DE2555688A1

DE2555688A1 - Verbindung von kohlenstoff- und graphitelektroden

Info

Publication number: DE2555688A1
Application number: DE19752555688
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Rer Nat Semmler
Original assignee: Sigri Elektrograhit GmbH
Current assignee: Sigri GmbH
Priority date: 1975-12-11
Filing date: 1975-12-11
Publication date: 1977-06-16
Also published as: DE2555688C2

Description

Verbindung von Kohlenstoff- und Graphitelektroden
Die Erfindung betrifft eine Elektrodenverbindung, insbesondere eine Verbindung von Kohlenstoff- und Graphitelektroden für Lichtbogenöfen, mit einem ersten und einem zweiten jeweils an den Stirnflächen mit einer ein Innengewinde aufweisenden Schachtel versehenen Elektrodenabschnitt und einem, mit einem Außengewinde versehenen, die Stirnflächen der Elektrodenabschnitte verbindenden Nippel.
Kohlenstoff- und Graphitelektroden werden seit langem als Elektroden für Lichtbogenöfen, z.B. für die Erzeugung von Elektrostahl verwendet. Die Elektroden bestehen aus einer Anzahl untereinander mechanisch und elektrisch verbundener Abschnitte oder Stränge, deren Ergänzung entsprechend den Verlusten durch Abbrand oder metallurgische Reaktionen einen nahezu kontinuierlichen Ofenbetrieb ermöglicht Es bedarf keiner näheren Begründung, daß die Verbindungen der E lektrodenabschnitte Schwachstellen der Elektroden darstellen und es hat nicht an Versuchen gefehlt, die mechanische Belastbarkeit der Verbindung durch eine verbesserte geometrische Auslegung oder durch eine Steigerung der Festigkeit der verwendeten Kohlenstoff-bzw. Graphitmaterialien zu erhöhen. Die günstigsten Ergebnisse werden mit Nippelverbindungen erzielt, in denen jeweils zwei an den Stirnseiten mit einer schachtelförmigen Ausnehmung mit einem Innengewinde versehene Elektrodenabschnitte durch einen mit einem Außengewinde versehenen Nippel derartig verschraubt sind, daß die Stirnflächen der Elektrodenabschnitte sich berühren. Der Schraubnippel ist zylindrisch oder doppelkonisch ausgebildet und die Symmetrieebene des Nippels fällt praktisch in die Ebene der Stirnflächen.
Die Problematik einer derartigen Verbindung besteht darin, daß die vergleichsweise eine geringe Fläche aufweisenden Nippel das Gewicht sämtlicher Elektrodenabschnitte tragen, so daß nur Kohlenstoff- bzw. Graphitqualitäten mit besonders hoher Festigkeit für Nippel geeignet sind. Größere Graphit- und Kohlenstoffkörper, wie z.B. die Elektrodenabschnitte lassen sich jedoch nicht in den gleichen bruchfesten Qualitäten herstellen. Die Materialeigenschaften der beiden Verbindungsteile, insbesondere der thermische Ausdehnungskoeffizient, der Elastizitätsmodul und die Temperaturabhängigkeit dieser Eigenschaften sowie der Anisotropiegrad sind entsprechend verschieden, wodurch beim Erhitzen-der Elektroden zusätzliche Spannungen in den Verbindungen entstehen. Aus der Analyse von Schadensfällen und aus Modellrechnungen ist bekannt, daß die größten Spannungen im Nippel im Bereich der Symmetrieebene und in den Elektrodenabschnitten im Bereich des Schachtelbodens auftreten. Nach der deutschen Offenlegungsschrift 2 234 411 und den amerikanischen Patentschriften 3 612 586 und 3 646 240 ist es bekannt, durch das Entfernen von Gewindegängen, insbesondere im Schachtelgewinde, die Spannungen in diesem Bereich zu verringern. Diese Verbesserungen reichen jedoch für thermisch und mechanisch hochbelastete Elektroden nicht aus, die Bruchwahrscheinlichkeit wesentlich zu reduzieren. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Spannungskonzentrationen innerhalb der gesamten Verbindung zu vermeiden oder wenigstens wesentlich zu verringern und die Bruchwahrscheinlichkeit von Elektrodenverbindungen zu verkleinern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Elektrodenverbindung der eingangs genannten Art gelöst, in der die Tiefe der Schachtelgewinde und/oder des Nippelgewindes im Bereich der Gewindeausläufe von Schachtelgewinden und/oder Nippelgewinde kleiner ist als die Gewindetiefe im Bereich der halben Gewindelänge. Bevorzugt weisen die Schachtelgewinde oder das Nippelgewinde über die Gewinde länge sich stetig ändernde Gewinde tiefen auf.
Unter Gewinde tiefe ist die Differenz von Außendurchmesser und Kerndurchmesser eines Gewindegangs zu verstehen. Die Gewinde tiefe ist erfindungsgemäß im Bereich der Gewindeausläufe von Schachtel oder Nippel, d.h., im Bereich der Elektrodenstirnflächen oder im Bereich der Nippelstirnflächen kleiner als in den dazwischen liegenden Bereichen des Gewindes, wobei die Gewindetiefe im Grenzfall Null betragen kann. Im allgemeinen wird die reduzierte Gewindetiefe bei unverändertem Kerndurchmesser durch Verkleinerung des Außendurchmessers entweder des Schachtel- oder des Nippelgewindes oder beider Gewinde erhalten. Besonders wirksam sind über die Gewinde länge sich stetig ändernde Gewindetiefen, wobei die Gewindetiefe der Schachtelgewinde im Bereich der Nippelstirnflächen etwa Null ist rund stetig in Richtung auf die Elektrodenstirnflächen zunimmt und die Gewinde tiefen des Nippelgewindes ein Minimum im Bereich der Elektrodenstirnflächen aufweisen und in Richtung auf die Nippelstirnflächen zunehmen.
Die Wirkung der Erfindung beruht auf dem Abbau von bruchauslösenden Spannungsspitzen in dem jeweils letzten Gewindegang und einer gleichmäßigeren Verteilung der wirkenden Kräfte auf die gesamte Verbindungsfläche. In den bekanntgewordenen Elektrodenverbindungen wird die Spannungsverteilung etwa durch die Wegnahme eines Gewindegangs nur in einem kleinen Bereich verbessert. Die in diesem Bereich benachbarten Gewindegänge sind größeren Spannungen ausgesetzt und trotz verringerter Maximalspannung bleibt die ungleichmäßige und für die Bruchwahrscheinlichkeit von keramischen Stoffen abträgliche Spannungsverteilung in der Verbindung bestehen. Die erfindungsgemäße Verbindung enthält keine schroffen Übergänge, die Gewindetiefe und damit der Gewindeeingriff von Schachtel- und Nippelgewinde ändern sich vielmehr stetig und die wirkenden Kräfte werden nahezu gleichmäßig auf die gesamte Verbindungsfläche verteilt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 eine Elektrodenverbindung gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts A in Fig. 1, Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts B in Fig. 1.
Die Elektrodenverbindung besteht aus einem ersten Elektrodenabschnitt 1 und einem zweiten Elektrodenabschnitt 2 mit schachtelartigen, mit einem Innengewinde versehenen Ausnehmungen 3 und 4, in die ein mit einem Außengewinde versehener, die Elektrodenabschnitte an deren Stirnflächen 6 verbindender Nippel 5 eingeschraubt ist. Eine vergrößerte Ansicht A der Schraubverbindung im Bereich des auslaufenden Nippelgewindes ist in Fig. 2 dargestellt. Die Tiefe des Schachtelgewindes 7 und damit der Eingriff des Nippelgewindes 8 nehmen stetig in Richtung auf den zeichnerisch nicht dargestellten Boden der Schachtel 4 ab. In der vergrößerten Ansicht B aus dem Bereich der auslaufenden Schachtelgewinde nach Fig. 1 nimmt die Tiefe des Nippelgewindes in Richtung auf die Stirnfläche 6 ab, analog verhält sich der Eingriff des Schachtelgewindes 7.
Die zeichnerisch dargestellte Ausführung ist insbesondere für thermisch und mechanisch hochbelastete Elektroden und für solche Verbindungen geeignet, die Nippel und Elektrodenabschnitte mit sehr verschiedenen Eigenschaften enthalten. Für weniger kritische Bedingungen reicht häufig eine Veränderung der Gewinde tiefe entweder im Bereich der Nippelstirnfläche oder im Bereich der Stirnflächen der Elektroden aus. Unter diesen Bedingungen kann die eine kleinere Gewinde tiefe aufweisende Zone auf einen Teil der gesamten Gewinde länge beschränkt bleiben.
Die rechnerisch ermittelte relative Spannungsverteilung in einer Elektrodenverbindung gemäß Fig. 1 - 3 wird im folgenden mit der Spannungsverteilung in einer herkömmlichen Verbindung verglIchen (dse (dle MppeLgänge sind in der Schachtel vom Schachtelboden aus numeriert, im Nippel vom Nippeläquator).
relative Werte der Spannung herkömmliche Verbindung nach Verbindung Fig. 1 - 3 Schachtel 1. Gewindegang 100 55 2. Gewindegang 50 48 3. Gewindegang 40 42 4. Gewindegang 33 37 5. Gewindegang 28 33 Nippel 1. Gewindegang 100 45 2. Gewindegang 40 30 3. Gewindegang 23 23 4. Gewindegang 18 19 So Gewindegang 14 16 Die Rechnung wurde bestätigt durch die Ergebnisse praktischer Versuche mit Lichtbogenelektroden.
3 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche Elektrodenverbindung mit einem ersten und einem zweiten jeweils an den Stirnflächen mit einem ein Innengewinde aufweisenden Schachtel versehenen Elektrodenabschnitt und einem mit Außengewinde versehenen, die Stirnflächen der Elektrodenabschnitte verbindenden Nippel, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Tiefe der Schachtelgewinde und/oder des Nippelgewindes im Bereich der Gewindeausläufe von Schachtelgewinden und/oder Nippelgewinde kleiner ist als die Gewindetiefe im Bereich der halben Gewindelänge.
2. Elektrodenverbindung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schachtelgewinde eine über die Gewindelänge sich stetig ändernde Gewinde tiefe aufweisen.
3. Elektrodenverbindung nach Anspruch 1 und 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Nippelgewinde eine über die Gewinde länge sich stetig ändernde Gewinde tiefe aufweist.