DE2657952A1

DE2657952A1 - ELECTRODE STRAND FOR ELECTRIC ARC FURNACE

Info

Publication number: DE2657952A1
Application number: DE19762657952
Authority: DE
Inventors: Andreas Ing Grad Treugut
Original assignee: C Conradty Nuernberg GmbH and Co KG
Current assignee: C Conradty Nuernberg GmbH and Co KG
Priority date: 1976-12-21
Filing date: 1976-12-21
Publication date: 1978-06-22
Also published as: SE7714501L; DE2657952B2; FR2375790A1

Description

"Elektrodenstrang für elektrische Lichtbogenofen.""Electrode string for electric arc furnaces."

Die Erfindung betrifft einen aus Kohlenstoffelektroden und Verbindungsnippeln gebildeten Elektrodenstrang für elektrische Lichtbogenofen, bei dem zwischen dem Gewinde der Elektrodenschachteln und dem Schachtelboden eine Hintersehneidung des Gewindes bis mindestens auf den Gewindeaußendurchmesser vorgesehen ist (DT-AS 22 34- 411).The invention relates to one made of carbon electrodes and connecting nipples formed electrode strand for electric arc furnace, in which between the thread of the electrode boxes and the bottom of the box an undercut of the Thread up to at least the outer thread diameter is provided (DT-AS 22 34-411).

Unter Kohlenstoffelektroden sind hierbei Elektroden zu verstehen, die sowohl aus graphitiertem wie auch aus nichtgraphitiertem Kohlenstoffmaterial bestehen.In this context, carbon electrodes are to be understood as meaning electrodes made of both graphitized and non-graphitized Are made of carbon material.

Bei Elektrodensträngen dieser Art hat die Hinterschneidung des Schachtelgewindes den Zweck, hohe Materialbelastungen im Bereich zwischen Gewinde und Boden der Elektrodenschachtel zu vermeiden.In electrode strands of this type, the purpose of the undercut of the box thread is to prevent high material loads in the area between the thread and the bottom of the electrode box.

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Diese Belastungen ergeben sich durch mechanische und thermische Einwirkungen vor allem während des Einsatzes im heißen Schmelzofen und auch dann, wenn die heißen Elektroden nach dem Abstich der Schmelze aus dem OfenThese loads result from mechanical and thermal effects, especially during use in the hot melting furnace and also when the hot electrodes are removed from the furnace after the melt has been drawn off

herausgezogen werden. Mechanische Einwirkungen entstehen einerseits durch die Frequenz des durchfließenden elektrischen Stromes, die ein starkes Vibrieren der Elektroden hervorruft und andererseits dadurch, daß die Elektroden senkrechten und seitlichen Belastungskräften unterliegen, die durch wechselseitige stoßartige Berührungen zwischen dem Elektrodenstrang und noch nicht geschmolzenen Metall- bzw. Schrottklumpen hervorgerufen werden. Thermische Einwirkungen und daraus folgende. Belastungen entstehen durch unterschiedliche Materialdehnungen, insbesondere dann, wenn der Nippel quer zur Elektrodenlängsachse eine höhere Wärmedehnung aufweist als die Elektrodenschachtel, z.B. beim schnellen Abkühlen der Schachtel außerhalb des Ofens.be pulled out. Mechanical effects arise on the one hand from the frequency of the flowing through electric current, which causes a strong vibration of the electrodes and on the other hand by that the electrodes are subject to vertical and lateral loading forces caused by mutual shock-like Contact between the electrode string and not yet melted lumps of metal or scrap be evoked. Thermal effects and the resulting effects. Stresses arise from different Material expansions, especially when the nipple higher thermal expansion across the longitudinal axis of the electrode than the electrode box, e.g. when the box cools down quickly outside the oven.

Aufgrund der Dehnungskräfte D zwischen Nippel und Elektrodenschachtel und aufgrund der Vertikalkräfte V und möglicher Querkräfte Q ergeben sich vor allem folgende Materialspannungen im Bereich des Schachtelbodens, die in Pig. 1 dargestellt sind, nämlich Umfangsspannung <r^, hervorgerufen durch die Aufweitung der Schachtel, Biegespannung &-J₃ und Schubspannung T\ ebenfalls hervorgerufen durch die Aufweitung der Schachtel und das gleichzeitige Nichtaufweiten des steifen Schachterbodens, sowie Zugspannung 6^₂, verursacht durch diejenigen !Tippelkräfte, die auf die schrägen Gewindeflanken in Richtung der Schachtelöffnung einwirken. Mit diesen Spannungen entstehen im Übergangsbereich, zum Schachtelboden und insbesondere in den angrenzenden ersten, vom Nippel belasteten Gewindegängen der Schachtel zusätzlich hohe Kerbspannungen 6^.« Aus diesem Grund besteht dort die Gefanr des Aufreißens der Due to the expansion forces D between the nipple and the electrode box and due to the vertical forces V and possible transverse forces Q, the following material stresses arise in the area of the box bottom, which are described in Pig. 1, namely circumferential stress <r ^, caused by the expansion of the box, bending stress & -J ₃ and shear stress T \ also caused by the expansion of the box and the simultaneous non-expansion of the stiff shaft bottom, as well as tensile stress 6 ^ ₂ , caused by those ! Typing forces acting on the sloping thread flanks in the direction of the box opening. With these tensions in the transition area, to the box bottom and especially in the adjacent first thread turns of the box loaded by the nipple, additional high notch stresses occur

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Schachtelwand, wodurch der durch die Schraubverbindung angehängte Elektrodenstrang abfallen kann.Box wall, whereby the electrode string attached by the screw connection can fall off.

Es sind Gewindehinterschneidungen gemäß DIN 76 bekannt, die gegenüber einem einfachen Gewindeauslauf eine erkennbare Verminderung der Kerbspannungen im Schachtelgrund dadurch bewirken, daß die Hinterschneidung wie eine sogenannte Entlastungskerbe auf die scharfen Gewindekerben einwirkt. Berücksichtigt man, daß das Material der Elektrode sehr grobkörnig und spröde ist, dann wird durch diese Hinterschneidung noch keine ausreichende Lösung des Problems erreicht, weil die vorhandenen Spannungen aufgrund des sich im Gewindeauslauf in Höhe und Breite verjüngenden Gewindequerschnitts noch so groß sein können, daß sie zum Ausbrechen, des Gewindes und damit zum Anreißen und nachfolgenden Bruch der Gewindeschachtel-führen.Thread undercuts in accordance with DIN 76 are known which, compared to a simple thread run-out, are recognizable Reduction of the notch stresses in the bottom of the box thereby cause the undercut like a so-called relief notch on the sharp thread notches acts. If you take into account that the material of the electrode is very coarse-grained and brittle, then through this undercut has not yet achieved a sufficient solution to the problem because of the existing stresses due to the thread cross-section tapering in height and width in the thread run-out, however large, that they lead to breaking out of the thread and thus to tearing and subsequent breakage of the thread box.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Elektrodenverbindung so auszubilden, daß ein weiterer Abbau der Spannungen im Übergangsbereich vom Gewinde zum Schachtelboden hin,erreicht wird, sodaß dort Zerstörungen des Elektrodenstranges und damit kostspielige Betriebsunterbrechungen und Elektrodenverluste vermieden werden.The object of the invention is therefore to design the electrode connection so that another Reduction of the tensions in the transition area from the thread to the box bottom is achieved, so that there is destruction of the electrode string and thus costly interruptions in operation and electrode losses can be avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bereich der Hinterschneidung das Gewinde der Schachtel auf einer Länge von wenigstens einem Gewindegang einen verkürzten Gewindequerschnitt aufweist, dessen zur Schachtelöffnung hinweisende Gewindeflanke durch die Verkürzung unter einem Winkel von oc £■ 90° geschnitten ist.According to the invention, this object is achieved in that the thread of the box in the area of the undercut has a shortened thread cross-section over a length of at least one thread turn, its to the box opening indicative thread flank is cut by the shortening at an angle of oc £ ■ 90 °.

Dadurch wird erreicht, daß das verkürzte Schachtelgewinde nicht mehr aufgrund der Belastung durch das entsprechende Kippelgewinde ausbrechen kann, da es durch den stumpfen oder im Grenzfall 90°-Winkeloc einen wesentlich breiteren Restquerschnitt behält.This ensures that the shortened box thread is no longer due to the stress of the corresponding Kippel thread can break out, as it is due to the obtuse or in the extreme case 90 ° angle retains a much wider residual cross-section.

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Erfaßt die Verkürzung durch einen großen Winkel <* mehrere Gänge des Schachtelgewindes, dann wird darüberhinaus erreicht, daß hier nur die Spitze des Nippelgewindes Belastungskräfte auf das Schachtelgewinde überträgt. Dies ermöglicht ein elastisches Nachgeben des Nippelgewindes. Aufgrund beider Vorteile sind Schachtelrisse an dieser Stelle bei den üblichen Überlastungen, nicht mehr zu erwarten.Detects the shortening by a large angle <* several gears of the box thread, then it is moreover achieved that only the tip of the nipple thread load forces transferred to the box thread. This enables elastic yielding of the nipple thread. Due to both advantages, box cracks are no longer to be expected at this point with the usual overloads.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsvorschlags kann die zentrisch zur Längsachse der Elektrode angeordnete Hinterschneidung des Schachtelgewindes ringförmig und parallel zum Schachtelboden oder schraubenförmig mit der Steigung des Schachtelgewindes um wenigstens 360° verlaufen. Ferner hat es sich abhängig von der Elastizität und Festigkeit unterschiedlicher Elektroden- und Nippelmaterialien als vorteilhaft herausgestellt, die Hinterschneidung -im Querschnitt gesehen- in dem, das Gewinde der Schachtel verkürzenden Bereich mit einem geraden, gekrümmten oder abgewinkelten Verlauf zu versehen oder mit einem stufenförmigen Sprung zu beginnen. Ferner kann, die Schachtel auch so ausgebildet sein, daß die Hinterschneidung -im Querschnitt gesehen- anschliessend an den das Gewinde der Schachtel verkürzenden Bereich in eine Krümmung übergeht, die direkt in den Schachtelboden einläuft oder daß diese Krümmung in einen weiteren geraden oder abgewinkelten Bereich übergeht, an den sich dann, erst die Übergangskrümmung zum Schachtelboden, hin anschließt. Als Krümmungsradien, kommen dabei entweder ein einziger oder mehrere ineinander übergehende, verschieden große Radien in Frage.According to an advantageous embodiment of the proposal of the invention, the central to the longitudinal axis of the electrode arranged undercut of the box thread ring-shaped and parallel to the box bottom or helically with the pitch of the box thread by at least Run 360 °. Furthermore, depending on the elasticity and strength of different electrode and nipple materials turned out to be advantageous, the undercut - seen in cross section - in that To provide the thread of the box shortening area with a straight, curved or angled course or start with a stepped jump. Furthermore, the box can also be designed so that the undercut - seen in cross section - adjoins the one that shortens the thread of the box Area merges into a curvature that runs directly into the bottom of the box or that this curvature into a further straight or angled area, to which then, only the transition curve to the box bottom, adjoins. The radii of curvature are either a single one or several merging, different sized radii in question.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert« In der Zeichnung zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing « In the drawing show:

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Pig. 1 eine Darstellung des Belastungs- und Spannungszustandes im Schachtelgrund,Pig. 1 shows the load and stress state in the bottom of the box,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Schachtelgewindes mit herkömmlicher Hinterschneidung,Fig. 2 is a sectional view of a box thread with conventional undercut,

Fig. 2a einen Ausschnitt des Gewindeauslaufes der herkömmlichen Hinterschneidung von Fig. 2, mit einem entsprechenden Teil des einwirkenden Nippels,2a shows a section of the thread run-out of the conventional one Undercut of Fig. 2, with a corresponding part of the acting nipple,

Fig. 3 eine Schnittansicht des Schachtelgewindes mit der erfindungsgemäßen Hinterschneidung mit ringförmigem und zum Schachtelboden parallelem Verlauf,Fig. 3 is a sectional view of the box thread with the undercut according to the invention with an annular course that is parallel to the box bottom,

Fig. 3a einen Ausschnitt der Hinterschneidung von Fig. 3? mit einem Teil des einwirkenden Nippels,FIG. 3a shows a section of the undercut from FIG. 3? with part of the acting nipple,

Fig. 4 eine Schnittansicht des Schachtelgewindes mit der erfindungsgemäßen Hinterschneidung mit schraubenförmigem Verlauf, entsprechend der Gewindesteigung.4 shows a sectional view of the box thread with the undercut according to the invention with a helical Course, according to the thread pitch.

Der in Fig. 1 dargestellte Belastungszustand gilt für alle in der Zeichnung gezeigten Elektrodenverbindungen, bei denen in eine Elektrodenschachtel 1 ein Nippel 2 eingeschraubt ist. Es gilt dabei, die qualitativ skizzierten Spannungsgrößen möglichst gering zu halten.The load condition shown in Fig. 1 applies to all Electrode connections shown in the drawing, in which a nipple 2 is screwed into an electrode box 1 is. It is important to keep the qualitatively sketched stress levels as low as possible.

Fig. 2 zeigt bei einer bekannten Elektrodenverbindung, wie durch die herkömmliche Hinterschneidung 4 im Gewindeauslauf 3 der abnehmende Restquerschnitt 5 des Gewindes einen spitzen Winkeloc bildet und damit die Gewindehohe h' und die Gewindebreite b' gleichermaßen verkürzt wird. Der dazugehörige Ausschnitt des Gewindeauslaufes 3 in Fig. 2a verdeutlicht, wie bei einer Ausdehnung des Nippels 2 der Restquerschnitt 5 und der Gewindegang 6 des Schachtelgewindes durch den eingreifenden Nippelgang 7 des Nippelgewindes belastet werden. In a known electrode connection, FIG. 2 shows how the decreasing residual cross-section 5 of the thread forms an acute angle oc through the conventional undercut 4 in the thread run-out 3 and thus the thread high h 'and the thread width b' are equally shortened . The corresponding section of the thread run-out 3 in Fig. 2a illustrates how, when the nipple 2 expands, the remaining cross-section 5 and the thread 6 of the box thread are loaded by the engaging nipple thread 7 of the nipple thread.

Berücksichtigt man, daß das Material der Elektrode sehr grobkörnig und spröde ist, dann ist zu erkennen, daß einerseits durch den sich in die Gewindelücke 8 quetschenden Nippelgang 7 die Gefahr -des Ausbrechens des If one takes into account that the material of the electrode is very coarse-grained and brittle, then it can be seen that, on the one hand, through the nipple passage 7 squeezing into the thread gap 8, there is a risk of the

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Restquerschnittes 5 der Schachtel 1 "besteht, wobei sich wie bei 9 gezeigt, ein Anriß bildet, der eine starke Kerbwirkung besitzt und damit zur Folge haben kann, daß die Schachtelwand abreißt. Andererseits kann sich der Nippelgang 7 über die gesamte Breite seiner planke 10 und mit der vollen, ihm zur Verfugung stehenden Kraft auch auf den nächsten Gewindegang 6 der Schachtel 1 abstützen, so daß von hier aus zur Hinterschneidung 4 ein krasser Belastungswechsel entsteht.Remaining cross-section 5 of the box 1 "consists, with as shown at 9, forms a crack which has a strong notch effect and thus can have the consequence that the box wall tears off. On the other hand, the nipple passage 7 can extend over the entire width of its plank 10 and with the full force available to him also on the next thread 6 of the box 1, so that from here to the undercut 4 there is a blatant change in load.

Durch die neuartige, in Fig. 3 gezeigte Ausbildung der Hinterschneidung 4 des Gewindes der Schachtel 1 werden nun die Querschnitte 5 und 6 des Gewindeauslaufes 3 derart verkürzt, daß eine oder mehrere zur Schachtelöffnung hinweisende Gewindeflanken 11 unter einem Winkel $< Z- 90° geschnitten werden, also in der Regel unter einem stumpfen Winkel. Der zugehörige Ausschnitt in Fig. 3a läßt die Form der Querschnitte 5 und 6 des Schachtelgewindes und ihre Belastung durch den Nippelgang 7 noch deutlicher erkennen. Der durch diese Konstruktion erreichte Vorteil liegt .darin, daß der durch den drückenden Nippelgang 7 belastete Restquerschnitt 5 des Schachtelgewindes nicht mehr ausbrechen kann, da er durch den stumpfen Winkel ^ eine wesentlich größere Gewindebreite b behält, und daß damit auch nicht mehr die Gefahr eines Aufreißens der Schachtel an dieser Stelle besteht. Da sich darüber hinaus der Nippelgang 7 nur noch über einen Teil der Breite seiner Flanke 10 am nächsten, verkürzten Restquerschnitt 6 des Schachtelgewindes abstützt, wird bei Belastung ein elastisches Nachgeben des Nippelganges 7 erreicht. Dies bedeutet, daß zumindest der letzte Nippelgang 7 hinsichtlich der ihm möglichen Kraftübertragung noch nicht maximal beansprucht wird, sodaß kein so starker Belastungswechsel zur Hinterschneidung 4 hin entsteht, wie dies bei der herkömmlichen Formgebung der Fall ist.The novel design of the undercut 4 of the thread of the box 1 shown in FIG. 3 now shortens the cross-sections 5 and 6 of the thread run-out 3 in such a way that one or more thread flanks 11 pointing to the box opening cut at an angle $ <Z- 90 ° usually at an obtuse angle. The corresponding detail in FIG. 3a shows the shape of the cross-sections 5 and 6 of the box thread and their loading by the nipple passage 7 even more clearly. The advantage achieved by this construction lies in the fact that the residual cross-section 5 of the box thread, which is loaded by the pressing nipple passage 7, can no longer break out, since it retains a much larger thread width b due to the obtuse angle ^, and thus no longer runs the risk of a Tearing open the box at this point. In addition, since the nipple passage 7 is only supported over part of the width of its flank 10 on the closest, shortened residual cross-section 6 of the box thread, elastic yielding of the nipple passage 7 is achieved under load. This means that at least the last nipple passage 7 is not yet maximally stressed with regard to the force transmission possible for it, so that there is no such strong change in load towards the undercut 4 as is the case with the conventional design.

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Dadurch werden die im Schachtelgrund vorhandenen Materialspannungen im Bereich der Hinterschneidung 4 einschließlich des Bereichs der gekürzten Gewindequerschnitte 5 und weitgehend abgebaut. Die in den Figuren 3 und 3a gezeigte Hinterschneidung 4 ist ringförmig- und parallel zum Schachtelboden 12 und läßt sich mit einem einfachen Formstahl auf einer Drehbank erzeugen.This eliminates the material stresses in the bottom of the box in the area of the undercut 4 including the area of the shortened thread cross-sections 5 and largely dismantled. The one shown in Figures 3 and 3a Undercut 4 is ring-shaped and parallel to the box bottom 12 and can be produced with a simple structural steel on a lathe.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist die Hinterschneidung 4 beim Fräsen des Schachtelgewindes hergestellt worden. Dabei entsteht unmittelbar über dem Schachtelboden 12 eine zusätzliche schraubenförmige Kante 13» die jedoch für die Haltbarkeit der Schachtel 1 nicht nachteilig ist, da die höheren Materialspannungen auf den Bereich der gekürzten Gewindequerschnitte 5 und 6 beschränkt sind. Fig. 4 zeigt außerdem die Möglichkeit, der Hinterschneidung 4 im Bereich der gekürzten G-ewindequerschnitte 5 und 6 einen gekrümmten Verlauf zu geben und die Krümmung mit sich kontinuierlich ändernden Radien auszuführen. Diese Krümmung kann direkt in den Schachtelboden einlaufen aber auch in einen weiteren abgewinkelten oder geraden Bereich übergehen, an den sich dann die Übergangskrümmung zum Schachtelboden hin anschließt.In the embodiment shown in FIG. 4, the undercut is 4 was made when milling the box thread. This arises directly above the bottom of the box 12 an additional helical edge 13 »which, however, is not disadvantageous for the durability of the box 1, since the higher material stresses are limited to the area of the shortened thread cross-sections 5 and 6. Fig. 4 also shows the possibility of the undercut 4 in the area of the shortened G-thread cross-sections 5 and 6 to give a curved course and to execute the curvature with continuously changing radii. This curvature can run directly into the bottom of the box but also merge into another angled or straight area, to which then the transition curve to the box bottom adjoins.

In den Zeichnungsfiguren ist nicht dargestellt, daß die Hinterschneidung im Bereich der gekürzten Gewindequerschnitte auch einen abgewinkelten Verlauf haben und/oder mit einem stufenförmigen Sprung versehen werden kann, ohne daß sich dadurch die Spannungsverhältnisse für die Schachtel nachteilig verändern. Außerdem ist nicht dargestellt, daß die Hinterschneidung -im Querschnitt gesehen- anschließend an den das Gewinde der Schachtel verkürzenden Bereich einen gekrümmten Verlauf aufweist, an den sich ein weiterer gerade verlaufender Bereich und danach die Übergangskrümmung zum Schachtelboden hin anschließen.In the drawing figures it is not shown that the Undercut in the area of the shortened thread cross-sections also have an angled course and / or can be provided with a stepped jump without affecting the tension for the Modify the box disadvantageously. In addition, it is not shown that the undercut - seen in cross section - adjoining the area shortening the thread of the box has a curved course, to which another straight area and then the transition curve to the bottom of the box connect.

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Claims

Protection claims

^ J Electrode strand made of carbon electrodes and connecting nipples for electric arc furnaces, in which an undercut of the thread is provided between the thread of the electrode boxes and the box bottom up to at least the outer thread diameter, characterized in that in the area of the undercut (4) the thread of the box (1 ) has a shortened thread cross-section (5) over a length of at least one thread whose thread flank (11) pointing to the box opening is cut by the shortening at an angle oC ^ 90 °.

2. Electrode assembly according to claim 1, characterized in that the undercut (4-) is annular and centric to The longitudinal axis of the electrode and runs parallel to the box bottom (12).

3. Electrode string according to claim 1, characterized in that the undercut (A-) is helical with the slope of the box thread by at least 360 ° and centrically to the The longitudinal axis of the electrode runs.

4. Electrode string according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the undercut (4) - seen in cross section - in the area that the thread of the box (1) shortened, has a straight course.

5. Electrode string according to one of claims 1 to 3 »thereby characterized in that the undercut (4-) - seen in cross section - in the area that the thread of the box (1) shortened, has a curved course.

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6. Electrode string according to one of claims 1 to 3> characterized in that the undercut (4) seen in cross section - in the area that the thread of the Box (1) shortened, has an angled course.

7- electrode string according to one of claims 1 to 3 » characterized in that the undercut (4) - seen in cross section - in the area which the thread the box (1) is shortened and has a stepped jump.

8. Electrode string according to one of claims 4 to 7 » characterized in that the undercut (4), adjoining the area which shortens the thread of the box (1) has a curved course which merges directly into the box bottom (12).

9. Electrode string according to one of claims 4 to 7 » characterized in that the undercut (4) adjoins the area which the thread of the box (1) shortened, has a curved course, to which another straight area and then the transition curve to the bottom of the box connects.

10. Electrode string according to one of claims 5, 8 and 9 » characterized in that the undercut (4) has curvatures in different areas, each of which are provided with a single radius.

11. Electrode string according to one of claims 5, 8 and 9 » characterized in that the undercut (4) has curvatures in different areas, each of which are provided with merging, different sized eadia.

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