RU2037984C1

RU2037984C1 - Electrode sections junction unit

Info

Publication number: RU2037984C1
Application number: SU925054366A
Authority: RU
Inventors: А.Ю. Волчематьев; И.И. Кравчина; А.А. Окунев; В.Г. Артельных; Г.В. Плевин; Т.С. Иванова; В.Г. Ефремов; В.А. Слободчиков; Д.С. Копысов; В.Д. Яшуткин; А.Н. Безруков
Original assignee: Новосибирский электродный завод
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1992-07-14
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: radiant heating. SUBSTANCE: space between butt end of nipple and electrode is of truncated cone shape and distance between last turn thread which is in full contact along electrode axis and electrode, disregarding auxiliary cut size, makes up two diameters d measured in this screw space. In addition, generating line of space shape is broken line. EFFECT: improved junction. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в конструкции соединений электродов с помощью биконического ниппеля при эксплуатации дуговых электропечей, для подвода тока и обеспечения горения дуги. The invention relates to electrothermics and can be used in the construction of electrode connections using a biconical nipple during the operation of electric arc furnaces, for supplying current and ensuring arc burning.

Известна конструкция соединения электродов, в которой в торце каждого электрода выполнено центральное глухое, коническое резьбовое отверстие [1]
Недостатком такой конструкции является появление в процессе ее эксплуатации высоких эквивалентных напряжений в зоне перехода от стенки к дну гнезда за счет стеснения радиальных деформаций дном гнезда, что приводит к поломкам по гнезду и повышению удельного расхода электродов.A known construction of the connection of the electrodes, in which at the end of each electrode a central blind, conical threaded hole is made [1]
The disadvantage of this design is the appearance during its operation of high equivalent stresses in the transition zone from the wall to the bottom of the socket due to the constraint of radial deformations on the bottom of the socket, which leads to breakdowns in the socket and an increase in the specific consumption of electrodes.

Известна конструкция соединения электродов, в которой электрод имеет сквозной осевой цилиндрический канал диаметром d_отв, составляющим 0,1-0,6 диаметра дна гнезда электрода (W.E.Schwabe "Experimental Results With Hollow Elektrodes in Electrik Steel Furnaces". Iron and Sfill Engineer", 1957, v.34 p. 84-92).Known electrode joint structure in which the electrode has a through axial cylindrical channel with a diameter d _{of holes} constituting 0.1-0.6 diameter bottom electrode socket (WESchwabe "Experimental Results With Hollow Elektrodes in Electrik Steel Furnaces". Iron and Sfill Engineer ", 1957 , v. 34 p. 84-92).

Известна конструкция соединения секций электродов, содержащая биконический ниппель, ввинченный в конические ниппельные гнезда обеих секций, в дне которых выполнены глухие цилиндрические осевые отверстия диаметром, равным малому диаметру конической части гнезда ниппельного соединения, и глубиной не менее 0,6 этого диаметра [2]
Недостатком такой конструкции является ее неудовлетворительная прочность при действии на соединение неосесимметричных нагрузок (в том числе изгибающего момента). Это решение было получено при рассмотрении работы соединения только при осесимметричных нагрузках, в то время как при эксплуатации электродов велико влияние изгибающих нагрузок (боковые удары шихты, взаимодействие секций электродов при прохождении через них переменного тока значительной величины). Наличие полости большого объема приводит к окислению внутренней поверхности полости и, соответственно, к повышенному расходу электродов.A known construction of the connection of the sections of the electrodes, containing a biconical nipple screwed into the conical nipple nests of both sections, in the bottom of which are made blind cylindrical axial holes with a diameter equal to the small diameter of the conical part of the nipple socket and a depth of at least 0.6 of this diameter [2]
The disadvantage of this design is its unsatisfactory strength under the action on the connection of non-axisymmetric loads (including bending moment). This solution was obtained when considering the operation of the connection only under axisymmetric loads, while during the operation of the electrodes, the influence of bending loads is great (side impacts of the charge, interaction of the electrode sections when passing an alternating current of significant magnitude). The presence of a large volume cavity leads to oxidation of the inner surface of the cavity and, consequently, to increased consumption of electrodes.

Кроме того, при изготовлении этой конструкции возникает технологическая сложность, заключающаяся в том, что требуются дополнительные наборы инструментов и операций для формирования цилиндрической полости, которая приводит к снижению производительности при изготовлении данной конструкции ниппельного соединения. Для контроля осевых размеров гнезда в такой конструкции необходима разработка специальных средств контроля. In addition, in the manufacture of this design, technological complexity arises in that additional sets of tools and operations are required to form a cylindrical cavity, which leads to a decrease in productivity in the manufacture of this design of the nipple joint. To control the axial dimensions of the nest in such a design, the development of special means of control is necessary.

Предлагаемая конструкция позволит повысить эксплуатационную стойкость соединения электродов путем снижения изгибных напряжений в теле электрода при малом уровне окисления внутренней поверхности полости, упростить технологию изготовления соединения и контроль его размеров. The proposed design will improve the operational stability of the connection of the electrodes by reducing bending stresses in the body of the electrode with a low level of oxidation of the inner surface of the cavity, simplify the manufacturing technology of the compound and control its size.

Сущность изобретения заключается в том, что узел соединения секций электродов электродуговой печи содержит биконический ниппель, ввинченный в конические ниппельные гнезда обеих секций. Пространство между торцом ниппеля и электродом имеет форму усеченного конуса и расстояние L вдоль оси электрода между последним находящимся в полном контакте витком резьбы соединения и дном гнезда электрода без учета величины технологического недореза составляет до двух диаметров d, замеренных в плоскости этого витка. Кроме того, образующая формы полости может быть ломаной линией. The essence of the invention lies in the fact that the node connecting the sections of the electrodes of the electric arc furnace contains a biconical nipple screwed into the conical nipple nests of both sections. The space between the end face of the nipple and the electrode has the shape of a truncated cone and the distance L along the axis of the electrode between the last thread in the thread of the joint and the bottom of the socket of the electrode without taking into account the size of the technological undercut is up to two diameters d measured in the plane of this coil. In addition, the generatrix of the shape of the cavity may be a broken line.

На фиг. 1 и 2 изображено ниппельное соединение двух электродов, где 1 электрод, 2 ниппель, 3 полость, d -диаметр ниппеля в плоскости последнего, находящегося в полном контакте витка резьбы, L расстояние от последнего, находящегося в полном контакте витка резьбы до дна гнезда электрода. Точки А, В и С являются опасными точками, в которых возникают повышенные эквивалентные напряжения, связанные с изменением геометрических характеристик рассматриваемых сечений в этой конструкции ниппельного соединения. Точки А и В соответствуют изломам образующей внутренней полости (фиг.1), точка С зоне перехода от стенки ко дну гнезда. При совпадении точек А и В образующая полости прямая линия (фиг.2). In FIG. Figures 1 and 2 show the nipple connection of two electrodes, where 1 electrode, 2 nipples, 3 cavities, d is the diameter of the nipple in the plane of the last, in full contact of the thread turn, L is the distance from the last, in full contact of the thread turn to the bottom of the electrode socket. Points A, B and C are hazardous points at which increased equivalent stresses occur due to a change in the geometric characteristics of the sections under consideration in this design of the nipple joint. Points A and B correspond to fractures of the generatrix of the internal cavity (Fig. 1), point C of the transition zone from the wall to the bottom of the socket. With the coincidence of points a and b forming a straight line of the cavity (figure 2).

На фиг. 3 показана зависимость снижения эквивалентных напряжений в опасной точке С, расположенной в зоне перехода от стенки к дну гнезда электрода, от расстояния L вдоль оси электрода между последним находящимся в полном контакте витком резьбы соединения и дном гнезда электрода. In FIG. Figure 3 shows the dependence of the reduction of equivalent stresses at a hazardous point C, located in the transition zone from the wall to the bottom of the electrode socket, on the distance L along the axis of the electrode between the last thread of the connection being in full contact and the bottom of the electrode socket.

Под действием осесимметричной радиальной нагрузки резьбовая поверхность гнезда электрода перемещается в радиальном направлении. Величина этих перемещений уменьшается по мере удаления рассматриваемого сечения от зоны приложения нагрузки. Зона приложения нагрузки соответствует положению последнего, находящегося в полном контакте витка резьбы ниппельного соединения. Работоспособность соединения при этом виде нагружения определяется эквивалентными напряжениями, зависящими от градиента радиальных перемещений вдоль оси электрода. Under the action of an axisymmetric radial load, the threaded surface of the electrode socket moves in the radial direction. The magnitude of these displacements decreases as the considered section moves away from the load application zone. The area of application of the load corresponds to the position of the last, in full contact of the thread thread of the nipple connection. The performance of the connection in this type of loading is determined by equivalent stresses, depending on the gradient of radial displacements along the axis of the electrode.

По мере удаления дна гнезда от зоны приложения нагрузки податливость стенки гнезда увеличивается и градиент радиальных перемещений по оси уменьшается, что приводит к снижению эквивалентных напряжений в точке С. Удаление дна гнезда на расстояние более чем два диаметра d от участка приложения нагрузки не дает достаточного снижения эквивалентных напряжений и поэтому не приведет к повышению эксплуатационной стойкости электродов, повысив удельный расход электродов за счет окисления внутренней поверхности полости. As the bottom of the socket moves away from the load application zone, the flexibility of the wall of the socket increases and the gradient of radial displacements along the axis decreases, which leads to a decrease in the equivalent stresses at point C. Removing the bottom of the socket by a distance of more than two diameters d from the load application section does not sufficiently reduce the equivalent voltages and therefore will not lead to increased operational stability of the electrodes, increasing the specific consumption of electrodes due to oxidation of the inner surface of the cavity.

При действии изгибающего момента работоспособность соединения будет определяться еще и изгибными напряжениями в опасных точках сечения. Under the action of a bending moment, the performance of the joint will also be determined by bending stresses at dangerous points of the cross section.

При выполнении внутренней полости в форме усеченного конуса расстояние а от оси электрода до опасных точек А и В будет уменьшаться по мере удаления рассматриваемого сечения от зоны приложения нагрузки, а момент инерции сечения I будет увеличиваться вследствие уменьшения диаметра полости d₁ в рассматриваемом сечении.When performing the inner cavity in the form of a truncated cone, the distance a from the axis of the electrode to the hazardous points A and B will decrease as the section under consideration moves away from the load application zone, and the moment of inertia of section I will increase due to a decrease in the diameter of the cavity d ₁ in the section under consideration.

На фиг. 4 показаны зависимости изгибных напряжений в точке С от расстояния L для цилиндрической (I прототип) и конической (II предлагаемое решение) полостей электрода диаметром 555 мм при изгибающем моменте 1х10⁴ Н˙м. S_но изгибные напряжения при L=0. При выполнении полости в виде усеченного конуса момент инерции сечения I увеличивается по мере увеличения расстояния L, следовательно, изгибные напряжения S_н в предлагаемой конструкции будут меньше, чем в прототипе.In FIG. Figure 4 shows the dependences of bending stresses at point C on distance L for a cylindrical (I prototype) and conical (II proposed solution) electrode cavities with a diameter of 555 mm with a bending moment of ¹ × 10 ⁴ N˙m. S _but bending stresses at L = 0. When performing the cavity in the form of a truncated cone, the moment of inertia of the cross section I increases with increasing distance L, therefore, the bending stresses S _n in the proposed design will be less than in the prototype.

Таким образом, выполнение внутренней полости в форме усеченного конуса с ограничением глубины пространства величиной 2d приводит к снижению изгибных напряжений и улучшению эксплуатационной стойкости ниппельного соединения. Thus, the implementation of the inner cavity in the form of a truncated cone with a limited depth of space of 2d leads to a decrease in bending stresses and an improvement in the operational stability of the nipple joint.

На фиг. 5 показаны зависимости эквивалентных напряжений в точках А и В от соотношения диаметров d' и d'' внутренней полости (фиг.5б). При увеличении диаметра полости d'' от нуля до диаметра конической части гнезда d' и более, податливость стенок гнезда электрода увеличивается, что приводит к снижению напряжений в точке А (кривая а-а) и повышению напряжений в точке В (кривая в-в). Точка 1 соответствует аналогу (1), точка 2 аналогу (2), а точка 3 прототипу и предлагаемому решению. Таким образом, при выполнении внутренней полости в форме усеченного конуса (где образующая прямая линия) для точек А и В предлагаемое техническое решение по эквивалентным напряжениям находится на уровне прототипа, однако по предлагаемому техническому решению объем внутренней полости будет меньше, чем в прототипе и, соответственно, окисляемость внутренней поверхности полости будет меньше, что приведет к повышению стойкости ниппельного соединения. In FIG. 5 shows the dependences of equivalent stresses at points A and B on the ratio of the diameters d ′ and d ″ of the internal cavity (FIG. 5b). With an increase in the diameter of the cavity d '' from zero to the diameter of the conical part of the socket d 'or more, the flexibility of the walls of the electrode socket increases, which leads to a decrease in stresses at point A (curve aa) and an increase in stresses at point B (curve b-c ) Point 1 corresponds to analogue (1), point 2 to analogue (2), and point 3 to the prototype and the proposed solution. Thus, when performing the inner cavity in the form of a truncated cone (where forming a straight line) for points A and B, the proposed technical solution for equivalent voltages is at the level of the prototype, however, according to the proposed technical solution, the volume of the internal cavity will be less than in the prototype and, accordingly , the oxidizability of the inner surface of the cavity will be less, which will increase the resistance of the nipple connection.

Для замеров осевых размеров ниппельного гнезда необходима опорная площадка для мерительного инструмента. При выполнении такой площадки образующая формы внутренней полости будет ломаной линией. Применяемый мерительный инструмент имеет опорную поверхность порядка 5 мм, что соответствует изменению диаметров внутренней полости d' и d'' на 3-5% Такое изменение диаметров внутренней полости не приведет к существенному изменению эквивалентных напряжений, снизив изгибные напряжения. For measuring the axial dimensions of the nipple socket, a support platform for a measuring tool is required. When performing such a platform, the generatrix of the shape of the inner cavity will be a broken line. The measuring tool used has a supporting surface of the order of 5 mm, which corresponds to a 3-5% change in the diameters of the internal cavity d 'and d' '. Such a change in the diameters of the internal cavity will not lead to a significant change in equivalent stresses, reducing bending stresses.

Выполнение образующей в форме ломаной линии приведет к снижению окисляемости внутренней поверхности за счет уменьшения объема внутренней полости и к повышению эксплуатационной стойкости ниппельного соединения. The implementation of the generatrix in the form of a broken line will lead to a decrease in the oxidizability of the inner surface by reducing the volume of the inner cavity and to increase the operational stability of the nipple joint.

Предлагаемое техническое решение является результатом расчета эквивалентных и изгибных напряжений в теле электрода. Эквивалентные напряжения определялись методом конечных элементов при действии равномерно распределенной нагрузки на резьбовую поверхность гнезда электрода, моделирующей более сильное тепловое расширение ниппеля по отношению к электроду при его эксплуатации. Изгибные напряжения определялись при действии на секцию электродов изгибающего момента. На фиг. 3-5 представлены данные для ниппельного соединения электродов диаметром 555 мм. The proposed technical solution is the result of the calculation of equivalent and bending stresses in the electrode body. Equivalent stresses were determined by the finite element method under the action of a uniformly distributed load on the threaded surface of the electrode socket, simulating a stronger thermal expansion of the nipple with respect to the electrode during its operation. Bending stresses were determined when a bending moment was applied to the electrode section. In FIG. 3-5, data for nipple connection of electrodes with a diameter of 555 mm are presented.

Предлагаемая конструкция ниппельного соединения обладает более высокой эксплуатационной стойкостью, так как форма и размеры пространства между торцом ниппеля и дном гнезда электрода способствуют снижению изгибных напряжений и уровня окисления его внутренней поверхности. Предлагаемая конструкция может быть изготовлена на существующем оборудовании без применения дополнительной оснастки. The proposed design of the nipple connection has a higher operational stability, since the shape and dimensions of the space between the end of the nipple and the bottom of the electrode socket contribute to the reduction of bending stresses and the level of oxidation of its inner surface. The proposed design can be manufactured on existing equipment without the use of additional equipment.

Claims

1. ASSEMBLY OF THE SECTIONS OF ELECTRODES OF AN ELECTRODE ARC Oven, containing a biconical nipple screwed into the conical nipple sockets of both sections so that there is a cavity between the end of the nipple and the bottom of the electrode, characterized in that the cavity has the shape of a truncated cone and the distance L along the axis of the electrode between the latter, being in full contact, the thread of the connection thread and the electrode, without taking into account the value of technological undercut, is up to two nipple diameters d measured in the plane of this thread.

2. The node according to claim 1, characterized in that the generatrix of the shape of the cavity is made in the form of a broken line.