DE1804684C3

DE1804684C3 - Verfahren zum Herstellen einer Elektroden-Nippel-Einheit

Info

Publication number: DE1804684C3
Application number: DE1804684A
Authority: DE
Inventors: Raymond G. Niagara Falls Milette; Jack J. Sanborn Vail
Original assignee: Great Lakes Carbon Corp
Current assignee: SGL Carbon Corp
Priority date: 1967-10-23
Filing date: 1968-10-23
Publication date: 1975-06-12
Also published as: ES359396A1; GB1243536A; DE1804684B2; BE722676A; DE1804684A1; FR1585846A; US3517957A; SE362337B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Elektroden-Nippel-Einheit, bestehend aus einem Elektrodenabschnitt mit zwei Gewindeschachteln und einem in eine der Schachteln eingeschraubten Schraubnippel, zur Verlängerung von Kohtenstoffelektroden von Elektroofen.

Um die kontinuierliche Zuführung der Elektrodenabschnitte bei Elektroofen zu erleichtern, werden dieselben an jedem Ende mit einer Gewindeschachtel versehen, in welche Δη Verbindungsnippel eingeschraubt werden kann. Jeder neue Elektrodenabschnitt wird dabei mit einem bereits teilweise verbrauchten Elektrodenabschnitt dadurch verbunden, daß der Nippel zur Hälfte in die Schachtel des neuen und zur Hälfte in die des zum Teil bereits verbrauchten Elektrodenabschnitts eingeschraubt wird.

Derartige Nippel bzw. die diesen Nippeln entsprechenden Schachteln innerhalb der Elektrodenabschnitte können zylindrisch sein. Es ist jedoch im allgemeinen vorteilhaft, diese Nippel doppelkonisch auszubilden, und zwar in der Art, daß der größte Durchmesser in der Mitte des Nippels angeordnet ist und in die Berührungsebene zwischen den beiden zu Verbindenden Elektrodenabschnitten zu liegen ..,_„ das efcen^fffijgcen Durchmesser.ai
{fcEnde des Nippels am tiefsten innerhalb
^enabschnitts zu liegen kommt XJm das Einschrauben der konischen Nippel in die Hektrodenabschnltte zu ermöglichen, ist es femei notwendig, die Gewindesteigung der Nippel über die ganze Länge des Nippels

ίο konstant auszubilden.

Auf Grund der herrschenden Belastungsverhältnisse - im Betrieb stehen immer die zur Öffnung der Schach- ^iel^ncbleien^Flänken der Gewindegänge des Nippels unter Druck, während die zum Schachtelboden

gerichteten FlanKen der Gewindegange des Nippels * drucklos sind. Die unter Belastung stehenden Flanken der Gewindegänge übertragen dabei praktisch die gesamten Druckkräfte, die zwischen dem Nippel und ^s*len Elektrodenahschnitten herrschen. Bei dieser Art

ίο von Verbindung trat bisher im Bereich jener Hälfte des Nippels, welche zuerst eingeschraubt wird, praktisch kein eindeutig definiertes Spiel auf der Seite der drucklosen Flanken auf, während an dem zweiten Teil des Nippels auf der Seite der drucklosen Flan-

ken ein maximales Spiel auftrat.

Um die durch mangelnden Ausdehnungsraum bedingten thermischen Belastungen zu vermindern und um Brüche innerhalb der Verbindung zu vermeiden, hat es sich bei doppelkonischen Nippeln als notwendig herausgestellt, das Gewindespiel gleichmäßiger zu verteilen. Verschiedene Verfahren sind bereits vorgeschlagen worden, um eine gleichmäßigere Verteilung des Gewindespiels zu erreichen (vergleiche z. B. die DT-PS 1 091 253 und die US-PS 2 957 716, 2970 854, 3 088 762, 3 134 616 und 3 140 967). Die bisher bekannten Verfahren hatten jedoch den Nachteil, daß trotz der dort vorgenommenen Maßnahmen eine vollkommen symmetrische Verteilung des zwischen den einzelnen Gewindegängen vorhandenen Spiels nicht gewährleistet werden konnte, so daß Brüche der Elektroden nicht immer zu vermeiden waren.

Durch die DT-AS 1 029 105 ist es bekanntgeworden, das Gewindespiel schon beim Einbau des Nippels in den erstem Elektrodenabschnitt richtig einzustellen und den Nippel in dieser Lage zu verstiften. Ein verkantungsfreier Sitz des Nippels im Elektrodenstrang wird jedoch nur bei großer Sorgfalt beim Zusammenbau zu erzielen sein und um so schwieriger werden, je größer und schwerer die einzelnen Elektrodenabschnitte und Nippel werden.

Durch die DT-AS 1 100 838 ist eine Vernippelung von Elektroden bekanntgeworden, bei welcher durch Einbringen von Kitt in die Schachtel eine kurzfristige und vorübergehende Einstellung der Nippel in der Schachtel erzielt wird, die über längere Zeiträume jedoch nicht einwandfrei erhalten bleibt, zumal eine genaue Zentrierung des Nippels dort ohnehin nicht vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Annippelvorgang bei Elektroden ohne Beeinträchtigung von deren Zuverlässigkeit derart zu vereinfachen, daß er auch durch ungelerntes Personal durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst daß ein Ende des Schraubnippels in die Gewindeschachtel des Elektrodenab-

g^ ig^ai und daß^in d,en Rjtom

2sri§eh,ej^ Schad&eljbpden un4; $Öflpel_; ep sieh,, bei V*!ri;estjgijng ausddmendes Material emgei©irt wird, . welches-dep ^ppel «x_;s§Uiei; yojiieibestimmtea lage flJl D ih

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sjair und dayeni(| festgelegtJiält Das siqh ausdehnende Material wird zweckmäßig durch«me^Längsbohrpngdes Nippels eingeführt...,...,,,._;,, . Es isit vorteilhaft, daß sowohl 4er iJippeL als auch der Schachtelbc)den, des Elektrodenabschnitte, mit wenigstens einer exzentrisch angeordneten Bohrung versehen, sind. Derartige Bohrungen sind durch die USA-Patentschrift 3 048433 an sich bekannt, Sie bewirken eine zusätzliche, formschlüssig^ Verriegelung zwischen Nippel und Elektrodenabschnitten.

Weiter ist es zweckmäßig, daß der Elektrodenabschnitt und/oder der Nippel erwärmt werden, bevor das ausdehnbare, verfestigbare Material in den Raum zwischen Schachtelboden und Nippel eingeführt wird.

Schließlich ist die Erfindung besonders dann vorteilhaft, wenn ein doppelkonischer Nippel verwendet wird.

Die nach dem erfindungsgetnäßen Verfahren hergestellte Einheit eignet sich besonders als vorgefertigte und gegebenenfalls versandfertig« Einheit. Die Herstellung einer vorgefertigten Einheit ist im übrigen durch keine der bekanntgewordenen Elektrodenverbindungen bekanntgeworden.

Durch die Erfindung ist ein verkantungsfreier Sitz des Nippels und eine gleichmäßige Verteilung des Gewiiidespiels auch bei Einbau der Einheiten durch ungeschultes Personal gewährleistet, wodurch das Auftreten von Rissen und Sprüngen innerhalb des Elektrodenmaterials weitgehend vermieden wird.

Die Erfindung soll an Hand eines im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Teils der erfindungsgemäß hergestellten Ltektroden-Nippel-Einheit unui

F i g. 2 eine seitliche Ansicht, teilweise im Schnitt, der in F i g. I dargestellten Elektroden-Nippel-Einheit einschließlich einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Vorrichtung.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein vorzugsweise doppelkonisch ausgebildeter Nippel 1 in eine entsprechende Schachtel eines Elektrodenabschnittes 2 eingeschraubt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Nippel 1 mit einer zwischen seinen beiden Enden 6 und 9 verlaufenden Längsbohrung 8 versehen, die exzentrisch angeordnet ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung betrug der größte Durchmesser des Nippels 1 27,3 cm, der Durchmesser der Längsbohrung hingegen 2,8 cm und der Durchmesser des Elektrodenabschnitts 2 50,8 cm. Der Nippel 1 wies eine Gewindesteigung von 8,5 mm (drei Gewindegänge pro Zoll) auf. Die Konizität des Nippels 1 bebug 1:6, d. h., pro 6 cm Länge des Nippels 1 reduzierte sich der Radius um 1 cm.

Zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens wird der Nippel 1 in die Schachtel so weit eingeschraubt, bis sein größter Durchmesser 3 in etwa mit der Stirnfläche 4 des Elektrodenabschnitts 2 zusammenfällt, wobei der Nippel 1 handfest eingeschraubt

nähme, auf ^i g>,

ttiervorrichtungW^^^Wfi^^y^ii das die Eigenschaft aufWjeist^ sidft während und/oder nafih dey Ve^estigjing im Anschluß aij eme zuyor erfolgte Ei^äim.ungmd,anschUeßend^,Ab_ik^h)ung auszudehnen, wird dann durch die Längsbobrung,8 emgeführt, wobei der Raum 5 zwischen der Stirnfläche 6. des Verbinjdungsnippels i und dem Boden 7 der SAachtelgefmitwu-d. Eine geringe Übennenge dieses Materials, das im folgenden hinsichtlich seiner Zusammensetzung noch näher erläutert werden soll, wird

ao ferner verwendet, um die Längsbohrung 8 wenigstens teilweise bis zu einem Punkt 10 zu füllen. Sobald das Material verfestigt ist und unter Füllung des Raumes 5 sich ausdehnt, wird der Nippel 1 in der gewünschten Position der Schachtel fixiert Die Ausdehnung dieses

as Materials dient ferner dazu, die Präpositionierung des Verbindungsstückes 1 aufrechtzuerhalten, wodurch ein gewisser Spielraum im Bereich der einzelnen Gewindegänge für die thermische Expansion erreicht wird. Die Präpositionierung des Nippels 1 bringt ferner dessen belastete Gewindeflanken 11 in Berührung mit den entsprechenden Gewindeflanken der Schachtel, wobei ein geringer Spalt zwischen den unbelasteten Flanken 12 und 13 der Gewindegänge entsteht. Es ist klar, daß dieses Zusammenfügen eines Elektrodenabschnittes 2 und eines Nippels 1 vorgenommen wird, bevor die daraus vorgefertigte Einheit in einen Ofen eingesetzt wird.

So wie dies dargestellt ist, bewirken das exzentrische Anordnen der Längsbohrung 8 und eine oder meh-

rere, ebenfalls exzentrisch angeordnete Bohrungen 14 innerhalb des Bodens 7 der Schachtel, daß die Verbindung für die folgende Behandlung, d. h. insbesondere für das anschließende Einschrauben des anderen Endes des Nippels 1 in einen zweiten Elektrodenabschnitt, drehfest gemacht wird.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Zurückdrehen des Nippels I urn 45° ausreichend. Das genaue Maß des Zurückdrehens hängt jedoch ganz allgemein von der Gewindesteigung und

so der Konizität des Nippels 1 ab, da das Spiel zwischen den einzelnen Flanken der Gewindegänge von diesen zwei Variablen abhängt. Bei Nippeln 1 mit einer Gewindesteigung von 8,5 mm und einer Konizität von 1:6 sollte der Winkel, um welchen der Nippel 1 zurückgedreht wird, etwa zwischen 45 und 90° gewählt werden. Bei Nippeln mit 6,35 mm Gewindesteigung (vier Gänge pro Zoll) und einer Konizität von 1:6 sollte hingegen die Größe der Zurückdrehung etwa zwischen 60 und 135° betragen.

In Fig. 2 ist eine Hilfsvorrichtung dargestellt, die dazu verwendet wird, die Präpositionierung des Nippels 1 innerhalb der Schachtel zu bewirken, wodurch ein gewisser Abstand zwischen den unbelasteten Flanken der Gewindegänge des Nippels 1 und der Schachtes tel des Elektrodenabschnitts % erzielt wird. ^: Die Hilfsvorrichtung besteht aus einer mit einem Innengewinde versehenen Platte 18, die auf den Nippel 1 aufgeschraubt ist. Mit Rollen versehene Stütz*

fuße 19 sind mit Druckluftzylindern 17 verbunden, die einen Innendurchmesser von etwa 3,8 cm aufwei-Die drei Stützfüße 19 und die dazugehörigen

Druckluftzylinder 17 sind derart angeordnet, daß ihre Berührungspunkte auf der Stirnfläche 4 des Elektrodenabschnittes 2 ein gleichzeitiges Dreieck bilden. Mit Hilfe einer nicht gezeigten Druckluftquelle wird Druckluft den Druckluftzylindern 17 zugeführt. Die Anordnung ist derart ausgebildet, daß die Stützfüße 19 gegen die Stirnfläche 4 des Elektrodenabschnitts 2 drücken, so daß die mit Innengewinde versehene Platte 18 den Nippel 1 in entgegengesetzter Richtung zieht. Somit greift an dem Nippel 1 eine axiale Zugkraft an, wodurch dieser innerhalb der Schachtel des Elektrodenabschnitts 2 präpositioniert wird, indem ein Abstand zwischen den nicht belasteten Flanken 13 bzw. 12 der Gewindegänge des Nippels 1 und des Elektrodenabschnitte 2 entsteht

Im folgenden sol) das Verfahren zur Herstellung der aus Nippe* und Elektrodenabschnitt bestehenden Einheit näher beschrieben werden.

Der Elektrodenabschnitt 2 und der Nippel 1 einschließlich der Längsbohrung 8 weisen dieselben Abmessungen auf, wie bereits in bezug auf F i g. 1 erläutert worden ist. Der Nippel 1 wird auf 90° C erwärmt und dann von Hand in die Schachtel des Elektrodenabsdmitts 2 eingeschraubt, so daß die Gewindegange des Nippels 1 und der Schachtel vollkommen ineinander eingreifen.

Die bereits erwähnte Hilfsvorrichtung wird daraufhin befestigt, indem die eine Dicke von 5 cm aufweisende Verbindungsplatte 18 auf das freie Ende des Nippels 1 aufgeschraubt wird. Die Hilfsvorrichtung wird dann in Tätigkeit gesetzt, indem die Druckluft-Zylinder 17 unter einen Druck zwischen 1,4 und 16 kg/cm« gesetzt werden. Dabei treten die Stützfüße 19 in Berührung mit der Fläche 4 des Elektrodenabschnitts 2, wobei auf den Nippel eine axiale, von dem Elektrodenabschnitt 2 weg gerichtete Kraft ausgeübt wird. Während des Aufrechterhaltens dieser axialen Kraft wird der Nippel 1 um 45° zurückgedreht, wodurch ein Abstand zwischen den unbelasteten Ranken 13 der Gewindegänge des Nippels 1 und den entsprechenden Flanken 12 des Schachtelgewindes des Elektrodenabschnitts 2 auftritt und der Nippel 1 innerhalb der Schachtel des Elektrodenabschnitts präpositioniert wird. Diese anale Kraft bewirkt femer, daß die unter Last stehenden Flanken 11 der Gewindegänge des Nippels in direkten Kontakt mit den entsprechenden Flanken der Gewindegänge der Schachtel gelangen. Ein aus zwei Komponenten bestehendes, verschäumtares Polyarethanmaterial, das nach dem Mischen lest wird, wild für etwa 20 Sekunden gemischt und eine bestimmte Menge davon durch die Längsbohnrng 8 in den Raum 5 zwischen der Stirnfläche 6 des Mppels 1 and dem Boden 7 der Schachtel eingeführt. Dabei wird so viel Material verwendet, daß nach der Verschäumung und Vrigg im wesentlichen der Raum 5 und ebenfalls ein Stück der Längsbdhmng 8 gefüllt wird. Die aas Nippel 1 und Elektrodenabiscanitt 2 bestehende Einheit ist während dieser MaßIn einer horizontalen Position und wird dann 1*80° gedreht, damit nach der Vefschäimrang das d die LeerrSume vollkommen auffüllt Die

wird disin meiner fixen Position für ungefähr

ji gehalten, damit das verschHumbare Mai sieh ausdehnen und verfestigen kann. Darauf der Druck vermindert und die Hilfsvorrichtung entfernt. Die durch die Hilfsvorrichtung erzielte gewünschte Position des Nippels 1 innerhalb der Schachtel wird dann durch das ausgedehnte und verfestigte verschäumbare Material aufrechterhalten.

Es existieren verschiedene Materialien, die sich bei Verfestigung ausdehnen und zur Füllung des Raumes 5 zwischen der Stirnfläche des Nippels 1 und dem Schachtelboden verwendet werden können, damit der Nippel 1 innerhalb der Schachtel gestützt und in einer

ίο festen Position gegenüber derselben gehalten wird. Derartige Materialien können verschäumbare Harze sein, die sich beim Verschäumen ausdehnen und verfestigen. Die meisten dieser Materialien entstehen durch Mischen eines verschäumbaren Materials mit einem Katalysator oder VerschäumungsstoS, wobei die Mischung kurz vor dem Einpressen in den erwähnten Raum erfolgen muß. Derartige verschäumbare Harzmaterialien sind — wie dies dem Fachmann bekannt ist — beispielsweise Polyurethan, Polystyrol

•ο und Polyvinylchloridharze.

Statt der oben beschriebenen verschäumbaren Harze können ebenfalls verschiedene schmelzbare Metalllegierungen verwendet werden, die die Eigenschaft haben, sich nach dem Verfestigen auszudehnen. Im

•5 folgenden in Gewichtsprozent angegebene Zusammensetzungen sind typisch für derartige Metallegierungen, die in diesem Zusammenhang verwendet werden können.

Legierung*

etamg

a) 58 «/o Wismut,

42·/« Zinn

b) 55,5 «/o Wismut,
44,5·/. Blei

c) 48·/β Wismut,
28,5«/oBlei,
14,5«/o Zinn, 9·/. Antimon

d) 15 Vo Antimon,

58«/o Blei, 26·/. Zürn,
1·/ο Kupfer

e) 15 «/β Antimon,
82°/« Blei, 3·/« Zinn ..

Schmelztemperatur bzw. -bereich

138 124

103 bis 227

230 bis 280 275

Spezifischer

elektrischer

Widerstand

der Legierung

inQcm

3,44 · 10-* 8,79 · ΙΟ"«

6,66· 10-·

2,08 ■ ΙΟ"⁵ 1,24-ΙΟ"⁶

so Auf Grund der Tatsache, daß alle obenerwähnten Legierungen sich bei der Verfestigung und/oder nachher ausdehnen, wird eine sehr feste Verbindung zwischen dem Nippel 1 und dem Elektrodenabschmtt 2 erreicht, so daß die obenerwähnte Präpositioniemng

des Nippels 1 innerhalb der Schachtel aufrechterhalten wird. Die erzielte Verbindung ist ebenfalls mechanisch

Widerstand auf, wenn eine dieser oben beschriebenen Legierungen verwendet wird.

Statt das ausdehnbare Material, wie oben beschrieben, dutch eine Längsbohnmggemäß Fig.! und 2 einzuführen,nachdem 3er Nippel1 eingesefiraubt und innerhalb der Elektrodenausnehnnmg Unter Verwendung einer Hufsvorrichtung proportioniert worden «5 ist, kann auch eine vorgegebene Menge von ausdehn-» barem Material zuvor auf den Boden 7 der Elektrodenschachtel gegeben werden, worauf anschließend der Nippel 1 eingeschraubt «nä unter Verwendung

einer Hilfsvorrichtung zur Herstellung eines Abstan- kraftschlüssige Berührung mit der Stirnfläche 6 des

des zwischen den nicht belasteten Flanken der Ge- Nippels 1 gelangt. Die Ausdehnung dieses Materials

windegänge des Nippels 1 und der Schachtel präposi- hält die gewünschte Positionierung des Nippels 1 auf-

tioniert wird. Die Ausdehnung des Materials bedingt recht.

dann, daß dasselbe gegen die Stirnfläche des Nippels I 5 Wenn die aus Elektrodenabschnitt 2 und Nippel 1 drückt und die vorher erwähnte Präpositionierung des bestehende Anordnung an einen zweiten Elektroden-Nippels und das Gewindespiel aufrechterhält. abschnitt im Bereich eines elektrischen Ofens ange-

Eine andere Möglichkeit besteht darin, das aus- schraubt wird, nimmt der Nippel 1 der nunmehr dreidehnbare Material durch eine Radialbohrung in den teiligen Verbindung eine derartige Lage ein, daß das zwischen der Stirnfläche 6 des Nippels 1 und dem Bo- io Gewindespiel im wesentlichen gleichmäßig auf beide den 7 der Schachtel gebildeten Raum einzuführen. Hälften des Nippels verteilt ist, wobei der ungünstige Eine derartige Anordnung ist in den Fig. 1, 2 und 4 Zustand vermieden wird, daß an einer Nippelhälfte der USA.-Patentschrift 3 048 433 dargestellt. zwischen den unbelasteten Flanken der Gewinde-

Sobald das ausdehnbare Material in die Schachtel gänge kein Abstand und an der anderen Nippelhälfte eingeführt worden ist, ist es natürlich notwendig, daß 15 zwischen den unbelasteten Flanken der Gewindegänge der Nippel 1 in die Ausnehmung eingeschraubt wird, ein maximaler Abstand auftritt. Demzufolge ergibt bevor die Ausdehnung des Materials stattfindet. Der sich eine Verminderung der thermischen Belastungen Nippel 1 wird dabei so weit in die Schachtel einge- zwischen dem Nippel 1 und den Elektrodenabschnitschraubt, daß er das auszudehnende Material berührt ten, in welche der Nippel eingeschraubt ist, wodurch bzw. in sehr großer Nähe desselben ist, so daß auf μ Sprünge und Brüche der Verbindung während des BeGrund der Ausdehnung des Materials dasselbe in eine triebs des Ofens verhindert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zunjHersteUen* einer Elektroden- ^^pel-EJnheit, bestehend aus einem Blektroden- «bschnitt mit zwei Gewindeschachteln, lind einem nim -eine der Schachteln eingeschraubten Schraub-'" wppeL zur Verlängerung von Kohlenstoffelektro-' -den von Elektroöfen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des ,.Schraubnippels in ¹ die Gewindeschachtel des Elektrodenabschnitts derart eiraelghraulit, jind' in?Axialrich|up| ge-' spannt wird,⁸ flao das '<5ewihaespiel den im Betrieb erforderlichen Betrag aufweist und die im Betrieb belasteten Flanken des Nippel- und des Schachtelgewindes zur Anlage kommen und daß in den Raum zwischen Schachtelboden und Nippel ein sich bei Verfestigung ausdehnendes Material eingeführt wird, welches den Nippel in seiner vorher bestimmten Lage starr und dauernd festgelegt hält

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sich ausdehnende Material durch eine Längsbohrung des Nippels eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet daß sowohl der Nippel als auch der Schachtelboden des Elektrodenabschnitts mit wenigstens einer exzentrisch angeordneten Bohrung versehen sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche ! bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenabschnitt und/oder der Nippel erwärmt werden, bevor das ausdehnbare, verfestigbare Material in den Raum zwischen Schachtelboden und Nippel eingeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Verwendung eines doppelkonischen Nippels.

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