DE867268C

DE867268C - Verbindung zwischen Kohlekoerpern, insbesondere Kohleelektroden, und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE867268C
Application number: DEU615A
Authority: DE
Inventors: Harry Veryl Johnson; Harry Charles Stieber
Original assignee: Union Carbide and Carbon Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1949-01-15
Filing date: 1950-09-22
Publication date: 1953-02-16
Also published as: SE141662C1; CH287703A; GB670162A; US2510230A; FR1004104A

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung und ein Verfahren, eine solche zwischen den Enden von zwei Kohlekörpern herzustellen, wie Elektroden für elek-" irische Herde, und auch einen aus Kohle bestehenden Gewindenippel zur Verwendung bei der Herstellung solcher Verbindungen.

Beim Betrieb elektrischer Stahlschmelzöfen werden Kohle- oder Graphitelektroden zur Durchleitung des elektrischen Stromes verwendet, und zwischen den Elektrodenenden wird das Metall geschmolzen. Während des Schmelzens werden die Elektroden nach und nach verbraucht. Um das Elektrodenmaterial kontinuierlich nachzuführen, werden die Elektroden in genügender Länge hergestellt und im allgemeinen durch einen Schraubnippel aus Kohle oder Graphit miteinander verbunden, der an einem mit Gewinde versehenen Fuß in jedem Elektrodenabschnitt angeordnet ist. Bisher war diese Schraubenverbindung die Quelle eines zusätzlichen elektrischen Widerstandes; sie hatte eine merklich niedrigere mechanische Festigkeit als der Elektrodenkörper selber und lockerte sich oft infolge von Vibration, plastischem Fließen und auf Grund anderer Erscheinungen. Weiter bildeten sich als Folge der thermischen Ausdehnung und der mechanischen Zugbeanspruchung oft Risse in der Nähe der Verbindung aus, die verschiedenartige Nachteile zur Folge hatten, wie beispielsweise das Abbröckeln größerer Teile der Elektrode.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, die Oberflächen der verschiedenen Teile der Schraubengewinde in Kontakt oder bestmöglichen Kontakt

zusammenzukitten, so daß sich eine solche Verbindung nicht lockert und die Füße jeder Elektrode an dem Nippel fest haften und so die wirklich vom Strom durchflossen Fläche von einem Elektrodenabschnitt zum nächsten vergrößert und ein geringer Widerstand und eine gleichmäßigere Stromdichte erzielt wird und die mechanische Bindung zwischen den Elektrodenabschnitten verbessert und die mechanische Zugbeanspruchung an der Verbindungsstelle ίο besser verteilt wird.

Demgemäß betrifft die Erfindung eine Verbindung von Kohlekörpern, wie Kohleelektroden, bei welchen mit Innengewinde versehene Endstücke durch Kohlenippel mit Außengewinden verbunden sind. Die Verbesserung kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß eine oder mehrere Höhlungen mit einer Füllung aus schmelzbarem kohlenstoffhaltigem Material in den Endflächen der Elektrodenstücke oder der Nippel oder in deren Nähe vorgesehen sind, wobei das kohlenstoffhaltige Material beim Erhitzen schmilzt und sich über geeignet angeordnete Wege über die Verbindungsflächen von Endstücken und Nippel verläuft und hierdurch die Oberflächen unter dem Hitzeeinfluß verkittet.

Die Erfindung umfaßt auch eine verbesserte Verbindung zwischen den Enden eines Paares von aneinanderstoßenden Kohlekörpern oder Elektroden unter Benutzung solcher Verbindungsmaßnahmen. Zusätzlich umfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Verbindung zwischen zwei Kohlekörpern, von denen ein jeder einen mit Innengewinde versehenen Fuß hat, der mit einem mit Außengewinde versehenen Kohlenippel verbunden werden kann, wobei das Verfahren das Zusammenbringen dieses Nippels mit den anderen Körpern umfaßt, und zwar durch Einbringen von festem, schmelzbarem, kohlenstoffhaltigem Material entweder vorher oder zusammen mit dem Nippel in eine Endfläche eines der erwähnten Endstücke, ferner Erhitzen der Verbindungsstelle zwecks Schmelzens dieses Materials und Ausbreitens desselben über die Verbindungsoberflächen des Nippels und des Fußes und Fortsetzen der Hitzebehandlung zwecks Verkokung des schmelzbaren Materials, wobei eine Kohlenverbindung in der Lage zwischen dem Nippel und den Kohlekörpern gebildet wird.

Die Erfindung soll im einzelnen im Zusammen-

S°- hang mit den Figuren beschrieben werden, in welchen Fig. ι ein vertikaler Querschnitt durch eine

Elektrodenverbindung gemäß einer Vorzugs weisen Ausbildungsform der Erfindung, Fig. 2 eine vergrößerte Einzeldarstellung eines Teiles der Fig. 1,

Fig. 3 die Ansicht einer Ausführungsform des Nippels und

Fig. 4 die Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform des Nippels darstellt.

Wie in den Figuren gezeigt, ist eine Höhlung oder ein Reservoir in der Nähe der Endteile der Verbindung vorgesehen. Diese Höhlung wird mit schmelzbarem, kohlenstoffhaltigem Material, wie Kohlen- teerpech, gefüllt, das vorzugsweise einen Schmelzpunkt zwischen 85 und 115⁰C besitzt und beim Er- hitzen einen Kohlerückstand ergibt. Kanäle sind vorgesehen, welche dem Pech beim Schmelzen gestatten, in die verschiedenen mit Gewinde versehenen Verbindungsoberflächen einzufließen, nachdem die Elektrode sich durch den Stromdurchgang zu erhitzen beginnt. Bei weiterem Erhitzen wird das Pech verkokt oder verkohlt und verkittet die Verbindungsstelle und bildet eine verbesserte Verbindung mit geringem elektrischem Widerstand.

Die bevorzugte Form der pechhaltigen Aushöhlung ist eine halbkugelförmige, die über dem Mittelteil der Verbindung angeordnet ist, aber die Form, Größe und Lage soll vor allem eine solche sein, daß dem elektrischen Stromdurchgang möglichst wenig Hindernisse entgegengestellt werden und außerdem die Verbindung nicht merklich mechanisch geschwächt wird. Vorzugsweise schließt die Höhlung den Raum ein, der normalerweise zwischen dem Ende des Nippels und dem umgekehrten Boden des oberen Fußes, in welchen dieser hineinpaßt, liegt. Die Größe der Höhlung sollte derartig sein, daß sie beispielsweise angenähert 113 g Pech für eine Elektrode mit einem Durchmesser von 20,3 cm enthält, oder 567 g Pech für eine Elektrode mit einem Durchmesser von 50,8 cm.

Die von der Höhlung zu den Gewindeoberflächen und den Elektrodeninnenflächen führenden Kanäle bestehen vorzugsweise aus Längsnuten in den Gewindeteilen des Nippels, welche eine Verbindung des Reservoirs in dem Endteil der Verbindungsstelle bilden. Vorzugsweise sind diese Kanäle, vier an der Zahl, in jedem Quadranten des Nippels angeordnet und erstrecken sich meist über die ganze Länge des Nippels, indem sie alle Windungen außer der Bademvindung durchschneiden. Diese Nuten sollten nur wenig tiefer sein als die Gewindetiefe und ungefähr 4,7 mm weit. Die Kanäle können in größerer oder kleinerer Anzahl vorliegen und können auch in das Gewinde des Sockels eingeschnitten sein anstatt in dem Nippel, oder sie können in dem Sockelgewinde ausgebildet sein. Die Kanäle können innerhalb des Nippels liegen und nach unten und außen geneigt sein oder können längs der Nippelachse verlaufen, anstatt längs einem oder mehreren Radien.

Im einzelnen bezugnehmend auf die Figuren besteht die Elektrodenverbindung aus einem oberen Elektrodenteil 10, einem unteren Elektrodenteil 12 und einem Gewindenippel 14, alle aus Graphitelektrodenmaterial.. Der obere Teil 10 hat einen Gewindefuß 15 zur Aufnahme des oberen Endes des Nippels 14, und der untere Teil 12 hat einen ähnlichen mit Gewinde versehenen Sockel 16 zur Aufnahme des unteren Endes des Nippels 14.

In der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausbildungsform ist der Sockel 15 unter Bildung einer Höhlung am Fuß des Sockels ausgehöhlt, und die Höhlung ist halbkugelförmig und hat etwa den Durchmesser des innersten Gewindeganges. Diese Höhlung wird mit Kohlenteerpech gefüllt, der vorzugsweise durch einen Drahtschirm 18 in seiner Lage gehalten wird,

der als Schutz gegen ein Zersplittern des Pechs beim Handhaben dient.

Der Nippel 14 ist mit vertikal verlaufenden Kanälen 20 in gleichmäßigen Abständen um den Umfang versehen, deren Tiefe sich bis unterhalb der Gewindeeinschnitte erstreckt. Diese Kanäle ziehen sich nach abwärts über einen größeren Teil der Gewindeausdehnung hin, aber enden kurz vor der untersten Windung.

Wie in Fig. 2 gezeigt wird, berühren die Rückseiten der Nippelgewindegänge nicht die Wandung der entsprechenden Nuten in dem oberen Sockel, so daß ein spiraliger Raum 22 zwischen beiden verbleibt, der für den Durchgang einer Flüssigkeit, wie geschmolzenes Pech, geeignet ist. Weiter pressen sich die oberen Seiten der Nippelrückseiten gegen die oberen Seiten der Sockelnuten, wenn die Gewindeverbindung angezogen wird. Hierdurch wird der gesamte Spielraum zwischen den oberen Seiten der Nippelnuten und den unteren Seiten der Sockelnuten abgeschlossen, und es bildet sich ein anderer spiraliger Raum 24 aus. Bei spitz zulaufenden Sockeln können diese spiraligen Räume durch den Abstand geregelt werden, unter welchem der Nippel in den Sockel eindringt.

Wenn die Elektrodenverbindung erhitzt wird, schmilzt das Pech in der Höhlung 17 und fließt nach unten in den Kanälen 20 und aus diesen in die spiraligen Räume 22 und 24. Durch die Verbindung der das geschmolzene Pech über die Quadranten oder andere eingeteilte Punkte verteilenden Kanäle 20 und die schneckenförmigen Räume 22 und 24 zwischen den Gewindegängen, durch welche eine periphere Verteilung vorgesehen wird, wird das Pech über alle Schraubenwindungen vollständig verteilt. Das geschmolzene Pech sickert auch in den Raum zwischen den Stirnflächen der Elektrode, die nicht in tatsächlicher Berührung miteinander stehen. Bei weiterem Erhitzen verkohlt das geschmolzene Pech und bildet eine permanente mechanische Verbindung zwischen den Elektrodenabschnitten.

In der abgewandelten, in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform hat der Nippel 25 eine ringförmige Nut 26, die in sein oberes Ende eingedreht oder gebohrt ist unter Ausbildung einer Pech aufnehmenden Auskehlung. Kleine geneigte Löcher 27 sind durch den Nippel gebohrt und verbinden die Auskehlung 26 mit den vertikalen Kanälen 20.

In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist der Nippel 30 mit einer zentralen Bohrung 32 an seinem oberen Ende versehen und mit seitlich geneigten Bohrungen 33, die den Boden der Bohrung 32- mit den Gewindeflächen ungefähr in der Mitte des ,Nippels verbinden.

Die verschiedenen Ausführungsformen der Höhlung und ihrer Anordnung und die Anordnung der Kanäle für das verkittende Pech wurden in Versuchen vor und nach der elektrischen Beheizung auf 1700⁰ C mit einer Graphitverbindung 15 Minuten lang verglichen, die keine Kittsubstanz enthielt. Die nicht verkittete Graphitverbindung hatte einen nahezu zweimal so großen Widerstand vor dem Erhitzen, und die für das Lösen der Verbindung notwendige Drehkraft war nur 10 bis 20% der Kraft, die zum Zusammenschrauben angewendet werden 6g mußte. Verbindungen gemäß der Erfindung hatten in einem Fall einen elektrischen Widerstand, der deutlich niedriger war als vor dem Erhitzen, und in anderen Fällen stieg der elektrische Widerstand gegenüber jenem vor dem Erhitzen in der Größen-Ordnung von 11 bis 78%. In keinem Fall konnte die Verbindung nach dem Erhitzen mit einem geringeren Drehmoment als dem zweifachen, der für das Zusammenschrauben angewendet war, gelöst werden. Prüfungen der durch Sägen, Hämmern und Meißeln getrennten Verbindungsteile ergaben, daß die durch Pech verkitteten Oberflächen eine graue Farbe besaßen, und die Rauheit und Abreibbarkeit mit Sandpapier zeigte an, daß das durch die Kanäle gesickerte Pech zwischen die ursprünglich hergestellten Graphitoberflächen eingedrungen war, obgleich die Oberflächen vermutlich in Berührung miteinander standen. Bei Verbindungen, bei welchen kein Pech gebraucht wurde, zeigte sich kein Auftreten von Abreibbarkeit oder von charakteristischer grauer Farbe.

Erfmdungsgemäße Verbindungen wurden auch in Öfen in Gruppen von je drei Verbindungen geprüft. Bei einer Gruppe war das Pech in einem 5 :20 cm Axialloch enthalten, und 6,3 mm radiale Löcher verbanden die Mitte der Nippelenden mit der axialen Aushöhlung. In einer anderen Gruppe war das Pech in einer Aussparung am oberen Ende des Nippels enthalten mit vier die Enden verbindenden Nuten längs der Gewindeoberfläche des Nippels, diese mit gg der Aussparung verbindend. Einer von jedem Typ hatte auch mit Pech gefüllte Höhlungen in der Elektrode direkt über dem Nippel. Die Höhlungen enthielten etwa 151g Pech pro Elektrode. Die Verbindungen blieben fest innerhalb ihres Bereiches zwischen Halter und Lichtbogen, und die Gefahr des Absplitterns war merklich vermindert.

Claims

Patentansprüche:

1. Verbindung von Kohlekörpern, insbesondere Kohleelektroden, bei welchen mit Innengewinde versehene Endstücke durch Kohlenippel mit Außengewinden verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Höhlungen mit einer Füllung aus schmelzbarem, kohlenstoffhaltigem Material in den Endflächen der Elektrodenstücke oder der Nippel oder in deren Nähe vorgesehen sind, wobei das kohlenstoffhaltige Material beim Erhitzen schmilzt und ng sich über geeignet angeordnete Wege über die Verbindungsflächen von Endstücken und Nippel verläuft und hierdurch die Oberflächen unter dem Hitzeeinfluß verkittet.

2. Verbindung von Kohlekörpern nach An-Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wege als Längsnuten in den Gewindeteilen von Nippel und Endstücken ausgebildet sind.

3. Verbindung von Kohlekörpern nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 125, Kanäle in den Nippeln radial angeordnet sind.

4- Verbindung von lCohlekörpern nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß schmelzbares, kohlenstoffhaltiges Material in einer Höhlung am Fuß des Kohlekörpers untergebracht ist.

5. Verbindung von Kohlekörpern nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß schmelzbares, kohlenstoffhaltiges Material in einer oder mehreren Höhlungen des Nippels untergebracht ist.

6. Verfahren zur Herstellung der Verbindung nach Anspruch 1 zwischen zwei Kohlekörpern, von denen ein jeder einen zur Aufnahme eines mit Gewinde versehenen Kohlenippels geeigneten, mit Innengewinde versehenen Fußteil besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von Nippel und Kohlekörper festes, schmelzbares, kohlenstoffhaltiges Material vorher oder zusammen mit dem Nippel in eine Stirnfläche eines der Fußteile eingeführt wird, die so hergestellte Verbindung erhitzt wird, um das Schmelzen und Ausbreiten des kohlenstoffhaltigen Materials über die Oberflächen von Nippel und Fußteil zu erzielen, und die Erhitzung zwecks Verkokung des schmelzbaren Materials und hierdurch zur Ausbildung einer Kohleverbindung in der Lage zwischen Nippel und Kohlekörper fortgesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung während der anfänglichen Benutzung der Kohlekörper als Elektrode in einem elektrischen Ofen oder einer ähnlichen Vorrichtung durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das als Bindemittel benutzte schmelzbare, kohlenstoffhaltige Material aus Kohlenteerpech mit einem Schmelzpunkt zwischen 85 und 115⁰ besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 5707 X S3