ES2305917T3 - Niple para electrodos de horno de arco. - Google Patents

Abstract

Niple (2) para unir extremo con extremo, y en relación de conexión fija y rígida, electrodos (1a, 1b) cilíndricos fabricados con carbón o grafito, y que tienen en sus extremos bases (3) axiales dotadas de rosca de tornillo, dotadas en cada una de sus dos superficies roscadas de orificios perforados utilizados como depósitos (4) para uno o varios componentes de cemento, que se caracteriza por tener en las salidas de los depósitos una o varias ranuras (5), que se extienden a través de las roscas siguiendo líneas que terminan a poca distancia del centro longitudinal del niple (2) por sus extremos (B) internos, y a poca distancia de las caras extremas del niple (2) por su extremo (A) externo, con el fin de disponer de al menos una rosca continua que se ha dejado en cada extremo de ranura (5).

Description

Niple para electrodos de horno de arco.

La invención se refiere a piezas de conexión, conocidas comúnmente como niples, para unir extremo con extremo, en una conexión fija y rígida, electrodos cilíndricos hechos de carbón o de grafito utilizados en hornos de arco eléctrico.

En esos hornos, los electrodos de carbón o de grafito se emplean para conducir corriente eléctrica y para transmitirla a través de un arco eléctrico que se genera desde el extremo del electrodo, hasta el material tratado en el horno. Las dimensiones de los electrodos modernos pueden alcanzar más de un metro de diámetro y por encima de tres metros de longitud. Éstos pueden transportar corrientes eléctricas de más de cien mil amperios.

Durante el funcionamiento del horno, los electrodos se consumen progresivamente por su extremo de arco, y se hace entonces necesario alimentar los electrodos continuamente hacia el horno. Para sustituir los electrodos que se han consumido considerablemente sin tener que parar el horno, resulta habitual mecanizar en los extremos de los electrodos bases axiales con roscas de tornillo de tal modo que se pueda añadir fácilmente un nuevo electrodo por el extremo, con una conexión fija y rígida, al electrodo que se ha consumido en su mayor parte, utilizando una pieza de conexión con doble rosca de tornillo, conocida como niple. La conexión realizada de esa manera se denomina junta de electrodo.

El tamaño del niple es proporcional al tamaño del electrodo con el fin de proporcionar una resistencia mecánica óptima al sistema. La composición del niple consiste en un material carbonáceo idéntico o similar al del electrodo.

Para electrodos de grafito, las bases roscadas y los niples son por lo general similares a un cono acortado, mientras que para los electrodos de carbono son, con mayor frecuencia, cilíndricos o incluso se utilizan sistemas de machihembrado. La presente invención puede ser aplicada junto con todos estos sistemas diferentes.

Aunque este tipo de junta de electrodo ha sido utilizada hasta ahora durante muchos años, constituye no obstante una fuente de muchos problemas. Por ejemplo, la junta de electrodo puede desatornillarse y crear un aflojamiento o incluso la rotura de los electrodos cuando se someten a condiciones de temperatura severas. La ocurrencia de juntas de electrodo flojas puede dar como resultado una alta resistencia eléctrica y un consumo incrementado de electrodo. En muchos casos, puede ocurrir la pérdida completa de una sección de electrodo en el horno debido a la rotura de los electrodos ocasionada por el aflojamiento de la junta de electrodo.

Con el fin de vincular permanentemente la junta de electrodo y resolver con ello todos estos problemas, se han realizado intentos por introducir un cemento que se polimerice y/o carbonice entre el niple y ambas secciones de electrodo durante el calentamiento de los electrodos que operan en el horno.

Uno de los procedimientos más frecuentemente empleados incluye la introducción de cemento carbonáceo sólido a temperatura ambiente en el niple con anterioridad a su montaje en las bases de electrodo. La junta que se forma de ese modo entre dos porciones de electrodo se calienta rápidamente según se introduce en el horno, lo que causa el reblandecimiento, y a continuación el flujo, del cemento desde su depósito hacia los espacios vacíos entre el niple y las roscas de la base. Con el calentamiento adicional, el cemento se convierte en coque o se carboniza, enlazando sólidamente la junta y proporcionando un enlace permanente entre las secciones de electrodo. Se han propuesto diferentes configuraciones de niples, de tipo depósito. Por ejemplo, en el documento U.S. núm. 2.828.162, se sitúa un depósito lleno de alquitrán en cada cara extrema del niple, y se proporcionan canales o pasos para distribuir el alquitrán líquido tras su calentamiento, hasta el área roscada alrededor del niple. La posición del depósito de alquitrán es, sin embargo, desventajosa debido a que se están depositando elevadas cantidades de coque de alquitrán en el espacio entre las caras extremas del niple y el fondo de la base, provocando la rotura de la junta de electrodo con una rápida expansión térmica cuando se aproxima al baño fundido. Además, debido a la larga distancia de flujo, el alquitrán se distribuye con dificultad por los espacios entre el niple y las roscas de la base donde debe actuar a modo de cemento.

El documento U.S. núm. 2.836.294 describe un cartucho de alquitrán adaptado para ser insertado en el interior de un depósito previsto en el niple. El cartucho incluye una camisa fibrosa externa, térmicamente aislante, que se consume a temperatura muy por encima del punto de fusión del alquitrán. La camisa retrasa el momento en que se funde el alquitrán y evita una distribución prematura del alquitrán líquido antes de que la junta de electrodo se haya formado por completo.

Sin embargo, el problema del aflojamiento de la junta de electrodo aún prevalece y es más evidente cuando el electrodo está sometido a condiciones severas. La principal razón de todo esto puede ser apreciada en la distribución no uniforme de alquitrán a través de los espacios entre el niple y las roscas de la base.

El problema de distribución se resolvió inicialmente con el uso de nuevas composiciones a base de alquitrán que incorporan un agente aditivo, previsto para fomentar la expansión del cemento con el calentamiento y por lo tanto para facilitar la distribución del mismo en los espacios de rosca a partir de 100ºC. Así, el documento FR 2 204 673 recomienda el uso de un cemento de alquitrán particulado, diluido en un agente ligante a base de sulfonato de lignina, cuyas propiedades tras la humidificación y el calentamiento por encima de 100ºC, son conocidas. De igual modo, el documento EP-A-0 260 529 describe una junta de electrodo en la que el cemento está formado en su mayor parte por alquitrán con la adición de una cantidad poco importante de un agente espumante elegido en el grupo consistente en azufre, 2,4-dinitroanilina o aceites nitrados clarificados. En el último caso, el agente espumante proporciona la doble ventaja de fomentar la distribución del cemento entre las roscas de tornillo, reduciendo considerablemente la temperatura a la que empieza el reblandecimiento del alquitrán, e incrementando significativamente la velocidad de transformación en coque del alquitrán tal como a partir de 350ºC.

Sin embargo, puesto que los electrodos fueron sometidos sucesivamente a nuevos parámetros operacionales que proporcionan una resistencia incrementada a la oxidación, esos tipos de aditivos empezaron ya a no resultar adecuados. Como resultado, el documento FR 2 692 748 describe dos componentes que se disponen por separado en depósitos diferentes en el interior del niple.

Partiendo de los diversos métodos para modificar el cemento a base de alquitrán, nadie ha tenido en cuenta que el cemento no debería entrar en los espacios entre el niple y el fondo de las bases donde su acción de enlace es insignificante y por el contrario puede dar como resultado el efecto opuesto facilitando la rotura de la junta de electrodo. Además, ninguna de las alternativas de la técnica anterior ha proporcionado medios para una distribución extensa y uniforme del cemento a través de los espacios de la parte central de las superficies roscadas de la junta de electrodo donde su acción es más eficiente.

Por lo tanto, un objeto de la presente invención consiste en diseñar niples que proporcionen una junta de electrodo perfeccionada. Un objeto más preciso de la presente invención consiste en minimizar la concentración de esfuerzos mecánicos sobre el niple y las roscas de la base mediante una distribución de cemento más uniforme sobre las áreas roscadas.

Esta mejora se consigue de acuerdo con esta invención mediante el empleo de un niple con depósitos que contienen uno o varios componentes de cemento y mediante la provisión de ranuras en la superficie roscada del niple que aseguran el flujo de cemento hacia esos espacios libres de la parte central de las superficies roscadas del niple donde su acción es más eficiente.

De manera más precisa, los niples conforme a la invención tienen en las salidas del depósito una o varias ranuras que se extienden a través de las roscas siguiendo líneas que acaban a poca distancia del centro longitudinal del niple por su extremo interno, y a poca distancia de las caras extremas del niple por su extremo externo. Al disponer de al menos una rosca continua que se ha dejado en cada extremo de ranura, se proporciona una barrera suficiente que, cuando la junta de electrodo se calienta y el cemento o los componentes del cemento se funden y fluyen hacia fuera de los recipientes a través de las ranuras hacia los espacios libres entre las superficies roscadas de las bases y el niple, se impide que fluyan hacia las caras extremas de los electrodos y los espacios entre los extremos del niple y los fondos de las bases. De acuerdo con la presente invención, se ha dejado al menos una, y con preferencia tres roscas continuas, en el extremo de cada ranura.

Para una distribución más uniforme del cemento, las ranuras mencionadas anteriormente se cortan formando, con preferencia, un ángulo de 0º a 60º, más preferiblemente de 40º a 50º, con respecto al eje longitudinal del niple.

La profundidad de las ranuras mencionadas en lo que antecede puede ser menor, mayor o preferentemente igual que la del fondo de las roscas.

De acuerdo con la presente invención, una proporción comprendida entre un 40% y un 95%, más preferiblemente entre un 60% y un 80% de estos espacios libres, se llena de cemento, el cual puede actuar ahí de una forma óptima, y este resultado se debe a un diseño de niple que facilita el flujo de cemento desde los depósitos hacia los espacios libres mientras impide de manera eficaz las pérdidas de cementos hacia las caras extremas adyacentes de los electrodos, y hasta los espacios existentes entre el niple y el fondo de las bases de electrodo.

El diámetro del depósito puede estar comprendido en la gama desde unos pocos milímetros a cinco centímetros, típicamente entre 10 y 30 milímetros.

En una realización de esta invención, dos o más depósitos pueden desembocar en una sola ranura.

En otra realización, dos ranuras pueden cruzarse cada una con la otra en una única salida del depósito.

Todavía en otra realización, varias ranuras pueden formar un sistema de ranuras conectadas.

Esta invención podrá ser mejor apreciada mediante una descripción más detallada que se facilita a partir de la Figura 1, que representa una sección vertical a través de una junta de electrodo de acuerdo con la presente invención, y a partir de la Figura 2 que muestra un niple de acuerdo con esta invención.

La Figura 1 muestra dos electrodos 1a y 1b unidos por un niple 2. Los electrodos 1a y 1b se han dotado en sus extremos de bases 3 axiales roscadas con el fin de recibir el niple 2 roscado. En este ejemplo, el niple tiene la forma de un cono acortado.

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Depósitos 4 que contienen el cemento o los componentes del cemento, han sido situados entre el centro longitudinal del niple y cada cara extrema del mismo. Estos depósitos son orificios perforados que se extienden transversalmente hacia el niple. De acuerdo con el número de depósitos y con su profundidad, los diámetros de los orificios se eligen de tal manera que el volumen total de cemento o de componentes de cemento es suficiente para rellenar entre el 40 y el 95% de los espacios libres entre las superficies roscadas de las bases y el niple.

Con el fin de facilitar el flujo de cemento o de los componentes del cemento desde los depósitos 4 hacia los espacios libres de rosca, se mecanizaron ranuras 5 lineales formando un ángulo \alpha con las roscas de niple que se extienden hasta los puntos A, B y C, donde \alpha se define en los puntos A, B y C con referencia a la parte superior del niple 2 representado en la Figura 1:

-

\alpha es el ángulo formado entre el plano que se extiende a través del eje longitudinal del niple 2 y el punto C, y el plano respectivo que se extiende a través de la línea central de la ranura 5;

-

A es un punto por debajo de una de las últimas roscas con anterioridad a la cara superior extrema del niple;

-

B es un punto por encima de una de las últimas roscas con anterioridad al centro longitudinal del niple;

-

C es el punto en que el plano que se extiende a través del eje longitudinal del niple 2 corta el centro de la ranura.

La Figura 2 muestra un niple 2 de acuerdo con esta invención en el que dos depósitos 4 desembocan en una única ranura 5.

Como ejemplo y sin limitar la invención, se fabricó un niple diseñado para conectar electrodos de 600 mm de diámetro con cuatro depósitos, dos en la parte superior y dos en la inferior, cada uno con un diámetro de 25 mm extendiéndose hasta una profundidad de 120 mm, perforados a una distancia de 100 mm desde las caras extremas del niple. El volumen total de cemento contenido en estos depósitos es suficiente para llenar alrededor del 80% de los espacios libres entre el niple y las superficies roscadas de las bases.

En un niple del tipo descrito para unir electrodos de 600 mm de diámetro, la anchura de estas ranuras puede estar comprendida en la gama de 3 a 10 mm, teniendo una profundidad igual a la del fondo de las roscas. Cuando el niple se calienta, el cemento o los componentes del cemento se funden y fluyen hacia fuera de los depósitos a través de las ranuras hacia los espacios libres de las roscas, que están cortados por, y abiertos hacia, las ranuras. De esa manera, el cemento o los componentes del cemento pueden alcanzar entre el 40 y el 95% de los espacios libres de las roscas.

Adicionalmente, la presente invención proporciona un sistema que permite evitar pérdidas de cemento o de componentes de cemento hacia las caras extremas adyacentes de los electrodos conectados donde podrían resultar peligrosos, o hacia los espacios entre el niple y los fondos de las bases. Para lograr este resultado, las ranuras 5 terminan cerca del centro longitudinal del niple por sus extremos internos (punto B), y cerca de las caras extremas del niple por sus extremos externos (punto A), de tal modo que en cada extremo de ranura se ha dejado una, y con preferencia varias, roscas continuas a efectos de crear una dama que evite el escape del cemento o de los componentes del cemento hacia espacios no deseados.

Las juntas de electrodo basadas en niples conforme a esta invención mostraron un aflojamiento reducido durante su utilización en hornos de arco para acero.

Cifras de las figuras

1a

electrodo

1b

electrodo

2

niple

3

base roscada de electrodo

4

depósito

5

ranura

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A

punto de ranura

B

punto de ranura

C

punto de ranura

\alpha

ángulo

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Referencias citadas en la descripción

La lista de referencias citadas por el solicitante se proporciona únicamente por conveniencia para el lector. Ésta no forma parte del documento de Patente Europea. Incluso aunque se ha puesto un gran cuidado en el listado de las referencias, no se excluyen los errores u omisiones y la EPO declina toda responsabilidad en ese sentido.

Documentos de Patente citados en la descripción

- US 2828162 A

- EP 0260529 A

- US 2836294 A

- FR 2692748

- FR 2204673

Claims (9)

1. Niple (2) para unir extremo con extremo, y en relación de conexión fija y rígida, electrodos (1a, 1b) cilíndricos fabricados con carbón o grafito, y que tienen en sus extremos bases (3) axiales dotadas de rosca de tornillo, dotadas en cada una de sus dos superficies roscadas de orificios perforados utilizados como depósitos (4) para uno o varios componentes de cemento, que se caracteriza por tener en las salidas de los depósitos una o varias ranuras (5), que se extienden a través de las roscas siguiendo líneas que terminan a poca distancia del centro longitudinal del niple (2) por sus extremos (B) internos, y a poca distancia de las caras extremas del niple (2) por su extremo (A) externo, con el fin de disponer de al menos una rosca continua que se ha dejado en cada extremo de ranura (5).

2. Niple de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque las ranuras (5) lineales están mecanizadas formando un ángulo \alpha comprendido entre 0º y 60º, siendo \alpha el ángulo entre el plano que se extiende a través del eje longitudinal del niple (2) y el centro (C) de la ranura (5), y el plano respectivo que se extiende a través de la línea central de la ranura (5).

3. Niple (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, que se caracteriza porque la profundidad de la ranura (5) es la misma respecto a los fondos de rosca.

4. Niple de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, que se caracteriza porque los orificios perforados en cada una de sus dos superficies roscadas y utilizados como depósitos (4) para uno o varios componentes de cemento, se extienden radialmente por el interior del niple (2) siguiendo el eje perpendicular al eje longitudinal del niple (2), y los diámetros de los orificios están comprendidos en la gama de entre 10 y 30 milímetros.

5. Niple (2) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, que se caracteriza porque dos o más depósitos (4) desembocan en una misma ranura.

6. Niple (2) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, que se caracteriza porque dos ranuras (5) se cruzan una con otra a la salida de un mismo depósito (4).

7. Niple (2) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, que se caracteriza porque varias ranuras (5) forman un sistema de ranuras conectadas.

8. Niple (2) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7, que se caracteriza porque el volumen de cemento o de componentes de cemento dispuestos en el depósito (4) de orificio perforado, es suficiente para llenar entre el 40% y el 95%, con preferencia entre el 60% y el 80%, de los espacios libres entre las superficies roscadas de las bases (3) y el niple (2).

9. Utilización de niples (2) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, para unir electrodos (1a, 1b) cilíndricos fabricados con carbón o grafito para su utilización en hornos de arco eléctrico.