FI71051C - Nippelfog foer ugnselektrod - Google Patents

Description

1 710-51

Nippeliliitos uunielektrodia varten

Keksinnön kohteena oleva uusi liitos muodostaa parannuksen klassisiin, kaksoiskartion muotoisella nippelillä varustettuihin liitoksiin nähden, joita käytetään grafiit-tielektrodien liittämiseen. Se sopii erityisesti niihin grafiittielektrodeihin, joita käytetään valokaariuuneissa kuten teräksen valmistusuuneissa.

Ammattimiehille on vanhastaan tunnettua, että nippeliliitos muodostaa elektrodikolonnin heikon kohdan. Niiden äärimmäisten nopeiden lämpötilan vaihteluiden aikana, joille elektrodit tietyntyyppisissä uuneissa ovat alttiina, todetaan varsin usein nippeliliitosten murtumia, jotka aiheuttavat elektrodien kappaleiden putoamisia uuniin. Tällaiset tapaukset häiritsevät vakavasti uunin toimintaa. Kokemus on osoittanut, että nippeliliitoksen asennuksen laadulla on suuri merkitys ja että erityisesti olisi pyrittävä jakamaan välykset mahdollisimman hyvin nippelin kierteiden ja kahden vastapäisen elektrodin pesien kierteiden välille. Valitettavasti tämä jakauma käytännössä usein on sattumanvarainen. Yleensä nippelin pää kierretään pohjaan siihen kierteitettyyn pesään, jolla elektrodin pää on varustettu, ja sitten nippelin toinen pää saatetaan kosketukseen toisen elektrodin kiertei-tetyn pesän kanssa, ja, sitten kun nämä kaksi elektrodia ovat kiinnittyneet toisiinsa, todetaan, että nippeli on lukittunut ensimmäisen elektrodin pesän pohjaan mutta sen sijaan välystä on liikaa toisen elektrodin pesässä.

Niiden ratkaisujen joukosta, joita tähän mennessä on ehdotettu tämän välysten jakautumisprobleeman ratkaisemiseen, voidaan mainita erityisesti se, joka on ranskalaisen patenttihakemuksen 1 241 362 kohteena. Tämän hake- 2 71051 muksen mukaan nippelin liiallisen kiristämisen elektrodin pesään välttämiseksi nippelin eräiden kierteiden ja pesän vastaavien kierteiden väliin sovitetaan yksi tai useampia välikekappaleita. Näiden välikekappaleiden on oltava stabiilia ainetta, joka ei muuta muotoaan käyttö-lämpötilassa. Erään toisen mahdollisuuden mukaan, joka sekin on selitetty samassa patenttihakemuksessa, voidaan välikekappaleen sovittamisen sijasta suurentaa yhden tai useamman ruuvikierteen paksuutta tietyllä määrällä. Tämä lisäpaksuus sijoitetaan nippelin tai pesän jonkin kierteen kylkeen. Kokemus on osoittanut, että ehdotettu ratkaisu, joskin se edustaa edistystä, ei kuitenkaan tee mahdolliseksi yleisesti välttää termisten tai termomekaanisten jännitysten aiheuttamia nippeliliitosten murtumia. Lisäksi paikallisten lisäpaksuuksien aikaansaaminen kierteen toiseen pintaan aiheuttaa työstövaikeuksia, jotka huomattavasti suurentavat näiden nippeliliitosten valmistuskustannuksia .

Lisäksi on suoritettu perinpohjaisia tutkimuksia, jotka ovat osoittaneet, että nippeliliitosten murtumisia aiheutuu kahdesta jännitysjärjestelmästä: 1. Laajentumisjännityksistä, jotka ilmenevät yleensä nippeliin sen keskiviivan suunnassa kohdistuvina vetovoimina ja elektrodien kierteitettyjen pesien seiniin vaikuttavina tangentiaalisina voimina.

2. Mekaanisista jännityksistä, jotka johtuvat elektrodien käyttöolosuhteista ja jotka useimmiten vaikuttavat sivusuunnassa, pyrkien käyristämään elektrodikolonnia.

Nämä jännitykset yhdistyvät edellä mainittuihin, ja niiden resultantti saattaa aiheuttaa nippeliliitoksen murtuman. Näiden tutkimusten aikana suoritetut kokeet ovat osoittaneet, että suurimmat jännitykset kehittyivät yhtäältä elektrodien liitostasossa ja toisaalta pesän pohjien tasossa. Sen sijaan pesien seiniin kohdistuvilla 3 71051 jännityksillä on minimi välivyöhykkeessä, joka sijaitsee olennaisesti nippelin kanssa 1 omistuksessa olevan pesän kierteityksen korkeuden kymmenesosan ja neljäsosan välillä, kun korkeus mitataan tämän pesän pohjasta.

Niinpä on pyritty löytämään keinoja saada nippelin kierteiden ja elektrodin pesän kierteiden välille emäviivaa pitkin vaihteleva välys, jonka välyksen vaihtelulaki mää-räytyy funktiona niistä termomekaanisista jännityksistä, joita saattaa kehittyä. Tämän tuloksen saavuttamiseksi olisi myös pyrittävä löytämään keinot, joilla nippelilii-tosta asennettaessa saataisiin aikaan välyksen symmetrinen jakautuminen molemmin puolin elektrodin kumpaankin pesään lomistuneiden nippelikierteiden liittymätasoa.

Tämän probleeman ratkaisemiseksi kokonaisuudessaan on aluksi ollut ajatuksena saada aikaan kummallekin puolelle liittymätasoa nippelin kierteiden ja kahden elektrodipe-sän kierteiden välisen välyksen vähittäinen muuttuminen. Tämän välyksen mittana on nippelin kierteityksen ja elektrodin pesän kierteityksen kylkiläpimittojen, joita myös nimitetään perusläpimitöiksi, välinen erotus. Pienin välys sijaitsee mieluimmin tasossa, jaka on nippelin kanssa lomituksessa olevan pesän kierteitetyn osan korkeuden kymmenesosan ja neljäsosan välillä pohjasta mitattuna, ja suurimmat välykset esiintyvät kierteityksen molemmissa päissä, so. pieniläpimittaisessa päässä, ja liitoksen tasossa. Näin ollen, kun elektrodkolonni on kuormitettuna poikittaisilla jännityksillä, jotka pyrkivät taivuttamaan sitä, nämä jännitykset absorboituvat osaksi nippelin päiden pieniin poikittaisiin siirtymiin kierteitettyjen pesien pohjilla ja lisäksi liitostasossa nippelin ison läpimitan vyöhykkeen pieniin siirtymiin kierteitettyjen pesien seinien yläreunoihin nähden.

4 71051

Lisäksi nippelin tai pesän kierteiden erikoistyöstön avulla saadaan aikaan renkaanmuotoinen, aksiaalinen vas-tevyöhyke pesän kierteityksen tai nippelin vastaavan osan 1-3 kierteen alueella, joka alue mieluimmin sijaitsee lomistuksessa olevan kierteityksen korkeuden kolmasosan ja kahdesosan välillä mitattuna pieniläpimittaisesta päästä. Tämä vastevyöhyke tekee mahdolliseksi nippeliä pesäänsä kierrettäessä saada aikaan kiertymisen pysähtyminen nippelin kierteiden pitkien kylkien lukittu-misen kautta pesän kierteiden pitkiä kylkiä vasten. Näin on selvää, että keksinnön kohteena oleva uusi nippeli-liitos tarjoaa täysin poikkeuksellisen vastuksen termomekaanisille jännityksille, mikä tekee mahdolliseksi poistaa enimmän osan toiminnanaikaisten murtumien syistä. Lisäksi, niin kuin jäljempänä nähdään, tämä uusi nippeli-liitos voidaan valmistaa erittäin taloudellisesti, kustannusten mainittavasti nousematta tavanomaisiin nippeli-liitoksiin verrattuna.

Keksinnön mukaisten nippeliliitosten erilaiset sovellu-tusmuodot ovat mahdollisia. Seuraavassa keksintöä rajoittamattomassa esimerkissä selitetään eräs edullinen sovel-lutusmuoto.

Oheinen piirustus havainnollistaa tätä esimerkkiä.

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti, pystyleikkauksena, keksinnön mukaista nippeliliitosta.

Kuvio 2 on leikkauskuvanto osasta kuvion 1 mukaista nippeliä.

Kuvio 3 on suurempimittakaavainen yksityiskohtakuvanto muutamista kuvion 1 mukaisen nippelin kierteistä vaste-vyöhykkeessä .

Kuvio 1 esittää kahden 500 mm läpimittaisen elektrodin El ja E2 liitosta, liitettyinä nippelillä N, joka on kiertei- s 71051 tetty kierteillä, joiden nousu on neljä kierrettä tuumaa kohti. Tässä nippelissä on, niin kuin aina, kaksi kartionmuotoista osaa, jotka ovat isoista kannoistaan vastakkain ekvaattoritasossa P (kuvio 2). Tavallisesti, käytössä olevien kansainvälisten normien mukaan, kummankin katkaistun kartion kartiokulma, ilmaistuna niiden emäviivan ja nippelin keskiviivan välisen kulman tangenttina, on 1/6. Keksinnön mukaisen nippelin tapauksessa, niin kuin kuviosta 2 näkyy, tällä suureella on kaksi perättäistä arvoa. Pituudella AB kierteitetyn kartion emä-viiva tekee keskiviivan XY kanssa kulman a . Pisteen B toisella puolella emäviiva BC tekee keskiviivan XY kanssa kulman $.

Esillä olevassa tapauksessa: tga = 0,165 ja tgB = 0,190 Nähdään siis, että kulma a on hiukan pienempi kuin tavanomainen kulma ja että kulma 6 on huomattavasti suurempi kuin tavanomainen kulma. Nippelin toinen, tasoon P nähden symmetrinen osa on työstetty samalla tavoin.

Mitä kahteen elektrodipesään tulee, ne on kierteitetty tavanomaisella 1/6 kaltevuudella emäviivan koko pituudelta, niin kuin kuviosta 1 näkyy.

Siinä tapauksessa, että nippelissä on 26 kierrettä molemmin puolin ekvaattoritasoa, pituus AB vastaa 22 kierrettä ja pituus BC vastaa neljää kierrettä. Näkyy siis, että kun tämä nippeli kierretään elektrodipesään, niin nippelin kierteiden ja pesän kierteiden välinen pienin välys esiintyy pisteessä B.

Lisäksi nippelin päästä laskien kymmenennen ja kahdennentoista kierteen välille saadaan aikaan vastevyöhyke, joka tekee mahdolliseksi tarkasti pysäyttää nippelin kiertyminen kiinni tähän pesään.

6 71051 Tämän esimerkin mukaisessa sovellutusmuodossa tämä vaste-vyöhyke saadaan aikaan siirtämällä millimetrin murto-osan verran sitä työkalua, joka tekee uurteita kierteiden muodostamiseksi. Tämän vyöhykkeen ulkopuolella työkalun asema palautetaan normaaliksi.

Kuvio 3 esittää kaaviollisesti, puolikuvantona, jota keskiviiva XY rajoittaa, sitä vyöhykettä, jossa tämä työkalun siirto suoritetaan. Niin kuin näkyy, tämä työkalun siirtäminen ei muuta uurteiden leveyttä, vaan ainoastaan siirtyneen uurteen molemmin puolin olevien kierteiden paksuutta. Jos ajatellaan sitä tapausta, että työkalu tekee uurretta nippelin pieniläpimittaisesta päästä lähtien, tämä siirtynyt uurre, viitenumero 2, on hiukan lähempänä edellistä uurretta 1 ja siis hiukan kauempana seu-raavasta uurteesta 3, joka on tehty sen jälkeen kun työkalu on siirretty takaisin, niin että kierre on saanut kiinni jälkeenjääneisyytensä. Havaitaan, että työkalun siirtäminen suoritetaan vähitellen, kierrepituudella, joka kuvion 3 tapauksessa käsittää pisteiden 4 ja 5 välin. Ta-kaisinsiirto tehdään samoin, pituudella joka käsittää pisteiden 6 ja 7 välin. Nämä pituudet riippuvat siitä nopeudesta, millä nämä säädöt suoritetaan ja työstön kehä-nopeudesta. Esillä olevan esimerkin tapauksessa kierrettä 2 on siirretty 0,12 mm, so. sitä on lähennetty tämän verran kierteeseen 1. Kuviossa 3 tätä siirtymää on tahallisesti liioiteltu sen havainnollistamiseksi. Koska uurteiden leveys on vakio, nähdään että tällainen siirtymä on pienentänyt uurteiden 1 ja 2 reunojen 8 ja 9 välimatkaa saman verran. Tästä seuraa se, että uurteiden 2 ja 3 reunojen 10 ja 11 välimatka suurenee saman verran. Uurteen 2 siirtämisestä, joka suoritetaan niissä olosuhteissa kuin juuri on selitetty, seurauksena on, että uurteen reunan 10 ja pohjan välisen kyljen koko pinta toimii vasteena nippeliä elektrodin vastaavaan kierteitettyyn pesään kierrettäessä. Tämä kierteen kylki, joka on pesän 7 71051 pohjaan päin oleva pitkä kylki, pysäyttää nippelin kier-tymisen ennen kuin se lukkiutuu pesän pohjaa vasten, ja tekee mahdolliseksi säilyttää, kylmänä, aksiaalisuuntai-sen, välyksen nippelin kierteiden pitkien kylkien ja pesän vastaavien kierteiden kylkien välillä. Päin vastoin kuin voitaisiin odottaa, vasteena toimivan kierteen tai sen kierteen, jota vastaan se nojaa, murtumista ei esiinny, silloin kun näin tehty liitos saatetaan korkeaan lämpötilaan. Kokeet ovat osoittaneet, että tapahtuu vain lievä kosketuspintojen muodonmuutos. Enää ei myöskään esiinny nippelin tai elektrodin pesän murtumista. Tutkimukset ovat itse asiassa osoittaneet, että ne jännitykset, joita esiintyy vastevyöhykkeen tasossa, ovat selvästi pienemmät kuin ne, jotka voisivat aiheuttaa nippelin tai elektrodiin työstetyn pesän seinien murtumisen.

Tämä tulos riippuu varsinkin vastevyöhykkeen sijainnin oikeasta valinnasta. Sen on oltava riittävän kaukana lii-tosvyöhykkeestä eikä myöskään saa olla liian lähellä kar-tiokulman rauutoskohtaa. Itse asiassa nippeliliitoksen lämpötilan noustessa suurimmat poikittaisjännitykset kehittyvät pisteessä B (katso kuvioita 1 ja 2), koska juuri siinä välykset ovat pienimmät. Vastevyöhyke sijoitetaan-kin näin ollen mieluimmin pisteen B ulkopuolelle, lomis-tuksessa olevan kierteityksen korkeuden, pieniläpimittaisista päistä laskettuna, kolmasosan ja kahdesosan välille.

Joskin arvo 0,12 mm on lähellä optimia, keksinnön mukaisen kierteen siirron suuruus saa olla 0,08 ja 0,20 mm välillä. Keksinnön sovellutusmuoto, joka edellä on selitetty sitä tapausta koskien, että kierteityksessä on neljä kierrettä tuumaa kohti, voidaan siirtää kierteitettyihin liitoksiin, joissa on erilainen nousu, esimerkiksi kolme kierrettä tuumaa kohti.

8 71051 Käytettäköön mitä menetelmää tahansa, on vältettävä pienentämästä siirrettyjen kierteiden paksuutta, jotta ne pystyisivät murtumatta kestämään lukittumisjännitykset. Eräs uurteen siirtämismenetelmän etu on se, että paitsi että se ei pienennä siirretyn kierteen tai siirrettyjen kierteiden paksuutta, se päinvastoin suurentaa ensimmäisen kierteen paksuutta. Siinä tapauksessa, että siirtymää ylläpidetään kahden tai kolmen kierteen verran, ainoastaan ensimmäisen kierteen paksuus on suurentunut. Seuraavien kierteiden paksuus on normaali.

Joskin esitetyssä esimerkissä pienin välys saadaan kohtaan B, jossa emäviivat AB ja BC kohtaavat, saattaa olla kiinnostavaa tehdä nippeliin, kohtaan B, rengasmainen vyöhyke, joka ulottuu muutamille kierteille, ja jossa emä-viiva on pesän emäviivan suuntainen, tässä tapauksessa nippelin kartiokulmalla on kolme perättäistä arvoa. Joka tapauksessa vyöhykkeen B on oltava kokonaisuudessaan lomistuksessa olevan kierteityksen korkeuden, mitattuna pesän pohjasta, kymmenesosan ja neljäsosan välillä.

Lisäksi ne kartiokulman ja vastevyöhykkeen modifikaatiot, jotka esimerkissä on tehty nippeliin, voidaan aivan yhtä hyvin tehdä elektrodin pesiin, jolloin nippeli säilyttää normaalin kartiokulmansa, ja kierteityksensä siirtymät-tömänä.

Voidaan myös ajatella jakaa kartiokulman modifikaatiot ja kierteiden siirtymä vastevyöhykkeessä nippelin ja kierteitettyjen pesien välille. On syytä huomata, että jos kartiokulman modifikaatiot kohdistuvat kierteitettyjen pesien työstöön, liitostasosta pesän pohjaa kohti ulottuvan vyöhykkeen kartiokulman on oltava suurempi kuin nippelin keskimääräinen kartiokulma. Sen sijaan sen vyöhykkeen, joka ulottuu pesän pohjasta liitostasoa kohti, on oltava pienempi kuin tämä keskimääräinen kartio-kulma.

9 71051

Keksinnön mukaiset kartiökulman modifikaatiot, joilla välystä voidaan vaihdella, voidaan mahdollisesti myös suorittaa ainakin osaksi jatkuvaan tapaan, jolloin nippelin tai kierteitetyn pesän emäviivan muoto ainakin osaksi on muodoltaan käyräviivainen.

Claims (8)

10 71 051

1. Liitos, joka käsittää kierteitetyn kaksoiskartiomaisen liitoskappaleen uunielektrodia varten, jossa liitostason (P) molemmin puolin liitoskappaleen (N) kierteityksen ja kahden elektrodin (E1,E2) syvennyskierteityksen välisellä välyksellä on minimiarvo kohdassa, joka sijaitsee kierteityksen juoksevalla osalla, tunnettu siitä, että mainittu kohta sijaitsee lomistuksessa olevan kierteityksen korkeuden noin kymmenesosan ja noin neljäsosan välillä, mitattuna kummankin syvennyksen pohjasta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen liitos, tunnettu siitä, että molemmin puolin liitostasoa (P) on kaksoiskartiomaisen liitoskappaleen kierteityksessä vähintään kaksi vyöhykettä, joiden kaltevuus on eri suuri kuin syvennyksen keskimääräinen kaltevuus: vyöhyke (AB), jolla on pienempi kaltevuus ja ulottuu liitostasos-ta liitoskappaleen päätä kohti, ja vyöhyke (CB), jolla on suurempi kaltevuus ja ulottuu liitoskappaleen päästä liitostasoa kohti.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen liitos, tunnettu siitä, että litoskappaleessa (N) on molemmin puolin liitostasoa (P) vyöhyke (B) jolla on sama kaltevuus kuin vastaavalla syvennyksellä ja joka sijaitsee kahden vyöhykkeen välissä joilla on eri kaltevuus.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen liitos, tunnettu siitä, että lomistuksessa olevan kierteityksen kolmasosan ja kahdesosan välille, mitattuna kummankin syvennyksen pohjasta, on muodostettu vastevyöhyke.

5. Patentivaatimuksen 4 mukainen liitos, tunnettu siitä, että vastevyöhykkeessä kaksoiskartiomaisen liitoskappaleen kierteityksen (2) pitempi kylki on siirtynyt 0,08 - 0,20 mm syvennyk- 11 71051 sen pohjaa kohti.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen liitos, tunnettu sitä, että molemmin puolin liitostasoa kummankin syvennyksen kierteityksessä on ainakin kaksi vyöhykettä, joissa kartio-kulma on eri suuri kuin liitoskappaleen keskimääräinen kartiokul-ma vyöhyke, jossa kartiokulma on suurempi ja joka ulottuu laitostasosta syvennyksen pohjaa kohti, ja vyöhyke, jossa kartiokulma on pienempi ja joka ulottuu syvennyksen pohjasta liitostasoa kohti.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1,2,3,4 tai 6 mukainen liitos, tunnettu siitä, että vastevyöhykkeessä syvennyksen kierteityksen pitkä kylki on siirtynyt 0,08 - 0,20 mm liitostasoa kohti .

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1,4,5,6 tai 7 mukainen liitos, tunnettu siitä, että kaksoiskartiomaisen liitoskappaleen tai syvennyksen kierteityksen kaltevuus vaihtelee jatkuvasti.