DD154517A1

DD154517A1 - Verbindungsnippel fuer kohlenstoffelektroden

Info

Publication number: DD154517A1
Application number: DD80226312A
Authority: DD
Inventors: Guenter Burkhard; Martin Kaebisch; Guenter Schoen; Herbert Balke
Original assignee: Guenter Burkhard; Martin Kaebisch; Guenter Schoen; Herbert Balke
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1982-03-24
Also published as: DE3131588A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Ausfuehrung eines Verbindungsnippels, mit dem Kohlenstoffelektroden fuer Lichtbogenoefen zu einem Elektrodenstrang verschraubt werden. Durch elektrische und mechanische Einfluesse treten besonders im Bereich der Verbindungsstellen starke mechanische Belastungen auf, die zu Elektrodenbruechen fuehren koennen. Durch konstruktive Massnahmen werden diese Belastungen abgebaut. Erfindungsgemaess weisen beide Stirnseiten des Nippels je eine Ausnehmung auf, die rotationssymmetrisch ist, deren mittlerer Durchmesser d das 0,5- bis 0,8-fache des kleinsten Gewindeaussendurchmessers D betraegt, sich mindestens bis in die Hoehe der ersten drei in Eingriff stehenden Gewindegaenge des Uebergangsbereiches zum Schachtelboden erstreckt und deren Form einen mit wachsender Tiefe stetig zunehmenden Querschnitt des entstehenden ringfoermigen Teiles des Nippels ergibt, wobei eine an die Wandung der Freiarbeitung angelegte Tangente mit der Nippelachse einen Winkel 0 Grad einschliesst.

Description

-A-

Ve rbindunrsnipOel fü r Kohlenst off elektroden

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Ausführung eines Verbindungsnippels, mit dem Kohlenstoffelektroden für Lichtbogenöfen zu. einem Elektrodenstrang verschraubt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Im Lichtbogenofen wird das Schmolzgut durch Lichtbogen erhitzt, die zwischen Elektroden und Schmelzgut brennen. Als Elektroden dienen zylindrische Körper bestimmter Länge, die cus grophitiertem oder auch aus nichtgraphitiertem Kohlenstoff bestehen· Von ihnen wird jeweils eine bestimmte Anzahl su einem Elektrodenstrang zusammengestellt. Da sich die Elektroden im Schmelzbetrieb verbrauchen, wird nach weitgehendem Abbrand der unteren, dem Lichtbogen ausgesetzten Elektrode der Elektrodenstrang durch Aufsetzen einer weiteren Elektrode auf das entgegengesetzte Ende des Stranges wieder ergänzt. Die Verbindung zweier Elektroden geschieht durch einen ebenfalls eus Kohlenstoff bestehenden, im allgemeinen bikonischen Gewindenippel, der jeweils zur Hälfte seiner Lange in Gewindebohrungen an d.en Stirnseiten der Elektroden, den sogenannten Schachteln, eingeschraubt wird und damit eine feste Anlage der Stirnseiten der miteinander verbundenen Elektroden ermöglicht.

Der Elektrodenstrang und in ihm insbesondere die Verbindungsstellen sind wahrend des Betriebes im Lichtbogenofen starken

mechanischen und thermomechanischen Belastungen ausgesetzt· Die elektrodynamischen Kräfte infolge Stromdurchgangs üben mit doppelter Netzfrequenz periodisch schwellende seitliche Biegebelastungen aus. Stoßartige Biegebelastungen entstehen durch Schrotteinstürze oder Aufsetzen der Elektroden auf noch ungeschmolzene Schrotteile· Dieser Beanspruchung ist die Zugbelastung durch das Eigengewicht des Elektrodenstrenges und der über die Gewindeflanken übertragenen Verschraubungskräfte überlagert* Thermomechanische Spannungen im Nippel-Schachtel-System entstehen durch unterschiedliche thermische .Ausdehnung von Nippel und Schachtel infolge verschiedener Werkstoffeigenschaften und der in diesem System bestehenden Temperaturgradienten· Die größten Spannungen liegen im Übergangsbereich zum Schachtelboden und insbesondere an den angrenzenden ersten vom Nippel belasteten Gewindegängen vor. Die ohnehin starke Kerbwirkung des Gewindes in der Schachtel wird nachteilig durch die Tatsache erhöht, daß die Biegebeanspruchung des Elektrodenstranges zu einer seitlichen Verkantung des Nippels fuhrt. Dadurch drucken die unteren Gewindegänge des Nippels verstärkt in die Gewindegänge der Schachtel· Da das Nippelmaterial eine wesentlich höhere Druckfestigkeit als das Schachtelmateriel besitzt Und der Nippel bei seiner Form nahezu völlig biegesteif ist, wird die Biegebelastung fast vollständig auf die Schachtel übertragen.

Schließlich kommt als v/eitere spannungserhohende Erschwerung in diesem kritischen Bereich hinzu, daß wegen der Freidrehung im Schachtelboden der Strom den in Fig.l skizzierten Verlauf nimmt, und die ersten Gewindegänge mit sehr hoher Stromdichte beaufschlagt v/erden, die einen großen Temperaturgradienten zur Folge hat und damit an dieser Stelle weitere thermomechanische Spannungen induziert.

Es wurde bereits in der DE-OS 2 555 688 vorgeschlagen, die Spannungskonzentration in dem genannten Bereich dadurch zu verringern, daß die Tiefe des Schachtelgewindes und/oder des Nippelgewindes im Bereich der Gewindeausläufe kleiner gemacht wird als in den übrigen Bereichen. In Weiterfährung dieses

Gedankens wurde ferner in der DE-AS 2 657 952 vorgeschlagen, durch Hintera dmeidung im Gewinde der Schachtel wenigstens einen Gewindegang mit einem erniedrigten Querschnitt auszubilden, dessen zur Schachtelöffnung hin weisenden Gewindeflanke bei der Hinterschneidung unter einem Winkel geschnitten ist, der gleich oder großer als ein rechter Winkel ist. Beide Maßnahmen verfolgen den Zweck, die Flache des Nippelgewindes, die Belastungskräfte auf die Schachtel überträgt, zu verkleinern und so in gewissen Grenzen ein elastisches Nachgeben des Hippelgewindes zu ermöglichen. Diese Maßnahmen reichen jedoch zur Lösung des Problems noch nicht aus. Überdies besteht die hohe Stromdichte an den kritischen Gewindegängen mit den dadurch induzierten thermomechanischen Spannungen weiter.

Nach der DE-OS 2 001 212 sind auch Nippel bekannt, die in den Stirnflächen je eine axiale Ausnehmung aufweisen, die der Aufnahme einer Arretierungspaste sowie eines aus Kohlenstoff bestehenden Paßstuckes dienen. Die axialen Ausnehmungen können zylindrisch oder vieleckig sein. Diese Maßnahme kann zwar das Lockern der Schraubenverbindung vermeiden, hat aber auf Grund der konstruktiven Gestaltung, axiale Ausnehmung in die ein Paßstück eingesetzt wird, keinen Einfluß auf die mechanischen Spannungen in diesem kritischen Bereich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den Nippel durch eine einfache Maßnahme so auszubilden, daß die" im Bereich der ersten Gewindegänge in der Nähe des Schachtelbodens auftretenden Spannungen abgebaut und die Sicherheit gegen Elektrodenabriß durch Schrchtelbruch erhöht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Entlastung der Gewindegänge im Übergangsbereich zum Schachtelboden von dem bei seitlicher Belastung des Elektrodenstranges vom NippeIgewinde ausgehenden Druck zu erreichen und gleichzeitig die extrem hohe Stromdichte in diesem Bereich abzubauen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Einbringen einer rotationssymmetrischen Preiarbeitung in den Nippel gelöst, die jeweils von der Stirnfläche ausgeht und so bemessen ist, daß sie dem unteren Nippelbereich ein maximales elastisches Nachgeben bei seitlicher Biegebelastung ermöglicht, ohne daß der Nippelwerkstoff in diesem Bereich überlastet wird, wobei gleichzeitig der Stromverlauf derart beeinflußt wird, daß sich die Stromdichte im kritischen Gewindebereich verringert." Die Freiarbeitung muß sich dazu bis mindestens in Höhe der ersten drei in Eingriff stehenden Gewindegänge erstrecken und ihre Form einen mit zunehmender Tiefe stetig wachsenden Querschnitt des entstehenden ringförmigen Teiles des Nippels gewährleisten. Um das mit zunehmender Tiefe anwachsende Biegemoment auf den ringförmigen Teil des Nippels aufnehmen zu können, muß die Wandung der Freiarbeitung eine solche'Kontur aufweisen, daß eine an beliebiger Stelle an die Wandung angelegte Tangente mit der Nippelachse einen Winkel oc > 0 einschließt· Die Preiarbeitung kann auch durch Einstechen einer Ringnut hergestellt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wandung der Preiarbeitung eine Kontur aufweist, die annähernd einer Parabel entspricht, die mit einer Rundung in den Boden der Preiarbeitung übergeht. Größtmögliche Elastizität des ringförmigen Nippelteiles ohne Überlastung seines Querschnitts ergibt sich, wenn der mittlere Durchmesser d der Preiarbeitung das 0,5- bis 0,8-fache des kleinsten Gewinde'außendurchmessers D beträgt.

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Pig. I eine herkömmliche Elektrodenverbindung,

Pig.^J 2 einen Gewindenippel mit stirnseitiger, Preiarbeitung

Fig. 3 eine ringnutartige Preiarbeitung im Gewindenippel·

Eine herkömmliche Elektrodenverbindung mit bikonischem Gewindenippel ist in Pig» 1 dargestellt. Die eingezeichneten Linienzeigen den Stromverlauf· Hieran wird deutlich, daß wegen der Freidrehung im Spachtelboden im unteren Bereich des Überganges Uippel - Schachtel die Stromdichte besonders hoch ist. Eine erfindungsgemäße Nippeleusflihrung zeigt Pig. 2. Hierin sind D der kleinste Gewindeaußendurchmesser, d der mittlere Durchmesser der Preiarbeitung und <h der Winkel, der von einer an die Wandung der Preiarbeitung angelegten Tangente und der Nippelachse eingeschlossen wird, bs ist auch die Verringerung der Stromdichte, erkennbar, wie sie durch Versuche ermittelt wurde. Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn die Preiarbeitung zur Verringerung des Zerspannungsaufwrndes durch Einstechen einer Nut hergestellt wird, v/ie es Fig.3 zeigt. Um die Biegespannung in dem sich mit zunehmender Tiefe der Preiarbeitung vergrößernden Querschnitt der Ringflachen möglichst gleichmäßig werden zu lassen, ist es vorteilhaft, wenn die Wandungskontur annähernd einer Parabel entspricht, die mit einer Rundung in den Boden der Preiarbeitung übergeht.

Die Preiarbeitung kann vorteilhafterweise zur ,Aufnehme von Arretierungsmasse, die der Schachtel - ITippel - Verbindung zum Schutz gegen Aufdrehen beigegeben wird, dienen. Die Elastizität, die der Nippel in seinem dem Schachtelübergangsbereich zugewandten Teil durch die erfindungsgemaße Ausbildung gewinnt, befähigt ihn, einen Teil der Eiegebelastung durch elastische Verformung aufzunehmen und domit die Belastung der Schachtel wirksam abzubauen. Gleichzeitig wird durch die Preiarbeitung der Stromverlauf so geändert, daß sich die Stromdichte im kritischen Bereich verringert.

Claims

Erf indunnsa-nsprli ehe

1. Verbindungsnippel, mit dem Elektroden aus Kohlenstoff zu einem Elektrodenstrang für den Lichtbogenofenbetrieb verschraubt werden, der in beiden Stirnseiten je eine Ausnehmung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung eine rotationssymmetrische Freiarbeitung ist, deren mittlerer Durchmesser d das 0,5- bis 0,8-fache des kleinsten Gewindeaußendurchmessers D beträgt, sich mindestens bis in Höhe der ersten drei in Eingriff stehenden Gewindegänge des Übergangsbereichs zum -Schachtelboden erstreckt und deren Form einen mit wachsender Tiefe stetig zunehmenden Querschnitt des entstehenden ringförmigen Teiles des Nippels ergibt, wobei eine an die Wandung der Preiarbeitung angelegte Tangente mit der Nippelachse einen Winkel oi > 0° einschließt.

2, Verbindungsnippel nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Preiarbeitung eine Nut ist·

3· Verbindungsnippel nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Preiarbeitung eine Kontur aufweist, die annähernd einer Parabel entspricht,-die mit einer Rundung in den Boden der Freicrbeitung übergeht«

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