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Vormontierte Graphitelektrode fur Lichtbogenöfen
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Die Erfindung betrifft eine vormontierte Graphitelektrode für Lichtbogenöfen,
mit Gewindeschachteln an den Elektrodenenden und einem doppelkonischen, in eine
der Schachteln eingeschraubten Gewindenippel, bei dem die Stoßflächen zwischen den
dem Schachtelboden abgewandten Gewindeflanken des Nippels an den Gewindegängen der
Schachtel anliegen, und mit wenigstens einem zwischen Schachtelboden udn Nippelstirnfläche
angeordneten, deformierbaren Distanzstück.
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Kohle- oder Graphitelektroden werdn in der Regel durch doppelkonische
Gewindenippel aus Kohle oder Graphit aneinandergeschraubt, um die Elektroden kontinuierlich
und vollständig verbrauchen zu können.
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Bei mangelnder Sorgfalt oder unter schwierigen Arbeitsbedingungen
kommt es häufig zu unsymmetrischem Sitz des Nippels in den Elektrodengewindeschachteln.
Dies wiederum führt häufig zu Schachtelrissen und zum verbrauchserhöhenden Abfallen
von Elektrodenstücken.
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Um diese Probleme zu entschärfen, wurde schon vorgeschlagen, die Montage
der Nippel in einer Schachtel beim Elektrodenherstellen durchzuführen, um eine optimale
Symmetrierung des Nippels zu gewährleisten.
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Die bekannte vormontierte Graphitelektrode der genannten Art (De-AS
22 26 230) erreicht die Symmetrierung durch Verwendung von deformierbaren Distanzstücken
zwischen Schachtelboden und Nippelstirnflächen, wobei
die Anordnung
so getroffen werden soll, daß die eine Markierung aufweisende Symmetrieebene des
Gewindenippels mit der Ebene der Elektrodenstirnfläche zusammenfällt.
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Die hierfür verwendeten Distanzstücke bestehen aus karbonisierbaren
Materialien wie Papier uwdgl. oder Hartpech, das nur verhältnismässig geringe Verformungen
zuläßt und in erster Linie den übergangswiderstand der Elektrodenverbindung verringern
soll, indem es sich bei Erhitzung der Elektrode in einen elektrisch leitenden Koks
verwandelt.
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Die angestrebte Symmetrierung des Nippels in der Verbindungsstelle
wird jedoch dadurch beeinträchtigt, daß die Dicke der Distanzstücke an die übliche
Abweichung der Maße von Nippel- und Schachtelgewinde vom Sollwert gekoppelt wird.
Die Plus-. bzw. M;nustoleranzenRfür Nippel, Schachtel und Distanzstücke führen somit
zwangsläufig zu einer ungenauen Symmetrierung des Nippels.
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Es ist ferner bekannt, zur Symmetrierung des Nippels im Verbindungsbereich
zusammendrückbare Distanzstücke zu verwenden, die den Nippel beim Zusammenschrauben
durch die für das Zusammendrücken erforderliche Kraft in die Symmetrielage drucken
sollen (DE-AS 10 23 534) oder aus einem im wesentlichen unverformbaren Material
bestehende Distanzstücke, deren Dicke so bemessen ist, daß sie das Einschrauben
des Nippels bis zu einer gewünschten Schachteltiefe zuläßt (DE-AS 12 72 472) Die
letztgenannten Vorschläge sind jedoch nicht an vormontierten Graphit- oder Kohleelektroden
verwirklicht worden und berücksichtigen deshalb offensichtlich nicht die Tatsache,
daß die Verbindungen zwischen den Elektrodenteilen vom Benutzer der Elektroden selbst
herzustellen sind, der gewöhnlich beim Zusammenbau nicht so sorgfältig vorgeht oder
aus Ze~itmangel vorgehen kann, daß verhindert
wird, daß die Nippel
asymmetrisch in die Schachteln eingeschraubt werden und dadurch erhebliche mechanische
Spannungen entstehen, die zu der bereits genannten Verringerung der Lebensdauer
der Elektrode bzw. des Elektrodenstrangs fuhren.
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Den bekannten vormontierten oder nicht vormontierten Graphit- und
Kohleelektroden, die zu Zentrierungszwecken zwischen dem Schachtelboden und der
Nippelstirnfläche ein oder mehrere Distanzstücke aufweisen, ist aber der wesentliche
Nachteil zu eigen, daß sie die Zentrierung von Nippel und Elektrodenschachtel in
bezug auf deren Mittelachse und/oder die Symmetrierung des doppelkonischen Nippels
in bezug auf die einander gegenüberliegenden Stirnflächen der miteinander zu verbindenden
Elektroden über einen minimalen Weg erreichen wollen, der in der Regel nicht länger
ist als das Flankenspiel zwischen Nippelgewinde und Schachtelgewinde. Dadurch wird
jedoch die angestrebte Zentrierung bzw. Symmetrierung oftmals nicht vollständig
erreicht und darüberhinaus ein zu straffes Festziehen der in Eingriff tretenden
Gewindeflanken von Nippel und Schachtel geradezu heraufbeschworen, wodurch ein nachträgliches
Losen des Nippels für den Fall eines gewünschten Austausches unmöglich gemacht wird
oder sogar eine Beschädigung der Gewindeflanken verursacht wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die vormontierte
Graphitelektrode der genannten Art so auszubilden, daß die angestrebte Zentrierung
und Symmetrierung von Nippel und Schachtel mit größerer Sicherheit erreicht wird,
und zwar ohne Beschädigung der Gewindebereiche der
genannten beiden
Körper, und daß diese Zentrierung und Symmetrierung nicht nur aufrechterhalten bleibt,
bis die vorgefertigte Elektrode zum Einsatz gelangt, sondern daß der einmal in die
Schachtel eingeschraubte Nippel jederzeit sogar von Hand wieder herausgeschraubt
werden kann, falls sich dies als notwendig erweisen sollte, wenn der Nippel beispielsweise
beim Transport oder der Lagerung der vormontierten Graphitelektrode beschädigt werden
sollte.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Symmetrierung
der beiden konischen Nippelhälften in bezug auf die Stirnflächen der miteinander
durch den Nippel zu verbindenden Elektroden ds Distanzstück aus einem plattenförmigen
Material relativ großer Porosität besteht, das beim Einschrauben des Nippels in
die Elektrodenschachtel um 20 bis 70 % seiner ursprünglichen Dicke in Axialrichtung
der Elektrode zusammenpreßbar ist, in dem so zusammengepreßten Zustand eine Druckfestigkeit
besitzt, die zwischen den Flanken des Nippelgewindes und des Schachtelgewindes einen
ausreichend großen Anpreßdruck sicherstellt und das auf dem Schachtelboden und/oder
der Nippelstirnfläche aufgeklebt ist.
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Diese Konstruktion ermöglicht durch die starke Formänderung, die der
Distanzkörper beim Einschrauben des Nippels in die Elektrodenschachtel erfährt,
und den damit verbundenen sehr viel langsameren Axialkraftaufbau im Material des
Distanzstücks, als erbeispielsweise bei den üblicherweise verwendeten Graphitplättchen
stattfindet, eine entsprechend verlangsamte
Einstellung des Nippelgewindes
in bezug auf das Schachtelgewinde und damit eine wesentlich bessere Zentrierung.
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Dadurch wird die Gefahr, daß der Nippel asymmetrisch in die Schachtel
eingeschraubt wird, wodurch es im späteren Betrieb beim Erwärmen des Elektrodenmaterials
zu erhebli Spannungsbelastungen in der Verbindungsstelle von Nippel und Schachtel
kommen würde, im wesentlichen beseitigt ist.
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Des weiteren bietet die erfindungsgemäße Konstruktion den wesentlichen
Vorteil, daß auch die Symmetrierung des doppelkonischen Nippels in bezug auf die
Stirnflächen der einander gegenüberliegenden Elektroden erleichtert wird, da der
Nippel dann, wenn das Diistanzstuck am Schachtelboden beim Einschrauben seine Stirnfläche
erreicht, noch um eine relativ lange Strecke in die Schachtel weiterkeingeschraubt
werden kann, da sich das Distanzstück in axialer Richtung in dem bezeichneten Ausmaß
verformt, so daß in jedem Fall sichergestellt ist, daß der größte Durchmesser des
Nippels mit der querverlaufenden Symmetrieachse der Elektroden/Nippe 1-Verbindung
zusammenfällt, die in den einander im Einbauzustand der beiden Elektroden berührenden
Stirnflächen dieser Elektroden liegt. Durch die dadurch erfolgte Symmetrierung ist
in jedem Fall eine gleichmässige Belastung der Gewindeflanken der beiden Konushälften
des doppelkonischen Nippels sichergestellt und damit die Gefahr vermindert, daß
der Nippel im Betriebszustand der Elektrode reißt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsvorschlags weist
das Material, aus dem das Distanzstück besteht, eine Scherfestigkeit auf, die nach
dem Aufkleben des Distanzstücks auf dem Schachtelboden und der Nippel
stirnfläche
ein Wiederausschrauben des Nippels aus der Schachtel durch Abscheren des Materials
ermöglicht.
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Dadurch wird erreicht,daß in den Fällen, in denen nachträglich der
Nippel aus einer vormontierten Elektrode wieder ausgebaut werden muß,weil er beispielsweise
Transport- oder Lagerschäden aufweist, dies ohne weiteres ermöglicht wird, ohne
daß die Elektrodenschachtel dadurch beschädigt wird, so daß letztere nach dem Einschrauben
eines neuen Nippels sofort wieder verwendet werden kann.
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Als Material für derartige Distanzstücke hat sich handelsübliches
Styropor als besonders geeignet erwiesen, das beispielsweise in Form eines Plattenstücks
mittels Kaltleim auf den Schachtelbgden und/oder die Nippelstirnfläche aufgeklebt
werden kann, jedoch sind auch mit Kork oder ähnlich porösen und einen geeigneten
Verformungswiderstand aufweisenden Materialien gute Erfahrungen gemacht worden.
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Anstelle von Styropor oder Kork läßt sich auf den Schachtelboden und/oder
die Nippelstirnfläche auch eine der handelsüblichen Schaumstoffmassen aufspritzen,
die dort zu dem gewunschten, einen Distanzkörper bildenden Material erhärtet, woraufhin
der Nippel in die Schachtel eingeschraubt wird.
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Dies hätte den Vorteil, daß das Material von Hause aus auf der Aufnahmeoberfläche
klebt, also keinen zusätzlichen Klebstoff benötigt.
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Schließlich hat es sich auch bewährt, als Material für das Distanzstück
einen ein- oder mehrlagigen, mit einem kohlenstoffhaltigen Bindemittel imprägnierten
Kohlenstoff-
oder Graphitfilz zu verwenden, falls dieser die verlangte Verformbarkeit in Axialrichtung
der Elektrode aufweist. Ein solcher Filz würde im Betriebszustand der Elektrode
zwischen dem Schachtelboden und der Nippetstirnseite als stromleitende Brücke erhalten
bleiben, während beispielsweise bei Verwendung von Styropor dieses durch die Wärmeentwicklung
im Betriebszustand im wesentlichen vollständig beseitigt würde.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt schematisch den fängsgeschnittenen Schachtelbereich
zweier durch einen doppelkonischen Nippel miteinander zu verbindender Elektroden.
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Die beiden miteinander zu verbindenden Elektroden 1, 1' aus Graphit
oder Kohlenstoff weisen an ihren stirnseitigen Enden axiale Elektrodenschachteln
11 auf, die mit einem Gewinde 6 versehen sind, in das ein doppelkonischer Nippel
2 zur Herstellung der Verbindung eingeschraubt wird.
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Die Elektrode 1 wird hier als vormontierter Körper betrachtet, was
bedeutet, daß sie bereits im Herstellungswerk mit dem Nippel 2 versehen worden ist,
dessen obere Hälfte 2a mit ihrem Gewinde 5 in das Schachtelgewinde 6 eingeschraubt
worden ist.Zu diesem Zweck ist zwischen
dem Schachtelboden 3 und
der Nippelstirnfläche 4 wenigstens ein deformierbares Distanzstück 7 aus einem plattenförmigen
Material relativ großer Porosität, bei spielsweise handelsübliches Styropor, angeordnet,
und entweder mit dem Schachtelboden oder der diesem gegenüberliegenden Nippelstirnseite
verklebt, beispielsweise mittels Kaltleim. Die ursprüngliche Konfiguration des Distanzstückes
7 ist auf dem Schachtelboden 3 der unteren Elektrode 1 dargestellt und dort mit
8 bezeichnet. In der mit 7 bezeichneten Konfiguration des Distanzstückes ist dieses,
verursacht durch das Einschrauben des Nippels 2 in die Elektrodenschachtel 11, um
20 bis 70 X seiner ursprünglichen Dicke in Axialrichtung der Elektrode zusammehgepreßt
und besitzt in dem zusammengepreßten Zustand eine Druckfestigkeit, die zwischen
den Flanken des Nippel gewindes 5 und des Schachtelgewindes 6 einen ausreichend
großen Anpreßdruck sicherstellt.
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Die relativ starke Verformung des Distanzstückes 7,8, wobei das Distanzstück
8 auf dem Schachtelboden der unteren Elektrode 1 nach dem Aufschrauben des Schachtelgewindes
dieser Elektrode auf den unteren Teil 2b des Nippelgewindes die gleiche Verformung
erhalten haben wird, wie sie bei dem Distanzstück 7 am Schachtelboden der oberen
Elektrode 1 sichtbar ist, hat zum Ziel, die beiden konischen Nippelhälften 2a, 2b
in bezug auf die einander gegenüberliegende Stirnflächen 9, 10 der beiden Elektroden
und damit zu der querverlaufenden Symmetrieachse 13, also in Richtung des Doppelpfeils
A, optimal zu symmetrieren, wobei dieStoßflächen zwischen den dem Schachtelboden
3 abgewandten Gewindeflanken des Nippels 2 an den Gewindegängen der Schachtel 11
anliegen.
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Die optimale Symmetrierung ist erreicht, sobald der Nippel in die
Elektrodenschachteln beider Elektroden 1,1' soweit eingeschraubt ist, daß die Symmetrieachse
13 den seinen beiden Konushälften 2a, 2b gemeinsamen größten Durchmesser schneidet.Es
versteht sich, daß in diesem Fall die Symmetrieachse 13 in der Ebene der aneinanderstossenden
Elektrodenstirnflächen 9,10 liegt. Bei dem obigen Vorgang erfolgt auch eine optimale
Zentrierung des Nippels in bezug auf die Längsachse 12 der Elektroden, die gleichzeitig
die Längsachse der Elektrodenschachteln 11 ist, also in Richtung des Doppelpfeils
B. Diese Symmetrierung und Zentrierung des Nippels hat zur Folge, daß bei der im
Betriebszustand der zusammengeschraubten Elektroden erfolgten Erhitzung des Materials
keine ungleichmässigen thermischen Spannungen im Nippel und in der Schachtel auftreten,
die zu vorzeitiger Rißbildung und zum Abfallen von Endstücken führen können.Die
vormontierten Graphitelektroden 1, 1 werden bei der späteren Verwendung im Lichtbogenofenbetrieb
zusammengeschraubt, indem die am oberen Ende der Elektrode vorhandene leere Schachtel
11 mit der unteren konischen Nippelhälfte 2b der darüber befindlichen Elektrode
in Eingriff gebracht wird. Diese Fertigmontage des Elektrodenstranges, also das
Herstellen der Verbindungen zwischen den Elektrodenteilen kann aufgrund der mit
der hier beschriebenen Konstruktion möglich werdenden optimalen Symmetrierung und
Zentrierung vom Benutzer selbst durchgeführt werden.
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Bei Verwendung von handelsüblichem Styropor für die Distanzstücke
7,8, die mit Kaltleim am Schachtelboden 3 und auf den Nippelstirnflächen 4 aufgeklebt
werden, ist nach der Vormontage die Möglichkeit gegeben, den mit der
einen
konischen Nippelhälfte 2a eingeschraubten Nippel wieder aus der Schachtel herauszuschrauben,
falls an der anderen Nippelhälfte 2b Fehler oder Schäden aufgetreten sind, die den
Zusammenhalt der zwischen den Elektroden 1 und 1' herzustellenden Verbindung beeinträchtigen
würden. Dieses Herausschrauben des Nippels ist deshalb einfach, weil die Scherfestigkeit
des Styropormaterials relativ gering ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel einer Elektrodenverbindung der anmeldungsgemäßen
Art wurde in die Elektrodenschachtel eine Styroporplatte mit einer Dicke von 15
mm eingeklebt und durch Einschrauben des Nippels auf eineDicke von S mm zusammengepreßt,
wobei in Elektrodenlängsrichtung eine Kraft von maximal 300 dN aufgewandt wurde.
Anstelle von handelsüblichem, plattenförmigen Styropor als Material für die Distanzstücke
7,8 könnte auch eine Schaumstoffmasse Verwendung finden, die auf den Schachtelboden
3 und/oder die Nippelstirnfläche 4 aufgespritzt wird und dort erstarrt, wobei allerdings
eine genaue Dosierung dieser Masse möglicherweise Schwierigkeiten bereitet. Andererseits
würde sich in diesem Fall die Verwendung eines besonderen Klebstoffes erübrigen,
da die erstarrte Masse selbst auf der betreffenden Oberfläche festklebt.
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- L e e r s e i t e -