JPH0473591A - 電気炉用炉底電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は鋼鉄の溶融精錬に用いる電気炉、特に直流電気
炉の炉底電極に関するものである。

「従来の技術」 製鋼に使用される直流電気炉には、炉底部に陽極である
炉底電極が、炉上部に陰極である本の黒鉛電極が設けら
れている。操業に際しては、電気炉内にスクラップおよ
び副原料を装入し、炉底電極と上部黒鉛電極との間に直
流アークを生じさせることにより電気エネルギーを熱エ
ネルギーに変えてスクラップに与え、これを溶融する。

直流アーク炉は、三相（交流）アーク炉と比較して、以
下■〜■に記すような長所を有しているので、今後その
操業基数が増加すると期待されている。

■陰極が一本のため、消耗する黒鉛金属の表面積が少な
（、また、陰極特性によって電極先端部への負担が小さ
いので黒鉛電極の消耗が少なく、黒鉛製陰極の原単位が
約５０％小さくできる。

■溶融時の騒音が通常の同じ容量の交流炉の１１０ｄｂ
に対し、９０ｄｂ以下と小さい。

■陰極が一本であり、アークが下方へ凡そ垂直に飛ぶた
め、温度分布が比較的均一となることにより、周辺の炉
材の消耗を促進するホットスポットが生じない。

■交流では避けられない誘導ロスがなく、エネルギー効
率がよいため、溶融時間および精錬時間が短くなり、電
力原単位が小さ（なる。

一般に、直流電気炉では、溶融金属に接する陽極（炉底
電極）および陰極周囲の炉材は操業の経過に伴って損耗
する。この損耗は、溶融金属による侵食が主因であるが
、特に炉底電極として用いられている金属製のコンタク
トピンにおいて著しい。通常、コンタクトピンの長さが
使用限界に達すると、炉底電極の交換が必要になる。

従来の炉底電極は、低炭素鋼（軟鋼）などの金属の導電
性材料からなる上下方向に長く比較的細いコンタクトピ
ン（例えば約４０ｍｍφ）を有し、これらのコンタクト
ピンな保護するため鉄皮ケース内にコンタクトピンな取
り囲むようにマグネシア質のスタンプ材（不定形耐火物
の一種）が充填されている。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、従来の炉底電極においては、出鋼時に炉
内に残留している溶鋼が少量になると、溶鋼湯面上に浮
遊するスラグがマグネシア質スタンプ材と接触して低融
点の化合物を生成し、スタンプ材の損耗が著しく進行す
る。すなわち、この場合、マグネシア質スタンプ材の損
耗速度は毎時０．５〜１．０　ｍｍと速（、特に炉底電
極の中央部が周辺部に先行して損耗し、約７００ヒート
（１ヒートは約１時間の操業に相当する）、すなわち約
−ケ月の使用で電極を交換しなければならない。即ち、
炉底電極の寿命が直流電気炉の補修時期を規定しており
、炉の補修回数が多いのが現状である。

更に、炉底電極の交換には、次のような問題点を抱えて
いる 炉底電極を交換する際には、炉内温度が低下して作業可
能な状態となるのを待って、作業者が炉内に入り、相当
な高熱の環境下において、消耗した炉底電極の撤去と、
新たな炉底電極の取付けおよび不定形耐火物の施工作業
を行なう。この交換作業には、炉の冷却に必要な時間の
ほかに、約８時間の作業時間が必要であり、この０炉の
生産性が低下する。また、この冷却時の熱応力により、
修理箇所周辺の炉材の損耗が促進され、炉材の現単位が
さらに増える。

ところで、通常、炉底電極を除く他の炉床部の炉材寿命
は約１年であり、炉底電極の寿命を他の部分の寿命のレ
ベルまで延長することが望まれている。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、損耗速度が小さ（、長寿命の電気
炉用炉底電極を提供することにある。

「発明の構成」 上記目的を達成するため、本発明の電気炉用炉底電極は
、露出上端部を被加熱物に接触させて通電加熱する上下
方向に長いコンタクトピンと、前記コンタクトピンの前
記露出上端部に続く下の部分を取り囲むよう配設された
耐火物と、前記コンタクトピンの下端に設けられた電源
との接続部とからなる電気炉用炉底電極であって、前記
コンタクトピンが、硼化ジルコニウム質セラミックスか
らなる縦方向に複数個に分割されたコンタクトピン（以
下分割ビンと略称する）を組み付けたものであることを
特徴とする。

本発明の電気炉用炉底電極の好ましい態様においては、
前記コンタクトピンの縦方向の分割数が３〜７個とされ
ている。

本発明の電気炉用炉底電極の他の好ましい態様において
は、前記分割ビンが、その周囲を囲む金属製のバンドま
たはスリーブで結束されている。

本発明の電気炉用炉底電極の他の好ましい態様において
は、前記コンタクトピンの少なくとも上端部が金属製の
キャップでＩわれでいる。

本発明の電気炉用炉底電極の他の好ましい態様において
は、前記分割ビンの合せ目に金属板が挿入されている。

本発明の電気炉用炉底電極の他の好ましい態様において
は、前記コンタクトピンは、前記分割されたコンタクト
ピンを組み付けた状態で、中心部を上下方向に貫く穴を
有する柱状体をなし、かつ穴の中に硼化ジルコニウム質
の不定形耐火物が充填されている。

本発明の電気炉用炉底電極の他の好ましい態様において
は、前記分割ビンの稜部に面取りまたはＲ付けが施さハ
ている。

本発明の電気炉用炉底電極の他の好ましい態様において
は、前記コンタクトピンの下の部分を取り囲む耐火物の
少なくとも一部分が定形耐火物である。

本発明の電気炉用炉底電極の他の好ましい態様において
は、前記コンタクトピンの下の部分を取り囲む耐火物の
少なくとも一部分が硼化ジルコニウム質の耐火物である
。

本発明の電気炉用炉底電極の他の好ましい態様において
は、前記定形耐火物がマグネシア黒鉛質の耐火物である
。

本発明の電気炉用炉底電極の他の好ましい態様において
は、前記コンタクトピンの下端が、熱膨張係数が大きい
金属部材と熱膨張係数が小さい金属部材とを組み合わせ
た接続部材で保持され電源と接続されている。

「イ乍用」 本発明では、電気炉用炉底電極におけるコンタクトピン
の材質として、硼化ジルコニウム質セラミックスを用い
る。硼化ジルコニウム質セラミックスは、融点が３００
０℃以上と高く、スラグや溶融金属、特に溶鋼に対して
優れた耐侵食性を示す材料であり、かつ現用の軟鋼と同
等なレベル、すなわち電極に要求されるレベルの導電性
を有する焼結体を造ることができる。したかって、コン
タクトピンを硼化ジルコニウム質セラミックスとするこ
とにより、特に製鋼用に用いるとき損耗速度が小さく、
長期間の使用に耐え、寿命の長いコンタクトピンを得る
ことができる。

ところで、現用の軟鋼束等のコンタクトピンでは、溶鋼
に対する耐食性が劣る故に太いコンタクトピンを用いる
ことができなかった。硼化ジルコ：、ラム質のコンタク
トピンではこの制約はなくなるが、セラミックスを利用
するため種々の工夫が必要になる。コンタトビンは、そ
の断面積を大きくするほど、いいかえると径を太くする
ほど、ビンの導電断面が大きくなるので、１本当りの電
流負荷を太き（して、出力を高めることができる。

しかしながら、コンタクトピンを硼化ジルコニウム質セ
ラミックスで作る場合、その径を太くすると、セラミッ
クスの焼結が表面と内部とで均一になされず、組織が不
均一となって緻密な焼結体を得ることができなたいめ、
導電性と機械的強度が小さ（なり、コンタクトピンとし
ても満足できる性能を得ることができない。また例え太
く緻密なコンタク１〜ビンが造れたとしても昇降温時の
温度分布による熱応力に対して弱いものどなる。

本発明の炉底電極では、コンタクトピンが、硼化ジルコ
ニウム質セラミックスからなる縦方向に複数個に分割さ
れたコンタクトピンな組み付けたものからなるので、全
体として径が太いコンタクトピンであっても個々の分割
ビンは肉厚を薄くできる。このため、硼化ジルコニウム
質コンタクトピンを焼成する際に均一で緻密な組織のも
のとすることかできる。こうし、で、均一で緻密な組織
を有する硼化ジルコニウム質セラミックスの分割ビンを
、複数本組み付けて１本のより太いコンタクトピンとす
るので、径の太い大型のコンタクトピンであっても、硼
化ジルコニウム質セラミックスの導電性を良好に維持し
、対熱衝撃性にも優れたコンタクトピンを得ることが可
能となる。そし７て、コンタク）・ビンの径を太くする
ことにより、１本のコンタクトピンンの電流負荷を太き
（して大容量の出力を得ることかできる。

本発明の炉底電極の好ましい態様においては、コンタク
］・ビンの縦方向の分割数を３〜７個とすることにより
、充分な太さのコンタクトピンが形成でき、かつ作り易
い。

また、分割ビンを組み付けたとき、それらの周囲を囲む
金属製のバンドまたはスリーブで結束されていることに
より、分割ビンが一体化され電極の取付すなどの際の取
扱いが容易となり、分割ビンの間の導電性が良好になる
。

また、コンタクトピンの少なくとも上端部を金属製のキ
ャップで覆うことにより、特にコンタクトピンを交換し
た後の昇温時に、コンタクトピンの表面が直接大気にさ
らされた状態で加熱されて酸化され、酸化ジルコニウム
となることを防止でき、溶鋼と接触する表面の導電性が
低下することを防止できる。さらに、炉内にスクラップ
を投入する際の機械的衝撃に対する強度も高めることが
できる。

また、分割ビンを組み付けるとき、それらの合せ目に金
属板を挿入することにより、分割ビンの間の導電性を更
に良好にすることができ、分割ビンそれぞれの電流負荷
を均一化でき、より大きい電流を流すことが可能となる
。

また、コンタクトピンが、分割ビンを組みイテ１けた状
態で、中心部を上下方向に貫く穴を有する柱状体をなす
ようにすることによって、個々の分割ビンの肉厚をより
均等にして硼化ジルコニウム質セラミックスの焼結を均
等に行なわせることが可能となり、穴の中にホウ化ジル
コニム質不定形耐火物を充填することにより耐久性が付
与され、充填された耐火物との間の熱膨張差による熱応
力がコンタクトピンンに生じない点で好ましい。

また、分割ビンの綾部に面取りまたはＲ付けを施すこと
により取扱いに際しての角欠けを避番プることかでき、
かつ昇温時に稜部が急加熱されて温度分布に伴う熱応力
が発生し、角部が欠けるなどの損傷が防止される。

本発明の電気炉用炉底電極ではコンタクトピンのそれぞ
れをより太いものとするので、コンタクトピンとコンタ
クトピンの間の空間が広くなって定形耐火物を施工する
ことが可能となり、定形耐火物は不定形耐火物と比べて
高密度に造れるため耐久性があり、定形耐火物でコンタ
クトピンの間の空間の少なくとも一部分なライニングす
ることにより炉底電極の寿命をさらに伸ばすことができ
る。

また、コンタクトピンの下の部分を取り囲む耐火物の少
なくとも一部分を硼化ジルコニウム質の耐火物あるいは
マグネシア黒鉛質の定形耐火物とすることにより、損耗
速度が小さ（、長期間の使用に耐え、寿命をさらに延長
できる炉底電極が得られる。

さらに、コンタクトピンの下端が熱膨張係数が大きい金
属部材と熱膨張係数が小さい金属部材とを組み合わせた
接続部材で保持され、電源と接続されていることにより
、熱膨張率が通常の金属材料の約騒である硼化ジルコニ
ウム質セラミックスと金属製接続部祠との間の熱膨張差
による締め付は部の緩みを打ち消し、接続部が高温にな
ってもコンタクトピンの電源との接続部が緩むことを防
止できる。

「実施例」 第１図には、本発明による電気炉用炉底電極の一実施例
である断面の概要が示されている。

直流電気炉の炉底中央部には炉底電極１１が嵌め込まれ
ている。炉底電極１１はユニット化され、炉の内張り耐
火物２１の適所に設けられたブロックレンガ２０に取り
囲まれている。炉底電極１１のケース１９とブロックレ
ンガ２０との間にはマグネシア質の不定形耐火物２２が
充填されている。なお、ブロックレンガ２０にはマグネ
シア黒鉛質定形耐火物が用いられている。炉底電極Ｊ１
に接続する水冷ケーブル１７は、図示されていない直流
電源の陽極側に接続されている。

方、直流電源の陰極側は図示されていない黒鉛電極に接
続されている。黒鉛電極は、直流電気炉の蓋を貫通し、
その先端が炉内の被加熱物に対面している。なお、電源
は通常１２万アンペア以上の容量のものが使用される。

　炉底電極１１に接続するケーブル１７は電極端子１６
に接続され、更に、前記端子１６は冷却空気導入管１５
を介して集電板１４に接続されている。集電板１４の直
上には基板１３が設けられている。基板１３及び集電板
１４ば、はぼ水平かつ平行に取付けられている。基板１
３は、ブラケット２３を介して炉本体の鉄皮に支持され
ている。基板１３は、絶縁部材であるブラケット２３に
より、炉本体と絶縁されている。そして、分割されて組
付けられた硼化ジルコニウム質セラミックスからなる複
数本（例えば４０本）のコンタクトピン１２が基板工３
を貫通して、そわらの下端部が集電板１４に接続支持さ
れ、互いに平行に立設されている。基板１３の上面には
、鋼製ケース１９が耐火物１８に埋め込まれた一群のコ
ンタクトピン１２を取り囲むように設けられている。

また、ケース１９内には耐火物１８が施工されており、
コンタクトピン１２は、その上端部を除いて下方の大部
分が耐火物１８により埋め込まれている。この例では、
耐火物１８は、下層がマグネシア質のスタンプ材からな
り、上層が硼化ジルコニウム質の不定形耐火物からなる
二層構造としている。耐火物１８の厚さは、上下の層を
合わせて例えば７０〜１００ｃｍとされ、コンタクトピ
ン１２の上端部は、この耐火物１８の上面より若干の長
さ突出するようにされている。硼化ジルコニウム質の不
定形耐火物としては、例えば第１表に示すようなものが
好ましく採用される。

第１表 使用する硼化ジルコニウム質耐火物のＺｒＢ２含有量は
、耐侵食性を確保するため９０ｗｔ％以上とするのが好
ましい。この硼化ジルコニウム質不定形耐火物は、使用
時約１５００℃以上で焼結が進み、導電性を有するよう
になるので、炉底電極の一部分として機能するようにな
る。

次に、上記炉底電極１１におけるコンタクトピン１２に
ついて説明する。第２〜１７図には、本発明の例として
各種の分割して組付けられたコンタクトピンの形態が示
されている。

第２図のコンタクトピン１２は、断面が扇形の３つの分
割ビン３０を組み付けて、全体として円柱状とし、外周
に金属製スリーブ３１を被せて結束させたものである。

この場合、スリーブ３１はコンタクトピン１２の頂面ま
で覆う形状とされており、分割ビン３０を結束するとと
もに、コンタクトピン１２のスクラップ投入時の衝撃に
よる損傷を防止する。第３図のコンタクトピン１２は、
断面が扇形の４つの分割ビン３０を組み付けて、全体と
して円柱状とし、外周に金属製スリーブ３〕を被せて結
束させたものである。第４図のコンタクトピン１２は、
断面正方形の４つの分割ビン３０を組み付けて、全体と
して正四角柱とし、外周に金属製スリーブ３１を被せて
結束させたものである。第５図のコンタクトピン１２は
、断面正三角形の６つの分割ビン３０を組み付けて、全
体として正六角柱とし、外周に金属製スリーブ３１を被
せて結束させたものである。第６図のコンタクトピン１
２は、断面六角形の３つの分割ビン３０を組み付けて、
全体として多角柱状とし、外周に金属製スリーブ３１を
被せて結束させたものである。このように、分割ビン３
０を任意の本数組み付けることによって、各種形状のコ
ンタクトピン１２とすることができる。

第７図のコンタクトピン１２は、断面扇形の４つの分割
ビン３０を組み付け、全体として円柱状をなし、かつ中
心部に上下に貫通した円形の穴３２が形成された形状と
し、外周に金属製スリーブ３１を被せて結束させたもの
である。この円形の穴の中には不定形耐火物を充填した
状態で使用され、溶湯の穴からの漏れが防止されている
。第８図のコンタクトピン１２は、第７図のものにおい
て、中心部の穴３２を正方形の断面形状にした点が異な
っている。第９図のコンタクトピン１２は、断面扇形の
６つの分割ビン３０を組み付け、全体として円柱状をな
し、かつ、中心部に上下に貫通する正六角形の穴３２が
形成された形状とし、外周に金属製スリーブ３１を被せ
て結束させたものである。第１０図のコンタクトピン１
２は、断面が正方形の一角部を切り欠いた形状をなす４
つの分割ビン３０を組み付け、全体として正四角柱とし
、かつ中心部を上下に貫通する正方形の穴３２が形成さ
れており、外周に金属製スリーブ３１を被せて結束させ
たものである。第１１図に示すコンタクトピン１２は、
断面が菱形の一角部を切り欠いた形状をなす３つの分割
ビン３０を組み付け、全体として正六角柱をなし、かつ
中心部に上下に貫通する三角形の穴３２が形成されてお
り、外周に金属製スリーブ３１を被せて結束させたもの
である。

第１２図に示すコンタクトピン１２ば、第３図に示した
コンタクトピン１２において、各分割ビン３０の合せ面
に金属板３３を挿入したものである。

第１３図に示すコンタクトピン１２は、第４図に示した
コンタクトピン１２において、各分割ビン３０の接触面
に金属板３３を挿入したものである。第１４図に示すコ
ンタクトピン１２は、第７図に示したコンタクトピン１
２において、各分割ビン３ｏの合せ面に金属板３３を挿
入したものである。第１４図に示すコンタクトピン１２
は、第１０図に示したコンタクトピン】２において各分
割ビン３０の合せ面に金属板３３を挿入したものである
。これらのコンタクトピン１２において、金属板３３は
硼化ジルコニウム質の分割ビンと比べて軟らかい為、各
分割ビン３０の間の接触による導電性を高め、コンタク
トピン１２全体としての電流密度を均一化して通電容量
を増すのに寄与する。

第１６図に示すコンタクトピン】２は、第７図に示した
コンタクトピン１２において、各分割ピン３０の稜線部
に面取り３３を施したものである。第１７図に示すコン
タクトピン１２ば、第８図に示したコンタクトピン１２
において、各分割ビン３０の稜線部にＲ付け３４を施し
たものである。

般に、セラミックス部材においては、昇温と冷却時に角
部や稜線部に温度勾配による熱応力が発生しやすいので
、その部分が割れたり欠けたりすることが多い。このた
め、各分割ビン３０の稜線部に面取り３３やＲ付け３４
を施すことによって、昇降温時における熱応力の発生を
緩和し、更に取り扱いに際しての割れや欠けを防止する
ことができる。なお、コンタクトピン１２の中心部に形
成された穴３２や、面取り３３やＲ付け３４によって形
成される隙間には、硼化ジルコニウム質の不定形耐火物
等を充填し、コンタクトピン１２の全体としての導電性
や耐久性を向上させることが好ましい。

なお、上記の例では、分割ビン３Ｄが金属製スリーブ３
１で覆われて結束されているが、スリーブ３１の代りに
金属製バンドなどを用いて分割ビンを結束してもよい。

また、スリーブ３１は、コンタクトピン３０の軸方向全
体を覆うことなく、上端部、中間部あるいは下端部など
、部分的に装着されていてもよい。

コンタクトピン１２の材質としては、例えば第２表に示
すような硼化ジルコニウム質の焼結体が使用できる。

第２表 この硼化ジルコニウム質の焼結体は、第３表に示すよう
な物性を有している。

（以下、余白） 第３表 本発明では、前述したように、コンタクトピンＩ２が、
縦方向に分割された複数の分割ビン３０を組み付けて構
成されているので、コンタクトピン１本の導電断面積を
太き（取ることができ、かつコンタクトピン１２全体と
して径が太（でも各分割ビン３０の夫々は比較的細いも
のとなる。このため、硼化ジルコニウム質のセラミック
スを焼結して分割ビン３０を形成する際、均一かつ緻密
な組織の焼結体とすることができる。

したがって、導電性、機械的強度などが優れた焼結体が
得られ、このような焼結体からなる分割ビン３０を複数
本組み付けて、導電性や耐久性などの性能の優れたコン
タクトピン１２を得ることができる。

また、太いコンタクトピンを使うことによる利点は細い
コンタクトピンを数多く使わなくてもよいので、コンタ
クトピンの間の空間が広くとれ、コンタクトピンの間を
埋める耐火物として不定形耐火物に代えて耐久性のある
定形耐火物を施工できるようになることにもある。

第１８図には金属製のキャップ４６とバンド４８で結束
されたコンタクトピン１２の電源との接続構造の一例、
の断面が示されている。

第１図に示したように、コンタクトピン１２は、耐火物
１８および基板１３を貫通するように配置されている。

第１８図では、コンタクトピン１２の下方部分が、金属
の接続ホルダ４１を介して基板１３に保持されている。

この接続ホルダ４１は、基板１３に固定された筒状体４
２と、この筒状体４２内に配置された分割リング４３と
、筒状体４２内において分割リング４３に当接する中間
リング４４と、この中間リング４４を介して分割リング
４３をコンタクトピン１２に圧接させる押えネジ４５と
から構成されている。コンタクトピン１２は、これらの
部材を貫通して上下方向に伸びている。

筒状体４２内には、下方に向けて広がったテーパ壁４２
ａが形成されており、このテーパ壁４２ａに分割リング
４３の上方外周が当接している。分割リング４３は、円
周方向に３分割又は４分割等に分割されている。また、
中間リング４４は、分割リング４３の下方外周に当接し
ている。押えネジ４５は、筒状体４２の下部開口にネジ
込まれることによって、中間リング４４を介して分割リ
ング４３を上方に押圧する。その結果、分割リング４３
は、テーパ壁４２ａに沿って内方に押し付けられ、コン
タクトピン１２の外周を保持し電気的に接続する構造と
なっている。

上記において、筒状体４２の熱膨張率は、相対的にコン
タクトピンの熱膨張率より小さいが、分割リング４３は
、相対的に熱膨張率の大きい金属で形成されているので
、常温において上記のような構造でコンタクトピン１２
を締め付は固定し、炉底電極を設置して電気炉を稼動さ
せると、上部からの伝熱によって上記ホルダ４１も高温
となる。このとき、硼化ジルコニウム質のセラミックス
からなるコンタクトピン１２と、金属製の接続ホルダ４
１とでは、熱膨張率に差があるので、接続ホルダ４１に
よる締め付は力が緩んで電気的な接続が断たれるおそれ
がある。しかし、分割リング４３が熱膨張率の大きい金
属からなるので、温度が上昇すると、筒状体４２内にお
いて分割リング４３が相対的に膨張し、高温下において
もビン１２の保持力の緩みが打ち消される。

なお、コンタクトピン１２の保持構造は、上記構造に限
らず、各種の構造が採用可能である。

例えば、硼化ジルコニウム質の焼結体からなるコンタク
トピン１２の下端にネジ加工し、これに熱膨張率が硼化
ジルコニムの熱膨張率に近い金属のコンタクトピンにネ
ジ加工したものを接続し、この金属のコンタクトピンを
基板１３に固定することもできる。

また、第１８図において、不定形耐火物１８の上面より
突出するコンタクトピン１２の上端部には、金属製のキ
ャップ４６が取付けられ、コンタクトピンの中間部に金
属製のバンドが取り付けられている。硼化ジルコニウム
質の焼結体は表面が酸化されると酸化ジルコニウムとな
り、導電性を失う。コンタクトピン１２を交換した後の
操業開始時には、コンタクトピン１２が直接大気にさら
された状態で加熱される。このため、コンタクトピン１
２の上端部に金属製のキャップ４６を取付け、操業開始
時の酸化を防止している。

また、炉内にスクラップを投入する場合、鋼材のスクラ
ップをマグネットで吸着して炉底電極付近に落下させる
ので、投入時に激しい機械的な衝撃があり、コンタクト
ピン１２を損壊させることがある。金属製のキャップ４
６は、このような機械的衝撃に対する緩衝材として機能
し、コンタクトピンの破損防止に役立つ。

なお、第２〜１７図に示したコンタクトピン１２には、
いずれも外周に金属製スリーブ３１が被せられているが
、この金属製スリーブ３１がコンタクトピン１２の頂面
まで覆う形状をなす場合には、上記の金属製のキャップ
４６の機能を兼ねることができる。

試験例 第１９図に断面の概要を示すような炉の内径が約３００
ｍｍφの模擬試験炉を製作し、本発明による分割して組
付けられたコンタクトピンを用いる炉底電極の実用性と
耐久性を調べた。

図中、５１は誘導コイル、５２は金属ケース、５３は不
定形耐火物、５４は試験用のコンタクトピン、５５は上
部電極、５６は銅製の端子、５７は溶鋼、５８はケーブ
ル、５９はプレス成形したマグネシア黒鉛質耐火物、４
２は筒状体、４３は分割リング、４１は接続ホルダ、６
２は絶縁材、６３は軟鋼製のキャップである。

コンタクトピン５４は、例えば次のようにして作製する
。すなわち、ＺｒＢ２の４〜１４メツシユの粗粒と、１
４メツシユ以下の中粒と、１５０メツシユ以下の微粒と
、天然黒鉛とを、ＺｒＢ　２の純度が９５％以上で、３
２〜２００メツシユの粒が１０重量％天然黒鉛が４重量
％となるように配合し、これにフェノール樹脂（レゾー
ルタイプ）を加えて混練して造粒後、アイソスタチック
プレスにて所定の形状に成形し、２０００℃以上の温度
で常圧焼成する。試験に供するコンタクトピン５４とし
ては、丸棒を縦方向に４分割した形状の分割ビンを上記
の方法で成形し、焼成後合わせ面を加工し、この分割ビ
ンを４本結束して１５０φ×４００　ｍｍで５０ｍｍφ
の貫通穴を有する円柱状のコンタクトピンを準備した。

比較用のコンタクトピン５４および上部電極５５として
は、上記と同様の方法で一体成形し焼成された、１００
φＸ　　４００ｍｍの丸棒を用いた。

この２種類のコンタクトピン５４および上部電極５５は
、その先端部を０．５ｍｍ厚さの軟鋼製のキャップ６３
で覆った。また、各コンタクトピンの下端部に絶縁体で
あるブラケット６２を設けたこと以外は第１８図と同様
の電源との接続部分を形成した。

コンタクトピン５４は、ケース５２の底部を貫通するよ
うに配置され、耐火物５３に埋め込んで固定された。コ
ンタクトピン５４の中心部の穴には硼化ジルコニウム質
の不定形耐火物を充填した。

こうして模擬試験炉を構成した後、夫々のコンタクトピ
ン５４について試験を行なった。まず、５Ｓ４１鋼の塊
を１０ｍｍ程度の大きさにしたものを炉内に投入し、誘
導コイル５１に通電して高周波誘導により加熱し、更に
鋼塊投入しながら熔融した。この間、炉底はブロワ−で
強制空冷した。熔融中上方の上部電極５５を溶鋼と接触
させて極間抵抗を測定した所、００３Ω以下であった。

このあと誘導電力を中断し、上部電極５５とコンタクト
ピン５４に電源を接続したところ、約２５Ｖで１５００
Ａの電流を流すことができた。これによりいずれのコン
タクトピン５４を用いた場合も、電極間に通電を安定し
行なうことができることを確認した。

この後、炉の図示されていない側面下部に設けた出口鋼
から溶鋼を出鋼し、この出鋼口を閉じて再度鋼塊を投入
しつつ、再度高周波誘電により熔融を行った。溶鋼がで
きてから上部電極５５とコンタクトピン５４の間の極間
抵抗を測定したところいずれのコンタクトピンの場合に
も００３Ω以下であり、再度熔融を行った際にも、接続
部の緩みや酸化による極間抵抗の増加は認められなかっ
た。

しかし、上部電極のケーブルとの接続部については接続
不良が時々認められたので、接続端子の増し締めを行な
って良好な接触状態を確認してから極間抵抗の測定およ
び通電試験を行なった。

この後、上部電極を取りはずして更に誘導加熱で約１６
００℃の溶融状態を２時間保持し、この後炉を傾けて溶
鋼を全て流し出し、冷却後コンタクトピン５４と耐火物
の侵食の状況を調べた。

その結果、実施例および比較例の硼化ジルコニウム質の
コンタクトピン５４にはいずれにも亀裂は認められず、
損耗や稼動面の酸化もほとんど認められなかった。また
、コンタクトピンの電源との接続部は緩みを起こすこと
なく電気的間通が維持されていた。耐火物については不
定形耐火物の部分は侵食の進行が認められたが、不定形
耐火物中に埋め込んだプレス成形された定形耐火物の部
分の侵食はわずかであった。

以上の試験の結果から、分割して組つけられた硼化ジル
コニウム質のコンタクトピンについても分割しないコン
タクトピンンと同様に問題なく使用できることが確かめ
られた。また、耐火物としては、不定形耐火物より定形
耐火物の方が耐久性のあることも確かめられた。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明の炉底電極では、炉底電極
のコンタクトピンとして硼化ジルコニウム質のセラミッ
クスを用いることにより、コンタクトピンの寿命を従来
の１０倍以上延長できる可能性が確認された。

又、コンタクトピンを縦方向に複数個に分割ビンを組み
付けたものとして構成することにより、コンタクトピン
の径を太くしても、各分割ビンは比較的細いものとなり
、焼結の際に均一かつ緻密な組織を形成することが可能
となり、導電性や機械的強度が良好で耐熱衝撃性の良い
コンタクトピンを構成することができる。こうして、コ
ンタクトピンの特性を損なうことな（コンタクトピン１
本の径を太くすることができるので、コンタクトピン１
本当たりの電力負荷を高くとることができる。したがっ
て、比較的少ないコンタクトピンの本数で大容量の電流
を流すことができ、更に耐久性の良い定形耐火物のコン
タクトピン周囲への施工が可能となる。

コンタクトピンを埋める耐火物としてプレス成形した定
形耐火物を用いることにより、炉底電極全体の寿命を大
幅に伸ばすことが可能となり炉内内張り耐火物の寿命と
炉底電極の寿命を合わせ得る可能性が確認され、炉の補
修回数を大幅に低減できることになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気炉の炉底電極の一実施例を示す縦
断面図、第２図（ａ）、　（ｂ）、第３図（ａ）、　（
ｂ）、第４図（ａ）、　（ｂ）、第５図（ａ）、　（ｂ
）、第６図（ａ）、　（ｂ）、第７図（ａＬ　（ｂ）、
第８図（ａ）。 （ｂ）、第９図（ａ）、　（ｂ）、第１０図（ａ）、　
（ｂ）、第１１図（ａ）、　（ｂ）は本発明の炉底電極
に用いられるコンタクトピンのそれぞれ異なる例を示す
平面図及び部分正面図、第１２図、第１３図、第１４図
、第１５図、第１６図、第１７図は本発明の炉底電極に
用いられるコンタクトピンの他の異なる例を示す横断面
図、第１８図は本発明の炉底電極に用いられるコンタク
トピンの電源との接続構造の一例を示す部分断面図、第
１９図は炉底電極模擬試験炉の概要を示す縦断面図であ
る。 図中、１１は炉底電極、Ｉ２はコンタクトピン、１３は
基板、１４は集電板、１５は冷却空気導入管、１６は電
極端子、１７はケーブル、１８は耐火物、１９は鋼製の
ケース２０、はブロック煉瓦、２１は炉の内張り耐火物
、２２は目地材の不定形耐火物、３０は分割ビン、３１
は金属製スリーブ、３２は穴、３３は金属板、４工は接
続ホルダ、４６は金属製のキャップである。 羊 ？ １閉 躬 づ 図 柘 図 第 ）￥１ 垢 ん 図 め ／２ 図 柔 ／３ 図 第 図 第 図 躬 ／ん図 第／７興 躬 図 祐 δ 図 第 図 ／２ 躬１０ 図 第 ツノ 図 ／４ｂ 豹 ／ａ １￥Ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）露出上端部を被加熱物に接触させて通電加熱する
   上下方向に長いコンタクトピンと、前記コンタクトピン
   の前記露出上端部に続く下の部分を取り囲むように配設
   された耐火物と、前記コンタクトピンの下端に設けられ
   た電源との接続部とからなる電気炉用炉底電極であって
   、前記コンタクトピンが、硼化ジルコニウム質セラミッ
   クスからなる縦方向に複数個に分割されたコンタクトピ
   ンを組み付けたものであることを特徴とする電気炉用炉
   底電極。 （２）請求項１において、前記コンタクトピンの縦方向
   の分割数が３〜７個である電気炉用炉底電極。 （３）請求項１または２において、前記分割されたコン
   タクトピンが、その周囲を囲む金属製のバンドまたはス
   リーブで結束されている電気炉用炉底電極。 （４）請求項１〜３のいずれか１つにおいて、前記コン
   タクトピンの少なくとも上端部が金属製のキャップで覆
   われている電気炉用炉底電極。 （５）請求項１〜４のいずれか１つにおいて、前記分割
   されたコンタクトピンの合せ目に金属板が挿入されてい
   る電気炉用炉底電極。 （６）請求項１〜５のいずれか１つにおいて、前記コン
   タクトピンは、前記分割されたコンタクトピンを組み付
   けた状態で、中心部を上下方向に貫く穴を有する柱状体
   をなし、かつ穴の中にホウ化ジルコニウム質の不定形耐
   火物が充填されている電気炉用炉底電極。（７）請求項
   １〜６のいずれか１つにおいて、前記分割されたコンタ
   クトピンの稜部に面取りまたはＲ付けが施されている電
   気炉用炉底電極。 （８）請求項１〜７のいずれか１つにおいて、前記コン
   タクトピンの下の部分を取り囲む耐火物の少なくとも一
   部分が定形耐火物である電気炉用炉底電極。 （９）請求項１〜８のいずれか１つにおいて、前記コン
   タクトピンの下の部分を取り囲む耐火物の少なくとも一
   部分が硼化ジルコニウム質の耐火物である電気炉用炉底
   電極。 （１０）請求項８において、前記定形耐火物がマグネシ
   ア黒鉛質の耐火物である電気炉用炉底電極。 （１１）請求項１〜１０のいずれか１つにおいて、前記
   コンタクトピンの下端が、熱膨張係数が大きい金属部材
   と熱膨張率が小さい金属部材とを組み合わせた接続部材
   で保持され、電源と接続されている電気炉用炉底電極。