CONEXIÓN ROSCADA PARA COLUMNAS DE ELECTRODO DE CARBONO Y/O GRAFITO Antecedentes de la Invención Campo de la Invención: La invención se relaciona con una variante de una conexión roscada que incluye una parte externa con una rosca interna y una parte interna asociada con una rosca externa. Las roscas respectivas de las partes tienen un paso uniforme. La rosca individual tiene un perfil substancialmente en forma de V y cuando menos una de las roscas se proporciona con una rampa de cuña en la raíz de rosca en donde cuando las partes interna y externa se atornillan una hacia la otra, las crestas de rosca de una parte de conexión roscada topan con las rampas de cuña en la raíz de la rosca_.de -la otra- parte :de conexión. _ . : La invención se relaciona además con otra variante o configuración especial de la conexión roscada que incluye una parte externa con una rosca interna y una parte interna asociada con una rosca externa. Las roscas respectivas de las partes externa e interna tienen un paso uniforme. La rosca individual de una parte tiene un perfil substancialmente en forma de V y la otra parte se proporciona con una rampa de cuña circundante en la naturaleza de una rosca. Cuando las partes interna y externo se atornillan una a la otra las crestas de rosca, de una parte de conexión roscada topa con la rampa de cuña circundante en la naturaleza de una rosca de la otra parte de conexión. La invención se relaciona además con el uso de ambas variantes de dichas conexiones roscadas como conexiones para electrodos de carbono, semigrafito o grafito gue están sujetando, soportando carga, y no son susceptibles de desatornillado, especialmente bajo carga dinámica. La técnica de fabricación de electrodos carbonizados o de carbono grafitado, incluyendo también electrodos de carbono y pasadores de conexión para los mismos, se ha conocido en el ramo durante más de cien años y se aplica a una escala industrial grande. Consecuentemente, se ha refinado en muchos respectos y se optimiza en términos de costos. Una descripción__.de esta.--tecnología - se-'' uede encontrar en ULLMANN' S ENCICLOPEDIA OF INDUSTRIAL CHEMISTRY, Vol. A5, VCH Verlagsgesellschaft mbH, einheim, 1986, pág. 103-113. . Un horno de arco contiene cuando menos una columna de electrodos de carbono. El extremo superior de dicha columna se retiene mediante un ménsula, a través de la cual la corriente eléctrica para la columna 'de electrodo también se suministra. Cuando el horno está en uso, el arco eléctrico pasa de la punta inferior o extremo inferior de la columna hacia el metal para fusión que está colocado en el horno. El arco eléctrico y las temperaturas elevadas en el horno ocasionan el extremo inferior de la columna dé electrodo para quemarse lentamente. El acortamiento de la columna de electrodo se compensa en que la columna se avanza progresivamente hacia el horno, y si es necesario, se atornilla un electrodo adicional hacia el extremo superior de la columna. Si es necesario, una columna parcialmente quemada que consiste de varios electrodos y sus pasadores de conexión también se puede remover de la ménsula como una unidad única y reemplazarse por una columna fresca de longitud suficiente. Los electrodos - de carbono individuales se atornillan hacia una columna ya situada en el horno, o electrodos se atornillan a una columna fresca ya sea a mano o con una máquina. Particularmente..en el . c so -de-- electrodos que tienen n diámetro" grande de 600 mm o más, fuerzas significativas y momentos de giro o esfuerzo de atornillado se deben aplicar a fin de asegurar que una columna de electrodo no se separará. La fijación segura de una columna es vitalmente importante para el funcionamiento de un horno de arcó. ... ' La fijación segura de una columna se amenaza durante el transporte, pero particularmente cuando un horno está en operación. Cuando un horno está en uso, se ejercen momentos de flexión considerables repetidamente sobre la columna de electrodo debido a la oscilación del alojamiento de horno incluyendo la columna, o la columna se somete a vibración constante; la columna se expone a impactos del material de carga, que también impone esfuerzos sobre la fijación segura de la columna. Todos estos esfuerzos momentos de flexión repetidos, vibraciones e impactos - son capaces de ocasionar que la conexión roscada de electrodos se afloje. El aflojado se debe considerar que es el resultado de procesos inevitables y/o indeseables. Para asegurar mejor entendimiento, las consecuencias de que una columna de electrodo se afloje mientras que el horno está en operación se describirán: El aflojado de la columna es una indicación de que la hermeticidad de la fijación de tornillo se reduce . Como resultado las. fuerzas -de compresión"" ' ..en las superficies de contáctó de elementos de columna adyacentes también se aflojan. El aflojado puede progresar hasta que algunas superficies de contacto quedan físicamente separadas una de la otra. Como resultado, la resistencia eléctrica en la conexión se aumenta. Esas superficies que están todavía en contacto se someten a mayor densidad de corriente. La densidad de corriente superior conduce a sobrecalentamiento térmico localizado. Cuando una conexión de tornillo se afloja, el pasador de conexión usualmente se expone a una carga térmica y mecánica elevadas. Finalmente, la falla mecánica del pasador de conexión debido a sobrecalentamiento y carga mecánica es de esperarse. Como resultado, el extremo inferior de la columna de electrodo se rompe y cae hacia el acero fundido, el arco eléctrico se interrumpe y se termina el proceso de fundición. A fin de contrarrestar los problemas de fijación inadecuada y baja transferencia de corriente de una parte de la columna de electrodo a -la siguiente, se ha instituido un número de acercamientos muy diferentes. La práctica descrita en lo que sigue también se implementa en los trabajos de acero. __...... — ----- .-. ·*— . La Patente- de E.U.A. No. 4,16 7643 describe que el pasador de conexión entre dos electrodos de grafito tenia un coeficiente inferior de expansión térmica que los dos electrodos. A medida que las temperaturas se elevaban - en operaciones de acereras, las temperaturas bastante superiores a 1500°C se alcanza - las secciones de' electrodo se expandían más que el pasador de conexión. Esto ocasionaba apretado inducido por calor entre el pasador de conexión y los electrodos, que se consideraban ser un corte de seguridad para la conexión roscada. Sin embargo, también era evidente que las fuerzas térmicamente inducidas colocaban los flancos de los arrollamientos roscados bajo esfuerzo severo. La Patente de E.U.A. No. 5,575,582 describe el uso de un pasador de corte ahusado además del pasador de conexió entre dos electrodos de grafito. Con la columna de electrodo en el estado atornillado, la disposición aseguraba que el pasador de corte en un rebajo extendiéndose aproximadamente la mitad a través de las superficies de contacto de dos electrodos adyacentes caen fuera del rebajo en el electrodo superior respectivo de la columna y hacia el rebajo en el electrodo inferior correspondiente en la columna. El rebajo en el electrodo inferior se conformaba como un canal curvo que seguía un arco que tiene un radio constante alrededor del eje longitudinal central "del electrodo. Cuando la conexión roscada quedaba suelta, el pasador de cartelera--- -capaz -de " deslizarse a lo largo del .canal hasta "que se bloqueada en el extremo más alejado. El pasador de corte que había caído hacia los rebajos impedían de esta manera la distorsión adicional y el aflojado consecuente de las dos secciones de electrodo. Dependiendo de la longitud del canal curvo y la trayectoria de torsión alrededor del eje longitudinal central del electrodo que el pasador de corte atravesaba en el mismo, la conexión roscada era todavía capaz de quedar muy suelta. Esto tenía efectos perjudiciales en la transferencia de corriente a través de esta conexión roscada y en términos de sobrecalentamiento localizado en esta conexión.
En otros campos también, se han hecho esfuerzos para resolver el problema de accesorios que se aflojan. En la solicitud de patente alemana publicada DE 41 37 020, se describían accesorios autoprotectores tales como tornillos y tuercas hechos de materiales no descritos adicionalmente . El accesorio se proporcionaba con un número de proyecciones semejantes a manija en la superficie frontal que cooperaban con un miembro estructural. Las proyecciones se conformaban como pirámides o conos que tienen una altura de menos de i mm, en donde el ángulo en la punta de la pirámide o cono era cuando menos 90°. Las pirámides o conos se pretendían para imprimirse hacia las superficies de los miembros estructurales · a ser cobresoldados durante el atornillado hermético, impidiendo de esta manera que los accesorios-quedaran desatornillados . Se hacía referencia a "ajustar" y la reducción asociada en el pretensado (ver columna 2, línea 9 de la, solicitud alemana)'. Las pirámides o conos se distribuían uniformemente a través de la superficie frontal del accesorio. El accesorio no tenía superficie de contacto específicamente estructurada, y consecuentemente ninguna dirección de tensión frontal con efectividad especial. Con referencia a atornillar columnas de electrodos de carbono, se debe observar que manijas macroscópicas en las superficies de contacto de los electrodos o pasadores de conexión se aplastaría durante el atornillado debido a la cerámica y de esta manera naturaleza frágil de los carbonos. Aún es posible que piezas substanciales pudieran ser expulsadas de las superficies frontales de los elementos de columna. Un acercamiento diferente para impedir que accesorios queden flojos o sueltos se describió en la Patente de E.U.A. No. 4, 076, 064 (1978). Una rampa de cuña se introdujo en la raíz del arrollamiento de rosca de un componente de una conexión roscada. Cuando ambos componentes de la conexión roscada se atornillaban juntos, las crestas de los arrollamientos de rosca del componente de conexión roscada sin la rampa de cuña topaban con la rampa de cuña en la raíz del arrollamiento de rosca del otro componente. El tope de las crestas de arrollamiento de rosca de un ¦componente "d "1" conexión " roscada con la ..rampa de - cuña en la raíz del arrollamiento de rosca del otro componente tenia el efecto de sujetar ambos componentes. Este efecto de sujeción se mejoraba si ambos componentes se hacían de materiales apropiadamente seleccionados. Era de ayuda si el perno en la conexión roscada se hacía de un material más duro, menos dúctil que la tuerca asociada. Puesto qúe los materiales no se describían con mayor detalle, la suposición lógica era que para los propósitos de esta patente, interesaban materiales metálicos. Ninguna indicación se dio que este tipo de conexión roscada también se creaba usando materiales hechos de carbonos sintéticamente producidos, ni de conexiones roscadas ahusadas como se usan comúnmente para conectar electrodos de carbono y) grafito como se describe en la presente. El elemento que tiene la rampa de cuña en la raíz del arrollamiento de rosca también se trató en la Patente de E.U.A. No. 4,266,590 (1981). En ese caso, las alturas de los arrollamientos de rosca en la tuerca y el perno eran ligeramente diferentes. Como resultado, para cada arrollamiento de rosca, las crestas de arrollamiento de rosca del componente de conexión roscado sin la rampa de cuña estaban colocadas en diferentes posiciones relativas en la sección transversal libre del arrollamiento de rosca con la rampa de cuña en la raíz de arrollamiento de rosca del otro componente._ ..De. conformidad con -.-esta especificación de patente, el efecto de sujeción que se lograba por las crestas de rosca golpeando la rampa de cuña se reforzaba adicionalmente por un efecto de amontonamiento debido a las diferentes alturas de los arrollamientos de rosca en las dos partes de -conexi n roscadas. Ninguna indicación se proporcionó de que este tipo de conexión roscada también se creaba utilizando materiales hechos a partir de carbonos sintéticamente producidos, ni para conexiones roscadas ahusadas como se usan comúnmente para conectar electrodos de carbono y/o grafito como se describe en la presente.
En el funcionamiento práctico de estructuras de acero, se intenta atornillar los electrodos juntos tan firmemente como sea posible. Como se indicó en lo que antecede, las fuerzas, momentos de giro y esfuerzo de atornillado que se pueden aplicar manualmente son limitados. Estas fuerzas se pueden aumentar considerablemente utilizando maquinaria, tal como dispositivos de atornillado mecánicos que solamente se utilizan en unas pocas estructuras de acero. Las operaciones de estructuras de acero reales indican que elementos de las columnas de electrodo todavía quedan repetidamente flojos o sueltos. Compendio de la Invención: Consecuentemente un objeto de la invención es proporcionar una conexión roscada para columnas de electrodo de ' carbono y/o grafito que supera las desventajas arriba mencionadas de los dispositivos conocidos hasta ahora y métodos de este tipo general y que proporciona para la fabricación de partes de cerámica, de preferencia partes de carbono y grafito sintéticamente producidos para una conexión roscada que impedirá el aflojado, o cuando menos mitigará las consecuencias del aflojado. Con el anterior y otros objetos en vista se proporciona, de conformidad con la invención, un conjunto con una conexión roscada que comprende: una parte externa hecha de cerámica y que tiene una rosca interna; una parte interna hecha de cerámica y que tiene una rosca externa; la rosca interna y la rosca externa teniendo arrollamientos de rosca con un paso substancialmente uniforme, una raíz y una cresta, y arrollamientos de rosca individuales con un' perfil de forma substancialmente de v; cuando menos una de las roscas interna y externa estando formada con una rampa de cuña en la raiz y, cuando las partes interna . y externa se atornillan una a la otra, las crestas de una de las partes topan con las rampas de cuña en la raiz de la otra de las partes; y las roscas interna y externa siendo roscas cilindricas o roscas cónicas. r En otras palabras, · las - partes de . conexión roscadas 1 se hacen de cerámica, de preferencia de carbono o grafito sintéticamente producidos, y las roscas son cilindricas o cónicas. Cuando las partes de una conexión roscada se acoplan, las crestas de rosca de una parte topan contra las rampas de cuña en las raices de 'arrollamiento de rosca de la otra parte. Esto significa que la carga ya no es llevada por los flancos de los arrollamientos de rosca individuales de la conexión roscada. Consecuentemente, los arrollamientos de rosca que tienen, por ejemplo, un perfil en forma de v y los flancos de arrollamiento de rosca correspondientes se pueden omitir en la parte de conexión roscada que tiene las rampas de cuña en sus raices de arrollamiento de rosca. Con el anterior y otros objetos en vista también se proporciona, de conformidad con la invención, una columna de electrodo con el ensamblado arriba resumido y · con una pluralidad de las partes externas formadas como electrodos de carbono y las partes internas formadas como pasadores de conexión que atornillan los electrodos juntos en una columna de electrodo, y con el conjunto formando una conexión de sujeción y apoyo de carga que no es susceptible al desatornillado . Para los propósitos de la invención, las columnas de electrodos de carbono no se deben aflojar o separar una de la otra por los momentos de flexión, vibraciones o impactos prevalentes en operación de estructuras de. acero,- que los elementos permanezcan sujetados en contacto uno con el otro y que la conexión roscada soporte la' carga de la parte inferior de la columna en cada caso, mientras que los pasadores de conexión retienen juntos a los electrodos. Las, siguientes definiciones se utilizan en la presente: Los extremos de un electrodo también se refieren como la cara de extremo Un casquillo es una depresión coaxial en la cara de extremo de un electrodo. Usualmente roscas internas cilindricas o cónicas se trabajan hacia las paredes internas coaxiales de un casquillo; esta especificación es regulada por la norma internacional IEC 60239. (Casquillo con rosca interna = casquillo roscado) . Un pasador de conexión es un tornillo cilindrico o bicónico que tiene una rosca externa y una cara de extremo dispuesta perpendicularmente al eje del pasador de conexión en cualquier lado del mismo. Un pasador de conexión se atornilla alrededor a la mitad hacia cada casquillo de electrodos adyacentes a fin de conectar los dos electrodos. Un juego previo es un electrodo y un pasador de conexión que está atornillado parte del camino (es decir, a la mitad) hacia un -casquillo del electrodo. Un electrodo o electrodo de carbono tiene un casquillo roscado en cuando menos una cara de extremo. En este documento, la conexión de dos electrodos por medio de un pasador de "conexión siempre significa una conexión de electrodo roscado. Por fines de sencillez, sin embargo, se usa el término junta de electrodo, en las reivindicaciones también. La altura de un arrollamiento de rosca se define como la trayectoria de dicha rosca a través de 360° alrededor del eje longitudinal central de cualquiera un pasador de conexión o un casquillo de electrodo. La altura o gradiente de un arrollamiento de rosca es relativamente pequeño para impedir que los dos componentes de conexión roscados, se separen por deslizamiento abajo del gradiente. Como se especifica en la norma internacional IEC 60239, el gradiente o altura de un arrollamiento de rosca debe ser tres (tipo T3) o cuatro (tipo T4) arrollamientos de rosca por 25.4 mm. De conformidad con esta especificación, la altura del arrollamiento de rosca para tipo T3 es 8.467 mm, y para el tipo T4 6.350 mm. La ventaja de., la conexión roscada -hecha de partes · de carbono de conformidad con la invención se debe a la distribución uniforme de cargas a- lo largo de la linea de contacto entre la cresta de rosca de una parte, por una parte, y la rampa de cuña en la raíz del arrollamiento de rosca de., la -otra parte, por la otra. Esto sé demuestra por el hecho de que los vectores de fuerza resultantes son aproximadamente el mismo tamaño en todos los puntos en la linea de contacto descrita en lo que antecede. En contraste, en el caso de roscas convencionales sin rampas de cuña en las raices de los arrollamientos de rosca, la carga se concentra substancialmente en el primer arrollamiento; las cargas disminuyen en cada arrollamiento subsecuente. En roscas convencional sin rampas de cuña en las raices de los arrollamientos de rosca, los valores absolutos de cargas son significativamente mayores en el primer arrollamiento que los valores absolutos de las mayores cargas en el caso de conexión roscada hecha de partes de carbono de conformidad con la invención, bajo condiciones marginales por lo demás similares, tales como exposición de carga total, tamaño de rosca, gradiente de rosca y los semejantes. Los valores absolutos mayores en roscas convencionales tienen efectos sobre las cargas de corriente en casos en donde una columna de electrodo se calienta debido al uso en un horno de acero. Coeficientes de expansión diferentes en -los pasadores de conexión y electrodos ocasionan que los valores absolutos de las cargas mayores se eleven rápidamente a medida que aumenta la temperatura de una columna de electrodo. Debido a los valores absolutos superiores de las cargas mayores, cuando ' las roscas convencionales sin rampas de cuña en las raíces de los arrollamientos de rosca se usan en conexiones roscadas, un casquillo o pasador de conexión falla más pronto en dicha conexión. Por otra parte, la conexión roscada hecha de partes de carbono de conformidad con la invención es más resistente a dicha falla del casquillo o pasador de conexión debido a temperaturas elevadas. No se requiere paso de proceso adicional en la fabricación de electrodos de carbono y pasadores de conexión a fin de proporcionar sujeción de una junta de electrodo de conformidad con la invención. Se requieren herramientas diferentes, pero el maquinado no es más difícil. Muchas conexiones roscadas metálicas consisten de una parte externa con rosca interna, v,gr., una tuerca metálica y una parte interna asociada con tuerca externa, v.gr., un perno metálico. En ambas partes de la conexión roscada, la distancia entre los arrollamientos de rosca es la misma, y uniforme en todos los casos. El arrollamiento de rosca individual tiene un perfil substancialmente en forma de V y cuando menos una de las partes tiene una rampa de cuña_ en la raíz del_ arrollamiento -de - rosca-. De conformidad 'con las Patentes de E.U.A. Nos. 4,076,064 y 4,266,590, uno de los componentes de la conexión roscada en cada caso tiene rampas de cuña en las raíces de los arrollamientos de rosca a fin de impedir que la conexión roscada se afloje del estado atornillado ..y/o para asegurar la sujeción' de los dos componentes de conexión roscados. Al tratar de entender la sujeción y la prevención de aflojado, el concepto de la capacidad de deformación plástica de metales es de ayuda. Consecuentemente, es posible imaginar que las crestas de rosca de una parte de una conexión roscada metálica puestas a tope con las rampas de cuña de la otra parte y están deformadas plásticamente cuando las dos partes se atornillan juntas, y que las crestas de rosca de una parte de esta manera de intersujetan con las rampas de cuña de la otra parte de la conexión roscada metálica. Cuando se hacen intentos de ver este principio de intersujeción a una conexión roscada de cerámica, es necesario tratar primero con el hecho de que el principio se rompe. La razón de esto es la fragilidad de la cerámica. Bajo esfuerzos cortantes elevados, tales como los que se engendran en las crestas de rosca de una parte, cuando dos partes de conexión de cerámica se atornillan juntas, estas crestas de cerámica simplemente se rompen. Aún cuando los carbones y grafitos sintéticamente-.-producidos" también , se., considera que son cerámica, la configuración en capas de la red de grafito en la región microcristalina imparte la propiedad de capacidad de deformación plástica. Debido a esta capacidad de deformación, que también se conoce como lubricidad en el caso de grafito, ., estas crestas de cerámica no se rompen simplemente. La capacidad de deformación de carbonos y grafitos sintéticamente producidos es sustentada por la porosidad abierta finamente distribuida de estos materiales, que es del orden de 25%/volumen. Las pequeñas regiones cristalinas se pueden prensar hacia poros adyacentes. Es posible asegurar que la intersujecion de las crestas de rosca de una parte de una conexión roscada hecha de grafito o carbono con las rampas de cuña de la otra parte de una conexión roscada hecha de grafito o carbono ocurre cuando las dos partes se atornillan juntas. Este es verdad para partes con roscas cilindricas o cónicas de mano izquierda o mano derecha. Cuando las restas de rosca de los arrollamientos de rosca substancialmente en forma de V de una parte de conexión roscada topan con las rampas de cuña de la otra parte de conexión roscada a medida que ambas partes se atornillan juntas, todas las fuerzas se transfieren de una parte a la otra parte solamente en esta linea de contacto. El perfil de los arrollamientos de rosca de la parte con las rampas de "cuña 'en la raíz del arrollamiento de. rosca rse" puede -"hacer cada vez menor sin pérdida de transferencia de fuerza. La consecuencia de esto es que los flancos de los arrollamientos de rosca de la parte con la rampa de cuña ya no hacen contacto con los flancos de los arrollamientos de rosca de la parte con los arrollamientos de rosca que tienen una sección transversal substancialmente en forma dé V, y de esta manera ningunas fuerzas se transfieren a través de esta trayectoria. El caso descrito en la reivindicación 11 se puede ver como un caso especial interesante, en el que la parte con la rampa de cuña ya no posee ningún arrollamiento de rosca visiblemente proyectante, ver también la Figura 4. Ahora solamente la rampa de cuña rodea esta parte. El contorno del arrollamiento de rosca asociado se ha reducido, v.gr., a una linea o9 de conexión entre dos rampas de cuña colocadas una sobre la otra en la sección transversal de la Figura 4. La técnica de fabricación y uso de electrodos de carbono sintéticamente producido se explica en la porción de introducción. Los elementos individuales de una columna de electrodos de carbono se atornillan juntos. Para esto, el pasador de conexión de carbono con las roscas externas acopla con los casquillos de dos. electrodos de carbono adyacentes proporcionados con roscas internas . Los esfuerzos mecánicos y térmicos en una columna de electrodos de carbono no se distribuyen uniformemente a -través do' un "electrodo y pasador de conexión. En--.su lugar, el pasador de conexión está expuesto a mayor carga y, por lo tanto, se produce usualmente de un material de carbono que tiene mejores clasificaciones mecánicas y térmicas con respecto a propiedades tales como resistencia a la flexión, módulo -de elasticidad, coeficiente de expansión paralelo y perpendicular al eje longitudinal central, conductividad eléctrica y térmica, densidad de volumen, etc., que los electrodos que se van a atornillar juntos. Como se explica en la Patente de E.U.A. No. 4,076,064, la conexión roscada se mejora si el perno de la conexión roscada se hace de un material más duro, menos dúctil que el material de la tuerca asociada. Una disposición similar también se crea en la conexión roscada de la columna debido a que las cargas de los cuerpos de una columna de electrodo: el pasador de conexión tiene un módulo superior de elasticidad y de esta manera es menos dúctil que el electrodo de carbono, que tiene un módulo inferior de elasticidad y de esta manera ductilidad superior. Esto ha probado ser ventajoso para crear la rampa de cuña en la raíz del arrollamiento de rosca de la rosca interna del casquillo de electrodo más dúctil, y. para dejar la sección transversal de los arrollamientos de rosca del pasador de conexión menos dúctil sin cambiar. Un número de arrollamientos de rosca se crea en la - superficie" át'eral de un pasador de conexión empezando ' en* la cara frontal y que se extiende a la sección media de un pasador de conexión. El mismo se hace con el casquillo de electrodo asignado al mismo. El número de arrollamientos de rosca depende de la longitud del pasador de conexión y la profundidad del casquillo de electrodo y el- gradiente de rosca. Este último se especifica por la' norma internacional IEC 60239, también para columnas de electrodos de carbono. Un efecto de sujeción elevado se logra cuando dos partes de conexión roscadas se atornillan juntas si todos los arrollamientos de rosca de una parte de una conexión roscada en este caso de preferencia el casquillo de electrodo, se proporcionan con una rampa de cuña en la raíz de arrollamiento de rosca. En ciertos casos, sin embargo, es suficiente que cuando menos un arrollamiento de rosca se proporcione con una rampa de cuña. En otros casos, la rampa de cuña está presente en la raiz de arrollamiento de rosca en secciones de la longitud del arrollamiento de rosca, que se extiende desde el suelo del casquillo de electrodo tan lejos como la cara de extremo del electrodo. Algunos clientes compran los electrodos en la forma de juegos previos. El pasador de conexión que se atornilla hacia el primer casquillo en un extremo del electrodo se fija a máquina y con un par de torsión de atornillado correspondientemente elevado; el segundo... casqui] 1?·. en™ el otro extremo del electrodo no está ocupado . Esto significa que prácticamente no hay peligro de que el pasador de conexión atornillado a máquina se afloje en operación · de estructuras de acero. Consecuentemente, la rosca del juego previo no requiere ninguna protección de aflojado y de esta manera ¡ no s„e requiere rampa de cuña en' la raiz de arrollamiento de rosca (de la rosca de casquillo) . El método utilizado para atornillar el segundo extremo de electrodo puede realizarse a maquina en un horno de acero eléctrico, o atornillarse a mano si una máquina correspondiente no está disponible en el trabajo de acero. Particularmente en el último caso, no hay peligro de aflojado debido a la aplicación de par de torsión de atornillado inadecuado. Particularmente en estos casos, es útil tener una protección adicional contra el aflojado. La rosca interna del segundo casquillo de electrodo no previamente atornillada a un pasador de conexión, tiene una rampa de cuña en la raíz de arrollamiento de rosca. En la rampa de cuña de la raíz de arrollamiento de rosca, usualmente en una de las dos partes que se va a atornillar, la superficie más frecuentemente tiene una inclinación diferente a aquella de los flancos. Puesto que los flancos de los arrollamientos de rosca están arbitrariamente inclinados, no sirve ningún propósito utilizar estos' flancos^ como referencias. ¦ 'ta" referencia' lógica es la relación entre el eje longitudinal central del pasador de conexión o el electrodo por una parte, y la inclinación de la superficie de ' la rampa de cuña en la raíz de arrollamiento de rosca, por la otra. El ángulo entre el eje longitudinal central del pasador de /conexión o el electrodo por. una parte y la inclinación de la superficie de la rampa cuña de la raíz de arrollamiento de rosca por la otra, es entre 10° y 60°, de preferencia 25° a 35°, el ángulo siendo calculado ya sea en dirección dextrogira o levógira. La proyección de la rampa de cuña en la raíz de arrollamiento de rosca hacia el eje longitudinal central del pasador de conexión o el electrodo es 30 a 100% tan largo como la longitud de un arrollamiento de rosca. Esta longitud está colocada en la raíz del arrollamiento de rosca tal que cuando los dos componentes de conexión roscada se atornillan juntos la rampa de cuña del primer componente se pone en contacto en la mitad con la cresta del arrollamiento de rosca del segundo componente. Sin embargo, se presenta un problema en que las crestas de los arrollamientos de rosca del segundo componente son forzadas en alejamiento de la mitad de la superficie inclinada de la rampa de cuña del primer componente bajo la carga de las fuerzas que se están aplicando. Como se indica en una de las secciones anteriores al atornillar electrodos de carbono., en., una- -planta- de' acero" eléctrica, ¦el- objetivo erá "proteger juntas roscadas que consisten de electrodos de carbono y pasadores de conexión de carbono contra el aflojado a pesar de las restricciones que prevalecen en un trabajo de acero. Por lo tanto, las conexiones roscadas se utilizan de las cuales cuando menos una parte, tenia una rosca con una rampa de cuña en la raíz de rosca del arrollamiento de rosca en cuando menos una sección de la longitud de este arrollamiento de rosca. En un caso especial, los arrollamientos de rosca de soporte de carga que tienen normalmente una sección transversal substancialmente en forma de V no se construyen con la rampa de cuña circundante en cuando menos un componente. Cuando la conexión roscada que consiste de electrodos de carbono y pasadores de conexión de carbono se atornillan juntos, se crea una conexión que está sujetando soportando la carga y es resistente al aflojado, asegurando de esta manera la protección de la columna de electrodo completa. Las conexiones roscadas del tipo descrito tienen una distribución de carga más uniforme que las conexiones roscadas convencionales con dos roscas, los arrollamientos de rosca de las cuales tienen secciones transversales en forma de V. Las conexiones roscadas del tipo descrito se utilizan como conexiones que son de sujeción, apoyo de carga y no susceptibles al desatornillado- parar- electrodos" de carbono que. se. atornillan" juntos en una columna dé electrodo utilizando pasadores de conexión, tanto en la aplicación convencional como en la aplicación especial citada previamente con contorno reducido del arrollamiento de rosca. Ejemplos ¦·. En --un estrado de accesorio atornillado fabricado por Piccardi (Dalmine (Bergamo) /Italia) conocido como una "estación de boquilla roscada" ,y producido en 1997, dos electrodos de grafito que tienen un diámetro de 600 mm se atornillaron cada uno a una columna de electrodo con un acoplador de grafito apropiado.
Para hacer esto, un juego previo que consiste de un electrodo y un acoplador que se habían atornillado hacia un casquillo del electrodo antes de que se usaran. Este electrodo tenía una rosca convencional que cumple con la norma CEI IEC 60239 y un casquillo con designador S 317T4N. El acoplador asociado tenía una rosca cónica en ambos lados con designador convencional N 317T4N. Esto significa que el lado de rosca del acoplador todavía estaba libre en el juego previo también equipado con una rosca convencional. El segundo electrodo con un diámetro de 600 luego se atornilló hacia este juego previo, y el casquillo de este segundo electrodo tuvo una rampa de cufia en la base de los arrollamientos. La superficie de la rampa de cuña tuvo un ángulo de 30° con relación al eje. longitudinal central" "del electrodo. -- A fin de' producir esta rosca especial en el casquillo de electrodo, se utilizó un troquel cuyo contorno externo también tenía un ángulo de 30° en los lugares correspondientes a las rampas de cuña en el casquillo. Para el resto, el contorno del troquel tuvo el perfil típico en forma de, V, --.que correspondió a una sección' transversal a través de los arrollamientos de una rosca de casquillo. Diversas pruebas de atornillado se condujeron con una disposición de columna de electrodo de este tipo. Primero, la conexión roscada de conformidad con la invención se cerró usando un par de torsión de sujeción mecánicamente aplicado. Cuando se alcanzó un par de torsión de sujeción de 4000 Nm, el atornillado se terminó. A fin de documentar el éxito de dicha conexión roscada, se hizo una sección a través de la conexión roscada de conformidad con la invención. Una vista de corte de esta clase se muestra en la Figura 5. Puesto que vistas cortadas a través de partes de grafito no son inmediatamente entendibles a aquellos no. expertos en el ramo, debido a la estructura granular, las notas respecto a los elementos substancialmente inventivos se han escrito en esta figura. Una nota importante adicional es que los flancos de los arrollamientos de rosca del acoplador y el casquillo no están contiguos, y que consecuentemente los esfuerzos no se transfieren del acoplador al casquillo, sino más bien las crestas de los giros ,de.- rosca - en" el" acoplador topan con las rampas de cuña en la base de los giros de rosca en el casquillo, y los esfuerzos se transfieren ahí. A fin de caracterizar la seguridad de fijación de la conexión roscada, la conexión luego se abrió nuevamente y el par de torsión de desacoplamiento se midió. Se determinó un par de . torsión de desacoplamiento de 6000 Nm, que está dentro de la escala normal para roscas convencionales. Durante operaciones repetidas de atornillado y desacoplamiento en la misma conexión roscada, los pares de torsión de atornillado y desacoplamiento no cambiaron significativamente.
En pruebas adicionales, la conexión roscada de conformidad con la invención se cerró usando par de torsión de sujeción manualmente aplicado. De esta manera, un par de torsión de atornillado de aproximadamente 1200 Nm sé logró. El par de torsión de desacoplamiento fue 2000 Nm. Durante las operaciones repetidas de atornillado y desacoplamiento en la misma conexión roscada, se observaron pares de torsión de desacoplamiento entre 1500 Nm y 3000 Nm; la distribución amplia de pares de torsión de desacoplamiento se debió al hecho de que se usaron varias técnicas para aplicar el par de torsión de atornillado. Otras particularidades que se consideran como características para la invención se exponen en las reivindicaciones anexas. _ „ ~-~ . r~ - - - "-' -""* ' '
Aún cuando ¦ la invención se ilustra y describe en la presente como modalizada en una conexión roscada de columnas de electrodo de carbono y/o' grafito, sin embargo no se pretende estar limitados a los detalles mostrados, puesto que varias modificaciones y cambios estructurales.- se pueden hacer en' la misma -.sin abandonar el espíritu de la invención y dentro del alcance y escala de equivalentes de las reivindicaciones . La construcción y método de operación de la invención, sin embargo, junto con objetos y ventajas adicionales de la misma se entenderán mejor a partir de la siguiente descripción de modalidades especificas cuando se lea en conexión con los dibujos que se acompañan. Breve Descripción de los Dibujos: La Figura 1A y la Figura 2B son secciones tomadas paralelas a los ejes longitudinales a través de los electrodos 1 con casquillos rebajados hacia caras 3 de extremo, ya sea teniendo una rosca interna cilindrica o una cónica, y vista de la extensión longitudinal de los pasadores 2 de conexión no fijados con roscas ya sea cilindricas o cónicas . La Figura 2 es una sección a una escala amplificada, paralela al eje longitudinal a través de un casquillo de electrodo 1 con un pasador 2 de conexión atornillado hacia el casquillo_del_ electrodo í. " ; La. Figura 3a y la Figura 3b muestran dos secciones esquemáticas comparables con la vista en la Figura 2, par-alelas a los ejes longitudinales a través de dos conexiones roscadas diferentes cada una en el estado atornillado. .. La -Figura 3a) muestra una sección a " través de una conexión roscada convencional en el estado atornillado, y la Figura 3b) muestra una sección a través de una conexión roscada de conformidad con la invención en el estado atornillado. En la Figura 3a), vectores de carga están trazados en los flancos de los arrollamientos de rosca, en la Figura 3b) estos vectores de carga se aplican a las rampas de cuña en las raices de los arrollamientos de rosca. La Figura 4 es una sección paralela al eje longitudinal a través de una parte de una conexión roscada cónicamente ahusada en el estado atornillado, en donde una parte de la conexión roscada (ventajosamente el pasador 2 de conexión) tiene arrollamientos de rosca con perfil en forma de V, y en donde la rampa 7 de cuña circundante se conforma en la otra parte de la conexión roscada (ventajosamente el casquillo de electrodo 1), y los arrollamientos de rosca de soporte de carga usualmente no están conformados con un perfil substancialmente en forma de v. La Figura 5 es una sección a través de una conexión roscada de un acoplador -y un electrodo cuya conexión es dé conformidad con la invención. Descripción de las Modalidades Preferidas: La Figura la y la Figura Ib proporcionan una vista general de disposiciones de electrodos 1 y pasadores 2 de conexión no fijados. Los casquillos de electrodo 1 coaxialmsnte -.dispuestos se proporcionan con superficies 4 de rosca. Los limites de los casquillos que apuntan hacia el cuerpo de los electrodos 1 son los suelos 10 de casquillo de los electrodos 1. Los pasadores 2 de conexión no fijados tienen superficies 5 de rosca en sus superficies laterales y poseen cada superficie 6 frontal en cualquier lado.
La particularidad especial de la Figura 2 se muestra a una escala amplificada. La superficie 4 de rosca del casquillo de electrodo incluye no solamente arrollamientos de rosca convencional que tienen los perfiles en forma de V normales, pero una rampa 7 de cuña también está colocada en la raíz del arrollamiento de rosca. La superficie de la rampa 7 de cuña en la raíz del arrollamiento de rosca forma un ángulo en la escala entre 10° y 60°, de preferencia entre 25° y 35° con el eje longitudinal del pasador 2 de conexión o electrodo 1. Las crestas de arrollamientos 8 de rosca de un componente de conexión roscado (pasador 2 de conexión) topan con las rampas 7 de cuña en la raíz de los arrollamientos de rosca del otro componente de^ conexión .roscado-- (electrodo" ) La carga total de la columna de electrodo se transfiere desde el electrodo 1 al pasador 2 de conexión o vice versa dentro de la conexión roscada en la linea 7-8 de contacto circundante. La Figura 3a y la Figura 3b sirven para ilustrar la transferencia, mejorada de cargas mediante . comparación de una conexión roscada convencional con una conexión roscada para columnas de carbono de conformidad con la invención, cada uno en el estado atornillado. Particularmente los vectores de carga trazados en los flancos de los arrollamientos de rosca aclaran las diferencias. En la conexión roscada convencional, ver la Figura 3a, el arrollamiento de rosca superior tiene el vector de carga más grande en su flanco. El arrollamiento de rosca inmediatamente debajo se somete a un vector de carga menor, el arrollamiento de rosca debajo de ese tiene una carga todavía menor, y así sucesivamente, Los arrollamientos de rosca inferior raramente participan pa la transferencia de cargas de un componente de conexión roscado al otro. En la conexión roscada para columnas de electrodo de carbono de conformidad con la invención, ver la Figura 3b, los vectores de carga atraídos en las rampas 7 de cuña en las raíces de los arrollamientos de rosca son de tamaño prácticamente igual para todas las rampas de cuña. Esto significa que una distribución .^aproximadamente" ~iguaT " dé la carga se transfiere e cada " contacto desde la cresta del arrollamiento 8 de rosca de un componente de conexión roscado (pasador 2 de conexión) a la rampa 7 de cuña en la raíz del arrollamiento de rosca del otro componente de conexión roscado (electrodo 1) . , Como en las Figuras 3a) y 3b) y la sección amplificada en la Figura 2, la Figura 4 muestra una sección paralela al eje longitudinal a través de un componente de una conexión roscada en el estado atornillado, en donde la conexión roscada mostrada en la Figura 4 está ahusada (hacia el fondo de la figura) . Puesto que los flancos de los arrollamientos de rosca del componente de conexión roscado, que también tiene la rama 7 de cuña circundante (electrodo 1) no transfiere ninguna carga, en este componente de conexión roscado (electrodo 1) los arrollamientos de rosca con perfil en forma de V se puedo omitir. Una simple linea 9 de conexión - mostrada en sección transversal en la Figura 4 -entre cada una de dos rampas 7 de cuña ahora reemplaza el arrollamiento de rosca con perfil en forma de v, y en la modalidad física de un casquillo de electrodo corresponde a una superficie helicoidal que tiene una inclinación hacia el eje 11 longitudinal central del electrodo (casquillo). La Figura 5 muestra una sección a través de una conexión roscada en el estado atornillado. En el lado derecho una parte del casquillo„.del .electrodo- 1--se" va a~ve ," incluyendo las roscas "con ránipas 7 de cuña en la raíz de un arrollamiento de rosca. Las superficies de las rampas 7 de cuña tienen aproximadamente inclinación de 30° comparada con el eje -longitudinal central del electrodo 1. En el lado izquierdo una parte del pasador 2 de conexión y roscas convencionales se deben ver. Las crestas 8 de arrollamientos de rosca convencionales del pasador 2 de conexión hacen contacto con las rampas 7 de cuña en la raíz del arrollamiento de rosca del electrodo 1. Los flancos de las roscas del pasador 2 de conexión y electrodo 1 no hacen contacto.