MXPA04000682A

MXPA04000682A - Electrodos de carbono y sus elementos de union con superficies de contacto estructuradas de forma orientada.

Info

Publication number: MXPA04000682A
Application number: MXPA04000682A
Authority: MX
Inventors: Wimmer Karl
Original assignee: Sgl Carbon Ag
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2005-07-25
Also published as: RU2004102031A; ES2276173T3; JP2004228091A; DE502004001868D1; CN100534241C; ATE344611T1; EP1441570B1; PL364548A1; TW200428911A; US20040192088A1; CA2455800A1; CN1551684A; DE10302956B3; MY127514A; ZA200400472B; BRPI0400112A; US6925104B2; EP1441570A1

Abstract

Las columnas de electrodos de carbono y grafito se atornillan juntas a partir de elementos individuales, por ejemplo, los electrodos y los racores. Los elementos presentan superficies de contacto estructuradas de forma orientada. Esta estructura de las superficies de contacto ocasiona que los elementos de una columna, tras el atornillado intensiva, realizado mediante una maquina o a mano y, con ello, a menudo insuficiente, presenten una resistencia aumentada contra el aflojamiento, con lo que se consigue una mayor seguridad de funcionamiento, especialmente en el caso de las columnas de electrodos atornilladas a mano.

Description

ELECTRODOS DE CARBONO Y SUS ELEMENTOS DE UNION CON SUPERFICIES DE CONTACTO ESTRUCURADAS DE FORMA ORIENTADA.

La invención se refiere a elementos de una columna de electrodos que se compone de electrodos de carbono con cajas por la cara frontal y roscas internas y de racores de carbono que unen cada dos de estos electrodos, o que se compone de electrodos de carbono con una caja con rosca interna en una cara frontal y con racor integrado en la otra cara frontal, previstos para una columna de electrodos que se va a emplear en un horno de arco voltaico para la producción de metales con un alto punto de fundición, con lo que los elementos tienen superficies de contacto configuradas de forma ideal, con elevaciones escamosas estructuradas de forma orientada que sobresalen de éstos. La producción de cuerpos de carbono carbonizados o grafitados es una técnica dominada, entre tanto, desde hace más de cien años que se realiza a escala industrial y, por eso, está perfeccionada en muchos puntos y está optimizada en relación con. los costes. Una de las descripciones de esta técnica se encuentra en ÜLL ANN'S ENCYCLOPEDIA OF INDUSTRIAL CHEMIST Y, volumen ?5, Editorial VCH, Weinheim, 1986, pp. 103 a 113. La aplicabilidad de los electrodos, racores y columnas de electrodos de carbono en el horno de arco voltaico depende de las propiedades alcanzadas durante la producción, especialmente también de las propiedades de superficie. Estas propiedades de superficie dependen, por ejemplo, del tipo de material (grado de grafitación) , del contenido poroso, del tamaño del grano, del tipo de tratamiento que determina la rugosidad de la superficie. Los factores anteriormente mencionados determinan los coeficientes de fricción que desempeñan un papel importante al unir dos cuerpos (por ejemplo, un .electrodo y un racor, o dos electrodos) y al deslizarse dos superficies una encima de la otra. Un horno de arco voltaico contiene, como mínimo, una' columna de electrodos de carbono. Una columna de este tipo se sujeta en el extremo superior por un brazo de soporte por el cual también llega la corriente eléctr a a la columna de electrodos. Durante el funcionar.iento . .1 horno, el arco voltaico va desde la pur.-a inferior de 1?. - ^lumna a la masa de fundición que se encu? .¦ :ra en ·.. horr. . A causa del arco vclr.aico y de las altas .emperat_' .as en -.. horno, la columna de electrodos se quema lentamente en su : ccremo inferior. La reducción de la columna le electrodos se compensa dado que la eclumna se engancha al horno por Ev.es y, cuando sea necesario, se atornilla un electrodo adicional en el extremo superior de la columna. ?? caso de necesv" ?.d, también se saca del brazo de soporte, <. o unidad, una columna parcialmente quemada, y se sustituye por una eclumna nxeva de una longitud suficiente . El atornillado de lectrodos de carroño individuales en una columna que se encentr en el hornc o la unión de los electrodos, mediante tordillos, a una col.v.r-na nueva se realiza a mano o con un dispositivo mecánico. Especialmente en el caso de electrodos de gran evámetro, d= 600 tt?,? o superior, han de aplicarse fuerzas y momt-vvcos de torsión cc-.siderables o han de producirse trabajos de ¿. cornillado para asegurar la unión de una columna de electrodos . La unión de una columna es de importancia decisiva para el funcionamiento de un horno de arco voltaico. La unión de una eviumna se pone er. peligro durante el transporte, aunque preferiblemente durante el funcionamiento de un horno. Durante e_ funciona-dentó un horno, en la columna de electrodos se producen repetir iente considerables momentos de flexión ocasionados por el gi" v del recipiente del horno, incluyendo la columna, o 1~. column:-. de electrodos está expuesta a una vibrador continua; asimi ··, los golpes sobre la columna ocasionados :or la mev. rancia carga someten la uniln de la columna a . a carga. Todos ' ?.s tipos de carga (mo-ientos de flexión re_: v.tidos, vr-aracic. · -. y golpes) pueden ocasionar que se afloje la unión r: .;cada dv los electrodos. Un aflojamiento ha de interpretarse como el resultado de procesos inevitables y / o no deseados . Para la caracterización de la unión de una columna de electrodos de carbono con una magnitud ds. medid- técnica es apropiado el "momento de aflojamiento" . El Tomento de aflojamiento para atornillar una unión de electrodos se determina con un aparato de medida. Por debajo dsl intervalo en el que se produce un daño mecánico de las · roscas implicadas, el aflojamiento de una única roscada es más improbable y el funcionamiento con la colunia de electrodos es más seguro cuanto más alto sea el momento de aflojamiento de una unión entre dos elementos de una columna de electrodos . Para una mejor comprensión, se bosquejan los efectos de un aflojamiento de las uniones roscadas de una columna de electrodos durante el funcionamiento del horno : En el caso de un aflojamiento ha de partirse de que se reduce la deformación por tensiones de la unión roscada. Con ello, disminuyen también las fuerzas de apriete de las superficies de contacto de los elementos contiguos de la columna. El aflojamiento puede progresar tanto que algunas de las superficies de contacto se separan entre sí. Como resultado, aumenta la resistencia eléctrica en la unión. Las superficies que permanecen en contacto se cardan con una densidad de. corriente- aumentada. La densidad de corriente aumentada conduce a un sobrecalentamiento térmico local . Por regla general, en el caso del aflojamiento de una unión roscada, el racor se somete a una intensa cs.rga térmica y mecánica. Finalmente, debido al sobrecalentamiento y a la carga mecánica, se bosqueja -la deficiencia rrscánica del racor. Como consecuencia, se desprende la punta de la -olumna de electrodos y, arrojado en la fundición ·¦;= acezo, el arco voltaico se rompe, finalizando el proceso d^- fundición. Para tratar los problemas de la unión insufiriente 'y de la transmisión de corriente insuficiente cssde ur parte de una columna de electrodos a' la siguiente, .se ha., realizado reflexiones muy diferentes y se ha acometido la práctica que se muestra posteriormente. En un articulo de J. ;·: . LANGASTER "Transitions in the Friction and Wear of Carbor. ¦¦ and Graphites Sliding Against Themnselves" , de ASLE TRANSAC 10NS , vol . 18, 3, pp.' 187 a 201, se analizan los comportamientos de fricción entre los cuerpos de carbono, preferiblemente a diferentes velocidades de fricción. De esta publicación no puede extraerse ninguna enseñanza acerca de cómo pueden atornillarse dos cuerpos de carbono lo más fijamente posible entre si, a excepción de la conclusión general de que, en el caso de velocidades relativas muy bajas de los dos cuerpos de carbono, se observan coeficientes de fricción bajos, véanse las figuras 1, 2 y 6. Esta conclusión indica más oien un ligero deslizamiento uno respecto a otro de los cuerpos de carbono en reposo. En otros campos de especialización también se ha intentado solventar el problema de que se aflojen los elementos de fijación. En la publicación alemana para información de solicitud de patente DE 41 37 020 se describen elementos de fijación que se aseguran automáticamente como, por ejemplo, tornillos y tuercas de materiales no descritos. El elemento, en la superficie frontal que interactúa con un componente, tiene una cantidad de salientes en forma ondulaciones. Los salientes están configurados como pirámides o conos con una altura de menos de 1 mm, siendo el ángulo de la punta de la pirámide o del cono de al menos 90°. Durante el atornillado, las pirámides o conos deben ejercer presión en las superficies de los componentes que se van a deformar por tensión y, de esta manera, impedir el giro en sentido contrario de los elementos de fijación. En la publicación para información de solicitud de ¿atente, se indica en la columna 2, línea 9, el "establecimier o" y la reducción de la tensión previa unida con ello. pirámides o conos están distribuidos de modo uniforma por la superficie frontal del elemento de fijación. El elem.-.to de fijación no tiene ninguna superficie de contacto estructurada de modo orientado y, po" consiguiente, no tiene una orie:- ración preferente con ur efecto especial. En relación con el atornillan : de columnas de electrodo : c-i carbono ha de indicarse que la., ondulaciones macroscópica," en las superficies de contacto de ".os electrodos o racores se reventarían durante el atornillado debido al carácter cerámic-y, con ello, poroso del carbono. Posiblemente, incluso saltarían trozos considerables de superficies frontales d^, los elementos de la columna. En la solicitud internacional. WO 92/14939 se describer. ondulaciones asimétricas en las superficies de contacto ce elementos de fijación especial-s. Con esta orientacicr. preferente, una cantidad limitada de ondulaciones macroscópicas" distribuidas por el perímetro impide u:i aflojamiento no deseado de la unic- roscada descrita de dos tres piezas. Una característica no poco importante de estas uniones roscadas es el coeficiente de fricción, que es m. bajo entre las' elevaciones plr-.aas de dos ondulaciones enfrentadas entre sí de dos elementos de fijación que entrs las elevaciones pronunciadas de ázs ondulaciones enfrentada; entre sí. A ello, contribuye una c x>a. de deslizamiento que s.-pone sobre las elevaciones plana-. Por consiguiente, est-: requiere un gasto no despreci le para fabricar este;, elementos de fijación contra el alioj amiento no intencionadc de uniones roscadas. En relación con el atornillac.'. de columnas de electrodos de carbono ha de indicarse que las ondulaciones macroscópicas en las superficies de contacto de los electrodos o racores , debido al carácter cerámico y, co:' ello, poroso del carbono, se reventarían durante el atornilla :: . Posiblemente, saltaría-incluso trozos considerables de 1; " superficies frontales de les elementos de la columna. En la publicación alemana pa. ~ información de solicitud de patente -DE 34 42 316 Al se des :..ibe un racor bicónico cor. una parte central sin rosca; con un racor de este tipc se-atornillan electrodos de grafito. Entre la parte central "el racor y las cajas de los electrodos de carbono está previ -to un ' intersticio de extensión que se llena con una :a comprimible . Este principio debe reducir, en primera línea, los piros de tensión (tangenciales) en la caja de electrodos e impedir la rotura de electrodos, con lo que se diferencia completamente del principio según la invención para reducir el aflojamiento de los electrodos de carbono atornillados. En el documento de patente norteamericano US 2.527. "94 se describen electrodos de carbono y / o racores cuya resistencia al choque térmico y su resistencia a los golpes se mejora gracias a la incorporación de ranuras longitudinales en estos elementos. Este principio debe reducir, de forma similar al caso del documento DE 34 42 316 Al, los picos de ten¿ión (tangenciales) en la caja de electrodos e impedir la rotura de los electrodos. Con ello, también se diferencia comple amer- e del principio según la invención para reducir el aflojamiento de los electrodos de carbono atornillados . En la práctica de las plantas siderúrgicas se intenta atornillar los electrodos entre sí de la forma más fija posible. Como se mencionó anteriormente, los momentos de torsión, los trabajos de atornillado o las fuerzas que pue en aplicarse manualmente son ¦ limitados . Con dispositivos mecánicos pueden aumentarse considerablemente ee as magnitudes, aunque sólo en una parte de la planta siderúrgica se trabaja con este tipo de dispositivos de atornillado mecánicos . La práctica de las plantas siderúrgicas muestra ¦ e siempre se vuelven a presentar aflojamientos en las coluir: as de electrodos . Por tanto, existía . la tarea de realizar los puntos le unión de una columna de electrodos de carbono de tal man-ra que no se presentase ningún aflojamiento de los elementos individuales de la columna entre si o que se proporcionase una gran seguridad de la unión de una columna. Otra tarea consistía en aumentar el momento dé aflojamiento mesurable entre los elementos contiguos de una columna de electrodos . La -tarea se soluciona, según la parte caracterizadora de la reivindicación 1, porque los electrodos de carbono y / o un racor de carbono que une cada dos electrodos presenta una estructura superficial en superficies de contacto dirigidas al siguiente elemento de la columna de electrodos, cuyas elevaciones escamosas, estructuradas de forma orientada, sobresalen de la superficie de contacto configurada de forma ideal una altura de uno a cien micrómetros, y porque las superficies de contacto contiguas de una unión roscada tienen una presión de apriete en el intervalo de 0,1 a 80 N/mm2. La otra tarea se soluciona según la pare caracterizadora de la reivindicación 10, porque las direcciones tangenciales del mismo tipo (bien la dirección de atornillado, o bien la dirección de aflojamiento de la unión roscada) de las superficies de contacto, estructuradas de manera orientada, de dos elementos contiguos de una columna de electrodos están dirigidas en sentidos contrarios, en cada caso. Las desventajas del estado de la técnica se eliminan por medio de la invención expuesta en el presente documento. Una ventaja esencial de la invención consiste en las pequeñas dimensiones de las ondulaciones o escamas asimétricas en las superficies de contacto. Las pequeñas escamas, al deformarse durante el proceso de atornillado, no provocan ninguna explosión en los cuerpos de cerámica de los electrodos o racores de' carbono o grafito. Otra ventaja consiste en que no es necesario aplicar una capa de deslizamiento sobre las ondulaciones / escame.s o sobre las superficies de contacto. Otra ventaja consiste en que las presiones de apriete habituales -de los -elementos - contiguos en las columnas de electrodos son suficientes para contener un aflojamiento. Con las presiones de apriete habituales, las elevaciones escamosas, oriente. :.'as en sentidos opuestos, de elementos contiguos se engañe .an en la columna. ?? el texto £·/ ^siguiente han de entenderse los conceptos de la siguiente mar.-;ra: • Los extremes de un electrodo también se denominan cara frontal . • Un electrodo tiene una superficie de cubierta cilindrica y, en cada uno de los dos lados, una superficie frontal dispuesta perpendicular . al eje del electrodo . • Una caja es una depresión dispuesta de forma coaxial en la cara frontal de un electrodo. En las paredes internas coaxiales de una caja están incorporadas roscas internas normalmente cilindricas o cónicas.

• Un racor es un tornillo cilindrico o bicónico con una superficie frontal, en cada uno de los dos lados, dispuesta perpendicular al eje del racor. Un racor, para unir eos electrodos, se atornilla en cada caso aproximadamente hasta la mitad en una caja de electrodos contiguos. • Un elemente prefijado se compone de un electrodo y un racor atornillado hasta la mitad en una caja del electrodo . • Algunos electrodos sólo tienen una caja en una cara frontal y P.I la otra cara frontal tienen una rosca coaxial dirigida hacia fuera. Una rosca coaxial dirigida ha ..ta fuera de este tipo se denomina racor integrado . • No sólo tiec-n superficies frontales un electrodo y un racor, sino también el racor integrado tiene · una ¦ superficie 'contal externa dispuesta perpendicular al eje del race.- ;' or las superficies de contacto de elementos contigu; - 2 entienden aquellas superficies de contacto que ? -resionan unas contra otras al atornillar 1c i Cementos . .iperficies de contacto configuradas de forma idee.. on aquellas superficies curvas o planas que no son nterrumpidas por elevaciones o depresiones, i las elevaciones escamosas asimétricas están ispuestas en el mismo sentido sobre una superficie de ontacto configurada de forma ideal, entonces a eszt onjunto se le denomina estructura superficial :rientada. i una superficie de contacto en una columna de -lectrodos de carbono presenta una estructura uperficial orientada, entonces no es irrelevante en :ué sentido se emplee la superficie de contacto. En un rimer caso, la estructura superficial orientada puede .er atravesada desde la elevación plana a la elevación ronunciada de los flancos de las elevaciones escamosas, en un segundo caso, la estructura ¦.uperficial orientada puede ser atravesada desde la levación pronunciada a la elevación plana de les :iancos de las elevaciones escamosas. En el primer taso, la resistencia (considerando las condiciones . imites útiles en el caso de las alturas solicitadas reducidas de las elevaciones escamosas) , respecto a ur. -ovimiento por la estructura superficial orientada, es :is pequeña que en el segundo caso. Para estas ¦jnsideraciones no es necesario un movimiento qi: -scurre por la estructura superficial orientad.?, . , ' mdamentalmente perpendicular a los dos movimiento .: ¾ncro ados en primer lugar. Ahora, es convenienc- -ientar la estructura superficial orientada, en e. ¦so de tornillos que giran hacia la derecha, de tai manera que en el caso de un giro hacia la derecha (atornillado de la unión roscada) , ' la estructura superficial orientada sea atravesada desde la elevación plana a la elevación pronunciada de los flancos de las -levaciones escamosas . lo que corresponde al primer caso anteriormente citado (con poca resistencia) . Bsta orientación de la estructura superficial con este movimiento de atornillado se denomina sentido de atornillado. • Si, en el caso de una estructura superficial orientada de la misma forma, el tornillo que gira hacia la derecha, se gira hacia la izquierda (af1cjamiento de la unión roscada) , lo que corresponde al segundo caso anteriormente citado (con alta resistencia) , entonces el sentido de es~e movimiento de atornillado se denomina sentido de aflojamiento. • Las elevaciones escabiosas tienen una cres~a orientada de forma fundamentalmente radial, referida a los ejes longitudinales de los elementos normalmente cilindricos de una columna de electrodos. • La longitud de la cresta de una elevación escamosa se define por la proyección de la cresta normalmente irregular en un aaz radial que parts del eje longitudinal de los elementos normalmente cilindricos de una columna de electrodos. Normalmente, se atornillan electrodos de carbono con racores de carbono para forrar una columna de electrodos, con lo que los electrodos presentan una caja en las dos caras frontales. No todos los electrodos tienen en las dos caras frontales cajas dispuesta.1 de forma coaxial con roscas internas. Más bien hay electrodos que sólo present-n una caja de este tipo en una cara -' rontal y en la otra c.^.ra frontal tienen un racor coaxial int? :rado. Los dos tipos de electrodos tienen la estructura superficial según la invención en la superficie ~de, contacto des.,ada, con lo que las elevaciones escamosas estructuradas de forma orientada sobresalen de las superficies de contacto configuradas de forma ideal. La superficie de contacto deseada se compone, en el - caso del electrodo habitual, en cada caso, en una cara frontal de una o las dos superficies de la superficie frontal del electrodo y de las superficies de rosca de la caja de los electrodos. Lo último también es válido para los electrodos con sólo una caja. En la otra cara frontal del electrodo con sólo una caja, la superficie de contacto deseada se compone de una o de las dos superficies de la superficie frontal del electrodo y las superficies de rosca del racor coaxial integrado. Las superficies de contacto de los dos elementos contiguos están estructuradas de forma orientada. Las estructuras superficiales orientadas que se encuentran unas sobre otras de las superficies de contacto siempre están orientadas en sentidos opuestos . Entonces se consiguen uniones roscadas seguras o que no se vuelven a aflojar si se cumplen dos criterios: primero, que la presión de apriete de superficies de contacto contiguas se sitúe en el intervalo de 0,1 a 80 N/mm2, segundo, que las elevaciones escamosas estructuradas de forma orientada sobresalgan de la superficie de contacto configurada de' forma ideal en una altura reducida de uno a cien micrómetros . No estaba claro el esperar una seguridad fundamentalmente mejor frente al aflojamiento de las pequeñas elevaciones escamosas en el estado atornillado de los elementos de una columna. Se ha mostrado que las pequeñas elevaciones escamosas también resisten las cargas mecánicas de las vibraciones . La solución de las tareas se configura de forma ventajosa por medio de las partes caracterizadoras de las reivindicaciones dos a 15. En los documentas DE 41 37 020 y WO 92/14939 citados en el estado de la técnica sólo se describen ondulaciones en superficies funcionales planas de los elementos de fijación. Debido a la fácil capacidad de producción de ondulaciones configuradas de forma regular, este tipo de dise:'o de ondulaciones es común. Sin embargo, las elevaciones esc.nosas estructuradas de forma orientada según la invención se ,?. tan pequeñas que se colocan tanto en superficies planas, cero las caras frontales de los electrodos, como también en super_icies curvas, como, por ejemplo, los filetes de rosca del raccr. En el caso de cierres adhesivos, - lo normal es que .el verdadero cierre se componga de un material diferente al de las piezas que se van a unir. Si en el caso de una columna de electrodos de carbono se hicieran las elevaciones escamosas estructuradas de forma orientada de un material diferente al de los propios electrodos, entonces habría un problema de difícil solución con la elección del material . La mayoría de los materiales no superarían la carga térmica que se produciría al aplicar una columna de electrodos unida de esta manera y la columna se desintegraría al poner en funcionamiento un horno de arco voltaico. Por tanto, una importante configuración de la idea de la invención es que las elevaciones escamosas en las superficies de contacto estructuradas de forma orientada de la columna de electrodos sean del mismo material que los elementos de la columna. Las elevaciones escamosas tienen una forma fundamentalmente asimétrica, caracterizada por una elevación de los flancos con diferente grado de inclinacica. La asimetría expresa con ello que los flancos de las elevaciones escamosas en el sentido de atornillado de la unión rescada tienen una elevación fundamentalmente plana y, en el sentido contrario de aflojamiento de la unión roscada, tienen una elevación fundamentalmente pronunciada. Con esta configuración de las escamas se consigue una mayor seguridad contra el aflojamiento que con escamas conformadas de forma simétr:ca.

Una limitación de la orientación de las escamas · , con ello, la mejora de la seguridad contra el aflojamien": se consigue porque las alturas máximas de las elevaciones escamosas están configuradas como picos o como castas orientadas fundamentalmente 'a modo radial, referidas a los ejes longitudinales de los ¦ Lementos normalmente cilindricos de una columna de electrodos . Si las escamas asimé :.".. _as estuvieran distribuidas en diferentes direcciones sob . las superficies de contacto configuradas de forma idea entonces el comportamiento de aflojamiento seria similar ¦". de las escamas conformadas de forma simétrica . Para conser .ir una mayor seguridad f ente al aflojamiento, todas las eses s asimétricas se disponen en el mismo sentido. Según la inv; .-.-ión, en cada caso, la elevación plana de todas las elevac escamosas se dispone en el sentido de atornillado en superficie de contacto, de un elemento de una columna de electrodos según la figura 1. La seguridad frente al Aflo amiento de la unión de una columna de electrodos no £„le bien con menos elevaciones escamosas, pequeñas, asintí -.Ticas, del mismo tipo. Para conseguir una seguridad c. -ra el aflojamiento que pueda emplearse técnicamente he de disponerse considerables cantidades de escamas en la-, -superficies de contacto. Han de tenerse en cuenta las ./iguientes cantidades: de las correspondientes superficies \e contacto configuradas de forma ideal sobresalen, como mínirr . 100 metros en longitudes de las crestas de las elevaciones ¿scamosas por metro cuadrado de superficie de contacto, ..referiblemente 300 metros en longitudes de las crestas . las elevaciones escamosas por metro cuadrado de superficie contacto. Estas cantidades de las elevaciones escamosas bien se distribuyen de forma estadística por la superficie correspondiente o sólo recubren la superficie parcialmente c : ..guiendo un patrón. El éxito del asegurar:.-. *to contra el aflojamiento es máximo cuando la resistenc , : contra un movimiento por la superficie de contacto est' -turada de forma orientada es máxima. Esto también es val:.. - al interac uar dos superficies de contacto estructuradas, c~ ; en el caso de un tornillo. En el caso de un tornillo c - gira hacia la derecha, la resistencia contra el aflojamiento es, según la invención, máxima cuando se gira hacia la izquierda, es decir, se gira en el sentido de aflo amiento. Una condici~'.i previa es qua los sentidos tangenciales del mismo tipc (aquJ. sentido de aflojamiento de la unión roscada) de la. dos superficies de contacto, estructuradas de forma orientada, de dos elementos contiguos de una columna de electrodos estén orientados en sentido contrario, en cada caso. Las diferentes posibilidades de configuración de la invención permiten un margen de fluctuación ce momentos de aflojamiento demostrables para una unión roscada de columnas de electrodos con dos sentidos, según la invención, tangenciales del mismo tipo,. orientados en sentidos contrarios, de las superficies de contacto estructuradas de forma orientada. Los parámetros modificables importantes son la altura de las elevaciones escamosas, el ángulo de las elevaciones en los flancos de las escamas, la anchura de las escamas y la cantidad y distribución de las esc? mas. Empleando estos parámetros, con una presión de apriete e~. el intervalo de 0,1 a 80N/mm2, los elementos contiguos atornillados de una columna de electrodos según la invención se sujetan con un momento de aflojamiento como mínimo un 20% mayor que en el caso de elementos contiguos atornillados de vr.a columna de electrodos no dotados de superficies de contacte estructuradas de forma orientada y con una presión de apriete, en el intervalo de 0,1 a 80 N/mm2. Esta mejora de lrs momentos de aflojamiento de uniones, atornilladas en la mayoría de los casos mediante máquinas, se supera aún por les momentos de aflojamiento de uniones atornilladas a mano de los elementos de una columna de electrodos. Este Tipo C2 uniones se caracteriza por la relativamente baja presión de apriete de 0,1 a 2 N/mm2 de elementos contiguos de urs columna de electrodos. Según la invención, en el c?30 de este tipo de uniones se fija con un momento de aflo miento como mínimo 30% mayor que en el caso de elementos contiraos atornillados de una columna de electrodos no dotados de superficies de contacto estructuradas de forma orientada y con una presión de apriete en el intervalo de 0,1 a 2 N/mm2. Una forma de suministro adecuada para el usuario de los ele trodos, en la mayoría de los casos una planta siderúrgica eléctrica, es el elemento prefijado. La superficie de contacto del elemento prefijado es realizada por el fabricante de los electrodos con una estructura superficial orientada y se atornillan juntos el electrodo y el racor. A este respecto, la estructura superficial orientada se aplica en las superficies de rosca de la caja de los electrodos y en las superficies de rosca del racor, en casos especiales, sólo en las superficies de rosca de la caja de los electrodos o en las superficies de rosca del racor. Si se introduce un elemento prefijado én el horno de arco voltaico, entonces el elemento prefijado también tiene, según la invención, en una o varias de las superficies de contacto dirigidas al siguiente elemento prefijado o a la siguiente parte de la columna de electrodos, una estructura superficial orientada con orientación en sentido contrario. A este respecto, el elemento prefijado tiene en una cara frontal una superficie de contacto que está compuesta de una o de las dos superficies de la superficie frontal del electrodo, y de superficies de rosca de la caja de los electrodos, y en la otra cara frontal el elemento prefijado tiene una superficie de contacto que está compuesta de una o de las dos superficies de la superficie frontal del electrodo y de superficies de rosca del racor. Mientras hasta el momento el riesgo de aflojamiento en el caso de las uniones atornilladas a mano sólo podía litritarse mediante un gasto adicional, en parte, debido a medidas de seguridad desventajosas en la planta siderúrgica, la realización según la invención ya se integra de manera práctica en el proceso de producción..

En un puesto de atornillado de la empresa Piccardi (Dalmine (Bergamo) / Italia) , con la denominación "Nipplingstation" , año de construcción 1997, se atornillaron dos electrodos de grafito con diámetros de 600 mm en cada caso con un racor adecuado para formar una columna de electrodos . En este caso se empleó un elemento prefijado de un electrodo y un racor atornillado previamente en una caja del electrodo. El elemento prefijado y el electrodo se atornillaron entre si. Al alcanzar un momento de apriete de 4000 Nm, finalizó el atornillado . Para caracterizar la seguridad de la unión del atornillado, a continuación se volvió a abrir la unión y se midió el momento de aflojamiento. Esta forma de proceder en principio se realizó en tres variantes A, B y C: Variante A Las superficies de contacto del elemento prefijado y del electrodo no alcanzaron ninguna estructura orientada según la invención de las estructuras de contacto y se atornillaron como sistema de referencia. Variante B Un elemento prefijado y un electrodo individual se atornillaron entre sí con la estructura según la invención y orientada en sentido contrario de las superficies de contacto. Como superficies de contacto se eligieron las superficies frontales de los electrodos . Variante C Las superficies de contacto del elemento prefijado y del electrodo individual se dotaron de una capa de deslizamiento. La capa de deslizamiento se componía de la grasa para rodamientos con la denominación de modelo arcanol 12V de la empresa FAG Kugelfischer (Schweinfurt / Alemania) . Como superficies de contacto se seleccionaron la superficie frontal del electrodo y las superficies de rosca libres del racor. El grosor de la capa de deslizamiento era de 0,1 mm.

Tabla Los valores indicados son válidos para electrodos con un diámetro de 600 mm y para un momento de apriete de 4000 Nm durante el atornillado.

Como se deduce de la tabla, el momento' de aflojamiento dependía del tipo de realización o tratamiento de la superficie. El momento de aflojamiento más bajo se alcanzó en superficies de contacto sin medidas especiales (variante A) . En el caso de superficies frontales con estructura orientada en sentidos opuestos de las superficies de contacto de los elementos atornillados se midieron' momentos de aflojamiento muy altos . En realidad, la variante C produce un momento de aflojamiento aún mayor que la variante B, pero esto sólo es posible con ayuda de un tratamiento adicional. Frente a esto, en la variante B se consigue el momento de aflojamiento adecuado sin tratamiento adicional .

IC¬ La invención se explica acicionalment- ¦nodo de ejemplo mediante las siguientes figuras. Muestran: la figura 1, un corte paralelo al longitudinal a través de un electrodo 1 con ce.; as aplicac .-- ambos lados en las superficies 3 frontales, en cada caso, roscas internas cilindricas, así como la vista del lado gitudinal de un racor 2 independiente con rosca cilindrica,- la figura 2, una vista del lado -.-jitudinal de un electrodo 1 con un racor coaxial integrad- n.formado en una cara 3 frontal. En la otra cara frontal, e*? abierta la vista lateral del electrodo con un corte aralelo al eje longitudinal. El corte muestra en este pmv; una caja con una rosca interna cónica; la figura 3 , un corte paralelo al e longitudinal a través de un elemento 9 prefijado que es compuesto de un electrodo 1 con cajas cónicas y de un r?. .r 2 con rosca 5 bicónica; la figura 4, ' una representación espacial de la superficie 3 frontal de un electrodo 1 en superficie de contacto estructurada de forma orientada; la figura 5 , una representación arr iada, a modo de modele , de una superficie 3 frontal del ele rodo estructurada de forma orientada (superficie da contacto", Descripción de las fig Según la figura 1, como superficies contacto de los electrodos 1 han de citarse las siguientes : La superficie 3 frontal. del el :"~do 1 y las superficies 4 de rosca de la ca" a de los e ~_-odos dispuesta de forma coaxial. 31 fondo 10 c= la caja c -lectrodo no es ninguna superficie ' de contacto. En el caso de un racor 2 independí se presentan, como superficies de contacto, li.s superfic ~ de rosca del racor . Las superficies 6 frontales a ambos 1 _ del racor 2 no son superficies de contacto.

Según la figura 2, como superficies de · .tacto de los electrodos 1 con racor integrado, han citarse las siguientes : La superficie 3 frontal del elec.. ' 1 y las ." perficies 7 de rosca del racor coaxial int . ¿o así como, en la otra cara frontal del electrodo 1, superficie 3 frontal y superficies 4 de rosca de la caja. La superficie 8 frontal exterior del acor coaxial integrado no es ninguna superficie de contact. : e se vaya a dotar de una capa de deslizamiento. El fondo 1 - la caja del electrodo no es ninguna superficie de contacto. Según la figura , como superficies de c acto internas del elemento 9 prefijado han de citarse las si entes : Las superficies 4 de rosca de la caje *.e electrodos dispuesta de forma coaxial y las superficies de rosca del racor 2 independiente. Las superficies 6 front .s del racor 2 ~o son superficies de contacto. Como superficies de contacto externas elemento 9 prefijado en la cara del racor 2 atornillado -.ti de citarse las siguientes: Las superficies 5 de rosca del racor Z .^dependiente, así como la superficie 3 frontal del electrodo Las superficies 6 frontales del ra 2 no son superficies de contacto. Como superficies de contacto externas \ elemento 9 prefijado en la cara sin racor atornillado ha _¦ citarse las siguientes : La superficie 3 frontal del elect : ' 1 y las superficies 4 de rosca de la caja de electro. dispuesta de forma coaxial. El fondo 10 de la caja del ele do no es una superficie de contacto. Según la figura 4, el electrodo 1 tiene .¾ superficie ce contacto estructurada de forma orientada en superficie 3 frontal plana. Las elevaciones escamos asimétricas individuales tienen una orientación preferente ¦ :? corresponde al sentido 11 de atornillado para los tornillos que giran hacia la derecha. El sentido 11 de atornillado ha de entenderse de tal manera que se fijen el electrodo 1 mostrado en la figura 4 y un racor allí atornillado. Desde arriba, se atornilla otro electrodo no mostrado. Este electrodo gira, durante el atornillado, en el sentido de la flecha 11. Este proceso corresponde al de la planta siderúrgica. La estructura superficial del campo V de la figura 4 se muestra ampliada en la figura 5. La figura 5 muestra la ampliación parcial del campo V a partir dex la superficie 3 de contacto del electrodo 1 de la figura 4. Se muestra la representación, a modo de modelo, de la superficie frontal de electrodos estructurada de forma orientada.

Claims

Reivindicaciones 1. Elementos de una columna de electrodos, que se compone de electrodos (1) de carbono con cajas en la cara frontal y roscas (4) internas y de racores (2) de carbono que unen cada dos de estos electrodos (1) , o de electrodos (1) de "carbono con caja y rosca (4) interna en una cara frontal y racor integrado en la otra cara frontal, previstos para una columna de electrodos, que se va a emplear en un horno de arco voltaico para la producción de metales con elevado punto de fundición, con lo que los elementos tienen superficies de contacto configuradas de forma ideal con elevaciones escamosas que sobresalen de éstas, estructuradas de forma orientada, caracterizado porque las elevaciones escamosas estructuradas de forma orientada salen por encima de la superficie de contacto configurada de forma ideal en una altura de ' tres a cien micrómetros, y porque las superficies de contacto contiguas de una unión roscada tienen una presión de apriete en el intervalo de 0,1 a 80N/mm2.
2. Elementos de una columna de electrodos según la reivindicación 1, caracterizados porgue las superficies de contacto configuradas de forma ideal son planas o curvas .
3. Elementos de una columna de electrodos según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizados porque las elevaciones escamosas en las superficies de contacto estructuradas de forma orientada son del mismo material que los elementos de la columna de electrodos .
4. Elementos de una columna de electrodos según una o varias de las reivindicaciones 1 a 3 , caracterizados porque las elevaciones escamosas tienen una forma fundamentalmente asimétrica caracterizada por una elevación de los flancos con diferente grado 'de inclinación, con lo que los flancos de las elevaciones escamosas, en la dirección de atornillado de la unión roscada, tienen una elevación fundamentalmente plana y, en la dirección opuesta, de aflojamiento de' la unión roscada, tienen una elevación fundamentalmente pronunciada.
5. Elementos de una columna de electrodos según una o varias de las reivir. rlicaciones 1 a 4, caracterizados porque la altura máxima de un-.- elevación escamosa está configurada como pico o como cresta orientada fundamentalmente de forma radial, referida a los -jes longitudinales de los elementos principalmente cilír..'.ricos de una columna de electrodos.
6. Elementos de una columna de electrodos según la reivindicación 4, caracterizados porque, en cada caso, la elevación plana de todas las elevaciones escamosas está dispuesta, en la dirección de atornillado, en una superficie de contacto, de un elementó de una columna de electrodos según la reivindicación 1.
7. Elementos de una columna de electrodos según una o varias de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizados porque las elevaciones escamosas están distribuidas de forma estadística en la correspondiente superficie de contacto.
8. Elementos de una columna de electrodos según una o varias de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizados porque las elevaciones escamosas cubren parcialmente la correspondiente superficie de contacto configurada de forma ideal o están dispuestas en forma de patrones .
9. Elementos de una columna de electrodos según una o varias de las reivindicaciones 1 a 8 , caracterizados porque las correspondiera, ts superficies de contacto tienen elevaciones escamos'-s con un mínimo de 100 metros en la longitud de las ere ;tas por metro cuadrado de superficie de contacto, preferiblemente elevaciones escamosas con 300 metros en longitud de las crestas por metro cuadrado de superficie de contacto .
10. Elementos conc.guos de una columna de electrodos según una o varias de la r, reivindicaciones 1 a 9, caracterizados porque las diréce...mes tangenciales similares, bien la dirección de atorr.. liado o de aflojamiento de la unión roscada, están orientadas, en sentido contrario en cada caso, a las superficies de contacto estructuradas de forma orientada de dos elementos contiguos de una columna de electrodos.
11. Elementos contiguos de una columna de electrodos según una o varias de las reivin '.caciones 1 a 10, caracterizados porque un electrodo (1) de .^rbono y un racor (2) de carbono están unidos para formar un elemento (9) prefijado, y porque las superficies de contacto internas del elemento (9) prefijado están estructuradas de forma orientada, con lo que las superficies de contacto internas se componen de las superficies de rosca de la caja (4) de los electrodos y del racor (5) .