を持たされて構造化されたうろこ状隆起が突出している接触面を有する電極装置部材において、方向性を持たされて構造化されたうろこ状隆起は理想的に形成された接触面にわたって１〜１００μｍの高さ範囲で突出し、ねじ接続部の隣接接触面は０．１〜８０Ｎ／ｍｍ2の範囲の押圧力を有することを特徴とする電極装置部材。
【請求項２】
理想的に形成された接触面は平面又は曲面であることを特徴とする請求項１記載の電極装置部材。
【請求項３】
方向性を持たされて構造化された接触面におけるうろこ状隆起は電極装置部材と同種の材料であることを特徴とする請求項１又は２記載の電極装置部材。
【請求項４】
うろこ状隆起は、側面の異なる険しさの上り勾配によって特色付けられるほぼ非対称の形状を有し、うろこ状隆起の側面は、ねじ接続部の締付け方向では主としてゆるやかな上り勾配を有し、ねじ接続部の逆のゆるみ方向では主として険しい上り勾配を有することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の電極装置部材。
【請求項５】
うろこ状隆起の最大の高さは尖頭として、又は電極装置の円筒状部材に関してほぼ半径方向に向けられた鋸歯状突起として形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の電極装置部材。
【請求項６】
すべてのうろこ状隆起のゆるやかな上り勾配はそれぞれ電極装置部材の接触面において締付け方向に配置されていることを特徴とする請求項４記載の電極装置部材。
【請求項７】
うろこ状隆起はそれぞれの接触面上に統計学的に配分されていることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の電極装置部材。
【請求項８】
うろこ状隆起はそれぞれの理想的に形成された接触面を部分的に覆っているか、又はパターンの形で配置されていることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の電極装置部材。
【請求項９】
それぞれの接触面は平方メートル当たり少なくとも１００メートルのうろこ状隆起の突起長、好ましくは平方メートル当たり少なくとも３００メートルのうろこ状隆起の突起長を有することを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の電極装置部材。
【請求項１０】
電極装置の２つの隣接部材における方向性を持たされて構造化された接触面の同種の接線方向（ねじ接続部の締付け方向又はゆるみ方向のいずれか）は、それぞれ逆方向に向けられていることを特徴とする請求項１乃至９記載の１つの電極装置の隣接部材。
【請求項１１】
方向性を持たされて構造化された接触面の逆方向に向けられた同種の接線方向を備え且つ０．１〜８０Ｎ／ｍｍ2の範囲にある押圧力でねじ締めされた電極装置における２つの隣接部材のゆるみトルクが、方向性を持たされて構造化されていない接触面を備え且つ０．１〜８０Ｎ／ｍｍ2の範囲にある押圧力でねじ締めされた電極装置における２つの隣接部材のゆるみトルクよりも少なくとも２０％だけ大きいことを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の電極装置の隣接部材。
【請求項１２】
方向性を持たされて構造化された接触面の逆方向に向けられた同種の接線方向を備え且つとりわけ０．１〜２Ｎ／ｍｍ2の範囲にある押圧力でねじ締めされた電極装置における２つの隣接部材のゆるみトルクが、方向性を持たされて構造化されていない接触面を備え且つ０．１〜２Ｎ／ｍｍ2の範囲にある押圧力でねじ締めされた電極装置における２つの隣接部材のゆるみトルクよりも少なくとも３０％だけ大きいことを特徴とする請求項１１記載の電極装置の隣接部材。
【請求項１３】
炭素電極（１）及び炭素ニップル（２）が１つのプリセット（９）に合体されていて、プリセット（９）の内部接触面は方向性を持たされて構造化されているか又はいないかのいずれかであり、内部接触面は電極ソケット（４）及びニップル（５）のねじ山面から成ることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の電極装置の隣接部材。
【請求項１４】
プリセット（９）は、次のプリセット（９）のために又は電極装置の次の部材のために、方向性を持たされて構造化されている１つの接触面又は方向性を持たされて構造化されている複数の接触面を有することを特徴とする請求項１３記載のプリセット。
【請求項１５】
プリセット（９）は、一方の端面に方向性を持たされて構造化されている接触面を有し、この接触面は電極（３）の端面及び電極ソケット（４）のねじ山面の一方又は両方の面からなり、プリセット（９）は、他方の端面に方向性を持たされて構造化されている接触面を有し、この接触面は電極（３）の端面及びニップル（５）のねじ山面の一方又は両方の面からなることを特徴とする請求項１４記載のプリセット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高融点金属の製造用アーク炉に使用される電極装置のために用意された、端面側にソケットと雌ねじを有する炭素電極及び各２個のこのような電極を接続する炭素ニップルからなる電極装置部材、又は一方の端面にソケット及び雌ねじを他方の端面に一体型ニップルを備えた炭素電極からなる電極装置部材であって、理想的に形成された接触面から方向性を持たされて構造化されたうろこ状隆起が突出しているような接触面を有する電極装置部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化又は黒鉛化された炭素体の製造はここ百年来の技術であり、工業上大規模に応用され従って細かいところまで研究されており、コストの面でも最適化されている。この技術の詳細は公知である（非特許文献１参照）。
【０００３】
アーク炉における炭素からなる電極、ニップル及び電極装置の品質は、製造時に得られる特性、特に表面特性に関係している。この表面特性は、例えば材料の種類（黒鉛化度）、多孔率、粒度、表面粗さを規定する加工の種類に依存する。このようなファクタは、２個の部材、例えば電極とニップル又は２つの電極を接続する際に及び２つの面同士の突合せ滑動の際に大きな役割を果たす摩擦係数を規定する。
【０００４】
アーク炉は炭素電極からなる少なくとも１つの電極装置を有している。この電極装置は上端で支持アームにより保持され、このアームを介して電流も電極装置に導かれる。炉の運転中に電極装置の下側の先端からアークが炉内にある融解物に達する。アーク及び炉内の高温により電極装置はその下端が徐々に焼尽する。電極装置の短縮は、電極装置を１個ずつ炉内に補充し、必要に応じて電極装置の上端で追加電極をねじ込むことにより補償される。必要な場合に焼尽した電極装置をユニットとして支持アームから取り出し、十分な長さを持つ新しい電極装置と交換する。
【０００５】
炉内にある電極装置の上に個々の炭素電極をねじ込むこと及び新しい電極装置の形成のために複数の電極を一緒にねじ込むことは、手動又は機械装置により行なわれる。特に６００ｍｍ以上の大口径の電極では、電極装置の結合を保証するにはかなりの力及び回転トルクを必要とし、またねじ締め作業も行なわなければならない。電極装置の結合はアーク炉の機能にとって重要である。
【０００６】
電極装置の結合は、輸送時や特に炉の運転中に阻害されることがある。炉の運転中には、電極装置を含む炉ケーシングの揺動により電極装置に著しい曲げトルクがかかるか、又は電極装置が絶え間ない振動に曝される。装入物による電極装置への衝撃も電極装置の結合に負荷を与える。繰り返し曲げトルク、振動及び衝撃などのあらゆる負荷は、電極のねじのゆるみに起因することがある。このようなゆるみは避けがたい又は望ましくない現象の結果生じたものとみなされる。
【０００７】
炭素電極からなる電極装置の結合の測定技術上の値による特性化には、いわゆる「ゆるみトルク」を考慮することが有用である。電極接続部をねじ締めするためのゆるみトルクは測定装置により求められる。用いられたねじの機械的損傷の範囲以下では、電極装置の２つの部材の接続部におけるゆるみトルクが高ければ高いほど、ねじのゆるみはなくなり、従って電極装置の動作は確実になる。
【０００８】
理解を容易にするため、以下に炉運転中の電極装置のねじ接続部のゆるみについて説明する。
【０００９】
ゆるみは、ねじ接続部の締付け力が減少することから始まる。それとともに互いに隣接する電極装置部材の接触面の押圧力も減少する。ゆるみは、幾つかの接触面が互いに分離するまで継続する。
【００１０】
その結果接続部の電気抵抗が高まる。接触状態を維持する面は、電流密度の増大により負荷を受ける。電流密度の増大は局部的な過熱を生じる。
【００１１】
ねじ接続部のゆるみは一般にニップルに強い熱的及び機械的負荷を与える。過熱及び機械的負荷によりニップルは最後には機械的に故障する。その結果電極装置の先端が鋼溶融物の中に落ち、アークがなくなり、融解工程が終了する。
【００１２】
電極装置の不十分な結合、及びその一部分から次の部分への不十分な電流通過問題に対処するために、これまで数多くの考察がなされ、下記のような実地上の応用がなされてきた。
【００１３】
炭素体間の摩擦特性がなかんずく種々の摩擦速度で調べられている（非特許文献２参照）。しかしこの文献からは、どのようにして２個の炭素体を互いに固くねじ締めできるかについては何らの教示がなく、２個の炭素体の極めて低い相対速度においては低い摩擦係数が観察されるという一般的な認識が記載されているにすぎない（第１図、第２図及び第６図参照）。この認識はむしろ静止状態の炭素体が互いに若干スリップすることを示唆している。
【００１４】
他の専門分野でも同様に固定部材のゆるみの問題を解決する試みがなされている。既述の材料からなる固定部材ではないが、例えばねじ及びナットの如き固定部材に自己保護機能を持たせることは公知である（特許文献１参照）。この部材は構成部分と協動する端面に多数のいぼ状の突起を有する。突起は１ｍｍ以下の高さを持った角錐又は円錐として形成されていて、角錐又は円錐の先端部における角度は少なくとも９０°の大きさである。角錐又は円錐は、ねじ込んだときに固定すべき構成部分の表面の中にめり込ませ、それにより固定部材の回転戻りを阻止しようとするものである。この特許文献１の第２欄第９行には、「取り付け」及びこれにつながる初応力の低減について言及している。角錐又は円錐は固定部材の端面にわたって一様に分布している。固定部材は、方向性を持たされて構造化された接触面は有しておらず、それゆえ特別な作用を有する優先方向を持ってはいない。
【００１５】
炭素電極からなる電極装置のねじ込みに関して指摘するならば、電極又はニップルの接触面上の肉眼で見えるいぼ状の突起は、セラミックスの従ってもろい炭素の特性のために、ねじ込み時に削ぎ落とされてしまうおそれがある。それどころか場合によっては電極部材の端面から少なからぬ断片が欠け落ちることもある。
【００１６】
特別の固定部材の接触面における非対称のいぼ状突起も知られている（特許文献２参照）。優先方向を有することにより、周囲に分布する限られた個数の肉眼で見えるようないぼ状突起が既述の２つ又は３つの部分からなるねじ接続部の意図しないゆるみを阻止する。このようなねじ接続部の重要な指標は、２つの固定部材の向かい合っている２つのいぼ状突起のゆるやかな上り勾配の間においては２つの固定部材の向かい合っている２つのいぼ状突起の険しい上り勾配の間におけるよりも低くなる摩擦係数である。この低い摩擦係数には、ゆるやかな上り勾配に施されている滑り層が関係している。それゆえ、これらの固定部材をねじ接続部の意図しないゆるみから守るためにはかなりの費用を要する。
【００１７】
炭素電極からなる電極装置のねじ込みに関して指摘するとすれば、電極又はニップルの接触面上の肉眼で見えるいぼ状の突起は、セラミックスの従ってもろい炭素の特性のために、ねじ込み時に削ぎ落とされてしまうおそれがある。それどころか場合によっては電極部材の端面から少なからぬ断片が欠け落ちることもある。
【００１８】
ねじのない中間の部分を有する２重円錐形のニップルは公知である（特許文献３参照）。このようなニップルに黒鉛電極がつながれる。ニップルの中央部分と炭素電極の電極装置との間には圧縮可能な部材が詰められる膨張間隙が設けられている。
【００１９】
この公知文献の原理は、まず第１に電極装置における接線方向の電圧尖頭値を低減して電極破壊を防止しようとするものであって、これは、ねじ込まれた炭素電極のゆるみを少なくするという本発明の原理とは完全に異なる。
【００２０】
部材へ縦スリットを施すことによって耐熱衝撃性及び衝撃強度を改善するようにした炭素電極及び／又はニップルも公知である（特許文献４参照）。この場合の原理は、特許文献３に基づく原理と同様に、電極装置における接線方向の電圧尖頭値を低減して電極破壊を防止しようとするものである。これも同様にねじ込まれた炭素電極のゆるみを少なくするという本発明の原理とは完全に異なる。
【００２１】
製鋼所の実地においては、電極をできるだけ固く互いにねじ締めすることが試みられている。上述のように手動により得られる力、回転トルクないしねじ締め作業には限界がある。機械を用いればこれらの値はかなり改善されるが、このような機械的なねじ締め装置が用意されているのは製鋼所のごく一部である。従って製鋼所の実地では電極装置に繰り返しゆるみが起こることを示している。
【特許文献１】ドイツ国特許出願公開第４１３７０２０号明細書
【特許文献２】国際公開第９２／１４９３９号パンフレット
【特許文献３】ドイツ国特許出願公開第３４４２３１６号明細書
【特許文献４】米国特許第２５２７２９４号明細書
【非特許文献１】ULLMANN'S ENCYCLOPEDIA OF INDUSTRIAL CHEMISTRY, Vol. A5, VCH Verlagsgesellschaft mbH  出版、ヴァインハイム、１９８６年第１０３〜１１３頁
【非特許文献２】J.K.LANCASTER著“Transaction in the Friction and Wear of Carbons and Graphites Sliding Against Themselves” ASLE TRANSACTIONS, Vol.18, 3, 第１８７〜２０１頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の課題は、炭素電極からなる電極装置を次のように構成すること、すなわち電極装置の各部材間にゆるみが生じないように、又は電極装置に高い結合力が付与されるように構成することにある。
【００２３】
本発明の別の課題は、電極部材の隣同士の部材間における測定可能なゆるみトルクを高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
第１の課題は、請求項１の特徴部分に記載の構成にしたがって、炭素電極及び／又はそれぞれ２個の電極を接続する炭素ニップルが、電極装置の隣接部材との接触面上に、方向性を持たされて構造化されたうろこ状の隆起が理想的に形成された接触面にわたって１〜１００μｍの高さ範囲で突出しているような表面構造を有し、且つねじ接続部の隣接接触面が０．１〜８０N／ｍｍ２の範囲の押圧力を有することによって解決される。
【００２５】
別の課題は、請求項１０の特徴部分に記載の構成にしたがって、電極装置における２つの隣接部材の方向性を持たされて構造化された接触面同士の同種の接線方向（ねじ接続部の締め付け方向又はゆるみ方向のいずれか）をそれぞれ逆方向に合わせることによって解決される。
【００２６】
本発明のこのような構成によって、従来技術の欠点が除去される。
【００２７】
本発明の主たる利点は、接触面上における非対称のいぼ状の突起もしくはうろこ状の隆起の小さな寸法にある。小さなうろこ状の隆起は、ねじ込み工程中における変形時に、炭素又は黒鉛からなる電極又はニップルのセラミックス体における欠け落ちを引き起こさない。
【００２８】
他の利点は、いぼ状の突起／うろこ状の隆起上に又は接触面上に滑り層を施すことが必要でないことにある。
【００２９】
更なる利点は、ゆるみを抑制するのに、電極装置における隣接部材間の普通の押圧力で十分であることにある。普通の押圧力においても、電極装置における隣接部材同士の逆方向に向けられたうろこ状隆起はひっかかり合って動けなくなるからである。
【００３０】
この明細書で使用される用語の意味は次のとおりである。
◆電極の端部は端面とも称する。
◆１個の電極は１つの円筒状の外被面と、両側にそれぞれ電極軸に垂直に配置された１つの端面を有する。
◆ソケットとは、電極の端面にある同軸的な凹みである。ソケットの同軸的な内壁にほぼ円筒状の又は円錐形の雌ねじが加工される。
◆ニップルとは、円筒状又は二重円錐形のボルトであり、その両側にニップル軸に垂直に配置された端面を有する。１個のニップルは２個の電極を接合するためそれぞれほぼ半分が隣接する電極のソケットにねじ込まれる。
◆プリセットは１個の電極と、電極のソケットに半分がねじ込まれた１個のニップルから成る。
◆一方の端面にのみソケットを持ち他方の端面に外側に向かう同軸的なボルトを持つ電極もある。このように外側に向かう同軸的なボルトは一体型ニップルと称する。
◆電極やニップルのみが端面を有するのではなく、一体型ニップルもニップル軸に垂直な外側の端面を有する。
◆隣接部材の接触面とは、部材のねじ込みによって互いに押圧される接触面のことである。
◆理想的に形成された接触面は、隆起又は凹みによって妨害されない湾曲した又は平らな面である。
◆非対称なうろこ状隆起が理想的に形成された接触面上に同方向に配置されている場合に、これを全体として、方向性を持たされた表面構造と称する。
◆炭素電極からなる電極装置における接触面が方向性を持たされた表面構造を有する場合に、どの方向において接触面を利用するかは重要である。一例として方向性を持たされた表面構造がうろこ状隆起の側面のゆるやかな上り勾配から険しい上り勾配へ移行するようにし、別の例として方向性を持たされた表面構造がうろこ状隆起の側面の険しい上り勾配からゆるやかな上り勾配へ移行するようにする。第１の場合には方向性を持たされた表面構造を介する移動に対する抵抗（うろこ状隆起の要求される僅かの高さにおける合理的な周辺条件を考慮した抵抗）は第２の場合におけるよりも少ない。方向性を持たされた表面構造を介する移動のうちでも先に述べた両移動に対してほぼ垂直な方向に経過する移動の方は、この考察には必要としない。右ねじの場合に、方向性を持たされた表面構造を次のように方向付けすることが目的に適っている。すなわち、右回転（ねじ接続部の締付け）の際に方向性を持たされた表面構造がうろこ状隆起のゆるやかな上り勾配から険しい上り勾配へ移行するように方向付けすることである。これは上述の低抵抗を持った第１の場合に相当する。表面構造のこの方向付けは、このねじ移動をもって「締付け方向」と称する。
◆同じ方向性を持たされた表面構造において、右ねじが左方向（ねじ接続部のゆるみ方向）にねじられるとき（これは上述の高抵抗を有する第２の場合に相当する。）、このねじ移動の方向は「ゆるみ方向」と称する。
◆うろこ状隆起は、電極装置の通常は円筒状である部材の縦軸に対してほぼ半径方向に向けられた鋸歯状突起を有する。
◆うろこ状隆起の突起長さは、電極装置の通常は円筒状である部材の縦軸から出る半径線上における一般に不規則な突起の投影によって定義される。
【００３１】
一般に炭素電極が炭素ニップルによりねじ接続されることにより電極装置が形成され、その場合に電極は両端面にソケットを有する。すべての電極が両端面に同軸配置された雌ねじ付きソケットを有するわけではない。むしろ、一方の端面にのみこのようなソケットを有し、他方の端面には同軸的な一体型ニップルを有する電極がある。電極のこの２つの種類は所望の接触面上に本発明による表面構造を有し、その場合に、理想的に形成された接触面から方向性を持たされて構造化されたうろこ状隆起が突出する。所望の接触面は、普通の電極の場合、それぞれ１つの端面において、電極の端面及び電極ソケットのねじ山面の一方又は両方の面からなる。後者は１つのみのソケットを有する電極についても当てはまる。１つのみのソケットを有する電極の他方の端面において、所望の接触面は電極の端面及び同軸的な一体型ニップルのねじ山面の一方又は両方の面からなる。
【００３２】
両隣接部材の接触面は方向性を持たされて構造化されている。接触面における互いに当接する方向性を持たされた表面構造は常に逆方向に方向付けられている。
【００３３】
２つの基準が満たされているならば、確実な、すなわちゆるむことのないねじ接続部が得られる。第１の基準は隣接する接触面の押圧力が０．１〜８０N／ｍｍ2の範囲にあることであり、第２の基準は方向性を持たされて構造化されたうろこ状隆起が理想的に形成された接触面にわたって１〜１００μｍの僅かな高さ範囲で突出していることである。電極装置の部材のねじ接合状態において小さなうろこ状隆起から著しく改善されたゆるみ防止効果を期待することは従来技術からは容易に考えられるものではない。また小さなうろこ状隆起が振動の機械的負荷も耐えることが判明している。
【００３４】
本発明の課題は請求項２乃至１５の特徴部分によって更に有利に解決される。
【００３５】
従来技術において引用した特許文献１及び２には、固定部材の平らな作用面のみにおけるいぼ状突起が開示されている。規則的に形成したいぼ状突起が比較的容易に製造可能であるために、いぼ状突起のこの種の形成は自明なことかもしれない。しかしながら、本発明により方向性を持たされて構造化されたうろこ状隆起は非常に小さいので、電極端面のような平面にもニップルのねじ山面などのような曲面にも形成することができる。
【００３６】
連鎖接続の場合に、一般に本来の締め金は互いに接続されるべき部材とは別の材料からなる。炭素電極からなる電極装置の場合に、方向性を持たされて構造化されたうろこ状隆起を電極材料以外の他の材料から作ろうとすると、材料選択時に解決が困難な問題に直面するおそれがある。大抵の材料はそのように接合された電極装置の場合熱負荷に耐えきれず、電極装置はアーク炉の運転時にばらばらになるであろう。したがって、本発明にとって重要なことは、電極の方向性を持たされて構造化された接触面上のうろこ状隆起が電極装置の部材と同種の材料であることである。
【００３７】
うろこ状隆起は、側面の異なる険しさの上り勾配によって特色付けられるほぼ非対称の形状を有する。この非対称は、うろこ状隆起の側面がねじ接続部の締付け方向において主としてゆるやかな上り勾配を有し、ねじ接続部の逆のゆるみ方向では主として険しい上り勾配を有することを表している。うろこ状隆起のこのような構成により、対称に形成されたうろこ状隆起によるよりも改善されたゆるみ防止が達成される。
【００３８】
うろこ状隆起の方向付けの制限及びそれによるゆるみ防止の改善は、うろこ状隆起の最大の高さは尖頭として、又は（電極の大抵の場合円筒状である部材の縦軸に対して）ほぼ半径方向に向けられた鋸歯状突起として形成されることによって達成される。
【００３９】
非対称のうろこ状隆起が理想的に形成された接触面上において異なる方向に分布しているとすれば、ゆるみ特性は対称的に形成されたうろこ状隆起の場合と同じようになるであろう。改善されたゆるみ防止を達成するために、非対称のうろこ状隆起のすべてが同じ方向に配置される。本発明によれば、すべてのうろこ状隆起のゆるやかな上り勾配が、それぞれ、請求項１による電極装置の部材の接触面において締付け方向に配置される。
【００４０】
電極装置の接続部のゆるみ防止は、小さな非対称の同種のうろこ状隆起の僅かな数によってはうまくいかない。技術的に有益なゆるみ防止を達成するためには、かなりのうろこ状隆起の数を接触面上に配置すべきである。例えば、それぞれ理想的に形成された接触面から、平方メートル当たり少なくとも１００メートルのうろこ状隆起の突起長、好ましくは平方メートル当たり少なくとも３００メートルのうろこ状隆起の突起長が突出するような個数が挙げられる。。うろこ状隆起のこの数は、統計学的にそれぞれの面にわたって分布しているか、接触面を部分的にもしくはパターンの形で覆うようにして設けられる。
【００４１】
ゆるみ防止の成果は、方向性を持たされて構造化された接触面を介する移動に対する抵抗が最大であるときが最善である。これはねじの場合におけるように２つの構造化された接触面が協動するときにも当てはまる。右ねじの場合に、ゆるみに対する抵抗は、本発明によれば、左方向にねじられるとき、すなわちゆるみ方向にねじられるとき最高になる。この場合電極装置の２つの隣接部材の方向性を持たされて構造化された両接触面の同種の接線方向（ここではねじ接続部のゆるみ方向）がそれぞれ逆方向に向けられていることが前提となっている。
【００４２】
本発明によれば、方向性を持たされて構造化された接触面の２つの本発明による逆向きにされた同種の接線方向を持った電極装置のねじ接続部について、検出可能なゆるみトルクの変動幅が許容される。重要な可変パラメータはうろこ状隆起の高さ、うろこ状隆起の側面における登り角度、うろこ状隆起の幅、うろこ状隆起の数及び配分である。これらのパラメータの利用により、電極装置のねじ締めされた隣接部材の０．１〜８０Ｎ／ｍｍ2の範囲にある押圧力の場合に、本発明によれば、方向性を持たずに構造化された接触面を有し且つ０．１〜８０Ｎ／ｍｍ2の範囲でねじ締めされた電極装置の隣接部材の場合におけるよりも少なくとも２０％だけ大きいゆるみトルクが確認された。大抵の場合機械でねじ締めされる接続部のゆるみトルクのこの改善は、電極装置の部材の手動でねじ締めされた接続部のゆるみトルクによって更に上回られる。このような接続部は、電極装置の隣接部材の比較的低い０．１〜２Ｎ／ｍｍ2の押圧力によって特徴付けられる。本発明によれば、このような接続部において、方向性を持たずに構造化された接触面を有し且つ０．１〜２Ｎ／ｍｍ2の範囲にある押圧力でねじ締めされた電極装置の隣接部材の場合におけるよりも少なくとも３０％だけ大きいゆるみトルクが確認された。
【００４３】
電極のユーザー、大抵の場合電気製鋼所にとって好適な納品形態はプリセットである。プリセットの接触面は電極メーカーの側で方向性を有する表面構造を施され、電極及びニップルが一緒にねじ締めされる。この場合に方向性を有する表面構造は電極ソケットのねじ山面及びニップルのねじ山面に施され、特殊な場合には電極ソケットのねじ山面かニップルのねじ山面かのいずれかにのみ施される。
【００４４】
プリセットがアーク炉に使用される場合には、プリセットも、本発明により、次のプリセット又は電極装置の次の部材との１個又は複数個の接触面上に、逆向きにされた方向性を持たされた表面構造を有する。この場合プリセットは、一方の端面に、電極の端面及び電極ソケットのねじ山面の一方又は両方の面から成る接触面を有し、他方の端面に、電極の端面及びニップルのねじ山面の一方又は両方の面から成る接触面を有する。
【００４５】
従来において手動ねじ締めの場合におけるゆるみの危険は付加的な費用を掛けることによってのみ、一部には製鋼所における後からの安全措置によって制限できたのに対して、本発明によれば製造工程において既に満足できるように組み込まれている、
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
イタリア国ダルマイン（ベルガモ）にあるＰｉｃｃａｒｄｉ社の製品“Ｎｉｐｐｌｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ”（製造１９９７年）のねじ締めスタンドにて、直径がそれぞれ６００ｍｍの２個の黒鉛電極がこれに適合するニップルとねじ締めされ、電極装置が形成された。この場合１個の電極とこの電極のソケットにすでに予めねじ締めされている１個のニップルから成るプリセットが使用された。プリセットと電極は互いにねじ締めされた。４０００Ｎｍの締付けトルクに達するとねじ締めは終了した。
【００４７】
ねじ締めの結合の確実性を調べるために、その後で接続部が再び解かれ、その際にゆるみトルクが測定された。
【００４８】
この原理的な工程を以下の３つの比較例A，B及びCにより説明する。
【００４９】
［比較例Ａ］
プリセットと電極の接触面は、本発明による方向性を有する接触面構造を持たない参考例としてねじ締めされた。
【００５０】
［比較例Ｂ］
本発明による且つ逆方向の方向性を持たされた接触面構造を備えたプリセットと個々の電極が互いにねじ締めされた。接触面として電極の端面が選ばれた。
【００５１】
［比較例Ｃ］
プリセットと個々の電極の接触面には滑り層を施した。滑り層はドイツ国シュヴァインフルトにあるＦＡＧ  Ｋｕｇｅｌｆｉｓｃｈｅｒ社の製品番号“ａｒｃａｎｏｌ  １２Ｖ”の軸受グリースから成る。接触面としては電極の端面及びニップルの自由のねじ山面から選ばれた。滑り層の厚みは０．１ｍｍである。
【００５２】
下記の値は直径６００ｍｍの電極、締付け時の締付けトルク４０００Ｎｍの場合に該当する。
【表１】
2004228091.tif 000003
【００５３】
表１から明らかのように、ゆるみトルクは表面仕上げもしくは表面処理の種類に関係する。最低のゆるみトルクは特別の処置なしの接触面で見られた（比較例Ａ）。ねじ締めされた部材の接触面の逆方向性構造を備えた端面の場合には非常に高いゆるみトルクが測定された。
【００５４】
確かに比較例Ｃは比較例Ｂよりも更に高いゆるみトルクをもたらが、しかしこれは付加的処置を用いることによってのみ可能である。それに対して比較例Ｂの場合には好都合のゆるみトルクが付加的処置なしに得られる。
【００５５】
以下図面に基づいて本発明をさらに例示的に説明する。
【００５６】
図１は両側の端面３のそれぞれに円筒状の雌ねじを有するソケットを施された電極１の長手軸に平行な断面図であり、これとともに円筒状のねじを有する独立したニップル２の縦側面を示している。
【００５７】
図２は一方の端面３に一体形成された同軸のニップルを備えた電極１の一部切欠縦断面図であり、電極の他方の端面側個所における断面は円錐形の雌ねじを有するソケットを示している。
【００５８】
図３は円錐形のソケットを備えた電極１と二重円錐形のねじ５を持つニップル２とからなるプリセット９の長手軸に平行な断面図である。
【００５９】
図４は方向性を持たされて構造化された接触面を有する電極１の端面３を立体的に表示する斜視図である。
【００６０】
図５は方向性を持たされて整列構造化された電極端面（接触面）の例を表示する部分拡大図である。
【００６１】
図１によれば、電極１の接触面と呼ぶことができるのは、電極１の端面３と、同軸配置された電極ソケットのねじ山面４である。電極ソケットの底１０は接触面ではない。独立したニップル２には接触面としてニップル２のねじ山面５が存在する。ニップル２の両端面６は接触面ではない。
【００６２】
図２によれば、一体型ニップル付き電極１の接触面と呼ぶことができるのは、電極１の端面３と、同軸の一体型ニップルのねじ山面７と、電極１の他方の端面側における端面３およびソケットのねじ山面４である。同軸の一体型ニップルの外側端面８は滑り層を備えた接触面ではない。電極ソケットの底１０は接触面ではない。
【００６３】
図３によれば、プリセット９の内部接触面と呼ぶことができるのは、同軸配置された電極ソケットのねじ山面４と、独立したニップル２のねじ山面５である。ニップル２の端面６は接触面ではない。ニップル２をねじ込まれた側においてプリセット９の外側接触面と呼ぶことができるのは、独立したニップル２のねじ山面５と、電極１の端面３である。ニップル２の端面６は接触面ではない。
【００６４】
ニップル２をねじ込まれていない側においてプリセット９の外側の接触面と呼ぶことができるのは、電極１の端面３と、同軸配置された電極ソケットのねじ山面４である。電極ソケットの底１０は接触面ではない。
【００６５】
図４によれば、電極１は平らな端面３に方向性を持たされて構造化された接触面を有する。個々の非対称のうろこ状隆起は右回転ねじについての締付け方向１１に対応する優先方向性を持っている。締付け方向１１は図４に示された電極１およびこれにねじ込まれるニップルが固定する方向であると理解すべきである。上の方から、図示されていない別の電極がねじ結合される。この電極は固定時に矢印１１の方向に回転する。この工程は製鋼所における工程に相当する。図４からの領域Ｖの表面構造が図５に拡大されて示されている。
【００６６】
図５は図４の電極１の接触面３から領域Ｖを部分拡大して示す。方向性を持たされて構造化された電極端面の一例を表示するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明が適用される電極装置部材の一例を示す縦断面図。
【図２】本発明が適用される電極装置部材の別の例を示す縦断面図。
【図３】本発明が適用される電極装置部材の更に別の例を示す縦断面図。
【図４】本発明の一実施例を示す部分斜視図。
【図５】図４の部分拡大図。
【符号の説明】
【００６８】
１        電極
２        独立したニップル
３        電極の端面
４        電極ソケットのねじ山面
５        ニップルのねじ山面
６        ニップルの端面
７        組み込まれたニップルのねじ山面
８        組み込まれたニップルの外側端面
９        プリセット
１０        電極ソケットの底
１１        右ねじについての締付け方向
【図１】
2004228091.tif 000004
【図２】
2004228091.tif 000005
【図３】
2004228091.tif 000006
【図４】
2004228091.tif 000007
【図５】
2004228091.tif 000008