DE2203226C3 - Verfahren zur Verlängerung einer Graphitelektrode eines elektrischen Lichtbogenofens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verlängern einer Graphitelektrode eines elektrischen Lichtbogenofens, bei dem auf die Elektrodensäule eine aus einem Elektrodenabschnitt und einem Schraubnippel vorgefertigte Einheit aufgeschraubt wird, in der der Schraubnippel eine Längsbohrung aufweist, in die Gewindeschachtel des Elektrodenabschnitts unter Wahrung des betriebsmäßig richtigen Gewindespiels eingeschraubt ist, mit den Lastflanken seines Gewindes an den Lastflanken des Schachtelgewindes anliegt und in dieser Lage mit einem den Raum zwischen seiner Stirnfläche und dem Schachtelboden ausfüllenden festen, bei hoher Temperatur verkokenden Stoff fixiert ist, und bei dem die Elektrodensäule, vorzugsweise in der Ofenhitze, bis zur Verkokungstemperatur dieses eingebrachten Stoffes erhitzt wird.

Durch die DT-OS 18 04 685 ist ein Verfahren dieser Art bekanntgeworden. Die Verwendung solcher vorgefertigter Nippel-Elektroden-Einheiten ermöglicht die leichte und arbeitssparende Verlängerung der Ofenelektroden, wobei auch Personal ohne SpezialSchulung fehlerfreie und zuverlässige Nippelverbindungen herstellen kann. Dies ist besonders wichtig bei Verwendung eines doppelkonischen Nippels, dessen beide Hälften nur bei symmetrischem Sitz in der Verbindung ein ausreichendes Gewindespiel erhalten. Wird zur Fixierung des Nippels in der vorgefertigten Einheit gemaß der DT-OS 18 04 685 ein aufschäumendes Kunstharz verwendet, so verkokt dieses in der Ofenhitze und bildet nach ArI der allgemein bekannten Elektrodenkit te eine Schraubsicherung des Nippels im entsprechenden Elektrodenabschnitt, allerdings nicht im andern der beiden zu verbindenden Abschnitte.

Es ist bekannt, zur Schraubsicherung des Nippels Pech zu verwenden, welches t-r< Erhitzung zunächst schmilzt und zu den gewünschten Stellen läuft, wo ei verkokt und dadurch die Schraubverbindung sicher (DT-PS 8 67 268),

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausge hend von dem Verfahren der eingangs beschriebener Art eine Sicherung der Schraubverbindung des Nippel· durch das verkokende Material in beiden jeweils zu samciengeschraubten Elektrodenabschnitten zu erzie

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge löst, daß eine Einheit verwendet wird, in der der der Nippei fixierende Stoff unterhalb der Verkokungstemperatiir schmilzt, und daß die Einheit mit dem Nippel nach unten auf die Elektrodensäuie aufgeschraubt wird derart, daß der den Nippel fixierende Stoff beim Erhitzen zunächst schmilzt und durch die Längsbohrung des Nippels teilweise in den Bereich der unteren Nippelhälfte fließt und nach dem Verkoken die Verschraubung auch in diesem Bereich sichert

Wird die Nippel-Elektroden-Einheit mit dem Nippel nach oben auf die Elektrodensäule aufgeschraubt, so besteht bei der Verwendung von schmelzbarem Material zur Fixierung die Gefahr, daß dieses Material infolge der erheblichen Hitze auch oberhalb des Ofens vorzeitig schmilzt, so daß der Nippel nicht mehr in seiner richtigen Lage gesichert ist und sich beim Aufschrauben der nächsten Einheit unkontrollierbar verschiebt; beim erfindungsgemäßen Verfahren ist diese Gefahr gebannt, άε. die neue Einheit angeschraubt und festgezogen werden kann, bevor das Material Zeit zum Schmelzen hat.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen ist.

F i g. 1 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine vorgefertigte Einheit aus Elektrodenabschnitt und Schraubnippel;

Fig.2 zeigt eine Zentriervorrichtung 2:ur Herstellung der voigefertigten Einheit;

Fig.3a, 3b, 3c und 3d zeigen Ausführungsformen von vier verschiedenen Bohrungsrichtunge:n und/oder -anordnungen im Nippel, welche außer der einfachen Verwendung nur einer zentralen Bohrung gemäß F i g. 1 und 2 verwendet werden können;

F i g. 4 zeigt eine Verbindungsstelle im fertig zusammengebauten Zustand, bei der die vorgefertigte Einheit gemäß F i g. 1 und 2 verwendet wurde, und zwar gleich nach Zusammenbau; und

F i g 5 zeigt eine Verbindungsstelle nach F i g. 4, nachdem ein Teil des verkokenden Stoffe« geschmolzen und aus dem Raum zwischen Nippelstirnseite und Boden der oberen Gewindeschachtel nach unten geflossen ist

Gemäß F i g. 1 ist ein doppelkonischer Nippel 1 in eine entsprechend konisch geformte Gewindeschachtel eines Elektrodenabschnitts 2 eingeschraubt. Der Nippel 1 ist mit einer zentralen, längs verlaufenden Bohrung 8 versehen, welche sich von einer Stirnfläche 6 des Nippels zu seiner anderen Stirnfläche 9 erstreckt.

Der große Durchmesser des Nippels 1 beträgt 27,3,0 cm, der Durchmesser der längsverlaufenden Bohrung 2,858 cm und derjenige des Elektrodenabschnitts 2 beträgt 50,80 cm. Die Steigung des Nippelgewindes beträgt drei Windungen pro 2,54 cm und die Verjüngung des Nippels 1 :6, d. h., der Radius nimmt vom Maximaldurchmesser um 1 cm je 6 cm der Nippellänge ab. Der Nippel 1 ist so tief in die Gewindeschachtel einge-

chraubt bis sein größter Durchmesser 3 unjefähr mit (er Ebene der Stirnfläche 4 des Elektrodenabschnitts ibereinstimmt und bis der Nip[>el 1 wirklich dicht ein-,eschraubt ist d.h. bis die Gewinde des Nippels und Jer Gewindeschachtel sich vollständig erfaßt haben. 3er Nippel wird dann in der Gewindeschachtel vorpoätioniert indem er z. B. um eine Achtelwindung (d. h. im 45°) zurückgedreht wird, utn auf diese Weise einen abstand zwischen den unbelasteten Flanken des Nippelgewindes und der Gewindeschachtel .orzusehen. ι Beim Einführen des Nippels wird eine an sich bekannte Zentriervorrichtung gemäß F i g. 2 verwendet. Fin heißes, fließfähiges, sich im wesentlichen nicht ausdehnendes, verkohlbarts oder verkokendes Material wird dann durch die Bohrung 8 in ausreichender Menge ein- ι geführt oder -gedruckt so daß es unmittelbar nach Einführung den Raum 5 zwischen Unterseite 6 des Nippels 1 und Boden 7 der Gewindeschachtel ohne nachträgliche Expansion im wesentlichen füllt Das heiße, fließfähige, verkokende Material wird überreichlich verwendet und erstreckt sich teilweise nach oben durch die längslaufende Bohrung 8 bis zu einer Höhe «d, die in der Regel wenigstens in der Mitte der Bohrung 8 liegt. und vorzugsweise bis zu einer Höhe, mit der sowohl die Bohrung 8 als auch der Raum 5 im wesentlichen gefüllt ist Bei Abkühlen des Materials auf Zimmertemperatur wird es fest und füllt leere Bereiche im Raum 5 im wesentlichen oder vollständig und dient ebenfalls dazu, den Nippel 1 in der gewünschten Lage in der Gewindeschachtel zu befestigen. Durch; das Festwerden des Materials wird der Nippel 1 auch in der beschriebenen vorpositionierten Stellung und mit Gewindespiel gehalten, wodurch für Raum für eine thermische Ausdehnung der Gewinde der Verbindung gesorgt ist. Durch die Vorpositionierung des Nippels wird auch bewirkt, daß die oberen, im Betrieb belasteten Flanken U. nämlich die dem geometrischen Zentrum des Nippels näheren Flanken, die entsprechenden Gewindeflanken der Gewindeschachtel berühren, wodurch auch ein Spiel 12 an den nicht belasteten Flanken 13 des Gewindes, nämlich den dem Ende 6 des Nippels 1 näheren Flanken geschaffen wird.

Die Bohrung 8 kann auch außermittig angebracht werden. Typische Ausführungsarten sind in F i g. 3a. 3b und 3c dargestellt In F i g. 3a verläuft die Bohrungsachse parallel zur Nippelachse. In F i g. 3b erstreckt sich die Bohrung in Längsrichtung des Nippels von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche desselben, verläuft jedoch in einem Winkel zuir Nippelachse. In Fig. 3c beginnt die Bohrung an einer Stelle an einer Stirnfläche einer Nippelhälfte und endet, wie auch die Bohrungen in F i g-1. 3a und 3b, an einem Punkt an der Oberfläche der anderen Nippelhälfte, jedoch erstreckt sie sich nicht ganz bis zu der Stirnfläche des Nippels, die rieh im Betrieb unten befindet vielmehr liegt der Bonrungsausgang an d^r mit Gewinde versehenen Mantelfläche des Nippels. Letztere Lage ist nicht so vorteilhaft wie ein Ausgang an einer Stelle der Stirnfläche, kann jedoch auch zum Einführen des heißen, fließfähigen Materials in die Bohrung verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform ist das Austrittsende der Bohrung an der mit Gewinde versehenen Mantelfläche <. orzugsweise näher am Ende als an der Mitte des Niprels. liegt jedoch auch in der Regel in einem Abstand von wenigstens einem Sechstel der Länge des Nippex son seinem Ende.

In F i g. 3d ist die Verwendung zweier seitliche- o.:er allgemein quer verlaufender Bohrungen Sa und 8ö gezeigt, welche die Längsbohrung 8 in einem Winkel schneiden bzw. in Verbindung mit ihr stehen. Diese Bohrungen haben in der Regel einen kleineren Durchmesser als die Längsbohrung 8.

S In F i g. 3a, 3b, 3c und 3d sind auch typische Anordnungen des verkokenden Materials im Raum 5 und den Bohrungen 8,8a und 86 der vorgefertigten Einheit gezeigt, ehe das freie Ende des Nippeis der vorgefertigten Einheit mit dem anderen Elektrodenabschnitt verbuno den wird.

Das Vorpositionieren des Nippels erfolgt auf die gleiche Weise wie in der DT-OS 18 04 683 beschrieben, wobei vorzugsweise eine Zentriervorrichtung, wie in F i g. 2 dargestellt verwendet wird. Die Zentriervorrichtung weist eine Platte 18 auf, welche auf ein Ende des Nippels 1 geschraubt ist sowie Luftzylinder 17, welche über Rollen 19 Druck gegen die Stirnfläche des Elektrodenabschnitts ausüben.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfin- !o dung wird Steinkohlenpech mit einem Schmelzpunkt von 10O⁰C auf 200° C erhitzt und eine abgemessene Menge dieses heißen, geschmolzenen, fließfähigen Materials durch die Längsbohrung 8 und in den Raum 5 zwischen der Unterseite 6 des Nippels 1 und dem Bo- ;? den 7 der Gewindeschachtel eingespritzt Eine ausreichende Pechmenge wird verwendet damit unmittelbar nach ihrer Einführung und ohne daß sie sich nachträglich ausdehnt der Raum 5 im wesentlichen gefüllt wird und das Pech sich weiter nach oben gut bis in die Längsbohrung 8 erstreckt z. B. bis zu einer Höhe gemäß Fig. 1. Die aus Nippel und Elektrodenabschnitt bestehende vorgefertigte Einheit wird in einer festgelegten Lage gehalten, bis das geschmolzene Pechmaterial sich im wesentlichen auf Zimmertemperatur abgekühlt hat, wodurch das Pech im wesentlichen fest wird und wonach der Druck verringert und die Vorrichtung entfernt wird. Die Abkühlzeit beträgt in der Regel fünf bis zehn Minuten. Das Pech erhärtet bei einer Temperatur, die im wesentlichen die gleiche wie sein Schmelz punkt ist. Die besondere (schwimmende) Lage des Nippels in der Gewindeschachtel, wie sie vorher durch die Zentriervorrichtung geschaffen wurde, wird durch das Festwerden des Pechs festgehalten, welches weiter den Nippel Fest in der Gewindeschachtel hält Die vorgefertigte EipVi* hat daher die gewünschten Voraussetzungen für eine anschließende Verwendung an einer Elektrodenverbindungsstelle, indem die Einheit mit einem zweiten Elektrodenabschnitt verbunden wird

Die vorgefertigte Einheit wird gemäß schematischer s° Darstellung in F i g. 4 mit einem zweiten Elektrodenabschnitt verbunden. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß das herausragende Ende des Nippels in die Gewirv deschachtel eines zweiten Elektrodenabschnitts 20 eingeschraubt wird, bis die Stirnflächen de^r beiden durch den Nippel verbundenen Teile sich planar berühren. Man wird bemerken, daß in dem dargestellten Zustand die Verbindung gerade durchgeführt wurde und die aus Elektrodenabschnitt 2 und Nippel 1 t^stehende vorgefertigte E;nheit oben und der zweite Elektrodenabschnitt 20, mn dem die vorgefertigte Einheit verbunden wurde, an der Unierseite der Verbindungsstelle dargesieU' ist. Diese Anordnung der Elektrodenabschnitte zueinander ist wesentlich für den Erfolg der so hergesteii.en Verbindung. Der zweite Elektrodenabschnitt. mit dem d:e vorgefertigte Einheit verbunden wird, ist vor dem Arbeitssr.hritt des Einschrauben der oberste Elektrodenabschnitt in der Elektrodensäule eines elektrischen Lichtbogenofens, während danach natürlich

der Elektrodenabschnitt der vorgefertigten Einheit der oberste Elektrodenabschnitt in der Elektrodensäule wird. Das Herstellen der Verbindung und das Anordnen der Elektrodenabschnitte sind Zusammenbautechniken sowohl für angestellte als auch abgestellte öfen. Das Material im Raum 5 und in der Bohrung 8 in F i g. 4 befindet sich noch in festem Zustand und ist noch nicht geschmolzen.

Bei Erwärmung der auf diese Weise angeordneten Verbindungsstelle — wie es bei Verwendung derselben in einer Elektrodensäule eines Stahlofens der Fall ist — erreicht die Verbindungsstelle zuerst eine Temperatur, die hoch genug ist, das Pech zu schmelzen und auf diese Weise ein Abwärtsfließen eines Teils desselben aus dem Raum 5 durch Bohrung 8 in Richtung des entsprechenden Raums 5a zwischen dem anderen Ende des Nippels 1 und dem Boden der Gewindeschachtel im Elektrodenabschnitt 20 zu bewirken. Auch in der Ausführungsform gemäß F i g. 3c würde das Pech noch in Richtung des unteren Raums 5a fließen, obwohl der Ausgang der Bohrung am Gewinde an der Mantelfläche des Nippels ist und nicht an der anderen Stirnfläche. Wenn das Pech auf diese Weise schmilzt, fließt der größte Teil desselben in den Raum 5a, aber ein Teil davon verbleibt im Raum 5, insbesondere in den pcripheren Teilen desselben. Wenn die Verbindungsstelle dann weiter erwärmt wird, erhärtet und verkohlt das Pech in beiden Räumen und befestigt dadurch den Nippel in beiden Gewindeschachteln der verbundenen Elektrodenabschnitte.

Es kann verschiedenes Material dazu verwendet werden, den Raum 5 zwischen der Unterseite 6 des Nippels I und dem Boden 7 der Gewindeschachtel auszufüllen, um den Nippel in der Gewindeschachtel der vorgefertigten Einheit schwimmend zu halten und den Nippel in einer bestimmten Lage in der Gewindeschachtel zu halten und außerdem später die Funktion zu erfüllen, die Elektrodenabschnitte an dem Nippel zu befestigen, wenn die vorgefertigte Einheit in eine Elektrodenverbindungsstelle eingebracht und die Verbindungsstelle erwärmt wird. Pech und Teer sind besonders geeignet

In jedem Fall muß das verwendete Material bei Raumtemperatur (und vorzugsweise auch bis zu einer Temperatur von wenigstens ungefähr 50⁰C) fest sein und bei Erhitzung (vorzugsweise auf relativ niedrige Temperaturen wie z.B. zwischen ungefähr 100"C und ungefähr 150⁰C) leicht in ein fließfähiges Material schmelzen oder zerfließen, so daß es leicht zur Fertigstellung der vorgefertigten Einheit und später auch zur Fertigstellung der Verbindungsstelle der Elektrodenabschnitte verwendet werden kann, muß bei Abkühlung auf Raumtemperatur, vorzugsweise bei Erreichen einer Temperatur von ungefährt 80⁰C, wieder erhärten, muß verkohlbar sein, d. h. nach Erwärmung auf hohe Temperatur eine wesentliche Menge Kohlerückstand zurücklassen, so daß es seine Befestigungsfunktion bei der Fertigstellung der Elektrodenverbindungsstelle erfüllen

ίο kann, wenn die Verbindungsstelle auf eine Temperatur erwärmt wird, welche warm genug ist, das Material wieder schmelzen und dann verkohlen zu lassen. Ferner soll sich das Material bei dem Übergang vom flüssigen zum festen Zustand nicht wesentlich ausdehnen,

ij wie es bei schäumenden Arten der Fall ist, so daß sein Volumen bei der Rückverwandlung aus dem festen in den flüssigen Zustand nicht wesentlich verändert wird, wenn die Elektrodenverbindungsstelle im Betrieb erwärmt wird.

Vorteilhafte Materialarten enthalten wesentliche Mengen von Pech, z. B. alle Pech- oder Pech-Kohlemehl-Kombinationen, oder Pech vermischt mit kleineren Mengen von Kohleaggregat und Weichmacher, z. B. ein Gemisch aus mindestens ungefähr 50 Teilen Pech und bis zu ungefähr 50 Teilen Kohleaggregat, vorzugsweise Mehl, wobei der Ausdruck »Mehl« in der Regel ein Material bezeichnet, dessen Partikeln durch ein Sieb von 0,833 mm lichter Maschenweite fallen würden; eine Höchstmenge von 1% würde auf einem Sieb mit lichter Maschenweite von 0,417 mm verbleiben, und 50 bis 55% davon würden durch ein Sieb mit lichter Maschenweite von 0,074 mm fallen. Bei dem Pech kann es sich entweder um Steinkohlen- oder Petroleumpech handeln. »Kohleaggregat« soll Material wie vorzugsweise fein gemahlene Graphitpartikeln bezeichnen, fein gemahlene kalzinierte oder Rohpetroleum-Kokspartikeln, fein gemahlene Ko'uiepartikeln und -gemische, wobei das Kohleaggregat vorzugsweise insgesamt auch kleiner als entsprechend einer lichten Maschenweite von 1,651 mm ist

Das Material kann ebenfalls einen kleineren Prozentsatz Weichmacher enthalten, wie z. B. bis zu ungefähr 5 Gewichtsprozent des verkohlbaren Materials oder Pechs, um eine weniger brüchige vorgefertigte Einheit herzustellen. Als Weichmacher oder weich machende Mittel verwendbare typische Materialarten sind Stearinsäure, Petroleum, Teer und Pech mit niedrigerem Schmelzpunkt usw.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patents aspruch:

   Verfahren zum Verlängern einer Graphitelektrode eines elektrischen Lichtbogenofens, bei dem auf S die Elektrodensäule eine aus einem Elektrodenabschnitt und einem Schraubnippel vorgefertigte Einheit aufgeschraubt wird, in der der Schraubnippel eine Längsbohrung aufweist, in die Gewindeschachtel des Elektrodenabschnitts unter Wahrung des be- ίο triebsmäßig richtigen Gewindespiels eingeschraubt ist, mit den Lastflanken seines Gewindes an den Lastflanken des Schachtelgewindes anliegt und in dieser Lage mit einem den Raum zwischen seiner Stirnfläche und dem Schachtelboden austollenden festen, bei hoher Temperatur verkokenden Stoff fixiert ist, und bei dem die Elektrodensäule, vorzugsweise in der Ofenhitze, bis zur Verkokungstemperatur dieses eingebrachten Stoffes erhitzt wird, d a durch gekennzeichnet, daß eine Einheit verwendet wird, in der der den Nippel fixierende Stoff unterhalb der Verkokungstemperatur schmilzt, und daß die Einheit mit dem Nippel nach unten auf die Elektrodensäule aufgeschraubt wird derart, daß der den Nippel fixierende Stoff beim Erhitzen zunächst schmilzt und durch die Längsbohrung des Nippels teilweise in den Bereich der unteren Nippelhälfte fließt und nach dem Verkoken die Verschraubung auch in diesem Bereich sichert

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