PL210593B1 - Elektroda grafitowa do stosowania w złączu elektrodowym typu wtyk-gniazdo, złącze elektrodowe oraz sposób wytwarzania elektrody grafitowej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektroda grafitowa do stosowania w złączu elektrodowym typu wtyk-gniazdo, złącze elektrodowe oraz sposób wytwarzania elektrody grafitowej.

Wynalazek odnosi się ogólnie do trzpieni wtykowych, służących do łączenia elektrod grafitowych, a w szczególności do złącz typu wtyk-gniazdo dla elektrod grafitowych. W szczególności, wynalazek przedstawia unikalną konstrukcję złącza elektrodowego typu wtyk-gniazdo do łączenia elektrod grafitowych oraz elektrody, z których takie złącze jest utworzone.

Znane elektrody grafitowe są używane w przemyśle stalowym do topienia metali i innych składników, używanych do formowania stali w piecach elektrotermicznych. Ciepło, potrzebne do topienia metali, jest generowane przez przepuszczanie prądu przez jedną lub wiele elektrod, zwykle trzy i formowanie łuku między elektrodami a metalem. Często stosowane są przy tym natężenia prądów elektrycznych przekraczające 100000 amperów. Uzyskiwana wysoka temperatura topi metale i inne składniki. Ogólnie, każda elektroda stosowana w piecach stalowniczych zawiera kolumnę elektrodową, którą tworzy szereg indywidualnych elektrod połączonych tak, że tworzą jedną kolumnę. W ten sposób, kiedy elektrody są zubożane podczas procesu termicznego, można dołączać zastępcze elektrody do kolumny w celu zachowania długości kolumny, sięgającej w głąb pieca.

Tradycyjnie, elektrody są łączone w kolumny przy pomocy bolców (czasem nazywanych złączkami wkrętnymi), które łączą końce sąsiednich elektrod. Zwykle bolec ma postać sekcji lub trzpieni z przeciwnymi gwintami zewnę trznymi, przy czym przynajmniej jeden koniec elektrody zawiera sekcje z gwintami wewnę trznymi, dopasowanymi do sekcji bolca z gwintem zewnę trznym. Zatem, kiedy każda z sekcji bolca z przeciwnymi gwintami zewnętrznymi jest wkręcona w sekcję z gwintami wewnętrznymi na końcach dwóch elektrod, elektrody te są włączone do kolumny elektrody. Zwykle połączone końce sąsiednich elektrod i usytuowany między nimi bolec są nazywane w tej dziedzinie złączem.

Alternatywnie, w przeszłości sugerowano formowanie elektrod z wypustem lub trzpieniem z gwintem zewnętrznym na jednym końcu i gniazdem z gwintem wewnętrznym utworzonym na drugim końcu, tak aby elektrody mogły być łączone przez wkręcanie trzpienia z gwintem zewnętrznym jednej elektrody w gniazdo z gwintem wewnętrznym drugiej elektrody, tworząc w ten sposób kolumnę elektrody. Połączone końce dwóch sąsiednich elektrod w takim przykładzie wykonania nazywane są w danej dziedzinie złączem typu wtyk-gniazdo elektrod.

Biorąc pod uwagę naprężenia termiczne, którym poddawana jest elektroda i złącze (i w praktyce kolumna elektrody jako całość), trzeba starannie równoważyć takie czynniki jak wytrzymałość, rozszerzalność termiczną i odporność na pękanie, aby uniknąć uszkodzenia lub zniszczenia kolumny elektrody lub poszczególnych elektrod. Na przykład wzdłużna (tj. wzdłuż długości elektrody/kolumny elektrody) rozszerzalność cieplna elektrod, w szczególności różna od rozszerzalności cieplnej bolca, może spowodować rozerwanie złącza, redukując wydajność przewodzenia prądu elektrycznego kolumny elektrodowej. Pewna poprzeczna (tj. wzdłuż średnicy kolumny elektrodowej) rozszerzalność cieplna bolca, przekraczająca rozszerzalność elektrody, może być pożądana do utworzenia mocnego połączenia między bolcem a elektrodą. Jednakże, jeśli poprzeczna rozszerzalność cieplna bolca znacznie przekroczy rozszerzalność cieplną elektrody, może to doprowadzić do uszkodzenia elektrody lub rozdzielenia złącza. To również może spowodować zmniejszenie wydajności kolumny elektrodowej, a nawet zniszczenie kolumny, jeśli uszkodzenie jest tak poważne, że kolumna elektrodowa stanie się niesprawna w sekcji złącza. Zatem szczególnie istotne jest kontrolowanie rozszerzalności cieplnej elektrody zarówno w kierunku wzdłużnym jak i poprzecznym.

W konsekwencji, gdyby można było wyeliminować bolec z układu elektrody/kolumna elektrodowa, potrzeba równoważenia rozszerzalności cieplnej różnych składników systemu (tj. bolca i elektrody) zostałaby usunięta. Wcześniej podejmowano próby wyeliminowania bolca przez stosowanie gwintowanych końców elektrod lub innych środków łączących elektrody. Rozwiązania te nie znalazły jednak akceptacji w danej branży, gdyż wytrzymałość złącza nie była wystarczająca, aby zachować integralność kolumny elektrodowej bez bolca.

Pożądane jest zatem złącze elektrodowe typu wtyk-gniazdo, mające wystarczającą wytrzymałość, pozwalającą na wyeliminowanie bolca bez znacznej redukcji parametrów pracy elektrody. Jest również wysoce pożądane uzyskanie tych korzyści bez stosowania dużych ilości drogich materiałów.

Elektroda grafitowa do stosowania w złączu elektrodowym typu wtyk-gniazdo, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera trzpień wtykowy, dla którego wartość stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody wynosi w przybliżeniu co najmniej 0,60.

PL 210 593 B1

Korzystnie, stosunek średnicy trzpienia wtykowego przy jego podstawie do długości tego trzpienia wtykowego jest nie większy niż około 2,5-krotność stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody.

Korzystnie, stosunek średnicy trzpienia wtykowego przy jego podstawie do długości tego trzpienia wtykowego zmienia się wraz z wartością stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody w taki sposób, że dla każdej wartości wyższej o każde 0,01 ponad 0,60 w wartości stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody, wartość stosunku średnicy trzpienia wtykowego przy jego podstawie do stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody powinna być o okoł o 0,016 mniejsza.

Korzystnie, dla elektrody mającej stosunek długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody równy 0,85 lub mniejszy, stosunek zbieżności trzpienia wtykowego do stosunku długości tego trzpienia wtykowego do średnicy elektrody jest równy co najmniej około 15.

Korzystnie, stosunek zbieżności trzpienia wtykowego do stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody zmienia się wraz ze stosunkiem długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody w taki sposób, że dla każdej wartości mniejszej o każde 0,01 od wartości 0,85 stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody, stosunek zbieżności trzpienia wtykowego do stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody powinien mieć wartość o około 1,25 wyższą.

Złącze elektrodowe zawierające co najmniej dwie elektrody grafitowe, przy czym jedna z nich jest pierwszą elektrodą zaopatrzoną w trzpień wtykowy, zaś druga elektroda jest elektrodą zaopatrzoną w gniazdo z gwintem wewnętrznym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że dla pierwszej elektrody zaopatrzonej w trzpień wtykowy, wartość stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody jest równa co najmniej około 0,60, przy czym trzpień wtykowy sprzęga się z gniazdem z gwintem wewnę trznym tworzą c złącze elektrodowe typu wtyk-gniazdo.

Korzystnie, dla elektrody zaopatrzonej w trzpień wtykowy stosunek średnicy trzpienia wtykowego przy jego podstawie do długości tego trzpienia wtykowego jest nie większy niż około 2,5-krotność stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody.

Korzystnie, stosunek średnicy trzpienia wtykowego przy jego podstawie do długości tego trzpienia wtykowego zmienia się wraz z wartością stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody w taki sposób, że dla każdej wartości wyższej o każde 0,01 ponad 0,60 w wartości stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody, wartość stosunku średnicy trzpienia wtykowego przy jego podstawie do stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody powinna być o okoł o 0,016 mniejsza.

Korzystnie, dla elektrody zaopatrzonej w trzpień wtykowy, stosunek długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody wynosi 0,85 lub mniej, zaś stosunek zbieżności trzpienia wtykowego do stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody jest równy co najmniej około 15.

Korzystnie, stosunek zbieżności trzpienia wtykowego do stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody zmienia się wraz ze stosunkiem długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody w taki sposób, że dla każdej wartości mniejszej o każde 0,01 od wartości 0,85 stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody, stosunek zbieżności trzpienia wtykowego do stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody powinien mieć wartość o około 1,25 wyższą.

Sposób wytwarzania elektrody grafitowej, w którym miesza się koks i lepiszcze smołowe dla utworzenia mieszaniny wsadowej, wytłacza się mieszaninę wsadową tworząc wsad surowy, wygrzewa się wsad surowy dla utworzenia wsadu nawęglonego, a następnie nawęglony wsad poddaje się grafityzacji przez utrzymywanie nawęglonego wsadu w temperaturze, co najmniej około 2500°C i wytwarza się wsad grafityzowany, według wynalazku charakteryzuje się tym, że prowadzi się obróbkę mechaniczną grafityzowanego wsadu dla utworzenia elektrody z trzpieniem wtykowym, w którym stosunek długości trzpienia wtykowego do średnicy wsadu grafityzowanego wynosi co najmniej około 0,60.

Korzystnie, wytwarza się trzpień wtykowy, w którym stosunek średnicy trzpienia wtykowego przy jego podstawie do długości tego trzpienia wtykowego jest nie większy niż około 2,5 krotność stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody.

Korzystnie, wytwarza się trzpień wtykowy, dla którego stosunek średnicy trzpienia wtykowego przy jego podstawie do długości tego trzpienia wtykowego zmienia się wraz z wartością stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody w taki sposób, że dla każdej wartości wyższej o każde 0,01 ponad 0,60 w wartości stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody, wartość stosunku średnicy trzpienia wtykowego przy jego podstawie do stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody powinna być o około 0,016 mniejsza.

PL 210 593 B1

Korzystnie, wytwarza się elektrodę, w której przy stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody równym 0,85 lub mniejszym, stosunek zbieżności trzpienia wtykowego do stosunku długości tego trzpienia wtykowego do średnicy elektrody jest równy co najmniej około 15.

Korzystnie, wytwarza się elektrodę, dla której stosunek zbieżności trzpienia wtykowego do stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody zmienia się wraz ze stosunkiem długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody w taki sposób, że dla każdej wartości mniejszej o każde 0,01 od wartości 0,85 stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody, stosunek zbieżności trzpienia wtykowego do stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody powinien mieć wartość o około 1,25 wyższą.

Korzystnym skutkiem rozwiązania według niniejszego wynalazku jest opracowanie złącza typu wtyk-gniazdo dla elektrod grafitowych, które jest skonstruowane tak, że lepiej wytrzymuje naprężenia cieplne i mechaniczne, wywierane na kolumnę elektrodową, w porównaniu z dotychczasowymi złączami typu wtyk-gniazdo elektrod grafitowych.

Dzięki zastosowaniu złącza typu wtyk-gniazdo dla elektrod grafitowych według wynalazku można uzyskać złącza kolumny elektrodowej o zwiększonej wytrzymałości i stabilności.

Ponadto złącze elektrody grafitowej według wynalazku ma zwiększoną wytrzymałość na utratę ogarka elektrody, czyli utratę części kolumny elektrodowej od końcówki łukowej do złącza położonego najbliżej końcówki łukowej, a czasem włącznie z tym złączem, w porównaniu z tradycyjnymi w danej dziedzinie złączami elektrod grafitowych, w których wykorzystywane są bolce.

Korzystne efekty według wynalazku mogą być osiągnięte przez wykonanie grafitowej elektrody, przeznaczonej do użytku w złączu elektrodowym typu wtyk-gniazdo, przy czym elektroda ma trzpień wtykowy, mający stosunek długości trzpienia do średnicy elektrody równy, co najmniej około 0,60. W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, stosunek średnicy trzpienia wtykowego do długości trzpienia wtykowego nie powinien być większy niż około 2,5 razy stosunek długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody, kiedy stosunek długości trzpienia do średnicy elektrody jest równy około 0,60. W praktyce, stosunek średnicy trzpienia wtykowego przy jego podstawie do długości trzpienia wtykowego, powinien być zmieniany zależnie od stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody tak, że dla każdej większej o każde 0,01 ponad wartość 0,60 wartości stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody, wartość stosunku średnicy trzpienia wtykowego przy jego podstawie do długości trzpienia wtykowego powinna być mniejsza o 0,016.

Innowacyjna elektroda grafitowa, mająca stosunek długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody równy 0,85 lub mniejszy, powinna korzystnie mieć również stosunek zbieżności trzpienia, wyrażonej w stopniach, do stosunku długości trzpienia do średnicy elektrody równy przynajmniej około 15. Ponadto, stosunek zbieżności trzpienia wtykowego do stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody zależy od wartości stosunku długości trzpienia do średnicy elektrody tak, że dla każdej wartości mniejszej o każde 0,01 od 0,85 stosunku długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody, stosunek zbieżności trzpienia wtykowego do stosunku długości trzpienia do średnicy elektrody powinien być o około 1,25 większy.

Zalety rozwiązania według wynalazku obejmują również złącze elektrodowe utworzone z elektrody grafitowej według wynalazku i drugiej elektrody grafitowej, mającej gniazdo z gwintem wewnętrznym, przy czym trzpień z gwintem zewnętrznym współpracuje z gniazdem z gwintem wewnętrznym, tworząc złącze.

Przedstawiony jest również sposób wytwarzania innowacyjnej elektrody grafitowej, obejmujący mieszanie koksu i lepiszcza smołowego w celu utworzenia mieszaniny wsadowej, wytłaczanie mieszaniny wsadowej w celu utworzenia wsadu surowego, wypalanie wsadu surowego w celu utworzenia wsadu nawęglonego, wyżarzanie grafityzujące wsadu nawęglonego przez utrzymywanie wsadu nawęglonego w temperaturze równej przynajmniej około 2500°C w celu utworzenia wsadu grafityzowanego i obróbkę mechaniczną wsadu grafityzowanego w celu uzyskania trzpienia wtykowego, mającego stosunek długości trzpienia wtykowego do średnicy wsadu grafityzowanego równy przynajmniej około 0,60.

Należy podkreślić, że zarówno dotychczasowy opis jak i poniższy szczegółowy opis przedstawiają przykłady wykonania wynalazku i są przeznaczone do przedstawienia przeglądu lub podstaw zrozumienia natury i charakteru wynalazku w zastrzeganej postaci. Towarzyszące rysunki są dołączone w celu lepszego zrozumienia wynalazku i wraz z opisem służą przedstawieniu zasad i działania wynalazku.

PL 210 593 B1

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia złącze typu wtyk-gniazdo elektrody grafitowej według niniejszego wynalazku w widoku z boku, częściowo w przekroju, fig. 2 - elektrodę grafitową, mającą trzpień wtykowy dla wykonania złącza typu wtyk-gniazdo elektrod grafitowych z fig. 1, w widoku z boku, częściowo w przekroju poprzecznym oraz fig. 3 - gniazdo dla złącza typu wtyk-gniazdo elektrod grafitowych z fig. 1, w widoku z boku, częściowo w przekroju.

Elektrody grafitowe mogą być wykonywane przez połączenie w mieszaninę wsadową rozdrobnionych frakcji, zawierających prażony koks, smołę i, opcjonalnie, smołę fazy pośredniej lub włókna węglowe oparte na poliakrylonitrylu. W szczególności, pokruszony, wyselekcjonowany i zmielony wyprażony koks naftowy jest mieszany z lepiszczem z paku węglowego w celu utworzenia mieszaniny. Cząsteczki prażonego koksu są selekcjonowane pod względem rozmiarów odpowiednio do przeznaczenia wyrobu, co jest znane w danej dziedzinie. Ogólnie, w mieszaninie stosowane są cząsteczki o przeciętnej ś rednicy do około 25 milimetrów (mm). Rozdrobniona frakcja zawiera korzystnie wypełniacz o małych rozmiarach cząstek, zawierający proszek koksowy. Inne dodatki, które mogą zostać umieszczone w wypełniaczu o małych rozmiarach cząstek, obejmują tlenki żelaza, uniemożliwiające pęcznienie (wywoływane przez uwalnianie siarki z jej związków z węglem wewnątrz cząsteczek koksu), proszek koksowy i oleje lub inne środki poślizgowe w celu ułatwienia wytłaczania mieszaniny.

Najbardziej korzystnie, włókna węglowe (jeśli są stosowane) są dodawane w ilościach od około 0,5 do około 6 części wagowych włókien węglowych na 100 części wagowych prażonego koksu lub około 0,4% do około 5,5% wagowo wszystkich składników mieszaniny (poza lepiszczem). Korzystnie włókna mają przeciętną średnicę równą od około 6 do 15 mikrometrów i długość korzystnie od około 4 mm do około 25 mm, a najbardziej korzystnie mniejszą niż około 32 mm. Włókna węglowe, stosowane w sposobie według wynalazku, powinny mieć korzystnie wytrzymałość na rozciąganie równą przynajmniej około 1034,22 MPa (150 000 psi). Najbardziej korzystnie, włókna węglowe są dodawane do mieszaniny wsadowej, jako wiązki, przy czym każda wiązka zawiera od około 2000 do około 20 000 włókien.

Korzystnie włókna są dodawane po rozpoczęciu mieszania rozdrobnionej frakcji i smoły. W praktyce, w bardziej korzystnym przykładzie wykonania, włókna są dodawane po zakończeniu przynajmniej mniej więcej połowy cyklu mieszania, najbardziej korzystnie po wykonaniu przynajmniej około trzech czwartych cyklu mieszania. Na przykład, jeśli mieszanie rozdrobnionej frakcji i smoły trwa dwie godziny (tj. cykl mieszania jest dwugodzinny), włókna powinny być dodawane po jednej godzinie, lub nawet po dziewięćdziesięciu minutach mieszania. Dodawanie włókien po rozpoczęciu mieszania pomaga zachować długość włókien (która może ulegać redukcji podczas procesu mieszania), a zatem zachować korzyści wynikające z dodania włókien, które są, jak się uważa, bezpośrednio związane z dł ugoś cią wł ókien.

Jak zauważono wcześniej, rozdrobniona frakcja może zawierać wypełniacz o małych rozmiarach cząsteczek (określenie „małych” jest stosowane tutaj dla porównania z rozmiarami cząsteczek prażonego koksu, które mają zwykle takie średnice, że główna ich frakcja przechodzi przez sito 25 mm, ale nie przechodzi przez sito 0,25 mm i dla porównania z tradycyjnie stosowanymi wypełniaczami). W szczególności, wypełniacz o małych rozmiarach cząsteczek zawiera przynajmniej około 75% proszku koksowego, przez który należy rozumieć koks o średnicy takiej, że przynajmniej około 70% i więcej, korzystnie do około 90%, przechodzi przez sito 200 Tylera, co jest równoważne 74 mikrometrom.

Wypełniacz o małych rozmiarach cząsteczek może zawierać również przynajmniej około 0,5%, do około 25% innych dodatków, takich jak środki hamujące pęcznienie, na przykład tlenek żelaza. Ponownie, powinny być stosowane dodatki o rozmiarach cząsteczek mniejszych niż stosowane tradycyjnie. Na przykład, kiedy dodawany jest tlenek żelaza, przeciętna średnica cząsteczek tlenku żelaza powinna być mniejsza od około 10 mikrometrów. Innym dodatkiem, który może być wykorzystywany, jest proszek koksu naftowego, mający przeciętną średnicę cząsteczek mniejszą niż około 10 mikrometrów, dodawany w celu wypełnienia porów wyrobu, a zatem uzyskania lepszej kontroli nad ilością stosowanego lepiszcza smołowego. Wypełniacz o małych rozmiarach cząsteczek powinien stanowić przynajmniej około 30%, do około 50% lub nawet 65% frakcji rozdrobnionej.

Po przygotowaniu mieszaniny rozdrobnionej frakcji, lepiszcza smołowego itd., formowany jest korpus przez wytłaczanie za pomocą tłocznika lub przez prasowanie w tradycyjnych formach, w celu utworzenia tak zwanego wsadu surowego. Formowanie, czy to przy pomocy wytłaczania, czy prasowania, jest wykonywane w temperaturze bliskiej temperaturze mięknienia smoły, zwykle równej około

PL 210 593 B1

100°C lub wyższej. Tłocznik lub forma mogą formować wyrób w zasadzie w końcowej postaci i rozmiarze, chociaż zwykle potrzebna jest mechaniczna obróbka końcowego wyrobu, przynajmniej w celu wykonania takich struktur jak gwinty. Rozmiar wsadu surowego może być różny. Dla elektrod średnica może wahać się między około 220 mm a 700 mm.

Po wytłoczeniu, wsad surowy jest poddawany obróbce cieplnej przez wygrzewanie w temperaturze między około 700°C a około 1100°C, bardziej korzystnie między około 800°C a około 1000°C w celu karbonizacji lepiszcza smołowego do stałego koksu pakowego, w celu nadania wyrobowi stałego kształtu, wysokiej wytrzymałości mechanicznej, dobrej przewodności cieplnej i stosunkowo niskiej rezystancji elektrycznej, a zatem utworzenia wsadu nawęglonego. Wsad surowy jest wygrzewany przy względnym braku powietrza w celu uniknięcia utleniania. Wygrzewanie powinno być wykonywane z szybkością narastania temperatury od około 1°C do około 5°C na godzinę do temperatury końcowej. Po wygrzaniu, nawęglony wsad może być impregnowany raz lub więcej razy przy pomocy paku węglowego lub smoły naftowej lub innych rodzajów smoły lub żywicy, znanych w przemyśle, w celu osadzenia dodatkowego koksu we wszelkich otwartych porach wsadu. Po każdej impregnacji następuje dodatkowy etap wygrzewania.

Po wygrzaniu, nawęglony wsad jest następnie grafityzowany. Grafityzacja jest uzyskiwana przez obróbkę cieplną w temperaturze końcowej między około 2500°C a około 3400°C przez czas wystarczający, aby atomy węgla w koksie i lepiszczu z koksu smołowego przeszły ze stanu o słabym uporządkowaniu do krystalicznej struktury grafitowej. Korzystnie, grafityzacja jest wykonywana przez utrzymywanie nawęglonego wsadu w temperaturze równej, co najmniej około 2700°C, a bardziej korzystnie w temperaturze od około 2700°C do około 3200°C. W tych wysokich temperaturach inne elementy niż węgiel są przeprowadzane w stan lotny i ulatniają się jako pary. Czas potrzebny do utrzymywania temperatury grafityzacji w procesie według niniejszego wynalazku nie jest dłuższy niż około 18 godzin, w praktyce nie dłuższy niż około 12 godzin. Korzystnie, grafityzacja jest wykonywana przez czas od około 1,5 do około 8 godzin. Po zakończeniu grafityzacji, skończone wyroby mogą być cięte na odpowiednie wymiary, a następnie poddane obróbce mechanicznej lub w inny sposób formowane do końcowej konfiguracji.

W celu utworzenia złącza typu wtyk-gniazdo elektrod inaczej zwanego złączem elektrodowym, mającego ulepszoną stabilność w piecu, trzpień wtykowy (i, odpowiednio, gniazdo) musi mieć wymiary takie, aby trzpień zapewniał wymaganą wytrzymałość podczas stosowania. W tym celu trzeba wykonać równoważenie. W szczególności, odkryto, że przy optymalizowaniu działania złącza elektrodowego typu wtyk-gniazdo ważny jest stosunek długości trzpienia wtykowego do średnicy elektrody (zwany tutaj współczynnikiem trzpienia). W szczególności, uważa się, że współczynnik trzpienia powinien mieć wartość równą co najmniej około 0,60, aby utworzyć złącze elektrodowe typu wtyk-gniazdo, mające ulepszoną stabilność i działanie akceptowane komercyjnie.

Oddziaływanie innych charakterystyk złącza może również pomóc w optymalizacji złącza elektrodowego. Na przykład, do uzyskania dalszego ulepszenia złącza może być użyty współczynnik (zwany tutaj współczynnikiem średnicy trzpienia) określony przez stosunek średnicy trzpienia wtykowego 20 przy jego podstawie do długości trzpienia wtykowego 20. Współczynnik średnicy trzpienia powinien być nie większy niż 2,5 razy współczynnik trzpienia dla szczególnie skutecznego złącza przy współczynniku trzpienia równym około 0,60. W praktyce, współczynnik średnicy trzpienia powinien najbardziej korzystnie zmieniać się ze współczynnikiem trzpienia tak, że kiedy wykonywane jest złącze ze współczynnikiem trzpienia większym niż 0,60, współczynnik średnicy trzpienia w złączu powinien być niższy niż 2,5 razy współczynnik ogarka elektrody. W szczególności, dla każdej 0,01 ponad wartość 0,60 w wartości współczynnika trzpienia w złączu, maksymalna wartość współczynnika średnicy trzpienia powinna być o około 0,016 mniejsza. Dla przykładu, kiedy jest wykonane złącze, mające współczynnik trzpienia 0,85, współczynnik średnicy trzpienia wtykowego w złączu powinien być mniejszy niż około 1,28 razy współczynnik trzpienia w złączu.

Inną charakterystyką złącza, która może odgrywać rolę w konstruowaniu skutecznego złącza typu wtyk-gniazdo, jest tak zwany współczynnik zbieżności, który jest określony jako stosunek zbieżności (wyrażonej w stopniach i zilustrowanej na fig. 2 jako kąt oznaczony przez α) trzpienia wtykowego 20 do współczynnika trzpienia. Współczynnik zbieżności dla skutecznego złącza typu wtyk-gniazdo powinien mieć wartość równą przynajmniej około 15 dla wartości współczynnika trzpienia równej 0,85 i powinien być również modyfikowany dla złącz o innych wartoś ciach współ czynnika trzpienia. Na przykład, dla każdej 0,01 poniżej 0,85 w wartości współczynnika trzpienia w złączu, minimalny współczynnik zbieżności powinien mieć wartość o około 1,25 większą. Na przykład, kiedy wykonane jest

PL 210 593 B1 złącze o współczynniku trzpienia 0,60, współczynnik zbieżności trzpienia wtykowego w złączu powinien być równy przynajmniej około 45.

Przy zastosowaniu współczynnika trzpienia równego co najmniej około 0,60 i/lub współczynnika średnicy trzpienia lub współczynnika zbieżności jak opisano powyżej, uzyskiwane jest złącze typu wtyk-gniazdo elektrod, które może uzyskać komercyjną akceptację, przynajmniej pod względem wytrzymałości i stabilności złącza. Typowe złącze elektrod grafitowych, wykonane według wynalazku jest przedstawione na fig. 1-3 i stanowi złącze elektrodowe 10. Złącze elektrodowe 10 typu wtyk-gniazdo składa się z pierwszej elektrody 100 i drugiej elektrody 110, przy czym pierwsza elektroda 100 ma trzpień wtykowy 20, zaś druga elektroda 110 ma gniazdo 30. Jak pokazano, trzpień wtykowy 20 i gniazdo 30 współ pracują w celu utworzenia złącza elektrodowego 10 i w ten sposób połączenia pierwszej elektrody 100 zaopatrzonej w trzpień wtykowy i drugiej elektrody 110 zaopatrzonej w gniazdo w kolumnie. Przy właściwym zwymiarowaniu trzpienia wtykowego 20 (i odpowiednim zwymiarowaniu gniazda 30) uzyskiwane jest ulepszone złącze elektrodowe 10.

Specjalista w danej dziedzinie zauważy, że opisany wcześniej zoptymalizowany trzpień wtykowy 20 może być również stosowany w elektrodach grafitowych łączonych bolcami. Inaczej mówiąc, w złączu elektrod grafitowych wykorzystującym bolec, w przeciwieństwie do złącza typu wtyk-gniazdo, bolec ma dwa trzpienie wtykowe w postaci dwóch sekcji wtykowych bolca. Trzpienie wtykowe mogą być również proporcjonalne w sposób opisany wcześniej, w celu zoptymalizowania działania złącza wykorzystującego bolec, w podobny sposób jak optymalizowane jest działanie złącza typu wtykgniazdo.

Opisy wszystkich cytowanych patentów i publikacji wymienianych w tym zgłoszeniu są włączone tutaj jako materiały źródłowe tytułem referencji.

Powyższy opis ma na celu umożliwić specjaliście w danej dziedzinie wdrożenie wynalazku. W niniejszym opisie nie wyszczególniono wszystkich możliwych odmian i modyfikacji, które są oczywiste dla specjalisty po przeczytaniu opisu. Należy jednak przyjąć, że wszystkie takie modyfikacje i odmiany mieszczą się w zakresie wynalazku, który jest zdefiniowany w zastrzeżeniach.

Zastrzeżenia obejmują wskazane elementy i etapy w dowolnym układzie i sekwencji, które zapewniają uzyskanie w efekcie celów przewidzianych przez wynalazek.

Claims (15)

1. Elektroda grafitowa do stosowania w złączu elektrodowym typu wtyk-gniazdo, znamienna tym, że zawiera trzpień wtykowy (20), dla którego wartość stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) wynosi w przybliżeniu, co najmniej 0,60.

2. Elektroda grafitowa według zastrz. 1, znamienna tym, że stosunek średnicy trzpienia wtykowego (20) przy jego podstawie do długości tego trzpienia wtykowego jest nie większy niż około 2,5-krotność stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100).

3. Elektroda grafitowa według zastrz. 2, znamienna tym, że stosunek średnicy trzpienia wtykowego (20) przy jego podstawie do długości tego trzpienia wtykowego zmienia się wraz z wartością stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) w taki sposób, że dla każdej wartości wyższej o każde 0,01 ponad 0,60 w wartości stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody, wartość stosunku średnicy trzpienia wtykowego (20) przy jego podstawie do stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) powinna być o około 0,016 mniejsza.

4. Elektroda grafitowa według zastrz. 1, znamienna tym, że dla elektrody (100) mającej stosunek długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody równy 0,85 lub mniejszy, stosunek zbieżności trzpienia wtykowego (20) do stosunku długości tego trzpienia wtykowego do średnicy elektrody (100) jest równy, co najmniej około 15.

5. Elektroda grafitowa według zastrz. 4, znamienna tym, że stosunek zbieżności trzpienia wtykowego (20) do stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) zmienia się wraz ze stosunkiem długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) w taki sposób, że dla każdej wartości mniejszej o każde 0,01 od wartości 0,85 stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100), stosunek zbieżności trzpienia wtykowego (20) do stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) powinien mieć wartość o około 1,25 wyższą.

PL 210 593 B1

6. Złącze elektrodowe zawierają ce, co najmniej dwie elektrody grafitowe, przy czym jedna z nich jest pierwszą elektrodą zaopatrzoną w trzpień wtykowy, zaś druga elektroda jest elektrodą zaopatrzoną w gniazdo z gwintem wewnętrznym, znamienna tym, że dla pierwszej elektrody (100) zaopatrzonej w trzpień wtykowy (20), wartość stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) jest równa co najmniej około 0,60, przy czym trzpień wtykowy (20) sprzęga się z gniazdem (30) z gwintem wewnę trznym tworzą c złącze elektrodowe (10) typu wtyk-gniazdo.

7. Złącze według zastrz. 6, znamienne tym, ż e dla elektrody (100) zaopatrzonej w trzpień wtykowy (20) stosunek średnicy trzpienia wtykowego (20) przy jego podstawie do długości tego trzpienia wtykowego jest nie większy niż około 2,5-krotność stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100).

8. Złącze według zastrz. 7, znamienne tym, że stosunek średnicy trzpienia wtykowego (20) przy jego podstawie do długości tego trzpienia wtykowego zmienia się wraz z wartością stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) w taki sposób, że dla każdej wartości wyższej o każde 0,01 ponad 0,60 w wartości stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody, wartość stosunku średnicy trzpienia wtykowego (20) przy jego podstawie do stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) powinna być o około 0,016 mniejsza.

9. Złącze wedł ug zastrz. 6, znamienne tym, ż e dla elektrody (100) zaopatrzonej w trzpień wtykowy (20), stosunek długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody wynosi 0,85 lub mniej, zaś stosunek zbieżności trzpienia wtykowego (20) do stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) jest równy co najmniej około 15.

10. Złącze według zastrz. 9, znamienne tym, że stosunek zbieżności trzpienia wtykowego (20) do stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) zmienia się wraz ze stosunkiem długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) w taki sposób, że dla każdej wartości mniejszej o każde 0,01 od wartości 0,85 stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100), stosunek zbieżności trzpienia wtykowego (20) do stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) powinien mieć wartość o około 1,25 wyższą.

11. Sposób wytwarzania elektrody grafitowej, w którym miesza się koks i lepiszcze smołowe dla utworzenia mieszaniny wsadowej, wytłacza się mieszaninę wsadową tworząc wsad surowy, wygrzewa się wsad surowy dla utworzenia wsadu nawęglonego, a następnie nawęglony wsad poddaje się grafityzacji przez utrzymywanie nawęglonego wsadu w temperaturze co najmniej około 2500°C i wytwarza się wsad grafityzowany, znamienny tym, że prowadzi się obróbkę mechaniczną grafityzowanego wsadu dla utworzenia elektrody (100) z trzpieniem wtykowym (20), w którym stosunek długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy wsadu grafityzowanego wynosi co najmniej około 0,60.

12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że wytwarza się trzpień wtykowy (20), w którym stosunek średnicy trzpienia wtykowego (20) przy jego podstawie do długości tego trzpienia wtykowego jest nie większy niż około 2,5 krotność stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100).

13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że wytwarza się trzpień wtykowy (20), dla którego stosunek średnicy trzpienia wtykowego (20) przy jego podstawie do długości tego trzpienia wtykowego zmienia się wraz z wartością stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) w taki sposób, że dla każdej wartości wyższej o każde 0,01 ponad 0,60 w wartości stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody, wartość stosunku średnicy trzpienia wtykowego (20) przy jego podstawie do stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) powinna być o około 0,016 mniejsza.

14. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że wytwarza się elektrodę (100), w której przy stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody równym 0,85 lub mniejszym, stosunek zbieżności trzpienia wtykowego (20) do stosunku długości tego trzpienia wtykowego do średnicy elektrody (100) jest równy co najmniej około 15.

15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że wytwarza się elektrodę (100), dla której stosunek zbieżności trzpienia wtykowego (20) do stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) zmienia się wraz ze stosunkiem długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) w taki sposób, że dla każdej wartości mniejszej o każde 0,01 od wartości 0,85 stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100), stosunek zbieżności trzpienia wtykowego (20) do stosunku długości trzpienia wtykowego (20) do średnicy elektrody (100) powinien mieć wartość o około 1,25 wyższą.