(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気炉の自焼成電極を原料の順次的な焼成によって形成し、自焼成電極の消耗に応じて順次的に継ぎ足し可能な自焼成電極用ケースにおいて、
略円筒状の形状およびほぼ鉛直な軸線を有し、上下方向に連なる複数のケース本体と、
各ケース本体の内周面に周方向に間隔をあけて設けられ、半径方向内方に突出して上下方向に延びる複数のリブと、
各ケース本体の上端部の内周面に嵌合され、ケース本体の上端部から上方に部分的に突出して固定される継ぎ目リングとを含み、
各リブの上端部は、継ぎ目リングの上端部から上方に突出しており、各リブの前記突出部のケース本体側側面部には、下方に向かうにつれてケース本体の内周面に近接する傾斜部が形成され、
前記継ぎ目リングの突出部の外周面には、上下方向に継ぎ足される各ケース本体の間隔を設定するスペーサが周方向に間隔をあけて複数個設けられることを特徴とする自焼成電極用ケース。
【請求項２】
上下方向に継ぎ足される各ケース本体に設けられる各リブの周方向位置は、周方向に相互にずれていることを特徴とする請求項１記載の自焼成電極用ケース。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気炉などに用いられる自焼成電極の電極ケースに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電気炉では自焼成電極を焼成しながら操業が行われている。自焼成電極は、炭素質の電極原料を電極ケースに装入し、電流のジュール熱および炉内からの伝導熱で電極原料を焼成することによって形成される。自焼成電極は、操業中電極ケースとともに消耗するので、消耗量に応じて下方に移動される。このため、自焼成電極の上部では電極ケースが逐次継ぎ足される。
【０００３】
電気炉の操業中、自焼成電極に関連して電極原料の中抜けおよび自焼成電極の縦割れなどが発生することがある。前記中抜けは、電極ケースに装入された電極原料が電極ケースから分離して下方に落下する現象であり、電極ケースのケース本体と電極原料との密着力が小さいことによって起こる。このため、電極ケースのケース本体の内周面には上下方向に延びる複数のリブが放射状に取付けられており、さらにリブには複数の透孔が形成されている。複数のリブおよび透孔は、電極原料中に埋め込まれ、電極ケースと電極原料との密着力を増大する。
【０００４】
前記縦割れは、電極表面のリブの存在位置に発生した縦筋が電気炉のアーク熱およびガス熱などの影響で拡大したものである。この縦割れの初期形態である縦筋は、ケース本体およびリブの酸化消耗によって発生する。縦割れは、電極先端部では菊割れの形状となり、その部分では電流密度の増大によってスパークが発生する。このため、電極先端部では電極の欠落が生じやすくなり、電極の消耗量が大きくなる。
【０００５】
このように、自焼成電極の消耗量および電極原料の中抜けは、電極ケースの構造に依存するので、従来から電極ケースの構造に関して様々な検討が行われ、種々の電極ケースが提案されている。
【０００６】
特開昭４８−５５１０３号公報には、図８（１），（２）に示すようにリブ３のケーシング本体４側の側部に間隔をあけて突部５を形成し、リブ３を前記突部５を介してケーシング本体４の内周面に放射状に取付けた自焼成電極のケーシング１が開示されている。
【０００７】
特開昭５１−３４４３６号公報には、図９（１），（２）に示すように複数のリブ７をケース本体８の内面に沿って垂設し、リブ７のケース本体中心８ａ側の形状をほぼ鋸歯形状とし、鋸歯のそれぞれの歯にケース本体中心部８ａに向かって下降する傾斜部分９を形成した自焼成電極用ケース６が開示されている。またこの公報には、図１０（１），（２），（３）に示すように電極ケース本体１１の上端部の内周面に複数のガイド１２が前記上端部から上方に部分的に突出して、かつ周方向に間隔をあけて設けられる構成が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭４８−５５１０３号公報では、図８（２）に示すようにケース本体４はリブ３の側部全域と接合されないで、リブ３の突部５とのみ接合されている。したがって、ケース本体４および突部５が酸化消耗した後に電極表面に発生する縦筋の長さは突部５の長さと等しくなる。この結果、ケース本体４とリブ３とが全長にわたって接合される場合に比べて縦筋および縦割れの長さが短くなり、電極の消耗を低減することができる。その反面、ケース本体４とリブ３との接合面積が小さくなるので、接合部の接合強度が低くなる。したがって、接合部が切断しやすくなり、電極原料の中抜けが発生しやすくなる。
【０００９】
特開昭５１−３４４３６号公報では、図９（２）に示すようにケース本体８がリブ７の側部全域と接合されており、かつリブ７が鋸歯形状に形成されているので、接合部の接合強度および電極原料とリブ７との密着力が高くなり、電極原料の中抜けを防止することができる。その反面、電極表面の縦筋の長さが長くなるので、電極の縦割れ長さが長くなり、電極の消耗が大きくなる。
【００１０】
また電極ケースを継ぎ足す場合、図１０（３）に示すように下方に位置する電極ケース本体１１のガイド１２の外径と、上方に位置する電極ケース本体１１の内径とがほぼ等しいので、電極ケースの継ぎ足し作業に手間がかかる。この電極ケースの継ぎ足し作業を容易にするためには、図１１に示すようにリング状のガイド１３をケース本体１４の上端部に上方に突出させて取付け、ガイドリング１３の上部をケース本体中心１４ａ側に折込めばよい。しかしながら、この折込み部１３ａは電極に横割れを発生させて電極を折損させる原因になるばかりでなく、電極原料の棚吊りの原因にもなる。このため、折込み部１３ａの半径方向長さが制限され、ガイドの機能を充分に発揮することができない。このように従来の電極ケースには性能および作業性に問題があるので、改善が望まれている。
【００１１】
本発明の目的は、自焼成電極の消耗を低減することが可能であり、かつ継ぎ足し作業を効率的に行うことのできる自焼成電極用ケースを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電気炉の自焼成電極を原料の順次的な焼成によって形成し、自焼成電極の消耗に応じて順次的に継ぎ足し可能な自焼成電極用ケースにおいて、
略円筒状の形状およびほぼ鉛直な軸線を有し、上下方向に連なる複数のケース本体と、
各ケース本体の内周面に周方向に間隔をあけて設けられ、半径方向内方に突出して上下方向に延びる複数のリブと、
各ケース本体の上端部の内周面に嵌合され、ケース本体の上端部から上方に部分的に突出して固定される継ぎ目リングとを含み、
各リブの上端部は、継ぎ目リングの上端部から上方に突出しており、各リブの前記突出部のケース本体側側面部には、下方に向かうにつれてケース本体の内周面に近接する傾斜部が形成され、
前記継ぎ目リングの突出部の外周面には、上下方向に継ぎ足される各ケース本体の間隔を設定するスペーサが周方向に間隔をあけて複数個設けられることを特徴とする自焼成電極用ケースである。
【００１３】
本発明に従えば、各リブの上端部は継ぎ目リングの上端部から上方に突出しており、リブの突出部のケース本体側側面部には下方に向かうにつれてケース本体の内周面に近接する傾斜部が形成されているので、上方に継ぎ足されるケース本体の下端部を傾斜部に沿って導き、継ぎ目リングの外周面に迅速かつ容易に嵌合することができる。これによって、ケース本体のはめ込み作業を短時間で行うことが可能となり、はめ込み作業を含む継ぎ足し作業を効率的に行うことができる。またリブの傾斜部は、ケース本体の内周面よりも内方に存在しており、自焼成電極の表面に露出しないので、自焼成電極の表面に露出したリブの酸化消耗による縦筋の発生を傾斜部相当分だけ少なくすることができる。これによって、自焼成電極表面の縦割れの発生を抑制することができるので、スパークによる自焼成電極の欠落を抑制することができ、自焼成電極の消耗を低減することができる。
また、継ぎ目リングの突出部の外周面にスペーサが設けられているので、各ケース本体の上下方向の間隔を正確に設定することができる。これによって、ケース本体の溶接接合を安定して行うことができ、溶接トラブルの発生を防止することができる。したがって、ケース本体の溶接作業を短時間で行うことができ、溶接作業を含む継ぎ足し作業を効率的に行うことができる。
【００１４】
また本発明の上下方向に継ぎ足される各ケース本体に設けられる各リブの周方向位置は、周方向に相互にずれていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、上下方向に連なる各ケース本体に設けられる各リブの周方向位置が周方向に相互にずれているので、自焼成電極の表面に発生する縦割れが一直線上に存在しなくなる。これによって、後述のように一直線上に連なる縦割れによる不具合の発生を回避することができ、自焼成電極の消耗をさらに抑制することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態である自焼成電極用ケースの構成を簡略化して示す正面断面図であり、図２は図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た平面断面図であり、図３は図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図であり、図４は自焼成電極の形成過程を示す部分断面図である。
【００１９】
電気炉の自焼成電極１５（以後、電極と略称する）は、自焼成電極用ケース１６（以後、電極ケースと略称する）に炭素質の電極原料１７を装入し、電極ホルダ１８を通して流れる電流のジュール熱および電気炉内からの伝導熱で電極原料１７をいわゆる自焼成することによって形成される。電極原料１７を焼成固化する焼成帯１９は、図４に示すように電極ホルダ１８に包囲される領域に形成される。電極原料１７は、たとえばコークス、無煙炭、黒鉛などと、ピッチタールなどの結合剤とを混練した塊状または粒状の電極ペーストから成る。電極１５は電気炉の操業中、その先端部より消耗していく。このため、電極１５の消耗に応じて電極ケース１６が順次的に継ぎ足され、押下げ装置２０で下方に移動される。電極ケース１６の継ぎ足しは、新たな電極ケース１６をクレーンなどによって吊上げ、後述のように下方の既存の電極ケース１６にはめ込み、下方の電極ケース１６の上端部と新たな電極ケース１６の下端部とを溶接接合することによって行われる。継ぎ足し後、新たな電極ケース１６には、電極原料１７が補給される。
【００２０】
電極ケース１６は、ケース本体２３と、リブ２４と、継目リング２５とを含む。ケース本体２３は略円筒状の形状を有する鋼製の筒体であり、ほぼ鉛直な軸線２３ａを有する。ケース本体２３は、上下方向に複数本（本実施の形態では１０本）順次的に継ぎ足される。ケース本体２３の寸法は、たとえば外径：７３７ｍｍ、長さ：９１５ｍｍである。
【００２１】
リブ２４は、大略的にＬ字状の断面形状を有する不等辺山形鋼から成り、各ケース本体２３の内周面に周方向に等間隔をあけて、かつ軸線２３ａに平行に複数本（本実施の形態では６本）設けられる。各リブ２４の短辺２４ａは、ケース本体２３の内周面に当接して上下方向に延び、各リブ２４の長辺２４ｂはケース本体２３の半径方向内方に突出して上下方向に延びる。長辺２４ｂの突出長さは、たとえば１６０ｍｍである。各リブ２４の短辺２４ａとケース本体２３とは短辺２４ｂの全長にわたってスポット溶接によって接合される。各リブ２４の長辺２４ｂには、上下方向に等間隔をあけて複数個（本実施の形態では５個）の透孔２６が形成されている。
【００２２】
このように各リブ２４とケース本体２３とが各リブ２４の短辺２４ｂの全長にわたって接合されているので、各リブ２４とケース本体２３との接合強度が高くなり、各リブ２４のケース本体２３からの分離を防止することができる。またリブ２４の長辺２４ｂには透孔が形成されているので、電極原料１７とリブ２４との密着力が高くなり、電極原料１７の落下を防止することができる。したがって、電極原料１７が電極ケース１６から分離して下方に落下する前記中抜けを防止することができる。
【００２３】
各リブ２４の上端部のケース本体側側面部、すなわち長辺２４ｂの短辺側側面部には、下方に向かうにつれてケース本体２３の内周面に近接する傾斜部２７が形成されている。また各リブ２４の下端部のケース本体側側面部、すなわち長辺２４ｂの短辺側側面部には、切欠部２８が形成されている。したがって、各リブ２４の上下端部には、共に短辺２４ａが存在せず、各リブ２４の上下端部はケース本体２３から半径方向内方に離間している。前記傾斜部２７および切欠部２８の上下方向長さは、たとえばそれぞれ１６０ｍｍ、１００ｍｍである。
【００２４】
継ぎ目リング２５は、略円筒状の鋼製連結部材であり、上下方向に連なるケース本体２３を相互に連結する。継ぎ目リング２５は、各ケース本体２３の上端部の内周面に同軸に嵌合され、各ケース本体２３の上端部から上方に部分的に突出して固定される。ケース本体２３と継ぎ目リング２５との固定は、スポット溶接によって行われる。継ぎ目リング２５の突出長さは、たとえば２７ｍｍである。前記各リブ２４の上端部は、継ぎ目リング２５の上端部２５ａから上方に突出しており、この突出部には前記傾斜部２７が形成されている。
【００２５】
前記継ぎ目リング２５の突出部の外周面には、スペーサ３０が周方向に等間隔をあけて複数個（本実施の形態では６個）設けられている。各スペーサ３０は、ケース本体２３の軸線２３ａに垂直なほぼ水平な仮想面内に存在する。スペーサ３０は、たとえばリベットによって実現される。リベット３０の取付けは、図３に示すように継ぎ目リング２５に形成された挿通孔３１にリベット３０を外側から差し込み、継ぎ目リング２５の内周面とリベット３０の先端部とを溶接接合し、溶接部３２を平坦に研磨することによって行われる。前記各挿通孔３１の軸線３１ａは、前記仮想面内に存在し、ケース本体２３の軸線２３ａと直交する。各リベット３０の上下方向位置は、リベット３０の頭部がケース本体２３の上端面２３ｂに当接するように設定される。前記継ぎ目リング２５の突出部の外周面には、図３中に仮想線で示すようにその上方に継ぎ足されるケース本体２３の下端部が嵌合される。前記リベット３０は、上下方向に連なるケース本体２３の間隔Ｌ１を正確に設定する。前記間隔Ｌ１は、たとえば５〜１０ｍｍである。各リベット３０の周方向位置は、図２に示すように各リブ２４の周方向中間位置にそれぞれ設けられる。
【００２６】
図５は上下方向に連なる電極ケース１６の連結部の構成を簡略化して示す断面図であり、図６は上下方向に連なる電極ケース１６の各リブ２４の周方向位置を示す平面図である。図５および図６を参照して上下方向に連なる電極ケース１６の継ぎ足し作業方法について説明する。
【００２７】
新たな電極ケース１６を下方の既存の電極ケース１６に上方から継ぎ足す場合、第１ステップでは、新たな電極ケース１６のはめ込み作業が行われる。この作業は、新たな電極ケース１６のケース本体２３の下端部を下方の電極ケース１６の継ぎ目リング２５に嵌合することによって行われる。前述のように、下方の電極ケース１６のリブ２４には傾斜部２７が形成されているので、作業者は新たなケース本体２３の下端部を正確な位置合わせをしなくてもリブ２４の傾斜部２７に容易に当接させることができる。これによって、新たなケース本体２３の下端部は傾斜部２７に沿ってケース本体２３の半径方向外方に導かれ、継ぎ目リング２５の突出部の外周面に迅速かつ容易に嵌合される。したがって、新たな電極ケース１６のはめ込み作業を短時間で行うことが可能となり、はめ込み作業を効率的に行うことができる。
【００２８】
第２ステップでは、新たな電極ケース１６の各リブ２４の周方向位置が設定される。このリブ２４の周方向位置は、図６に仮想線で示すように下方に位置する電極ケース１６の各リブ２４の周方向中間位置になるように設定される。前述のように、電極ケース１６の各リブ２４の周方向中間位置にはリベット３０が設けられているので、新たな電極ケース１６の各リブ２４の周方向位置の設定は、リベット３０を、目印にして容易に行うことができる。このように、上下方向に継ぎ足される各電極ケース１６の各リブ２４の周方向位置が周方向に相互にずれているので、後述のように電極１５の消耗を抑制することができる。
【００２９】
第３ステップでは、上方の新たな電極ケース１６と、下方の既存の電極ケース１６との溶接接合が行われる。この溶接接合は、上方のケース本体２３と下方のケース本体２３との上下方向の間隔Ｌ１によって形成される環状空隙を図５に示すように肉盛溶接することによって行われる。前述のように、前記間隔Ｌ１はリベット３０によって正確に設定されているので、溶接作業を安定して行うことができる。これによって、溶接トラブルを防止することができ、結果的に溶接作業を効率的に行うことができる。したがって、溶接作業時間を短縮することができる。溶接作業終了に伴い電極ケース１６の継ぎ足し作業が終了する。このように、本実施の形態では電極ケース１６のはめ込み作業時間および溶接作業時間を短縮することができるので、電極ケース１６のはめ込み作業および溶接作業を含む継ぎ足し作業を効率的に行うことができる。
【００３０】
図７は、自焼成電極１５の表面外観を示す正面図である。電極１５は、前述のように焼成帯１９で焼成され、電極先端部の消耗に応じて順次的に下方に移動される。このため、電極ホルダ１８と電極先端部との距離Ｌ２は、たとえば約１．５ｍに保たれる。電極ケース１６のケース本体２３は電極焼成後、酸化による消耗が激しくなり、電極ホルダ１８の下方で消滅する。電極ホルダ１８とケース本体２３の残存部の下端との距離Ｌ３は、たとえば約５００ｍｍである。ケース本体２３の消滅後、電極１５の表面にはリブ２４が露出する。さらに、リブ２４の酸化消耗が進行すると、電極１５の表面にはリブ２４の存在位置に縦筋が発生する。縦筋は、電気炉のアーク熱およびガス熱などの熱負荷によって拡大し、縦割れ３４と呼ばれる亀裂に進展する。縦割れ３４は、前述のように電極先端部では菊割れの形状となり、その部分では電流密度の増大によってスパークが発生する。これによって、縦割れ３４の発生した電極先端部では電極１５の欠落が生じやすくなり、電極１５の消耗が大きくなる。
【００３１】
本実施の形態では、前述のように各リブ２４の上端部に傾斜部２７が形成されており、各リブ２４の下端部に切欠部２８が形成されているので、各リブ２４の上下端部はケース本体２３から離間しており、ケース本体２３が酸化消耗によって消滅しても、各リブ２４の上下端部は電極１５の表面に露出しない。これによって、図７に示すように電極１５の表面において上下方向に縦割れ３４の存在しない領域Ａを形成することができる。したがって、領域Ａが電極先端部に到達したときには、電極先端部における電極１５の欠落を防止することができ、領域Ａ相当分だけ電極１５の消耗を低減することができる。また前述のように、上下方向に連なる電極ケース１６の各リブ２４の周方向位置は周方向に相互にずれているので、図７に示すように電極１５の表面の縦割れ３４が上下方向に一直線上に存在しない。これによって、縦割れ３４が一直線上に連なる不具合、すなわち領域Ａで分断されている縦割れ３４が進展して連続化する不具合の発生を回避することができる。したがって、前述のように領域Ａ相当分だけ電極１５の消耗をさらに確実に低減することができる。
【００３２】
前述のように、本実施の形態では上下方向に連なる電極ケース１６の各リブ２４の周方向位置が周方向に相互にずれているけれども、各リブ２４の上下端部に形成されている傾斜部２７および切欠部２８の上下方向長さを充分長くすることができる場合には、前記周方向位置を周方向に相互にずらさなくてもよい。また継ぎ目リング２５の突出部の外周面には、スペーサであるリベット３０が周方向に間隔をあけて複数個設けられているけれども、スペーサ３０に代わってケース本体２３の上端面または下端面に突部を形成して上下方向に連なるケース本体２３の間隔を設定するように構成してもよい。
【００３３】
（実施例）
新たな電極ケースを既存の電極ケースに継ぎ足す場合のはめ込み作業時間と電極の消耗速度とを、本発明の構成要件をすべて満たす電極ケースを用いた発明例と、本発明の構成要件から外れた電極ケースを用いた比較例とについてそれぞれ求め、対比した。発明例で用いた電極ケースは図１〜図３に示すものであり、比較例１で用いた電極ケースは図１０に示すものであり、比較例２で用いた電極ケースは図１１に示すものである。発明例および比較例の電極ケースのはめ込み作業時間と電極の消耗速度とを表１に示す。表１では、発明例のはめ込み作業時間および電極の消耗速度を１００とする指数として表している。表１から、発明例の電極ケースのはめ込み作業時間は比較例１および２に比べて大幅に短縮されることが判る。また発明例の電極の消耗速度は比較例１および２に比べて低速度であることが判る。したがって本発明によれば、電極ケースのはめ込み作業を含む電極ケースの継ぎ足し作業を、効率的に行うことができるとともに、電極の消耗速度を低減することができる。
【００３４】
【表１】
0004252148.tif 000002
【００３５】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の本発明によれば、各リブの上端部には、傾斜部が形成されているので、上方に継ぎ足されるケース本体の下端部を傾斜部に沿って導き、継ぎ目リングの外周面に迅速かつ容易に嵌合することができる。これによって、ケース本体のはめ込み作業を短時間で行うことが可能となり、はめ込み作業を含む継ぎ足し作業を効率的に行うことができる。またリブの傾斜部は、自焼成電極の表面に露出しないので、縦筋の発生を傾斜部相当分だけ少なくすることができる。これによって、自焼成電極表面の縦割れの発生を抑制することができるので、スパークによる自焼成電極の欠落を抑制することができ、自焼成電極の消耗を低減することができる。
また、継ぎ目リングの突出部の外周面にスペーサが設けられているので、各ケース本体の上下方向の間隔を正確に設定することができる。したがって、ケース本体の溶接作業を短時間で行うことができ、溶接作業を含む継ぎ足し作業を効率的に行うことができる。
【００３６】
請求項２記載の本発明によれば、上下方向に連なる各ケース本体に設けられる各リブの周方向位置が周方向に相互にずれているので、自焼成電極の消耗をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である自焼成電極用ケースの構成を簡略化して示す正面断面図である。
【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た平面断面図である。
【図３】図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【図４】自焼成電極の形成過程を示す部分断面図である。
【図５】上下方向に連なる電極ケース１６の連結部の構成を簡略化して示す断面図である。
【図６】上下方向に連なる電極ケース１６の各リブ２４の周方向位置を示す平面図である。
【図７】自焼成電極１５の表面外観を示す正面図である。
【図８】従来の突部を有するリブを備える電極ケースの構成を簡略化して示す断面図である。
【図９】従来の鋸歯状リブを有する電極ケースの構成を簡略化して示す正面図である。
【図１０】従来のガイドを備える電極ケースの構成を簡略化して示す断面図である。
【図１１】従来のガイドを備える他の電極ケースの構成を簡略化して示す正面図である。
【符号の説明】
１５  自焼成電極
１６  電極ケース
２３  ケース本体
２４  リブ
２５  継ぎ目リング
２６  透孔
２７  傾斜部
２８  切欠部
３０  スペーサ
【図１】
0004252148.tif 000003
【図２】
0004252148.tif 000004
【図３】
0004252148.tif 000005
【図４】
0004252148.tif 000006
【図５】
0004252148.tif 000007
【図６】
0004252148.tif 000008
【図７】
0004252148.tif 000009
【図８】
0004252148.tif 000010
【図９】
0004252148.tif 000011
【図１０】
0004252148.tif 000012
【図１１】
0004252148.tif 000013