DE1061458B - Connection of carbon and graphite electrodes for electric ovens by means of double-conical threaded nipples made of carbon or graphite - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

INTERNAT.INTERNAT.

PATENTAMTPATENT OFFICE

S 57158 VIIId/21h S 57158 VIIId / 21h

ANMELDETAG: 28. FE BRU AR 1958REGISTRATION DATE: FEBRUARY 28, BRU AR 1958

25 B- 11 / 1 BEKANNTMACHUNG,
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 25 B- 11/1 NOTICE,
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF THE
EDITORIAL:

16. JULI 1959July 16, 1959

Die Erfindung betrifft eine Verbindung von Kohleoder Graphitelektroden, die für elektrische öfen bestimmt sind, mittels doppelkonischer Gewindenippel, um entsprechend dem fortschreitenden Verbrauch der Elektroden im elektrischen Ofen an das Ende der verbrauchten Elektrode eine neue Elektrode anschließen zu können.The invention relates to a connection of carbon or graphite electrodes for electric furnaces are determined, by means of double-conical threaded nipples, in order to correspond to the increasing consumption of the electrodes in the electric furnace, attach a new one to the end of the used electrode To be able to connect electrode.

Derartige Elektrodenverbindungen sind bekanntlich mechanisch schwächer als der volle Elektrodenteil im Elektrodenstrang. Sie sind deshalb gegen Bruch be- : sonders anfällig und unterliegen einer zusätzlichen Beanspruchung durch thermische Schrumpf spannungen, die beim Abkühlen der Elektroden auftreten. Auch durch die Strombelastung bei hochbelasteten modernen Elektroofen treten im Nippelteil an der Übergangsstelle zwischen Nippel und Elektrodenschachtel Ül>erhitzungen und somit zusätzlich thermische Spannungen auf. Kritisch werden alle diese thermischen Spannungen bei Elektroden großen Durchmessers (über 400 mm) und bei Elektroofen, die zur Einsparung von Einschmelzzeit und somit zur Kapazitätssteigerung mit sehr hohen Spannungen betrieben werden.Such electrode connections are known to be mechanically weaker than the full electrode part in the Electrode string. They are therefore particularly susceptible to breakage and are subject to an additional Stress from thermal shrinkage stresses that occur when the electrodes cool down. Also due to the current load in highly loaded modern electric ovens, the nipple part of the Transition point between nipple and electrode box Ül> heating and thus additional thermal Tensions on. All these thermal stresses become critical in the case of large electrodes Diameter (over 400 mm) and in the case of electric furnaces, which save melting time and thus Capacity increase can be operated with very high voltages.

Die vorliegende Erfindung hat eine doppelkonische Nippelschraubverbindung zum Ziel, die unter diesen erschwerten Arbeitsbedingungen in Elektrostahlöfen gegen Brüche in der Elektrodenschachtel beständig ist. Das Verbinden von zylindrischen Elektrodensträngen aus Kohle oder Graphit durch doppelkonische Schraubnippel ist allgemein bekannt. Hierzu wird der doppelkonische Nippel in das eine Elektrodengegengewinde bis zum Anschlag eingeschraubt, bis also ein weiteres Drehen des Nippels nicht mehr möglich ist. Die zweite Elektrode wird nun auf diesen Nippel gesetzt und auf den eingeschraubten Nippel aufgedreht. Die zweite auf den Nippel aufzuschraubende Elektrode kann jedoch nur so lange gedreht werden, bis ihre Stirnfläche sich an der Stirnfläche der anderen Elektrode abstützt, obwohl das Nippelgewinde noch eine weitere Drehung zulassen würde. Um einen kräftigen Anpreßdruck der Elektrodenstirnflächen gegeneinander zu erreichen, muß daher das Nippelgewinde so geschnitten sein, daß vor Erreichen der Endstellung des Gewindes die Stirnflächen der Elektroden gegeneinandergepreßt sind. Dies bedeutet, daß die Gewindeflanken des Nippels an beiden Flanken des Gegengewindes der ersten Elektrode anliegen, während die Gewindeflanken des Nippels in der zweiten Elektrode nur an den Gewindeflanken des Gegengewindes anliegen, die den Stoßflächen, d. h. den in Berührung stehenden Stirnflächen der Elektrode, zugekehrt sind. Beim Festziehen bis zur Berührung der beiden Elektrodenstirnwände müßte jedoch der Nippel so weit von der Gegenflanke des Schachtel-Verbindung von Kohle-The present invention aims at a double-conical threaded nipple connection, which among these difficult working conditions in electric steel furnaces is resistant to breaks in the electrode box. The connection of cylindrical electrode strands made of carbon or graphite with double-conical ones Screw nipples are well known. For this purpose, the double-conical nipple is inserted into one of the electrode counter-threads Screwed in as far as it will go, so that no further turning of the nipple is possible is. The second electrode is now placed on this nipple and on the screwed-in nipple turned up. However, the second electrode to be screwed onto the nipple can only be rotated for that long until their end face is supported on the end face of the other electrode, although the nipple thread would allow one more rotation. To apply a strong contact pressure on the electrode end faces to achieve against each other, the nipple thread must therefore be cut so that before reaching the end of the thread the end faces of the electrodes are pressed against each other. This means, that the thread flanks of the nipple lie against both flanks of the mating thread of the first electrode, while the thread flanks of the nipple in the second electrode are only on the thread flanks of the Mating thread abut that the abutment surfaces, d. H. the face of the electrode in contact, are facing. When tightening up to the touch of the two electrode end walls, however, would have to Nipple so far from the opposite flank of the box connection of coal

und Graphitelektroden für elektrische öfen mittels doppelkonischer Gewindenippeland graphite electrodes for electric furnaces using double-conical threaded nipples

aus Kohle oder Graphitmade of carbon or graphite

Anmelder:Applicant:

Siemens-PlaniawerkeSiemens Planiawerke

Aktiengesellschaft für Kohlefabrikate,Joint stock company for coal products,

Meitingen bei AugsburgMeitingen near Augsburg

Dr. Waldemar Kaufmann, Dr. Alfred Ragoß,Dr. Waldemar Kaufmann, Dr. Alfred Ragoß,

Dr. Erich Fitzer,Dr. Erich Fitzer,

Meitingen bei Augsburg,Meitingen near Augsburg,

und Ludwig Greß, Augsburg,and Ludwig Greß, Augsburg,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

gewindes im zuerst eingeschraubten Elektrodenteil abgehoben sein, daß ein gewisses Spiel bleibt. Eine gute Nippelverbindung hat zur Voraussetzung, daß die Flankenberührungsflächen in beiden Schachteln genügend groß sind, daß beim Stromübergang keine überhitzungen auftreten können.thread must be lifted off in the first screwed-in electrode part that a certain amount of play remains. One A prerequisite for a good nipple connection is that the flank contact surfaces in both boxes are sufficiently large that no overheating can occur during current transfer.

Durch langjährige Beobachtungen in der Praxis hat sich gezeigt, daß besonders bei den hochbelasteten Elektroden großen Durchmessers die Schachteln in fast allen Fällen beim Betrieb im Stahlofen aufreißen. Dadurch treten große Gefahren auf,Long-term observations in practice have shown that particularly in the case of highly stressed Large-diameter electrodes tear the boxes open in almost all cases when operating in a steel furnace. This creates great dangers

1. weil die schwache Verbindungsstelle im Elektrodenstrang zusätzlich gelockert wird und dadurch die erhöhte Gefahr des Abbrechens von Elektrodenteilen, die dann in das Stahlbad fallen und eine Störung des Ofengangs bewirken, verursacht wird,1. because the weak connection point in the electrode string is also loosened and thereby the increased risk of electrode parts breaking off, which then fall into the steel bath and cause a disruption of the oven cycle, is caused,

2. wird der elektrische Übergangswiderstand an diesen aufgerissenen und somit gelockerten Ubergangsstellen erhöht. Es treten nicht nur Stromverluste auf, sondern auch die Gefahr einer Überhitzung der Stellen, was ebenfalls zur beschleunigten Zerstörung des Elektrodenstranges führen kann.2. the electrical contact resistance at these torn and thus loosened transition points elevated. There is not only power loss, but also the risk of overheating the places, which also lead to accelerated destruction of the electrode strand can.

Durch systematisch angesetzte Temperaturmeßversuche zwischen Nippel und Schachtel konnte gefunden werden, daß die tatsächlich bei modernen öfen auftretenden Temperaturdifferenzen viel größer sind, als das bisher angewendete und vor allem durch das Fest-Systematically applied temperature measurements between the nipple and the box made it possible to find that the temperature differences actually occurring in modern ovens are much greater than the previously used and above all through the festival

909 577/3:0909 577/3: 0

ziehen der zweiten Elektrode entstehende Spiel zwischen dem Nippel und der Elektrode, in welche der Nippel zuerst eingeschraubt worden ist, auffangen könnte.pull the second electrode resulting play between the nipple and the electrode in which the Nipple screwed in first.

Besonders beim Abkühlen wird nun durch unterschiedliche Ausdehnung zwischen Nippel und Elektrodenschachtel eine starke Sprengwirkung auf die Elektrodenschachtel ausgeübt, wenn beide Gewindeflanken des Nippels beim Schachtelgewinde fest anliegen. When it cools down, there is now a difference in expansion between the nipple and the electrode box a strong explosive effect exerted on the electrode box when both thread flanks of the nipple lie firmly against the box thread.

Es wurde nun erkannt, daß die Ursache für den Bruch der Elektrodenverbindung in der Elektrodenschachtel, in die der Nippel zuerst eingeschraubt ist, beim Abkühlen der Elektrode darin liegt, daß dieIt has now been recognized that the cause of the break in the electrode connection in the electrode box, into which the nipple is screwed first, when the electrode cools down, this is because the

Erwähnt sei, daß die Stärke der Einlage in das Gewinde etwas geringer gewählt wird als der gewünschte Abstand zwischen den Gewindeflanken.It should be mentioned that the thickness of the insert in the thread is chosen to be somewhat less than the desired one Distance between the thread flanks.

Bei Verwendung dieser Streifen aus verkokendem 5 oder plastisch bei erhöhter Temperatur verformbarem Werkstoff kann noch eine zusätzliche Wirkung erreicht werden, wenn man diese Einlagen in Form von Folien oder Streifen mit harten Körnern versieht, die sich während des Einschraubens in die Gewindegänge ίο der weichen Graphitelektrode bzw. Graphitnippel einfressen. Dadurch erreicht man eine Sicherung der kalten Elektrode gegen Lockern unter der vibrierenden Wirkung im elektrischen Ofen.When using these strips of coking 5 or plastically deformable at elevated temperature Material can still have an additional effect if you have these deposits in the form of Foils or strips are provided with hard grains, which become in the threads while screwing ίο eat into the soft graphite electrode or graphite nipple. This secures the cold electrode against loosening under the vibrating one Effect in the electric furnace.

An Stelle dieser Papiereinlagen können auch Elektrodenschachtel stärker schrumpft, als der Nippel 15 Kunststoffolien sein oder sogar Folien niedrig- und der Bruch eintritt, wenn das Nippelgewinde im schmelzender Metalle, wie Blei, Zinn, Zink, Alumi-Gegengewinde fest anliegt. Durch die Erfindung wird nium usw., Verwendung.finden. Am besten und billignun eine Nippelverbindung für Kohle- oder Graphit- sten sind nach der bisherigen Erfahrung jedoch elektroden geschaffen, die sich als besonders bei ther- Papier- bzw. Pappestreifen, weil diese in den benötigmischer Wechselbeanspruchung an Elektroden vor- 20 ten Stärken sehr einfach verfügbar sind.
zugsweise großen Durchmessers brauchbar erwiesen Das Einlegen von Distanzstücken in das GewindeInstead of these paper inserts, the electrode box can also shrink more than the nipple 15 can be plastic or even low-profile foils - and breakage occurs when the nipple thread is firmly in contact with melting metals such as lead, tin, zinc, aluminum counter-threads. The invention will make use of nium, etc. However, according to previous experience, the best and cheapest nipple connection for carbon or graphite rods are electrodes which are particularly easy to use for thermal paper or cardboard strips because these thicknesses are very simple in the required alternating stresses on electrodes Are available.
preferably large diameter has proven useful Inserting spacers into the thread

hat. hat den Vorteil, daß die serienmäßig hergestelltenHas. has the advantage that the mass-produced

Erreicht wird dies bei einer doppelkonischen Schachteln und Nippel ohne zusätzliche Vermessung, Nippelschraubverbindung, bei der der Abstand zwi- wie z. B. der Schachteltiefe, und ohne zusätzliche Ansehen den der Stoßfläche der Elektroden abgekehrten 25 fertigung von Formteilen bzw. Ausnehmungen in der Gewindeflanken des Nippels und des Gegengewindes Schachtel verwendbar sind.This is achieved with a double-conical box and nipple without additional measurement, Nipple screw connection, in which the distance between such. B. the depth of the box, and without additional reputation the facing away from the abutment surface of the electrodes 25 production of molded parts or recesses in the Thread flanks of the nipple and the mating thread box can be used.

bei beiden Nippelteilen annähernd gleich groß ist, An Hand der Zeichnungen ist die Erfindung noch is approximately the same size in both nipple parts. The invention is still based on the drawings

nach der Erfindung dadurch, daß das den Abstand näher erläutert.according to the invention in that the explains the distance in more detail.

der Gewindeflanken bestimmende Mittel eine ein bis Fig. 1 zeigt die bisherige Nippelverbindung, aufthe thread flank determining means a to Fig. 1 shows the previous nipple connection

zwei Gewindegänge der Schachtel bedeckende Einlage 30 der der Nippel asymmetrisch eingeschraubt ist;
aus einem sich bei erhöhter Temperatur verformenden Fig. 2 zeigt die Nippelverbindung nach der Erfintwo threads of the box-covering insert 30 into which the nipple is screwed asymmetrically;
FIG. 2, which deforms at an elevated temperature, shows the nipple connection according to the invention

dung, bei der der Abstand der Gewindeflanken des Nippels gegenüber den Gewindeflanken der Elektrodengewinde auf der der Stoßfläche der Elektroden abgekehrten Seite annähernd gleich groß ist;where the distance between the thread flanks of the nipple and the thread flanks of the electrode thread is approximately the same size on the side facing away from the contact surface of the electrodes;

Fig. 3 und 4 erläutern die Kräfte\^erhältnisse der beim Gewinde ausgeübten Kräfte in Abhängigkeit des Neigungswinkels der Gewindeflanken zur Elektrodenachse und der unterschiedlichen Wärmeausdehnungs-Fig. 3 and 4 explain the forces \ ^ ratios of the Forces exerted on the thread as a function of the angle of inclination of the thread flanks to the electrode axis and the different thermal expansion

Abstand der Gewindeflanken. Dadurch können Ver- 40 koeffizienten in Längs- und Querrichtung des Gewechslungen beim Annippeln vermieden werden. windes;Distance of the thread flanks. This allows coefficients in the longitudinal and transverse directions of the change be avoided when nippling. wind;

Fig. 5 zeigt ein Sägezahngewinde mit einem Neigungswinkel /J= 0°;5 shows a buttress thread with an angle of inclination / J = 0 °;

Fig. 6 zeigt ein Gewinde mit einem Neigungswinkel β = 15°.Fig. 6 shows a thread with an angle of inclination β = 15 °.

Tn den Figuren sind folgende Bezugszeichen verwendet. Mit 1 ist die in dem Gewindegang liegende Einlage aus Papier an den den Stoßflächen 7 der Elektroden 5 und 8 abgekehrten Gewindeflanken 4 bezeichkontakt nicht zu erreichen, so liegt ein außerhalb der 50 net, wobei die Elektrode 5 zuerst auf den Nippel 2 Toleranzen liegender, im Verhältnis zu den Schach- aufgeschraubt wird. Die Gewindeflanken, die den teln zu großer Nippel vor. Diese zusätzliche Kontroll- Stoßflächen 7 zugekehrt sind, sind mit dem Bezugsmöglichkeit gibt somit die Möglichkeit eines Aus- zeichen 3 versehen. Der radiale Abstand zwischen sonderns des Nippels vor Inbetriebnahme des Elek- Gewindespitze und Gewindefuß des Gegengewindes trodenstranges. Bisher hat man einen derartigen, 55 vom Nippel 2 und Elektroden 5, 8 trägt das Bezugs-'außerhalb der Toleranzen liegenden Nippel nicht ohne zeichen 6.The following reference symbols are used in the figures. With 1 is the lying in the thread Insert made of paper on the thread flanks 4 facing away from the abutment surfaces 7 of the electrodes 5 and 8 denote contact not to be reached, then one lies outside the 50 net, with the electrode 5 first on the nipple 2 Tolerances more lying, in relation to the chess is screwed. The thread flanks that the pretend too large nipples. These additional control abutment surfaces 7 are facing, are provided with the reference option thus gives the option of a label 3. The radial distance between but of the nipple before starting the Elek thread tip and thread foot of the mating thread trodenstranges. So far one has such, 55 from the nipple 2 and electrodes 5, 8 has the reference "outside" The nipple lying within the tolerances is not marked 6.

weiteres erkennen können, weil durch das einseitige β ist der Neigungswinkel der tragenden Gewindeasymmetrische Einschrauben wohl ein guter Stirn- flanken zum Lot auf die Elektrodenachse, ai ist der flächenkontakt erreicht worden ist, aber allerdings nur Wärmeausdehnungskoeffizient in Längsrichtung, üq ist unter Inkaufnahme der sprengenden Wirkung des an 60 der Wärmeausdehnungskoeffizient in Querrichtung, die beiden Gewindeflanken anliegenden Nippelteiles P_F ist der Flächendruck der Gewindeflanken aufeinauf die Schachtel. Unter asymmetrischem Einschrauben ist verstanden, daß der Abstand der Gewindeflanken, d. h. das Gewindespiel in der zuerst auf den
Nippel aufgeschraubten Elektrode ein anderes ist als 65
in der zweiten Elektrode, die auf die andere Nippelhälfte aufgeschraubt ist. Beim symmetrischen Aufschrauben nach der Erfindung soll der Abstand der
Gewindeflanken, die der S-tpßfläche der Elektrodencan recognize further, because the one-sided β the angle of inclination of the load-bearing thread asymmetrical screwing is probably a good end flank to the perpendicular to the electrode axis, ai the surface contact has been achieved, but only the coefficient of thermal expansion in the longitudinal direction, üq is under acceptance of the bursting effect of the nipple part P _F lying against 60 the coefficient of thermal expansion in the transverse direction, the two thread flanks, is the surface pressure of the thread flanks on one another on the box. Under asymmetrical screwing is understood that the distance between the thread flanks, ie the thread play in the first on the
Nipple screwed on electrode is different from 65
in the second electrode, which is screwed onto the other half of the nipple. When screwing symmetrically according to the invention, the distance should be
Thread flanks, which are the stub surface of the electrodes

Material, z. B. verkokenden Papiereinlage, ist, die in die Gewindegänge der zuerst aufzuschraubenden Schachtel oder des zuerst einzuschraubenden Nippelteiles eingelegt ist.Material, e.g. B. coking paper insert, which is to be screwed into the threads of the first The box or the nipple part to be screwed in first.

Es hat sich jedoch bewährt, auch die zweite Elektrodenschachtel bzw. den zweiten Nippelteil mit eben den gleichen Papierdistanzstücken zu versehen. Die Dicke des Papiers ergibt sich aus dem gewünschtenHowever, it has proven useful to also include the second electrode box or the second nipple part to provide the same paper spacers. The thickness of the paper results from the desired

Außerdem erreicht man durch die zweite Distanzierung eine zusätzliche Kontrolle über das Nippelmaß im Vergleich zu den vorliegenden Schachteln.In addition, the second distancing is achieved an additional control over the nipple size compared to the present boxes.

Die zweite Elektrode muß sich nämlich trotz der Distanzierung auch im zweiten Gewinde mit Hilfe eines vorgegebenen Drehmoments so weit aufschrauben lassen, daß die Elektrodenstirnflächen den angestrebten guten Kontakt haben. Ist dieser Stirnflächenabgekehrt sind, annähernd gleich groß sein.The second electrode must namely, in spite of the spacing, also in the second thread with the aid of a specified torque can be unscrewed so far that the electrode end faces the desired have good contact. If this end face is turned away, it should be approximately the same size.

ander, P_L und Pq sind die sich aus dem Gesamtflächendruck Pp ergebenden Längs- und Querkomponenten. other, P _L and Pq are the longitudinal and transverse components resulting from the total surface pressure Pp.

Durch die Einlage von Papier od. dgl. zur Sicherung des symmetrischen Einschraubens des doppelkonischen Nippels kann nun die sich aus den Temperaturdifferenzen und unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Nippels und der Schachtel ergebende Forderung nach größeren ToleranzenBy inserting paper or the like to secure the symmetrical screwing in of the double-conical Nipples can now result from the temperature differences and different expansion coefficients the nipple and the box resulting requirement for greater tolerances

zwischen Nippel und Schachtel verwirklicht werden, da bei einer Verkleinerung des Nippels das Einschrauben des Nippels in den ersten Elektrodenteil wie bei dem größeren Nippel (dem mit kleinerer Toleranz) bis zum beidseitigen Flankenanschlag erfolgt wäre und sich die Vergrößerung der Toleranz (Verkleinerung des Nippels) ausschließlich im zweiten, nach vorstehenden Erklärungen nicht gefährdeten Schachtelteii ausgewirkt hätte. Im Gegenteil hätte diese Verkleinerung des Nippels zu einer untragbaren Vergrößerung des Übergangswiderstandes in eben diesem zweiten Schachtelteil und zu einer nicht zu verantwortenden Verringerung der tragenden Flächen geführt.be realized between nipple and box, because when the nipple is reduced in size, the nipple is screwed into the first electrode part as with the larger nipple (the one with a smaller tolerance) up to the flank stop on both sides and the increase in tolerance (decrease in size of the nipple) only occurs in the second, according to the above explanations, would not have had an impact on Schachtelteii. On the contrary this reduction in size of the nipple leads to an intolerable increase in the contact resistance in just this second part of the box and an irresponsible reduction in the load-bearing area guided.

Um die tragenden Flächen nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zwischen Nippel und Schachtel genügend groß zu halten, wird bezüglich der sich berührenden Elektrodenstirnflächcn bei symmetrischer Einschraubung des Nippels eine radiale Distanz, d. h. ein Abstand der Gewindespitze des Nippels vom Gewindefuß der Elektrodenschachtel von mindestens 0,05% des Nippeldurchmessers innegehalten. To the supporting surfaces according to a further feature of the invention between nipple and Keeping the box sufficiently large becomes more symmetrical with respect to the touching electrode faces Screwing in the nipple a radial distance, d. H. a distance of the thread tip of the Nipple from the thread foot of the electrode box held by at least 0.05% of the nipple diameter.

Wie eingangs erwähnt, soll durch das Festschrauben der Nippelschraubverbindung ein ausreichender Anpreßdruck der Stirnflächen erreicht werden. Es konnte nun gefunden werden, daß dieser für normale Temperaturen, also für Raumtemperaturen, bei welchen das Annippeln erfolgt, wohl in den meisten Fällen erreicht wird. Im Laufe des Betriebes des Elektrodenstranges im Ofen dagegen geht dieser Stirnflächenkontakt oft verloren. Als Ursache wurde erkannt, daß bei den eingangs erwähnten Temperaturdifferenzen zwischen Nippel und Schachtel sich die größere Ausdehnung des Nippels nicht nur durch einen Radialdruck auf die Schachtel auswirkt, sondern auch in einer stärkeren Längsausdehnung des Nippels als dem des entsprechenden Schachtelteiles. Hierdurch werden die Stirnflächen gelockert. Der bei Raumtemperatur, z. B. durch das Annippelungsmoment, eingestellte Anpreßdruck der Elektrodenstirnflächen gegeneinander bleibt jedoch bei Temperaturunterschieden zwischen Nippel und Schachteln auch dann erhalten, wenn die Koeffizienten der thermischen Ausdehnung im Nippel in Längs-(Axial-)Richtung einerseits und Quer-(Radial-)Richtung andererseits im bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Aus Fig. 3 ist ersichtlich,As mentioned at the beginning, the tightening of the nipple screw connection should provide sufficient contact pressure of the end faces can be achieved. It has now been found that this is for normal temperatures, thus for room temperatures at which the nippling takes place, probably reached in most cases will. In the course of the operation of the electrode string in the furnace, however, this end face contact occurs often lost. The cause was recognized that in the temperature differences mentioned at the beginning between the nipple and the box, the greater expansion of the nipple is not only due to radial pressure affects the box, but also in a greater longitudinal extension of the nipple than the of the corresponding part of the box. This loosens the end faces. The one at room temperature, z. B. by the nipping moment, set contact pressure of the electrode end faces against each other However, if there are temperature differences between the nipple and the box, the Coefficients of thermal expansion in the nipple in the longitudinal (axial) direction on the one hand and in the transverse (radial) direction on the other hand are in a certain relationship to each other. From Fig. 3 it can be seen

daß dieses Verhältnis -¹- gleich tg β ist, wobei β derthat this ratio - ¹ - is equal to tg β , where β is the

^aQ
Neigungswinkel der Gewindeflanken zum Lot auf die Elektrodenachse ist. ^a Q
The angle of inclination of the thread flanks to the perpendicular to the electrode axis.

In der heute üblichen Ausführungsform von doppelkonischen Nippeln verwendet man einen Neigungswinkel von 30° an. Es ist deshalb ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, für diese üblichen Neigungswinkel den Nippel so herzustellen und das Nippelmaterial so auszuwählen, daß das VerhältnisIn the embodiment of double-conical nipples customary today, an angle of inclination is used from 30 °. It is therefore another feature of the present invention, common for this Angle of inclination to produce the nipple and to select the nipple material so that the ratio

der thermischen Ausdehnung —i- gleich oder kleinerthe thermal expansion —i- equal to or less

als etwa 1 : 2 ist. Im Grenzfall ^a-^£ gleich 0,57 bleibtthan is about 1: 2. In the borderline case ^a - ^£ remains equal to 0.57

der Anpreßdruck bei allen Temperaturunterschieden zwischen Nippel und Schachtel der gleiche, weil der sich stark ausdehnende Nippel auf der Gewindeflanke (schiefe Ebene) gleitet. Exakt trifft dies nur zu, wenn die Reibung der Gewindeflanken vernachlässigt wird.the contact pressure is the same for all temperature differences between the nipple and the box, because the Strongly expanding nipple slides on the thread flank (inclined plane). Exactly this only applies if the friction of the thread flanks is neglected.

Im Falle -^- kleiner als 0,57 entsteht ein zusätzlicherIn the case of - ^ - less than 0.57, an additional one arises

Druck auf die Gewindeflanken in radialer Richtung, der abzüglich des für die Überwindung der Reibung benötigten Anteiles von der festen, kaum verformbaren Schachtel in einen zusätzlichen Anpreßdruck der Elektrodenstirnflächen gegeneinander umgewandelt wird.Pressure on the thread flanks in the radial direction, minus that for overcoming the friction required portion of the solid, hardly deformable box in an additional contact pressure of the electrode end faces is converted against each other.

Erreicht wird dieses Verhältnis von -— durch bestimmte Auswahl des Koksrohstoffes für den Nippel, welcher beim Strangpreßverfahren das gewünschte Ausmaß der Orientierung gibt. ErfahrungsgemäßThis ratio is achieved by - through a certain selection of the coke raw material for the nipple, which gives the desired degree of orientation in the extrusion process. According to experience

ίο kommt man mit den üblichen Koksrohstoffen über ein Verhältnis der thermischen Ausdehnungen von Längszur Querausdehnung von 1 : 3 bis 1 : 4 nicht hinaus. Es ist deshalb ein weiteres Kennzeichen der Erfindung, in bewußter Weiterführung der dargelegten Gedankengänge den Neigungswinkel dem Verhältnis der Längs- zur Ouerausdehnung der verfügbaren Nippel anzupassen, also z. B. bei einem Verhältnis von Längs- zur Querausdehnung etwa von 1 : 1 einen Neigungswinkel von 45° zu wählen.ίο one comes across with the usual coke raw materials The ratio of the thermal expansion of the longitudinal to the transverse expansion of 1: 3 to 1: 4 does not exceed. It is therefore a further characteristic of the invention, deliberately continuing what has been set out Thoughts the angle of inclination the ratio of the longitudinal to the outer extension of the available Adapt nipples, e.g. B. with a ratio of longitudinal to transverse extent of about 1: 1 one Choose an angle of inclination of 45 °.

Um die Verhältnisse bei der Ausdehnung von Nippel und Schachteln zu erläutern, sind Erfahrungswerte der bisher üblichen Nippelverbindungen solchen nach der Erfindung hergestellten Nippelverbindungen gegenübergestellt.In order to explain the relationships during the expansion of the nipple and boxes, empirical values of the previously common nipple connections are such compared with nipple connections produced according to the invention.

Die verwendeten Elektroden haben in beiden Fällen folgende Kennzahlen:The electrodes used have the following key figures in both cases:

Durchmesser 600 mmDiameter 600 mm

Thermischer Ausdehnungskoeffizient ai 2,2 · 1O^-6 Thermischer Ausdehnungskoeffizient oq 2,5 · 10—⁶ Thermal expansion coefficient ai oq 2.2 x 1O ^-6 Coefficient of thermal expansion 2.5 × 10 ^-6

In beiden Fällen wird die Schraubverbindung mitIn both cases the screw connection is with

einem Anzugsmoment von 415 m/kg ausgeführt und ein Nippel mit einem Scheiteldurchmesser von etwa 300 mm und einem Gewindeflankenwinkel von 30° bei drei Gewindegängen je Zoll verwendet.a tightening torque of 415 m / kg and a nipple with a vertex diameter of approx 300 mm and a thread flank angle of 30 ° with three threads per inch.

a) Bisherige Ausführungsarta) Previous version

Die Nippel hatten einen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung von a_L = 3,0 · 10—^β und CLq = 3,5 · ΙΟ""⁸.The nipples had a coefficient of thermal expansion of a _L = 3.0 · 10- ^β and CLq = 3.5 · ΙΟ "" ⁸ .

Die mittlere Bearbeitungstoleranz betrug 0,01 mm als unteres Maß des Nippels. Hieraus ergibt sich eine mittlere Breite der Gewindeflankenberührungsflächen von 4,15 mm.The mean machining tolerance was 0.01 mm as the lower dimension of the nipple. This results in a Average width of the thread flank contact surfaces of 4.15 mm.

b) Ausführungsform einer Schraubverbindung nach der Erfindungb) embodiment of a screw connection according to the invention

Es werden Nippel mit Koeffizienten der thermischen Ausdehnung a_L = 1,8 · 10-⁶ und a₀ = 3,5 · 10—⁶ verwendet. Die erfindungsgemäße mittlere untere Toleranz der Nippel betrug 0,5 mm. Daraus ergibt sich eine mittlere Breite der Gewindeberührungsflächen von 3,95 mm.It can be used with nipples coefficient of thermal expansion a _L = 1.8 x 10- ⁶ and a ₀ = 3.5 · 10. ⁶ The mean lower tolerance of the nipple according to the invention was 0.5 mm. This results in an average width of the thread contact surfaces of 3.95 mm.

Die verwendete Papiereinlage in den Gewinden beider Elektroden hat eine Dicke von 0,2 mm, das nach dem Anziehen der Gewindeverbindung auf etwa 0,1 mm zusammengedrückt wird.The paper insert used in the threads of both electrodes has a thickness of 0.2 mm, the after tightening the threaded connection is compressed to about 0.1 mm.

Beide Arten von Elektrodenverbindungen wurden in mehreren Parallelversuchen gemeinsam auf 1600° C heiß gleichzeitig aus dem Stahlofen herausgezogen. Bei der unter Betriebsverhältnissen eintretenden Abkühlung sind bei den Verbindungen nach a) diejenigen Schachteln, in die der Nippel zuerst eingeschraubt worden ist, in Längsrichtung gerissen. AuchBoth types of electrode connections were tested together at 1600 ° C in several parallel tests hot pulled out of the steel furnace at the same time. When the cooling occurs under operating conditions for the connections according to a) are those boxes into which the nipple is screwed first has been torn lengthways. Even

S5 die jeweiligen Gegenschachteln zeigten in 50% der Fälle gleichfalls derartige Risse.S5 the respective counter boxes also showed such cracks in 50% of the cases.

Bei Schraubverbindungen nach der Erfindung nach b) dagegen treten unter den gleichen Betriebsbedingungen keine Schachtelrisse auf. Eine vergleichsweise Überprüfung der elektrischen Über-With screw connections according to the invention according to b), however, occur under the same operating conditions no box tears. A comparative review of the electrical over-

gangswiderstände in Nippelschraubverbindungen nach a) und b) hat ergeben, daß der mittlere Widerstand innerhalb der Meßfehler gleich war. Des weiteren wurde gefunden, daß etwa 60 bis 65% des Stromes über die Stoßstellen der Elektroden fließen und nur der Rest auf 100 über die Nippel.input resistance in nipple screw connections according to a) and b) has shown that the mean resistance within the measurement error was the same. It was also found to be about 60 to 65% of the current Flow over the joints of the electrodes and only the rest to 100 over the nipples.

Hiermit ist wohl der gleichbleibende mittlere Gesamtwiderstand im Fall a) und b) trotz Verringerung der Gewindeberührungsflächen um etwa 5°/o im Fall b) gegenüber im Fall a) zu erklären.This is probably the constant mean total resistance in case a) and b) despite reduction of the thread contact surfaces by about 5% in case b) to explain to in case a).

Für die oben angeführte Umwandlung des durch die thermische Ausdehnung bedingten Radialdruckes in einen den Anpreßdruck der Stirnflächen erhöhenden Axialdruck ist eine genügende Festigkeit der Schachteln vorausgesetzt.For the above-mentioned conversion of the radial pressure caused by thermal expansion in an axial pressure that increases the contact pressure of the end faces, sufficient strength is required Assuming boxes.

Die Druckverhältnisse sind bildlich in Fig. 4, 5 und 6 wiedergegeben. Durch die vorhandene Gewinderauhigkeit wird jedoch besonders bei steileren Gewindeneigungen (vorzugsweise über 30°) nicht immer die größere Ausdehnung des Nippels und der dadurch bewirkte Flächendruck P_F durch eine Gleitung der Gewindeflanken abgefangen werden können. Es kann bei schwachen Stellen in der Schachtel daher zum Reißen kommen. Beim reinen Sägezahngewinde (Neigungswinkel 0°) haben wir wohl keinen Druck auf die Gewindeflanken beim stärkeren Ausdehnen, es fehlt aber auch der durch die stärkere Nippelausdehnung bewirkte Anpreßdruck auf die Stirnflächen der Elektroden, wie dies aus Fig. 5 und 6 hervorgeht. Außerdem fehlt hierbei die Zentrierungsmöglichkeit des Nippels im Gewinde, und es müssen zusätzliche Zentrierhilfsvorrichtungen vorgesehen werden. Es wird deshalb erfindungsgemäß eine Nippelschraubverbindung vorgeschlagen, die einen Neigungswinkel der am Schachtelgewinde der Elektroden anliegenden Nippel aufweist, der größer als 0° und kleiner als 30° ist und vorzugsweise Neigungswinkel zwischen 5 und 20° aufweist.The pressure conditions are shown graphically in FIGS. 4, 5 and 6. Due to the existing thread roughness, however, especially with steeper thread inclinations (preferably over 30 °), the greater expansion of the nipple and the surface pressure P _F caused by it cannot always be absorbed by sliding the thread flanks. Weak spots in the box can therefore tear. With a pure buttress thread (angle of inclination 0 °) we probably do not have any pressure on the thread flanks during greater expansion, but the contact pressure on the end faces of the electrodes caused by the greater nipple expansion is also missing, as can be seen from FIGS. 5 and 6. In addition, there is no possibility of centering the nipple in the thread, and additional centering devices must be provided. According to the invention, therefore, a nipple screw connection is proposed which has an angle of inclination of the nipples resting on the box thread of the electrodes which is greater than 0 ° and less than 30 ° and preferably has an angle of inclination between 5 and 20 °.

Bei den erfindungsgemäßen Zwischenwinkeln erfolgt wohl noch die Zentrierung und auch eine Übertragung der Radialausdehnung in eine Stirnflächenpressung, doch ist das Übertragungsverhältnis entsprechend »tg« des Neigungswinkels und somit die Belastung der Gewindeflanken beim kleineren Winkel bedeutend niedriger (vgl. Fig. 6).In the case of the intermediate angles according to the invention, the centering and also a transmission probably still take place the radial expansion into a face pressure, but the transmission ratio is corresponding »Tg« of the angle of inclination and thus the load on the thread flanks at the smaller angle significantly lower (see Fig. 6).

Bei diesem Winkel allerdings können die im vorstehenden angeführten Überlegungen hinsichtlich des Verhältnisses zwischen Längs- und Querausdehnung des Nippels keine praktische Anwendung mehr finden. Es ergeben sich nämlich Ausdehnungsverhältnisse von 1 :3 bis 1 :20, die technisch ohne weiteres nicht realisierbar sind. Die Lösungsmöglichkeit mit Zwischenwinkcln hat deshalb hauptsächlich Bedeutung für Elektrodenverbindungen aus schwachem Elektrodenmaterial, bei welchem eine Lockerung des Stirnflächenkontaktes eher in Kauf genommen werden kann als ein Radialdruck auf die Schachtelwand, der zum Aufreißen derselben führen würde.At this angle, however, the above cited considerations regarding the relationship between longitudinal and transverse expansion of the nipple no longer find any practical application. This is because there are expansion relationships from 1: 3 to 1:20, which technically is not straightforward are realizable. The possible solution with intermediate angles is therefore mainly of importance for electrode connections made of weak electrode material, in which a loosening of the Face contact can be accepted rather than radial pressure on the box wall, which would lead to the tearing of the same.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Doppelkonische Nippelschraubverbindung für Graphitelektroden vorzugsweise großen Durchmessers (über 400 mm) mit einem Mittel, durch das der Abstand zwischen den der Stoßfläche der Elektroden abgekehrten Gewindeflanken des Nippels und des Gegengewindes bei beiden Nippelteilen annähernd gleich groß ist und sich dadurch beim Gebrauch der Elektroden der heißere Nippel in der kälteren Schachtel ausdehnen kann, dadurch gekennzeichnet, daß das den Abstand der Gewindeflanken bestimmende Mittel eine ein bis zwei Gewindegänge der Schachtel bedeckende Einlage aus einem sich bei erhöhter Temperatur verformenden Material, z. B. verkokenden Papiereinlage, ist, die in die Gewindegänge der zuerst aufzuschraubenden Schachtel oder des zuerst einzuschraubenden Nippelteiles eingelegt ist.1. Double-conical nipple screw connection for graphite electrodes, preferably with a large diameter (over 400 mm) with a means by which the distance between the abutment surface of the Electrodes facing away from the thread flanks of the nipple and the mating thread in both nipple parts is approximately the same size and therefore the hotter nipple when using the electrodes can expand in the colder box, characterized in that the distance between the thread flanks determining means from an insert covering one or two threads of the box a material that deforms at elevated temperature, e.g. B. coking paper insert is that into the threads of the thread to be screwed on first The box or the nipple part to be screwed in first. 2. Doppelkonische Nippelschraubverbindung für Graphitelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Papiereinlage beidseitig harte Körner enthält (Schmirgelpapier), die ein Lockern des Gewindes bis zur Verkokung des Papiers verhindern.2. Double-conical nipple screw connection for graphite electrodes according to claim 1, characterized in that this paper insert on both sides contains hard grains (sandpaper), which loosen the thread until the coking of the Prevent paper. 3. Doppelkonische Nippelschraubverbindung für Graphitelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Innehaltung des gewünschten Abstandes der Gewindeflanken, die der Stoßstelle der Elektroden abgekehrt sind, bei Raumtemperatur ein radial gemessener Abstand zwischen jeweils gegenüberliegender Gewindespitze und Fuß des Gegengewindes des Nippels und der Schachtel von mindestens 0,05 °/o des Scheiteldurchmessers des Nippels eingehalten ist.3. Double-conical nipple screw connection for graphite electrodes according to claim 1, characterized in that that if the desired distance between the thread flanks is maintained, that of the joint the electrodes are turned away, at room temperature a radially measured distance between each opposite thread tip and foot of the mating thread of the nipple and the box of at least 0.05% of the vertex diameter of the nipple is maintained. 4. Doppelkonische Nippelschraubverbindung für Graphitelektroden nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Koeffizienten der thermischen Ausdehnung des Nippels in Längs- (Axial-) Richtung a_L zu dem in Quer-(Radial-) Richtung a_Q mit dem Neigungswinkel β der Gewindeflanken zur Elektrodenachse so abgestimmt ist, daß — gleich oder kleiner als4. Double-conical nipple screw connection for graphite electrodes according to claim 3, characterized in that the ratio of the coefficients of thermal expansion of the nipple in the longitudinal (axial) direction a _L to that in the transverse (radial) direction a _Q with the angle of inclination β the The thread flanks are matched to the electrode axis so that - equal to or smaller than tg β ist.tg is β . 5. Doppelkonische Nippelschvaubverbindung für Graphitelektroden nach Anspruch 1 oder einem der nachstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel β der am Schachtelgewinde anliegenden Flanke des Nippels zum Lot auf die Elektrodenachse größer als 0° und kleiner als 30°, vorzugsweise zwischen 5 und 20° ist.5. Double-conical nipple screw connection for graphite electrodes according to claim 1 or one of the following claims, characterized in that the angle of inclination β of the flank of the nipple lying against the box thread to the perpendicular to the electrode axis is greater than 0 ° and less than 30 °, preferably between 5 and 20 ° is. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 909 577/350 7.© 909 577/350 7.