(57)【要約】本発明の方法は、予め用意した新しいカソード及びニップルを電極柱にねじ嵌合することから成る。ニップルは長手方向貫通孔を備え、この長手方向貫通孔に例えばアルミニウム又は銅から成る金属ロッドが配置される。金属ロッドは電極柱の動作温度で溶解され、電極とニップルとの間の接合部における空洞を充填し、電極本体における付加的な空洞を部分的に充填する。ガス混合物は付加的な空洞、液体金属のデボイトから電極本体における孔を通って炉の動作空間へ除去される。本方法を実施する本発明の電極はねじ付ソケットの底部における軸線方向に沿って配置した付加的なソケットプレートを備える。これらの空洞は異なる直径及び深さをもつ。付加的なソケットプレートの一つは孔を介して電極の外面に接続される。
2004528688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気アーク炉用の電極の周期的伸長方法であって、
電極柱の動作電極上に、長手方向貫通孔を備えたねじ付きニップルで新しい電極をねじ込む工程を含み、
段付き金属ロッドの直径の大きい方の部分を新しい電極の空洞内に配置するように段付き金属ロッドが前記ニップルの貫通孔内に挿入され、金属ロッドの材料の溶解温度が炉内における電極の動作温度より低く、また電気抵抗が電極及びニップルの材料の電気抵抗より低く、さらに電極ロッドの体積が、溶解後ニップル及び動作電極を互いにねじ込むことによりニップル及び動作電極の間の空洞、ニップルにおける長手方向貫通孔の空洞及びニップルと新しい電極のねじ付きソケットの底部との間の少なくとも空洞を充填するように選択される方法。
【請求項２】
金属ロッドの金属としてアルミニウムを使用する（すなわち金属ロッドがアルミニウムから成る）請求項１記載の方法。
【請求項３】
金属ロッドの金属として銅を使用する（すなわち金属ロッドが銅から成る）請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記段付きロッドはニップルに対して下方へ押圧される請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記段付きロッドはロッドと同じ金属から成るばねによってニップルに対して押圧される請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記段付きロッドはロッドと同じ金属の金属切り屑又は細粒によってニップルに対して押圧される請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記段付きロッドは電気アーク炉における前記電極の動作温度のもとで燃焼する充填物質によってニップルに対して押圧される請求項４記載の方法。
【請求項８】
両側にテーパー状ねじ付ソケットを備え、少なくとも一つのねじ付ソケットの底部における付加的なソケットが形成される電気アーク炉用電極。
【請求項９】
前記付加的なソケットは両ねじ付ソケット内に形成される請求項８記載の電気アーク炉用電極。
【請求項１０】
前記付加的なソケットは円筒形に形成される請求項８記載の電気アーク炉用電極。
【請求項１１】
直径の異なる付加的なソケットが形成される請求項９記載の電気アーク炉用電極。
【請求項１２】
直径の大きな付加的なソケットを電極の側面に接続する電極孔が形成される請求項１１記載の電気アーク炉用電極。
【請求項１３】
直径の大きな付加的なソケットを電極の側面に接続する孔が形成され、これらの孔が電極の側面に対して角度を成して形成される請求項１２記載の電気アーク炉用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一鉄金属における電気アーク炉で鋼を製造することに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気アーク炉の動作中、金属の溶解に必要なエネルギーは、ねじ付ニップル（nipples;管継手）で接合した一組の電極として形成された電極柱（electrode column）によって供給される。電極の磨耗で、電極柱は前もって用意した新しい電極及びニップルを前記電極柱の活性電極（active electrode）にねじ込むことにより周期的に伸長される。
【０００３】
電極柱の電極の周期的伸長方法及び用いられたニップル及び電極に関連して、電極接合部（接続部）を流れる電流の特徴は、電極柱のこの部分に解放される熱及び動作プロセスにおける電極の昇温を決定する。電気アーク炉における電極の高い昇温は磨耗を相当に高め、生産される鋼のトン当たりの高価な電極の使用を増やす。電極を予め用意する方法は、電気アーク炉用電極の周期的伸長方法を周期的に実施する相当な役割を果たす。前もって用意した両円錐形のねじ付ニップルを電極柱の活性電極にねじ込むことを含む電気アーク炉用電極の周期的伸長方法は公知である（例えば、“The CESO processing chain for the optimization of the graphite electrode columns” News and Recommendations for AC and DC Arc Furnace Applications SGL CARBON GROUP 社 1999年1月  ｐｐ．３−６参照）。
【０００４】
接続される電極を一緒にねじ込む方法を制御することによって、公知の方法は、電極の動作能力を減少させる電極接続部の予圧縮力を低減する問題を解決することを提案する。
【０００５】
公知の方法の主な欠点は、典型的な仕方では接合部“電極−ニップル”を流れる電流の流れが変わらないままであることにある。従って、公知の方法では、接合部“電極−ニップル”を流れる電流の流れを容易にする問題を解決できず、接触部“電極−ニップル−電極”における付加的な抵抗のため電極のこの部分における熱の解放が増大することになる。電極の高い昇温温度は電極の磨耗を促進することになる
【０００６】
電気アーク炉の電極を周期的に長くする方法が公知であり、その方法は、電極柱の活性電極上に前もって用意した新規の電極及びねじ付きニップルをねじ込む工程を含む。新規の電極及びねじ付きニップルは、長手方向貫通孔を備え、その中に炉内の電極の作動温度より低い溶融温度の材料が位置される。（例えば、ＦＲＧ特許第２２０３２２６号Ｈ０５Ｂ７／１４  １９７２年１月２４日付け）。ニップルの貫通孔内に配置される材料は、電気アーク炉の動作中にコークスになり、電極とニップルを単一ユニットに接合する樹脂である。主な特徴を考えると、電極の公知の周期的伸長方法は開示した方法に最も近く、そのため前記公知の方法はプロトタイプとして適用する。
【０００７】
公知の方法の実質的な欠点は、接触部“動作電極−ニップル−新しい電極”における電気抵抗を低減することに関して有効性が低いことにある。前記欠点は、樹脂で形成したコークス形成材料及び電極とニップルの材料が端部において実際に同じ電気抵抗特性を意味する同じ性質のものであることによって決められる。その結果、上記公知の方法の実現は考察中の接合部“電極−ニップル”において解放されるエネルギーが僅かに減少することになり、従って電極は電気アーク炉の動作領域において相当に昇温する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電気アーク炉用電極の本発明の周期的伸長方法は上記欠点がない。本方法は、接合部“接合した電極−ニップル”における電流の流れに対する抵抗を本質的に低減する。従って、電流の流れによる接合部に解放されるエネルギーは低減され、そのため、電気アーク炉における接合される要素の昇温温度は低減される。それにより、電極磨耗の三つの理由、側面酸化、機械的故障及びスタブ端部損失は低減される。
【０００９】
電極柱の活性電極に、炉における電極の動作温度より低い溶融温度をもつ材料が配置される長手方向貫通孔をもつねじ付ニップル及び前に用意した新しい電極をねじ込むことを含む電気アーク炉用電極の周期的伸長方法においては、本発明によれば、電極及びニップル材料の一方より数桁低い抵抗率をもつ金属ロッドがニップルの空洞内に挿置され、一方、上記金属ロッドの体積がそれの溶融後、互いにねじ込まれた後のニップルと動作電極との間に形成された空洞、ニップルにおける長手方向貫通孔の空洞及び新しい電極のねじ付ソケット底部とニップルとの間の空洞を完全に充填すると共に、新しい電極のねじ付底部に設けられた付加的な空洞を部分的に充填するように選択されるので、顕著な技術的結果が得られ、液体金属のない新しい電極の付加的な空洞のスペースに形成されたガス混合物は電極本体の特別の孔を通って炉の動作領域に引かれる。
【００１０】
両側にねじ付ソケットを備え、ソケットの底部分に特殊な形状の空洞を備えた電気アーク炉用電極は公知である（例えば、米国特許第４１６１１６９号、１９７７年１１月1１日付け、Ｈ０５Ｂ７／１４参照）。
【００１１】
この公知の電極の欠点は、接合部“電極−ニップル”を電気アーク炉の活性電極に接合した後、かかる接合部に流れる電流の流れを容易にする技術的解決がなされてないことにある。
【００１２】
ねじなし部分で終端する電極の両側にねじ付ソケットを備えた電気アーク炉用電極は公知である（例えば、ロシア国特許第２０３７９８４号、１９９２年７月1４日付け、Ｈ０５Ｂ７／１４、公告日１９９５年６月１９日Ｂｕｌｌ．Ｎｏ．１７参照）。
【００１３】
主な特徴を考えると、この公知の電極は開示した電極に最も近く、そのため上記公知の電極はプロトタイプとして適用する。
【００１４】
この公知の電極の欠点は、接合部“電極−ニップル”を電気アーク炉の活性電極に接合した後、かかる接合部に流れる電流の流れを容易にする構成上の技術的解決がなされてないことにある。その結果、電気アーク炉における電極の機能は、接合部における電流の流れに対する高い抵抗並びに接合部及びニップルの高い昇温に繋がる付加的なエネルギーの解放をもたらすことになる。後者の現象は、電極の動作条件を悪くし、その性能を低下させる。
【００１５】
本発明の電極は上記の欠点がない。本構造は、電極柱に電極を接合した後、接合部“電極−ニップル”における電流の流れに対する抵抗を相当に低減できる技術的解決を提供する。これにより、電極及びニップルの接合部における電極及びニップルの通常の昇温温度レベルは低下でき、これに基づいて増大した電極磨耗のファクターを低減する。
【００１６】
電気アーク炉用電極の周期的伸長方法を実現するために、付加的なねじなし部分で終端するねじ付ソケットを両側に備えた電極は本発明によれば、ねじ付ソケットの底部、中間部、電極の少なくとも一側及びほとんど両側に付加的なねじなし空洞を備え、電極の一側の上記空洞の深さ及び直径が大きな値をもち、そして空洞が孔を介して電極の外面に接続されることにより、列挙した技術的結果が得られる。ところで、付加的な空洞を電極の外面に接続する孔は傾斜され、電極の他側に対して角度を成して設けられる。炉における電極の動作温度より低い溶融温度をもつ物質が配置される長手方向貫通孔を備えたニップルと電極とを互いにねじ込むことを含む電気アーク炉用電極の周期的伸長を行う電極を予め用意する方法は公知である（例えば、上記のＦＲＧ特許第２２０３２２６号参照）。
【００１７】
主な特徴を考えると、上記の公知の方法は開示した方法に最も近く、そのため上記公知の方法はプロトタイプとして適用する。公知の方法の利点は、電気アーク炉動作の工業的条件のもとで電極の周期的伸長の処理を相当に簡単化することを含む。しかし、公知の方法には、この方法における電極を予め用意するプロセスが電気アーク炉における電極の動作中、接合部“電極−ニップル”における電流の流れに対する抵抗を相当に低減する方法を全く含んでなく重大な欠点がある。上記欠点は、この接合部において電極の昇温温度の低下を妨げ、性能を低下させることになる。
【００１８】
電極を予め用意する本発明の方法は、公知の方法の利点を用いるが、その欠点がない。本発明の方法は、電気アーク炉における電極を動作しながら、接合部“電極−ニップル”における電極の昇温温度の本質的な低下及びこのベースにおける電極の性能の増大をもたらす技法を実現する。
【００１９】
電極柱の活性電極に、炉における電極の動作温度より低い溶融温度をもつ物質が配置される長手方向貫通孔をもつニップル及び電極を互いにねじ込むことを含む電極を予め用意する方法においては、本発明によれば、電極の外面に孔を介して接続された付加的な電極空洞内に及びニップルの長手方向貫通孔内に二段金属が組み込まれ、比較的直径の大きいロッド段が上記空洞に配置されかつニップルに対して押圧され、一方、比較的直径の小さいロッド段がニップルの孔に配置されることにより、列挙した技術的結果が得られる。
さらに、上記金属ロッドはロッドと同じ材料から成るばねによってニップルに対して押圧される。さらに、上記金属ロッドはロッドと同じ材料から成る金属切り屑及び（又は）細流（granules）によってニップルに対して押圧される。また、上記金属ロッドは電気アーク炉における電極の動作温度のもとで燃焼する充填物質によってニップルに対して押圧される。
【００２０】
電気アーク炉用電極の周期的伸長方法、この方法を実施する電極及び電極を予め用意する方法は図面において明瞭にされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
電気アーク炉の電極柱は二つの円錐を合わせた形状のねじ付きニップルによって接合した多数の動作電極から成る（図１）。新しい電極２及びニップル３によって、電極柱は周期的に伸長される。ニップル３は長手方向貫通孔４を備え、長手方向貫通孔４内には、電極及びニップルの材料（アルミニウム、銅）に比べて、比抵抗の非常に低い金属から成る金属棒５が挿入される。ニップル３と動作電極１との間には空洞６が存在し、この空洞６には、ニップルと電極とを良好に接合するのに役立つ物質が充填されないままか又は部分的に充填され得る。新しい電極２とニップルとの間にも同じ空洞７が存在する。この空洞７は同様な物質が充填されないままか、空洞６のように部分的に充填され得る。
【００２２】
電極２（図２及び図３）は長さが非対称である。すなわち電極２は二つの同一のねじ付きソケット８、９及び付加的な異なるねじなし空洞１０、１１を備える。電極２は一側に空洞１０だけを備え得る（図２）か、又は電極の両側に二つの空洞１０、１１を備え得る（図３）。さらに、空洞１０の直径及び深さは空洞１１に比べて大きく（図３でｄ10＞ｄ11）、深い（図３でｈ10＞ｈ11）。また直径が大きくかつ深さの深い空洞すなわち空洞１０の上方部分は孔１２を介して電極の外面に接続される。予備の電極２及びニップル３は長手方向貫通孔４に二段金属ロッド５を備え、二段金属ロッド５の一方の段の直径ｄ'5は他方の段の直径ｄ''5に比べて大きい、すなわちｄ'5＞ｄ''5である。さらに、金属ロッド５の直径ｄ''5は、〜２０℃から金属ロッド５の溶融温度まで温度が上昇する場合に、ロッド金属の線膨張の量だけニップル孔３の直径ｄ4より小さい。同じ概念は直径ｄ'5を決めるのに用いられ、すなわち上記熱膨張の値だけｄ'5＜ｄ10である（図１、図５及び図６には図面を煩雑にしないために示さない）。比較的大きな直径ｄ'5の段をもつ二段金属ロッド５は電極２の空洞１０に設けられる。上記ロッド段の高さｈ'5は電極２の空洞１０の深さより小さく、すなわちｈ'5＜ｈ10である。
【００２３】
さらに、金属ロッド段の直径ｄ'5はニップル３における貫通孔４の直径より大きく、すなわちｄ'5＞ｄ4である。空洞１０の自由空間には（ｈ'5＜ｈ10であるため）ばね１３が挿置される（図１及び図４）か又は電気アーク炉における電極の動作温度で燃焼又は溶融する充填物質１４が堆積される（図５）。金属ロッド５は電極の動作温度で溶融した後、液体金属１５になり（図６）、接合部“電極−ニップル”の空洞の大部分、すなわちニップル３における長手方向貫通孔４、ニップル３と動作電極１のねじ付ソケットの底部との間の空洞６、動作電極１における付加的な空洞１１（存在する場合には）及びニップル３と新しい電極２のねじ付ソケットの底部との間の空洞７を完全に充填し、新しい電極２における付加的な空洞１０をレベルｈMまで部分的に充填する（すなわちｈM＜ｈ10）。
【００２４】
金属ロッド５と共に、ばね１３、金属切り屑及び（又は）細粒１４（図５）もそれらが用いられる場合には液体金属１５（図６）になる。二段金属ロッド５、ばね１３、金属切り屑及び（又は）細粒１４の寸法は電極１、２及びニップル３を互いにねじ係合した後に形成された空洞を充填するように決められる。
【００２５】
本発明を実施する場合に電流の主な流れ１６は、図６に示すように接合部“接続した電極１、２−ニップル３”を通り、そして図７に示すように公知の方法で流れる。
【００２６】
電気アーク炉用の電極を周期的に伸長する方法は次のようにして実施される。両側に同一のねじ付ソケット８、９をもつ公知型の（グラファイト又は炭素から成る）電極２（図２及び図３）において、電極軸線に沿って付加的なねじ無し空洞１０、１１が形成される。ニップル３と電極１との良好な接合のために物質を空洞６に充填することなしに作動電極１とニップル３（図１）の次のねじ込みが行われる場合には、電極に付加的な空洞１１を作らないことができる（図２）。
【００２７】
空洞１０、１１はねじ付ソケット８、９の底部の中央に形成され、異なる直径ｄ10、ｄ11、及び異なる深さｈ10、ｈ11をもつようにする。ｄ10＞ｄ11、ｈ10＞ｈ11。
【００２８】
空洞１０はその底部近くの部分に又は底部の出口に孔１２（その数は通常二つ以下）を介して外面に接続される。孔１２は電極の他側に対してある角度傾斜して設けられる（図２及び図３）。電極２（図２及び図３）は次のようにして予め準備される。電極２は、直径ｄ4の長手方向貫通孔４をもつニップル３（図４及び図５）とねじ嵌合される。ねじ嵌合は、付加的な空洞１０の形成された電極２の側で行われ、すなわちニップル３はねじ付ソケット９にねじ込まれる。
【００２９】
電極２とニップル３をねじ嵌合する前に、ばね１３及び二段ロッド５が空洞１０内に設けられ、ロッド５の直径ｄ'5の段は空洞１０内に配置される。ばね１３はロッドと同じ金属から成る。
【００３０】
空洞１０内のばね１３に代えて充填材料１４を用いることができる（図５）。この材料はロッド５と同じ材料の切り屑、細粒、又は切り屑と細粒の混合物であり得る。
【００３１】
充填材料は、繊維、紙又はその他の材料でもよく、それらの燃焼温度は電気アーク炉の動作中の電極動作温度より低い（炉領域外の４００〜５００℃及び炉の動作領域内の２１００〜２５００℃まで）。
【００３２】
電極２とニップル３の相互のねじ嵌合は空洞７を介在して行われる。上記空洞には、電極とニップルを良好に接合する物質（種々の種類の樹脂）を配置できる。本発明では、その実施が発明の本質を変えないので、公知の動作は考慮しない。
【００３３】
上記の操作の後、電極２とニップル３を相互にねじ嵌合する。この操作中、ロッド５の段の寸法の適合比率、
〜２０℃から金属ロッド５の溶融温度までの温度の変化でこれらの寸法に対する熱膨張の差によりｄ'5＜ｄ10；
ばね１３の圧縮（材料１４の充填）のゆとりによりｈ'5＜ｈ10；
〜２０℃から金属ロッド５の溶融温度までの温度の変化でこれらの寸法に対する熱膨張の差によりｄ''5＜ｄ4；及び
電極とニップルを相互にねじ嵌合した後ｄ''5＜ｄ'5、
のために、ロッド５はニップル３の端面に圧搾され、ニップル３の孔４における比較的小さな直径ｄ''5をもつロッド５の段を配置する。
【００３４】
長手方向貫通孔４を介して電極２とニップル３を相互にねじ嵌合し、それらを二段金属ロッド５内に組み込む上記の操作は、電気アーク炉用の電極を周期的に伸長する方法を実施するのに新しい電極とニップルを予め準備するため本発明の本質を成す。
【００３５】
新しい電極とニップルを予め準備する操作は、電極製造プラントにおいて実施され、そして消費者は図４及び図５に示す形式の新しい電極を受ける。電気アーク炉用の電極を周期的に伸長する方法は、上記の方法に従って予め用意した新しい電極によって行われる。
【００３６】
付加的な空洞１１を備えたねじ付ソケット８の空洞は圧搾空気により電極柱の動作電極１において清浄される。ニップル３及び金属ロッド５を備えて前に用意した新しい電極２は、新しい電極２及び動作電極１の表面同士を密に接触するようにねじ嵌合される。こうして、この方法の実施により、電気アーク炉用電極の伸長方法の主な操作を保つ。しかし、電極伸長方法、電極自体及び電極を予め用意する方法を用いることは基本的に、公知の方法と比較して接合部“電極１、２−ニップル３”を通って電流の流れる仕方が変化する。
【００３７】
この変化は、開示した方法では電流の主要な流れ１６（図６）が接合部を迂回するが、公知の方法（図７）では電流のこれらの流れが電気抵抗の大きな接合部“接続された電極１、２−ニップル３”を通らなければならないことにある。公知の方法のこの模様は、炉の動作領域に接合部領域が入ることにより生じる接合部領域の温度の上昇により、接合部“電極２−電極１−ニップル３”における接触が悪くなることによってさらに悪化する。公知の方法のこの後者の影響により、上記接合部領域における電流の流れに対する抵抗が制御できないほど増加することになり、そしてこの接触部分の温度が非常に上昇する（SGL CARBON GROUPによる公知のデータによれば２０００〜２５００℃まで）。本方法による接合部“接合した電極−ニップル”を通る電流の流れの明らかな変化は次のようにして得られる。
【００３８】
１．ロッド５を製造するために、電極及びニップルの一方より数桁低い大きさの抵抗率ρEMをもつ金属が用いられる。該金属はアルミニウムであり得る。アルミニウムの場合ρEM≒２．７・１０-2μＯｈｍ・ｍであり、一方グラファイト（電極を製造する材料）の場合にはρEM＝５〜１３μＯｈｍ・ｍである。材料は銅でもよい。その場合にはρEM＝１．７・１０-2μＯｈｍ・ｍである。ところで、ロッド用の金属の選択は炉で作られる鋼の品質に関係する。
【００３９】
２．炉における電極の動作温度以下の溶融温度をもつ金属がロッド５を作るのに用いられる。それで、アルミニウムの溶融温度は６６０℃であり、銅は１０８３℃であり、すなわちこれらの金属は要求に合致する。
【００４０】
３．金属ロッド５の寸法を選択する際には、固体における体積が溶融後、ねじ締めの完了時にニップルと動作電極との間に形成された全ての空洞（空洞６及び空洞１１）、ニップルにおける長手方向貫通孔４及びニップルと新しい電極のねじ付ソケット底部との間の空洞７に液体金属を充満すると仮定する。ところで、新しいニップル内の付加的な空洞１０は単に部分的に充填されることなる。すなわち、図６における高さｈM＜は空洞１０の深さより小さくなければならない、すなわちｈM＜ｈ10である。
【００４１】
従って、
【数１】
2004528688.tif 000003
であるが、
【数２】
2004528688.tif 000004
であり、ここでＶiは適当な空洞（６、７、１０、１１）及びロッド５の段の容積である。
【００４２】
上記の式はロッド段の選択した寸法ｄ5、ｄ5及びそれら直線寸法ｈ'5及びｈ''5を決める。これに関連して、溶融のプロセスにおいて液体金属の体積は増大され、例えばアルミニウムの場合には１．０４８倍増大し、銅の場合には１．０４２倍増大することが考慮されるべきである。さらに、ばね１３又は金属の切り屑／細粒１４の溶融による液体金属の体積の増加が考慮されねばならない。比ｈM＜ｈ10を保持すると、空洞１０は孔１２を介して電極の外表面と一定にリンクする。この通路を通って、ロッドの金属を溶融しながら形成したガス状混合物は空洞から炉の動作領域へ引かれる。充填物質（繊維、紙など）１４が用いられる場合には、その燃焼生成物は孔１２を介して引かれる。液体金属１５の発生した蒸気は、突然の沸騰（例えばアルミニウムの沸騰温度は２３１７℃であり、銅の沸騰温度は２５４０℃であり、電極の動作中に電極が昇温する温度範囲内であり得る）の場合には孔１２を介して引かれる。
【００４３】
電気抵抗、電流の流れのプロセスにおいて本体から放出されるエネルギー及び放出され  たエネルギーによって生じる本体の温度変化を決める既知の条件から、次式が導かれる。
【数３】
2004528688.tif 000005
ここで、
ＴM−液体金属１５に電流を流しながら液体金属１５が昇温される好ましい温度；
Ｔ2−温度ＴMの場合と同じパラメーターの電流を電極及びニップルに流しながら電極及びニップルが昇温される温度；
γ2−電極及びニップルに用いた材料の密度（ほぼ等しいと仮定する）；
ｃ2−電極及びニップルに用いた材料の比熱（ほぼ等しいと仮定する）；
ρ2−電極及びニップルに用いた材料の抵抗率（ほぼ等しいと仮定する）；
Ｄ2−電極の外径；
ｄ2−ニップルにおける長手方向貫通孔４の内径；
γM、ｃM、ρM−液体金属１５に対する値。
【００４４】
電極２及びニップル３の材料並びにロッド５に用いた金属の既知の性質に対してニップル３における孔の直径ｄ4を選択して条件（３）が用いられる。公知の方法で昇温する電極２及びニップル３のＴ2値及び等しい強さの電流の流れの結果として上記の方法における液体金属の昇温の好ましい温度ＴMから処理する。
【００４５】
直径ｄ4の得られた値並びにロッド及びニップルの線熱膨張に関する上記の影響に基づいて、ロッドの段の直径ｄ''5が設定される。空洞１１の直径は、電極柱伸長操作中に動作電極１に対してロッド５が当接除去するため、直径ｄ4より１０〜２０ｍｍ大きく設定される。空洞１０の直径は、直径ｄ'5のロッド段をニップル面に確実に押圧するため、直径ｄ4より３０〜４０ｍｍ大きく設定される。直径ｄ'5は、ロッド及びニップルの線熱膨張に関する上記の影響に基づいて設定される。
【００４６】
ｄ4、ｄ'5、ｄ''5、ｄ10、ｄ11及び空洞６、７の提案した容積の既知の値、ニップルの直線寸法及び空洞１１の適用した深さ（多くの考察した場合において述べたように存在しないかもしれない）は、式（１）及び（２）により、金属ロッド５の溶融の後、形成された液体金属の高さｈMの提案した値を決める。ばね１３及び切り屑／細粒１４を用いる場合には、得られた値ｈMは立証される。この得られた値ｈMにより、空洞１０の深さ（ｈ10）が設定できる。
【００４７】
値ｈ10を設定し、そして寸法ｈ'5及びｈ''5を正当化して、ロッドの溶融後不等条件ｈM＜ｈ10を保証することすなわち空洞１０の一部を液体金属なしのままにしておくことが重要である。
【００４８】
パラメーターを設定する際に上記の簡単な操作を実施することにより、電極、ニップル及び金属ロッドの接合材料の物理的性質を以下の既知のデータに基づいて判断する。
１．グラファイトの抵抗率は５〜１３μＯｈｍ・ｍであり、２５００℃までの温度上昇でほぼ三倍に成長する；
２．アルミニウムの抵抗率は２．７・１０-2μＯｈｍ・ｍであり、温度上昇及びｔ＝６６０℃での液態への遷移で１２００℃を超える温度で〜３５・１０-2μＯｈｍ・ｍまで上昇する；
３．銅の抵抗率は１．７・１０-2μＯｈｍ・ｍであり、温度上昇及びｔ＝１０８３℃での液態への遷移で１５００℃を超える温度で〜２５・１０-2μＯｈｍ・ｍまで上昇する；
４．固態から液態への遷移後のアルミニウムの体積は１．０４８倍になり、銅の体積は１．０４２倍になる；
５．グラファイトの密度は通常１．９〜２．３ｔ／ｍ3（電極ではしばしば１．７ｔ／ｍ3のレベルで設けられる）；
６．アルミニウムの密度は通常２．３９ｔ／ｍ3に等しく、銅の密度は８．９ｔ／ｍ3  に等しい；
７．グラファイトの比熱は０．５ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｋである；
８．アルミニウムの比熱は０．２３８ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｋであり、銅の比熱は０．０９７ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｋである；
９．電極及びニップルグラファイトの線膨張係数は１．８・１０-6Ｋ-1に等しく設定される；
１０． アルミニウムの線膨張係数は４６・１０-6Ｋ-1であり、銅の線膨張係数は４３．３Ｋ-1である。
【実施例１】
【００４９】
１２０ｔＤＣアーク炉において、鋼１５Ｘ６ＣＵは、直径Ｄ＝７００ｍｍのグラファイト電極１を用いて作られる。電気アーク炉の動作中、電極には１１０ｋＡの電流を流す。電極１は両円錐形ねじ付ニップル３によって電極１を接合することにより電極柱に組立てられる。これらの条件のもとで、公知の伸長方法による公知構造の電極の伸長によって得られた電極柱を用いて、電極柱を流れる上記電流の流れにより、炉内の接合部“電極−ニップル”はＴ2≒２３００℃の温度まで昇温される。温度の上記の高い値は第１に高アンペア数を用いる必要性があるためであり、第２には電極及びニップル材料の高抵抗率のためであり、また第３には接合部“電極−ニップル”の構造のためであり、その結果、それらの伸長方法のためである。
【００５０】
電極及び電極柱伸長方法の公知の構成は、接続した要素が接触する部位においてその通路に相当な抵抗をもち、図７に示す構成に従って電流の流れる接合部“新しい電極―ニップル―動作電極”を備える。さらに、電極及びニップルが強く昇温されるため、電極を予め用意する段階で得られた接合密度は伸長操作中に低下する。電極及びニップルが接合される接触部の電気抵抗が多様に増大することになり、これは予測できず、制御できない。２３００℃の温度における公知の伸長方法での抵抗は三倍に増加すると仮定する。上記の接触部における熱の解放は電極内の過熱を高めかつ電極の表面層に接線応力を成長させることになる。この後者の現象は、電極を破壊する概念性を高め、そして可生産される鋼のトン当たりの電極の使用を高める。
【００５１】
アルミニウム金属ロッド５が用いられる。例えばＴM＝１７００℃及びグラファイト及びアルミニウムの上記物理的性質に対して式（３）を用いてニップルにおける長手方向貫通孔の直径は、
【数４】
2004528688.tif 000006
に設定される。
ｄ''5＝２３３ｍｍ、ｄ11＝２５０ｍｍ、ｄ10＝２７０ｍｍ、ｄ'5＝２６２ｍｍとする。空洞６、７の容積は各空洞についてほぼ同じで２５００ｃｍ3に等しくされる。
【００５２】
上記パラメーター及び不等条件（１）、（２）を用いることにより、直線寸法ｈ'5、ｈ''5、ｈ11（空洞１１が存在する場合）及びｈ10は設定され、不等条件ｈM＜ｈ10を保証する。
【００５３】
得られたパラメーターによれば、アルミニウムの金属ロッド、ニップル及び新しい電極（図２及び図３）が作られ、予め用意し（図４及び図５）、そしてこの状態で電気アーク炉用の電極の伸長のために供給される。
【００５４】
得られた接合部“新しい電極―動作電極―ニップル”において、動作条件のもとで炉領域に接合部領域をできるだけ迂回するように（図６参照）電流の流れが生じる。電極柱の相当な磨耗源の一つ及び破壊、並びに生産される鋼のトン当たりの電極の過剰使用を避けることができる。
【００５５】
電極の劣化（磨耗）中に鋼へのアルミニウムの混入は、アルミニウムが鋼の化学組成に含まれるので、溶解を損わない。
【実施例２】
【００５６】
実施例１による電気アーク炉のパラメーターに対して、銅２．５〜３．５％から成る鋼０６Ｘ２３Ｈ２８Ｍ３Ｄ３Ｔ（ＥＩ９３４）が炉内で融解される。直径Ｄ＝７５０ｍｍのグラファイト電極が用いられ、この電極に１１０ｋＡの電流が流される。電極１は、両円錐形ねじ付ニップル３によって電極１を接合することにより電極柱に一体に組立てられる。これらの条件下で、公知の電極及び公知の伸長方法を用いると、電極柱を流れる電流により炉領域における電極柱の接合部“電極−ニップル”はＴ2＝２１００℃の温度まで昇温することになる。
【００５７】
説明した電極（図２又は図３）が用いられる。電極及びニップルの性質は実施例１の場合と同じである。銅ロッド５は予めの組立て（準備）の際に電極に挿置される。
【００５８】
例えば、ＴM＝１７００℃及びグラファイト及びアルミニウムの性質の物理的データで
式（３）を用いてニップルにおける長手方向貫通孔の直径は、
【数５】
2004528688.tif 000007
に設定される。
【００５９】
ニップルパラメーターはユニファイされ、実施例１と同様にして値ｄ4＝２４０ｍｍに設定される。
【００６０】
設定：ｄ''5＝２２９ｍｍ、ｄ11＝２４５ｍｍ、ｄ10＝２７０ｍｍ、ｄ'5＝２５８ｍｍとする。空洞６、７の容積は各空洞についてほぼ同じで２５００ｃｍ3に等しくされる。
【００６１】
上記パラメーター及び不等条件（１）、（２）を用いることにより、直線寸法ｈ'5、ｈ''5、ｈ11（空洞１１が存在する場合）及びｈ10は設定され、不等条件ｈM＜ｈ10を保証する。
【００６２】
最終効果は実施例１の場合と同じである。ところで、ニップルにおける孔の直径が値ｄ4＝２４０ｍｍまで増大するため、ＴM＜１７００℃の温度が得られる。電極の劣化（磨耗）中に鋼へのアルミニウムの混入は、アルミニウムが鋼の化学組成に含まれるので、溶解を損わない。
【００６３】
全体として、電気アーク炉用の電極の周期的伸長方法の実現、該方法を実施する電極の実現、及び電極を予め用意する方法の実現により、電流の流れに対する接合部“電極−ニップル”の抵抗は相当に低減し、電極柱の最も重要な部分における電極の横断面上の温度分布は改善する。上記技術的達成の組み合わせにより、クラック、破断及び損傷によって生じる電極の低い耐久性の主な理由が削除される。
【００６４】
従って、電気アーク炉用の電極の周期的伸長方法の実現、該方法を実施する電極の実現、及び電極を予め用意する方法の実現により、生産される鋼のトン当たりの電極の使用は低減でき、また必要場合には高重量の電極炉におけるアンペア数は増大できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】電極柱の周期的伸長の処理を行った電極を示す。
【図２】電極柱の周期的伸長の処理を行うための電極の形態を示す。
【図３】電極柱の周期的伸長の処理を行うための電極の形態を示す。
【図４】電極柱の周期的伸長方法を実施するための電極の準備方法を実現する形態を示す。
【図５】電極柱の周期的伸長方法を実施するための電極の準備方法を実現する形態を示す。
【図６】電極を伸長する方法における接合部“電極−ニップル”に流れる電流の流れの主な特徴を示す。
【図７】電極を伸長する公知の方法における接合部“電極−ニップル”に流れる電流の流れの主な特徴を示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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