DD154517A1

DD154517A1 - CONNECTING NIPPLES FOR CARBON ELECTRODES

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.The invention relates to the execution of a connecting nipple, are bolted to the carbon electrodes for arc furnaces to an electrode strand. Due to electrical and mechanical influences, especially in the area of the connection points, strong mechanical loads occur, which can lead to electrode breaks. Constructive measures reduce these loads. According to the invention, both end faces of the nipple each have a recess which is rotationally symmetrical, whose mean diameter d is 0.5 to 0.8 times the smallest thread outside diameter D, extending at least to the level of the first three engaging thread amounts of Transition area extends to the box bottom and the shape of a growing with increasing depth cross-section of the resulting ringfoermigen part of the nipple results, with an applied to the wall of the processing Tangent with the nipple axis encloses an angle 0 degrees.

Description

-A--A-

Ve rbindunrsnipOel fü r Kohlenst off elektroden Carburetor oil for carbon electrodes

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft die Ausführung eines Verbindungsnippels, mit dem Kohlenstoffelektroden für Lichtbogenöfen zu. einem Elektrodenstrang verschraubt werden.The invention relates to the design of a connecting nipple, with the carbon electrodes for electric arc furnaces . be screwed to an electrode strand.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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.In the electric arc furnace, the molten material is heated by electric arcs, which burn between the electrodes and the molten metal. The electrodes used are cylindrical bodies of a specific length, which consist of carbon-grouted or also of non-graphitized carbon. Of these, a specific number is in each case assembled along an electrode strand. Since the electrodes consume in the melt operation, after extensive erosion of the lower, the arc-exposed electrode of the electrode strand is supplemented by placing another electrode on the opposite end of the strand again. The connection of two electrodes is done by a likewise eus carbon, generally biconical threaded nipple, each half its length in threaded holes on the end faces of the electrodes, the so-called boxes, is screwed and thus a firm contact of the end faces of the interconnected electrodes allows.

Der Elektrodenstrang und in ihm insbesondere die Verbindungsstellen sind wahrend des Betriebes im Lichtbogenofen starkenThe electrode strand and in particular the joints are strong during operation in the electric arc furnace

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.subjected to mechanical and thermomechanical loads · The electrodynamic forces due to current passage exert periodically swelling lateral bending loads at twice the mains frequency. Jerky bending loads are caused by scrap fall or placement of the electrodes on unmelted shot pieces · This load is superimposed by the tensile load due to the weight of the electrode string and the bolting forces transferred via the thread flanks * Thermomechanical stresses in the nipple box system result from different thermal expansion of the nipple and Box due to different material properties and the temperature gradients in this system · The highest stresses are in the transition area to the box bottom and in particular to the adjacent first loaded by the nipple threads. The already strong notch effect of the thread in the box is adversely increased by the fact that the bending stress of the electrode strand leads to a lateral tilting of the nipple. As a result, the lower threads of the nipple print more strongly into the threads of the box. Since the nipple material has a much higher compressive strength than the box material. And the nipple is almost completely rigid in shape, the bending load is transferred almost completely to the box.

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.Finally comes as v / eitere voltage-elevating aggravation in this critical area added that due to the free rotation in the box bottom, the current takes the sketched in Fig.l course, and the first threads acted upon with very high current density v / earth, which results in a large temperature gradient has and thus induced at this point further thermo-mechanical stresses.

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 diesesIt has already been proposed in DE-OS 2,555,688 to reduce the concentration of stress in said region by making the depth of the box thread and / or the nipple thread smaller in the area of the thread runs than in the other areas. In continuation of this

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.Thought was also proposed in DE-AS 2,657,952 proposed by Hintera dmeidung in the thread of the box at least one thread with a reduced cross-section, the box opening facing out thread flank is cut at the undercut at an angle equal to or greater than a right angle is. Both measures pursue the purpose of reducing the area of the nipple thread, which transfers loading forces to the box, and thus to allow, within certain limits, an elastic yielding of the hipple thread. However, these measures are not enough to solve the problem. Moreover, the high current density at the critical threads continues with the thermomechanical stresses induced thereby.

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.According to DE-OS 2 001 212 nipples are also known which each have an axial recess in the end faces, which serve to receive a locking paste and a passport made of carbon. The axial recesses may be cylindrical or polygonal. Although this measure can avoid the loosening of the screw connection, but has due to the structural design, axial recess into which a fitting is used, no effect on the mechanical stresses in this critical area.

Ziel der ErfindungObject of the invention

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.The aim of the invention is to form the nipple by a simple measure so that the "occurring in the vicinity of the first threads in the vicinity of the box bottom stresses are reduced and the security against electrode breakage increased by Schrchtelbruch.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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.The object of the invention is to achieve a relief of the threads in the transition region to the box bottom of the outgoing at lateral load of the electrode strand from NippeIgewinde pressure and at the same time reduce the extremely high current density in this area.

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.According to the invention the object is achieved by introducing a rotationally symmetrical Preiarbeitung in the nipple, each emanating from the end face and is dimensioned so that it allows the lower nipple area a maximum elastic yielding at lateral bending load without the nipple material is overloaded in this area, said At the same time, the current flow is influenced in such a way that the current density in the critical threaded region is reduced. "The workover must extend to at least the level of the first three engaged threads and their shape a steadily increasing with increasing depth cross-section of the resulting annular portion of the nipple In order to be able to absorb the bending moment increasing with increasing depth on the annular part of the nipple, the wall of the working-out must have such a contour that a tangent with the N created at any desired point on the wall ippelachse an angle oc> 0 includes · The Preiarbeitung can also be prepared by grooving an annular groove.

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.It when the wall of Preiarbeitung has a contour which corresponds approximately to a parabola, which merges with a rounding in the bottom of the Prei processing is particularly advantageous. The greatest possible elasticity of the annular nipple part without overloading its cross-section results when the average diameter d of the pre-processing is 0.5 to 0.8 times the smallest external thread diameter D.

Ausfuhrungsbeispielexemplary

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Pig. I eine herkömmliche Elektrodenverbindung,The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show: Pig. I a conventional electrode connection,

Pig.^J 2 einen Gewindenippel mit stirnseitiger, PreiarbeitungPig. ^J 2 a threaded nipple with frontal, Preiarbeitung

Fig. 3 eine ringnutartige Preiarbeitung im Gewindenippel·3 shows a ringnutartige Preiarbeitung in threaded nipple ·

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.A conventional electrode connection with a biconical threaded nipple is shown in Pig 1. The drawn lines show the course of the current · It is clear that the current density is particularly high because of the free rotation in the spatula floor in the lower part of the transition Uippel box. A Nippeleusflihrung invention shows Pig. 2. Here, D is the smallest outer diameter of the thread, d is the average diameter of the pre-processing and <h is the angle enclosed by a tangent to the wall of the pruning and the nipple axis, bs is also the reduction of the current density as seen through Experiments was determined. The same effect is obtained when the pre-processing for reducing the cutting effort is made by grooving a groove, as shown in Fig. 3. In order to make the bending stress in the increasing with increasing depth of Preiarbeitung cross-section of the annular surfaces as evenly as possible, it is advantageous if the wall contour corresponds approximately to a parabola, which merges with a rounding in the bottom of Preiarbeitung.

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.The pre-processing may advantageously serve for receiving the locking mass added to the box ITipel connection for anti-twisting purposes. The elasticity which the nipple wins in its part facing the box transition region by means of the design according to the invention enables it to absorb part of the bending load by elastic deformation and to effectively reduce its load on the box. At the same time, the course of the current is changed by the pre-processing in such a way that the current density in the critical region is reduced.

Claims

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1. connecting nipple, are bolted to the electrodes made of carbon to an electrode strand for the arc furnace operation, each having a recess in both end faces, characterized in that the recess is a rotationally symmetric smoothing, the average diameter d is the 0.5 to 0, 8 times the smallest thread outer diameter D, extends at least to the level of the first three engaging threads of the transition region to the box bottom and whose shape results in a steadily increasing depth with increasing depth cross-section of the resulting annular portion of the nipple, one to the wall the pre-processing tangent with the nipple axis forms an angle oi> 0 ° .

2, connection nipple according to item 1, characterized in that the pre-processing is a groove ·

3 · Connecting nipple according to points 1 and 2, characterized in that the wall of the pre-processing has a contour which corresponds approximately to a parabola, which passes over into the bottom of the free-working with a rounding «

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