УСТРОЙСТВО КЛИНОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ Российский патент 2008 года по МПК H05B7/14 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в процессе производства и эксплуатации графитированных электродов диаметром от 75 до 710 мм, а также угольных диаметром до 1200 мм.

Известно, что при эксплуатации графитированных и угольных электродов на сталеплавильных, руднотермических и других печах возникают значительные контактные, электрические сопротивления, превышающие на порядок величину сопротивления материала ниппеля и электрода, например, в статье УДК 531.37:621.3.035.2 А.К.Ольховацкого и других под названием «Исследования контактного электрического сопротивления графитированных электродов». г.Москва. НИИ ГРАФИТ [1], определена зависимость сопротивления от осевой нагрузки при сжатии и растяжении, влиянии шероховатости на контактное электрическое сопротивление соединения электрод-ниппель-электрод.

В справочнике по электропотреблению в промышленности Г.П.Минина, Ю.В.Коптева, г.Москва, «Энергия», 1978 г. [2], на с.346 в формуле 4-22 дана зависимость электрического сопротивления контакта от удельного сопротивления материала, давления на контакт, точек соприкосновения в контакте плоскостей. Даны рекомендуемые крутящие моменты для свинчивания электродов, способы снижения электрического контактного сопротивления, с применением контактных паст. Наибольшую часть потерь в электродах составляют электрические потери в контактных соединениях электродной свечи, которые достигают 10% общих потерь для графитированных и 18% для угольных электродов. Нормальное сопротивление стыка для графитированных электродов 0,065 мОм, для угольных 0,2 мОм (см. стр.349 [2]), эта величина на порядок выше, чем удельное электрическое сопротивление (УЭС) электродов диаметром 75-610 мм. См. таблицу 6. "Электроды, графитированные" ТУ 1911-109-052-2003, «Уралэлектродин», г.Челябинск [3], УЭС электродов 5,5-6 мкОм·м.

Задачей заявленного изобретения является создание устройства клинового соединения (см. термин 71. Государственный стандарт. Сборка. Термины и определения. ГОСТ 23887-79 [4]) электродов, которое при рекомендованном крутящем моменте, при свинчивании электродов ниппелем позволит увеличить силу давления на контакте (F_K), увеличить число точек m соприкосновения, снизить контактное сопротивление r_К при постоянном коэффициенте для электродов С в формуле Ом (см., стр.131 книги Н.В.Окорокова, "Дуговые сталеплавильные печи", «Металлургия», г.Москва, 1971 г. [5]).

В поставленной задаче используется механизм клинового зажима. Он прост в изготовлении, компактен, легко размещается в стесненных местах, позволяет увеличивать и изменять направление передаваемой силы (см. стр.130 книги В.С.Корсакова, "Основы конструирования приспособлений в машиностроении", «Машиностроение», г.Москва, 1965 г. [6]).

Для достижения этой задачи торцовые поверхности электродов, собираемые в свечу вкручиванием ниппеля, изготовлены по методу образования клинового соединения. См. термин 71 [4]. Устройство клинового соединения электродов изготовлено с концентрически расположенными круговыми клиньями выступов одного торца, сопрягаемые при свинчивании ниппелем в свечу с клиновыми впадинами второго торца электрода. Шаг клиньев в радиальном направлении может изменяться от 0,5 мм до 3,0 мм, угол скоса клина от 0 до 45°. Клиновое соединение может меняться по конструкции скоса на односкосое, двускосое симметричное (см. стр.47-48, рис.11.4, рис.11.5, М.А.Ансеров, "Приспособления для металлорежущих станков". «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1975 г. [7]). Изменяя угол и вид скоса, можно задавать величину и направление силы контакта, т.е. увеличить рекомендуемую осевую силу сжатия от крутящего момента свинчивания контактирующих торцовых поверхностей электродов введением радиальной составляющей силы от клина.

На чертеже изображен общий вид устройства клинового соединения электродов. Концентрические круговые клинья верхнего торца электрода 1 совмещены с круговыми концентрическими клиновыми впадинами торца электрода 2. Шаг клиньев 1,0 мм, угол скоса клина α=9°27'45" (tgα=0,16666), вершина выступа клина площадка 0,33 мм, радиус впадины 0,16 мм. Ниппель 3, свинчивающий электроды.

Устройство работает следующим образом. При свинчивании ниппелем электродов в свечу с рекомендуемым крутящим моментом происходит увеличение точек контактирования по всем круговым клиньям (за счет упругой деформации и деформации смятия), с одновременным увеличением контакта на величину , т.е. в шесть раз. См. стр.56 [7].

Тогда по формуле см. (5)

m - число точек контактирования будет изменяться от 0,5 до 1,0;

- сила увеличится приблизительно в 10 раз;

С - коэффициент электродов, образующих контакт.

Величина контактного сопротивления r_к снизится в 10 раз и приблизится к удельному сопротивлению электродов, образующих клиновой контакт соединения.

Кроме того, известно, что коэффициент термического расширения (КТЛР) ниппеля в осевом направлении должен быть несколько меньше, чем КТЛР электрода, чтобы не происходило ослабления соединения в работе при нагреве, приводящее к поломке электродов. См. книгу А.Н.Селезнева «Углеродистое сырье для электродной промышленности» Москва, Информационно-издательский дом «Профиздат», 2000 г., стр.164-174, табл.83 [8].

Устройство клинового соединения электродов выполняет также систему регулирования КТЛР электродов и ниппелей в осевом направлении, деформацией смятия углов скосов, упругой деформацией, компенсирует разницу между длинами ниппельных гнезд и ниппелем, центрирует между собой смежные электроды, исключает раскручивание электродов расклиниванием и поломку электродов и ниппелей в свече при работе их на печи.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в процессе производства и эксплуатации графитированных и угольных электродов. Устройство клинового соединения электродов содержит ниппельные гнезда, ниппель и две стягиваемые им торцовые поверхности электродов. Торцовые поверхности электродов выполнены как сопрягающиеся концентрические, круговые, двускосые симметричные клинья. Техническим результатом является увеличение силы давления на контакте, увеличение числа точек соприкосновения и снижение контактного сопротивления при рекомендованном крутящем моменте. 1 ил.

Устройство клинового соединения электродов, содержащее ниппельные гнезда, ниппель, две стягиваемые им торцовые поверхности электродов, отличающееся тем, что поверхности выполнены как сопрягающиеся концентрические, круговые, двускосые симметричные клинья.