DE69314749T2

DE69314749T2 - Elektrodenverbindungsstelle zum Selbstzentrieren

Info

Publication number: DE69314749T2
Application number: DE69314749T
Authority: DE
Inventors: Philip Dennis Coleman; Crescenzo Fernanto Fulgenzi; James Allen Koltz; James Ray Stewart
Original assignee: Ucar Carbon Technology Corp
Current assignee: Graftech Technology LLC
Priority date: 1992-11-25
Filing date: 1993-11-19
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2013-11-20
Also published as: NO934255D0; EP0599211B1; NO934255L; UA27762C2; EP0599211A1; CN1050964C; DE69314749D1; BR9304811A; CN1093214A; AU5193293A; RU2129341C1; PL301186A1; CA2109909A1; AU663839B2; US5336015A; NO306440B1; ZA938797B; CA2109909C; ES2108190T3; PL172238B1

Description

Erfindungsbereich

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Nippel mit Gewinde zur Verbindung von Kohlenstoffelektrodenteilstücken (einschließlich Graphitelektrodenteilstucken), um einen sich der Länge nach erstreckenden Elektrodenstab für den Einsatz in einem Lichtbogenofen oder in einer ähnlichen Anlage bereitzustellen. Genauer gesagt: die vorliegende Erfindung betrifft einen Nippel mit Gewinde zur Verbindung von axial ausgerichteten Elektrodenteilstücken und zur Herstellung und Aufrechterhaltung einer koaxialen Ausrichtung zwischen ihnen.

Hintergrund der Erfindung

Bei herkömmlichen Kohlenstoffelektroden (auch bei Graphitelektroden) wird ein Paar sich der Länge nach erstreckende Elektrodenteilstücke mit Hilfe eines Kohlenstoff- (oder Graphit-) Nippels mit Gewinde in entsprechend mit Gewinde versehenen gegenüberliegenden Buchsen der Elektrodenteilstücke miteinander verbunden, so daß die gegenüberliegenden Endstücke der Elektrodenteilstücke in einen aneinanderstoßenden Kontakt gebracht werden. Da ein Elektrodenteilstück im Verlaufe des Ofenbetriebs verbraucht wird, wird ein neues Elektrodenteilstück in Tandemanordnung in gleicher Weise angefügt, so daß der Ofenbetrieb kontinuierlich fortgeführt werden kann. Das heißt: das untere Ende des Elektrodenstabs verbraucht sich im Ofen, und der gesamte Stab wird abgesenkt, um den Betrieb aufrechtzuerhalten. Elektrodenteilstücke werden oben am Stab angefügt, um die verbrauchten Stäbe zu ersetzen. Es kommt jedoch manchmal zu mechanischen Störungen, d.h. Bruch einer mit Gewinde versehenen Verbindung, was zur Unterbrechung des Betriebs des Lichtbogenofens führt.
US Patent 4,152,533 richtet sich auf den Bruch der Nippelverbindung und geht das Problem der Belastungen bei den ersten unteren Gewindegängen einer Elektrodenbuchse durch Abfasung dieser Gewindegänge an. US Patent 4,375,340 geht das Problem der Belastungen an oder nahe der Mittellänge des mit Gewinde versehenen Nippels durch eine Entlastung an, um die Festigkeit der Verbindung zu erhöhen.
Diese Techniken nach dem jetzigen Stand der Technik verhindern jedoch nicht Verbindungsstörungen aufgrund von falscher Nippelausrichtung, und dies ist in der Branche ein ernstes Problem geblieben.
US-A-2 970 854 beschreibt eine Elektrodenverbindungsstelle, die zwei mit Gewinde versehene Elektrodenteilstücke und einen Nippel mit Gewinde umfaßt. Eine einlaufende Ausgleichsscheibe wird zwischen den Flanken der Gewindegänge des Nippels und den Gewindegängen von mindestens einer der Elektrodenteilstücke eingesetzt, um eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung des Spiels zwischen dem Nippel und den Elektrodenteilstücken zu erzielen. Während der thermischen Erhitzung schmilzt oder schrumpft die Ausgleichsscheibe, so daß sich ihre Dickenabmessung reduziert, was den Gewinden mehr Spielraum für eine Ausdehnung erlaubt, was ebenfalls zu einem möglichen Bruch der Elektrodenteilstücke oder des Nippels führt.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist festgestellt worden, daß als Teil der augenblicklichen Erfindung Versager bei den mit Gewinden versehenen Nippelverbindungen gewöhnlich auftreten, wenn die zusammengefügten Elektrodenteilstücke und/oder Nippel im wesentlichen nicht völlig in koaxialer Ausrichtung sind. Untersuchungen einer Anzahl von fehlgeschlagenen Nippelverbindungen mit Gewinden haben gezeigt, daß die jeweiligen Längsachsen der gekoppelten Elektrodenteilstücke signifikant versetzt waren, und der Nippel schiefwinkelig und nicht komzident war, wobei ein solcher Zustand oft zum Versagen der Verbindungsstelle führte.
Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Mittel zu bieten, um die koaxiale Längsausrichtung des Nippels und der Elektrodenteilstücke zu gewährleisten, um somit ein Versagen der Elektrodenverbindungsstelle zu vermeiden.
Andere Ziele sind aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen Aufriß im Schnitt einer herkömmlichen Elektrodenverbindungsstelle;
Fig. 1 (A) und 1 (B) zeigen Aufrisse, teilweise im Schnitt, von verschiedenen Konfigurationen von Elektrodenverbindungsstellen mit Gewinden nach dem bisherigen Stand der Technik;
Fig. 2 ist ein Teilaufriß, der eine falsch ausgerichtete Verbindungskonfiguration zeigt;
Fig. 3 zeigt einen Teilaufriß eines Nippels mit Gewinde in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 (A) ist eine Draufsicht der Vorrichtung von Fig. 3;
Fig. 4 ist ein Schnittaufriß der Vorrichtung von Fig. 3;
Fig. 4 (A) - 4 (C) zeigen alternative Konfigurationen der Vorrichtung der Fig. 4;
Fig. 5 ist ein Schnittaufriß der Vorrichtung der Fig. 3 nach Eingreifen bei einem Paar von gegenüberliegenden koaxialen Elektrodenteilstücken;
Fig. 6 ist ein Teilriß, der deutlicher das Eingreifen der Vorrichtung von Fig. 3 zeigt; und
Fig. 7 zeigt ein Werkzeug für die Herstellung der Vorrichtung von Fig. 3.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine konventionelle Anordnung der Elektrodenverbindungsstelle für das Anfügen der Elektrodenteilstücke 10 und 20, wie es auch in der Fig. 1 (A) gezeigt wird. Die Elektrodenteilstücke 10, 20 sind vorzugsweise koaxial ausgerichtet, um mechanische Beanspruchungen mit ihren Längsachsen 30, 40 komzident wie in Fig. 1 und Fig. 1 (A) gezeigt und ebenfalls komzident mit der zentralen Längsachse 60 des zylinderförmigen mit Gewinde versehenen Nippels 70, wie gezeigt, zu vermeiden. Eine andere Anordnung einer herkömmlichen Verbindung wird in Fig. 1 (B) gezeigt, wobei der mit Gewinde versehene Nippel 70 doppelt verjüngt ist. Aufgrund der erforderlichen Fertigungstoleranz in den mit Gewinden versehenen Buchsen 84, 86, aufgezeigt an den Stellen 80, kann es geschehen, daß der mit Gewinde versehene Nippel 70 sich während des gewindemäßigen Eingreifens der Elektrodenteilstücke 10, 20 verkantet, wie schematisch in Fig. 2 gezeigt, so daß die gegenüberliegenden Stoßflächen 85, 87 der Elektrodenteilstücke 10, 20 verschoben werden, wie es bei 90 in Fig. 2 gezeigt wird, und die Längsachse 60 des mit Gewinde versehenen Nippels 70 hinsichtlich der Achsen 30, 40 der Elektrodenteilstücke 10, 20 in Schrägstellung gerät. Unter diesen Umständen verschieben sich die belasteten Flanken 100 der Gewindegänge 110 des mit Gewinde versehenen Nippels 70 in den Gewinderillen 120, 120 der Buchsen der Elektrodenteilstücke 10, 20, und die Zwischenräume 130 - 130"", die an die unbelasteten Flanken 102 angrenzen sind nicht einheitlich, d.h. die Zwischenräume nehmen von 130 bis 130"" zu. Es ist festgestellt worden, daß die Bedingungen einer solchen falschen Ausrichtung, wie in Fig. 2 gezeigt, zu den Belastungen beitragen, welche zu einem mechanischen Versagen einer Elektrodenverbindung führen, d.h. zu einem Bruch. Ein Nippel mit Gewinde in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zur Aufrechterhaltung einer koaxialen Ausrichtung zur Vermeidung eines Bruchs und Versagens der Verbindung wird mit 700 in Fig. 3 gezeigt und im Schnitt in Fig. 4, in der ein mit Gewinde versehener Nippel 700 mit abgesetzten integralen Gewindegängen 210 am Grund 215 ausgestattet ist, die beim Einsatz gewindemäßig in die Rillen 220, 222 der Elektrodenteilstücke 10, 20, wie in Fig. 5 gezeigt, eingreifen. Ein Steg 250 ist als integraler Bestandteil mit dem Grund 215 vorhanden und befindet sich angrenzend an die Mittelgewindegänge 210 und erstreckt sich vom Grund 215 nach außen, aber in einem wesentlich geringerem Maße als die Gewinde 210. Statt der zylindrischen Form, wie sie in Fig. 3, 4,5 gezeigt wird, kann der mit Gewinde versehene Nippel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die doppeltverjüngte Form der Fig. 1 (B) aufweisen. Die äußere Streckung 270 des Stegs 250, gezeigt in Fig. 4, beträgt vorzugsweise 5 bis 20 % der äußeren Streckung 275 des Gewindes 210, wie ebenfalls in Fig. 4 gezeigt wird. Steg 250 ist vorzugsweise mit einer scharfen Kante 255 versehen, so daß bei Eingreifen des mit Gewinde versehenen Nippels 700 in ein entsprechend mit Gewinde versehenes Elektroden teilstück 10, 20 der abgesetzte Steg 250 verschleißend gegen die ebenllächigen Kämme 300, 302 in den Buchsen der Elektrodenteilstücke 10, 20 drückt, welche die Gewinderillen 220, 222 trennen. Diese Einwirkung wird in der Teilansicht der Fig. 6 gezeigt, in der die äußere Kante 255 des Stegs 250 mit Verschleiß abgetragen wird und ebene Flächen 320 auf dem Steg 250 zurückläßt, welche den mit Gewinde versehenen Nippel in koaxialer Ausrichtung mit den Elektrodenteilstücken 10, 20 halten, wie in Fig. 5 gezeigt; und die Entstehung destruktiver Beanspruchungen aufgrund falscher Ausrichtung der gekoppelten Elektrodenteilstücke wird vermieden. Der Steg 250 ist vorzugsweise winkelig und zugespitzt, wie es 255 in Fig. 3 zeigt, um die Abnutzung zu einer ebenen abfangenden Fläche nach Verschleiß zu erleichtern. Der Steg 250 ist vorzugsweise geringfügig näher an die angrenzende belastete Flanke 100 des mit Gewinde versehenen Nippels 700 positioniert, so daß, mit Bezug auf Fig. 7, der Abstand A annähernd 5 bis 20 % länger als Abstand B ist. Dies ermöglicht der Kante 255 den tragenden Eingriff des Zentrums der ebenflächigen Kämme 300, 302 im gesamten Gewinde des Nippels 700 in die Elektrodenteilstücke 10, 20. Diese exzentrische Anordnung berücksichtigt den über den unbelasteten Flanken 130 angrenzenden Raum, der notwendigerweise wegen der Fertigungstoleranzen auftritt.
Die Fig. 7 zeigt im Schnitt ein Gewindeschneidwerkzeug, das mit einer Kerbe N versehen ist, zur Schaffung eines Stegs 250 bei der Herstellung der Gewindegänge 210 der Fig. 3. Beispielhafte Abmessungen des Werkzeugs werden in der Legende der Fig. 7 gezeigt. Vorzugsweise ist der Steg 250 in Form einer durchgehenden Wendel integral mit dem Kohlenstoff- (oder Graphit-)Grund 215 und im wesentlichen koextensiv mit den Gewindegängen 210. Jedoch kann der Steg 250 durch die Einbettung einer Vielzahl von räumiich abgesetzten Vertiefungen, wie es exemplarisch an 330 in Fig. 3 gezeigt wird, diskontinuierlich sein. Derartige Vertiefungen sollten insgesamt weniger als ein Viertel der Gesamtlänge des Stegs 250 ausmachen. Die Vertiefungen 330 können einen Entlastungsdurchgang für die vom Abrieb stammenden Kohlenstoffpartikel bieten. In Funktion wird der mit Gewinde versehene Nippel 700, gezeigt in Fig. 3, zu Anfang in ein Elektrodenteilstück eingebracht, und der Steg 250 drückt allmählich und kontinuierlich gegen die ebenflächigen Kämme der Buchse eines Elektrodenteilstücks und wird nach und nach, wie an 327 in Fig. 6 gezeigt, abgerieben, um auf diese Weise in der Tat den Nippel 700 koaxial in die Buchse einzuklemmen, wie es in Fig. 5 dargestellt wird. Rinnen 401, 403 im Grundteilstück 215, koextensiv mit dem Steg 250, können als Option vorgesehen werden, dargestellt in Fig. 4 (C), um Abriebspartikel aufzunehmen.

Claims

1. Ein angefertigtes Teil, ein Kohlenstoffnippel mit Gewinde (700) zur Verbindung eines Paares gegenüberliegender Kohlenstoffelektroden-Teilstücke (10, 20), jedes mit entsprechender gegenüberliegender Buchse mit Gewinde, wobei jede Buchse mit Gewinde Gewinderillen (220, 222) aufweist, getrennt durch im wesentlichen ebenflächige Kämme (300, 302), der besagte Kohlenstoffnippel mit Gewinde (700) umfaßt:

(i) ein sich der Länge nach erstreckendes Grundteilstück (215);

(ii) auseinanderliegende Gewindegänge (210) auf dem Grundteilstück (215), die sich davon nach außen erstrecken und integraler Bestandteil hiervon sind, flir das gewindemäßige Eingreifen der Gewinderillen (220, 222) eines Elektrodenteilstücks (10, 20); gekennzeichnet durch

(iii) einen abnutzbaren Steg (250) des Grundteilstücks (215), das Teil des Ganzen ist, unmittelbar angrenzend an die auseinanderliegenden Gewindegänge (210) auf dem Grundteilstück (215) und sich von diesem Grundteilstück aus (215) erstreckend, jedoch in einem wesentlich geringeren Ausmaß als die auseinanderliegenden Gewindegänge (210), so daß bei Gewindeeingriff des mit Gewinde versehenen Kohlenstoffnippels (700) mit einem Elektrodenteilstück (10, 20) der Steg (250) durch Abnutzung abgetragen wird und eine ebene Fläche (320) hinterläßt, die gegen die ebenftächigen Kämme (300, 302) der mit Gewinde versehenen Buchse drückt, welche die Gewinderillen (220, 222) der Elektrodenbuchse trennen.

2. Ein angefertigtes Teil nach Anspruch 1, wobei der Steg (250) im wesentlichen kontinuierlich und koextensiv mit den Gewinden (210) und dem Grundteilstück (215) ist.

3. Ein angefertigtes Teil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Steg (250) von den angrenzenden Gewinden (210) auf dem Grundteilstück (215) abgesetzt ist.

4. Ein angefertigtes Teil nach Anspruch 3, wobei der Steg (250) geringfügig näher zu einem angrenzenden Gewinde (210) liegt, so daß er unter Abnutzung gegen das zentrale Teilstück des ebenilächigen Kamms (300, 302) der Buchse eines Elektrodenteilstücks (10, 20) drückt.

5. Ein angefertigtes Teil nach einem der Anspuiche 1 bis 4, wobei eine Vielzahl von Vertiefungen (330) im Steg (250) vorhanden ist.

6. Eine Kohlenstoffelektrodenverbindung bestehend aus einem Paar gegenüberliegender anstoßender Elektrodenteilslilcke (10, 20), wobei jedes Teilstück jeweils eine gegenüberliegende mit Gewinde versehene Buchse aufweist, wobei jede Buchse mit Gewinderillen (220, 222) versehen ist, getrennt durch im wesentlichen ebenflächige Kämme (300), 302) und einen mit Gewinde versehenen Kohlenstoffnippel (700) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.