Патент на изобретение №2335099

(54) СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕКТРОДОВ С ПОКРЫТИЕМ НА КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к соединениям электродов для дуговой печи. Электродный стержень содержит электрод с торцевыми гнездами с внутренними резьбами и имеет возможность соединения с другим электродом посредством ниппеля. На контактной поверхности электрода с другим элементом электродного стержня и/или на контактной поверхности ниппеля выполнен тонкий слой, способствующий скольжению, например, из смазочных веществ. С помощью этого слоя скольжения электроды могут сильнее свинчиваться друг с другом в стержень, благодаря чему достигаются более высокий развинчивающий момент и более высокая эксплуатационная надежность. 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл.

Изобретение относится как к электродам с торцевыми гнездами и внутренними резьбами для соединения двух таких электродов при помощи ниппеля, так и к электродам с находящимся на одной торцевой стороне гнездом с внутренней резьбой и находящимся на другой торцевой стороне интегрированным ниппелем, а также к предварительно собранному комплекту из электрода и ниппеля, составляющих работающий при температурах, в основном, выше 300°С, электродный стержень, используемый в дуговой печи для выплавки тугоплавких металлов.

Изготовление карбонизированных или графитированных углеродных тел является освоенной в течение сотен лет технологией, которая применяется в промышленном масштабе и которая поэтому во многом отработана и оптимизирована в отношении затрат. Одно из описаний этой технологии можно найти в (Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry, Vol.A5, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1986, рр.103-113).

Применимость электродов, ниппелей и электродных стержней в дуговой печи зависит от достигнутых при изготовлении свойств, в частности от поверхностных свойств. Эти поверхностные свойства зависят, например, от вида материала (степени графитизации), от количества пор, размера зерна, вида обработки, которая определяет шероховатость поверхности, а также от окружающих условий. Электроды хранятся и используются на сталеплавильном заводе, и при этом они подвержены загрязнению, например, за счет пыли сталеплавильного завода. Названные ранее факторы определяют коэффициенты трения, которые играют роль при соединении двух тел, например электрода и ниппеля или двух электродов, и при скольжении друг по другу двух поверхностей.

Дуговая печь содержит, по меньшей мере, один электродный стержень. Этот стержень удерживается на верхнем конце консолью, через которую в электродный стержень подается электрический ток. При работе печи между нижним острием стержня и расплавляемым в печи материалом горит дуга. За счет дуги и высоких температур в печи электродный стержень медленно обгорает в нижней части. Укорачивание электродного стержня компенсируется тем, что стержень периодически опускается в печь и при необходимости на верхний конец стержня навинчивают дополнительный электрод. При необходимости обгоревший стержень может быть извлечен из консоли и заменен свежим стержнем достаточной длины.

Навинчивание отдельных электродов на находящийся в печи стержень или свинчивание свежего стержня из электродов происходит вручную или с помощью механического устройства. В частности, для электродов большого диаметра в 600 мм и более приходится прикладывать значительные усилия и крутящие моменты или совершать значительные работы по свинчиванию, чтобы гарантировать сцепление электродов стержня. Сцепление электродов имеет решающее значение для функционирования дуговой печи.

Сцепление электродов стержня при транспортировке и особенно при работе печи уменьшается. При работе печи периодически возникают значительные изгибающие моменты за счет качания кожуха печи и стержней, что приводит к тому, что стержень подвержен длительной вибрации, а также удары шихты по стержню оказывают нагрузку на сцепление электродов. Все виды нагрузок, а именно периодические изгибающие моменты, вибрации и удары, могут вызвать развинчивание электродов. Это следует рассматривать как результат неизбежных и нежелательных процессов.

Для того чтобы охарактеризовать сцепление электродов измеряемой технической величиной, напрашивается термин «развинчивающий момент». Развинчивающий момент для резьбового соединения электродов определяют измерительной аппаратурой. Вне зоны механического повреждения резьбового соединения ослабление сцепления электродов тем невероятнее, а работа с электродным стержнем тем надежнее, чем выше развинчивающий момент соединения электродов.

Для понимания этого следует показать последовательность ослабления резьбового соединения электродов стержня во время работы печи.

При этом следует исходить из того, что натяжение резьбового соединения уменьшается. За счет этого уменьшается прижимное усилие контактных поверхностей соседних элементов стержня. Ослабление может распространиться настолько, что некоторые из контактных поверхностей отделятся друг от друга.

Вследствие этого повышается электрическое сопротивление в соединении. Оставшиеся в контакте поверхности имеют повышенную плотность тока. Повышенная плотность тока приводит к местному тепловому перегреву.

При ослаблении резьбового соединения ниппель, как правило, подвергается высокой термической и механической нагрузке, что обуславливает механический отказ ниппеля. Вследствие этого острие стержня отделяется и падает в стальной расплав, дуга гаснет и процесс плавки прерывается.

Термины в нижеследующем тексте следует понимать так:

– Концы электрода называются также торцевой стороной.

– Электрод имеет цилиндрическую боковую поверхность и с каждой стороны одну, расположенную перпендикулярно оси электрода торцевую поверхность.

– Гнездо – это коаксиально расположенное углубление в торцевой стороне электрода. В коаксиальных внутренних стенках гнезда выполнены в большинстве случаев цилиндрические или конические внутренние резьбы.

– Ниппель – это цилиндрический или в форме двойного конуса винт с расположенной перпендикулярно оси ниппеля торцевой поверхностью с каждой стороны.

– Предварительно собранный комплект состоит из электрода и наполовину ввинченного в гнездо электрода ниппеля.

– Существуют электроды, имеющие гнездо только на одной торцевой стороне, а на другой торцевой стороне – направленную наружу коаксиальную резьбу. Такая направленная наружу коаксиальная резьба называется интегрированным ниппелем.

– Не только электрод и ниппель имеют торцевые поверхности, но и интегрированный ниппель имеет внешнюю, расположенную перпендикулярно оси ниппеля торцевую поверхность.

– Данные о вязкости слоя скольжения относятся к состоянию поставки электродов и ниппелей, а не к состоянию слоя скольжения в момент создания этого слоя.

Для решения проблем недостаточного сцепления электродов и недостаточного перехода тока от одной части электродного стержня к другой были предприняты различные попытки и применяются описанные ниже решения.

В патенте Швеции №43352 с датой подачи заявки 12 декабря 1917 г. описано, что в витки резьбы электродов с интегрированными ниппелями вкладывались жестяные полоски. Поскольку электроды для выплавки тугоплавких металлов сильно нагреваются именно вблизи дуги, следует считаться с тем, что жесть в витках резьбы расплавится и желаемый эффект теряется. В современной практике дуговых печей вкладывание жестяных полосок в контактные поверхности между двумя элементами электродного стержня не применяется.

В статье J.K.Lancaster “Transitions in the Friction and Wear of Carbons and Graphites Sliding Against Themselves” из Asle Transactions, Vol.18, 3, рр.187-201 исследуются условия трения между углеродными телами при разных скоростях трения. Из этой публикации нельзя узнать, как два углеродных тела могут быть как можно прочнее свинчены между собой, не говоря уже о том общеизвестном факте, что при очень низких относительных скоростях углеродных тел наблюдаются низкие коэффициенты трения (фиг.1, 2, 6). Этот факт указывает скорее на легкое соскальзывание друг с друга покоящихся углеродных тел.

В патенте Швейцарии СН487570 описана мастика для фиксации ниппельного соединения между угольными электродами. Мастику помещают так, что она находится в витках резьбового соединения между ниппелем и гнездом электрода и коксуется там во время работы стержня. Заявлен особый состав мастики.

Фиксация резьбового соединения происходит в этом случае за счет образования перемычек твердого вещества между отдельными его частями. Этот принцип полностью отличается от принципа данного изобретения. Согласно последнему части стержня фиксируются между собой за счет более высоких прижимных усилий, которые становятся возможными при свинчивании, благодаря нанесенному на контактные поверхности тонкому слою скольжения.

В заявке Германии DE 3741510 А1 описан самофиксирующийся соединительный элемент, преимущественно металлический винт. Однако в колонке 2, строка 21 и далее говорится также о предохранителях от развинчивания в резьбовых соединениях, в качестве которых используют клей и отвердитель в микрокапсулах. При сборке микрокапсулы лопаются и освобождают клей и отвердитель. Затвердевший клей создает перемычки твердого вещества между фиксируемыми деталями. Этот принцип полностью отличается от описанного в предыдущем разделе принципа, согласно данному изобретению.

В патенте Германии DE 2330798 описан графитовый электрод, снабженный со всех сторон защитным покрытием. Поскольку это покрытие нанесено также на торцевые поверхности электродов, оно могло бы оказать влияние на надежность сцепления электродов стержня, о чем, однако, не сказано. Покрытие содержит алюминиевые сплавы (столбец 2, предпоследний абзац) и становится вязкопластичным при 600-800°С (столбец 2, абзац 5). Состав покрытия способствует, с одной стороны, снижению удельного электрического сопротивления и тем самым хорошему токопереходу от одного электрода к следующему. С другой стороны, вязкопластичное состояние в температурном интервале 600-800°С неизбежно вызывает уменьшение прижимного усилия между соседними электродами, поскольку вязкопластичная масса покрытия расползается под действием прижимного усилия, вызванного прежде всего свинчиванием. Это меньшее прижимное усилие является противоположностью достигаемому более высокому прижимному усилию, согласно данному изобретению, для фиксации сцепления электродов стержня.

В практике сталеплавильного производства предпринимаются попытки как можно прочнее свинтить между собой электроды. Как сказано выше, прикладываемые вручную усилия, достигаемые крутящие моменты или проводимые работы по свинчиванию ограничены. С помощью механических устройств эти величины могут быть значительно повышены, однако работы с такими механическими свинчивающими устройствами проводятся лишь на части сталеплавильных заводов. Практика сталеплавильного производства показывает, что в стержнях ослабление соединения происходит постоянно.

Поэтому встала задача подготовки мест соединений электродов стержня так, чтобы не возникало отделения отдельных элементов стержня друг от друга или чтобы обеспечить высокую надежность сцепления электродов.

Другая задача состояла в снижении переходного сопротивления от одного элемента стержня к другому.

Другая задача состояла в повышении измеряемого развинчивающего момента между соседними элементами.

В качестве аналога настоящего изобретения можно указать документ RU 2096706 C1, C21C 5/52, 20.11.1997, в котором раскрыт электродный стержень для выплавки тугоплавких металлов дуговой печи, содержащий электрод с торцевыми гнездами с внутренними резьбами, имеющий возможность соединения с другим электродом посредством ниппеля, в том числе интегрированного ниппеля.

Первая задача решается, согласно признакам отличительной части п.1 формулы изобретения, за счет того, что электрод, имеющий возможность соединения с другим таким электродом посредством ниппеля, в том числе интегрированного ниппеля, имеет выполненный на контактные поверхности со следующим элементом электродного стержня тонкий слой скольжения и что соседние контактные поверхности резьбового соединения имеют прижимное усилие в диапазоне от 0,1 до 80 Н/мм².

Такой слой скольжения позволяет при равном приложенном усилии для свинчивания или при равном приложенном крутящем моменте завернуть резьбовое соединение дальше, чем без слоя скольжения.

Вид, количество и распределения слоя скольжения определяют и наносят в соответствии с результатами, полученными при испытаниях резьбового соединения. Это означает, что отдельный потребитель электродов не может наносить слой скольжения и этот процесс должен осуществляться изготовителем электродов для обеспечения:

– воспроизводимости;

– использования группы оптимальных средств;

– нанесения по количеству и толщине;

– выбора контактных поверхностей с наилучшим действием;

– уменьшения переходного сопротивления.

Эта подготовка мест соединений электродов стержня со слоем скольжения направлена на то, чтобы стержень после интенсивного свинчивания не имел ослабления отдельных элементов соединения, другими словами, имел высокую надежность сцепления. Надежность сцепления или отсутствие ослабления характеризуют с помощью развинчивающего момента. Как подробно описано в нижеследующих примерах, благодаря подготовке, согласно изобретению, мест соединений достигаются более высокие развинчивающие моменты, чем с неподготовленными местами соединений. Это относится как к свинченным вручную стержням, так и к свинченным с помощью механического устройства.

Не представлялось очевидным нанесение на контактные поверхности резьбовых соединений углеродных или графитовых электродов средства, способствующего скольжению. Причиной является тот общеизвестный факт, что сам графит является смазочным средством. Это справедливо, по меньшей мере, при наличии минимальных количеств влаги. При этом обычной влажности воздуха уже достаточно для достижения очень низких коэффициентов трения.

Другим аргументом против применения средства, способствующего скольжению в резьбовых соединениях углеродных или графитовых электродов, является высокая пористость углеродных или графитовых электродов. Имеющие низкую вязкость средства, способствующие скольжению, например масла, из-за капиллярного действия углерода или графита сразу же впитались бы контактными поверхностями внутрь материала, правда, в зависимости от угла смачивания между поверхностью и средством, способствующим скольжению, на контактной поверхности осталась бы очень тонкая, возможно, легко удаляемая пленка такого средства.

Решение задачи предпочтительным образом осуществлено посредством отличительных частей п.п.2-7 формулы.

Слой скольжения, нанесенный на контактные поверхности элементов стержня, покрывает эти поверхности частично или полностью, непрерывно. Частичного покрытия достаточно, в частности, при слоях скольжения толщиной свыше 0,5 мм. Материал слоя скольжения наносится на контактные поверхности и может быть поэтому назван также пленкообразующим в противоположность жидкотекучим материалам, с которыми образование слоя скольжения на пористых углеродных элементах возможно хуже. Кинематическая вязкость материала слоя скольжения составляет, по меньшей мере, 20 мм²/с. Материал слоя скольжения относится к группе смазочных веществ, включающих в себя также консистентные смазки и лаки скольжения. Группа смазочных веществ отличается большим многообразием, которое включает в себя различные классы химических, в большинстве случаев органических, соединений. Эти в большинстве случаев органические соединения смешивают в зависимости от требований к смазочному веществу с одной или несколькими добавками, причем число рассматриваемых добавок очень велико.

Действие смазочных веществ разное. Оказалось, что в случае резьбового соединения элементов стержня, выполненных из углерода предпочтительны определенные комбинации прижимных усилий соседних углеродных элементов и смазочных веществ. При относительно низких прижимных усилиях от 0,1 до 5,0 Н/мм² в качестве материалов слоя скольжения на соседних контактных поверхностях резьбового соединения могут применяться смазочные вещества из группы фторполимеров, политетрафторэтиленов (ПТФЭ), консистентных смазок, таких как сульфиды молибдена, и/или силиконов.

При относительно более высоких прижимных усилиях от 1 до 80 Н/мм² в качестве материалов слоя скольжения на соседних контактных поверхностях резьбового соединения могут применяться смазочные вещества из группы вязких смазочных веществ с кинематической вязкостью 20-1000 мм²/с, предпочтительно 100-600 мм²/с, такие как парафины и/или этерифицированные длинноцепочечные углекислоты.

Другая задача решается за счет того, что существующее при рабочих температурах в дуговой печи, в основном, свыше 300°С и у затянутых с определенными моментами затяжки соседних элементов сопротивление при переходе с первоначально выполненным тонким слоем скольжения на 10-30% ниже, чем сопротивление при переходе между соседними элементами без тонкого слоя скольжения.

Другая задача состояла в том, чтобы повысить измеряемый развинчивающий момент между соседними элементами стержня. Задача решается за счет того, что на контактных поверхностях элементов стержня выполняют, согласно изобретению, слой скольжения. Обработанные таким образом элементы свинчивают между собой, так что контактные поверхности соседних элементов в зависимости от степени свинчивания находятся под определенным прижимным усилием. Надежность сцепления стержня в месте свинчивания измеряют при помощи развинчивающего момента соединения. Во время измерений констатируют, что измеряемый при определенном прижимном усилии соседних элементов развинчивающий момент между соседними элементами с тонким слоем скольжения, по меньшей мере, на 15% выше, чем развинчивающий момент между соседними элементами с таким же прижимным усилием без тонкого слоя скольжения.

Дальнейшее пояснение приведено в примере 3.

Слой скольжения находится, согласно изобретению, на контактной поверхности элементов стержня. При этом контактная поверхность состоит из одного или нескольких участков торцевых поверхностей электрода и резьбовых поверхностей гнезда и/или резьбовых поверхностей ниппеля.

В противоположность средствам, способствующим скольжению с низкой вязкостью, которые могут впитываться пористым углеродом и, возможно, не образуют слоя скольжения, возможно образование слоя скольжения на пористой углеродной или графитовой контактной поверхности при использовании пленкообразующих средств или также средств, способствующих скольжению, с высокой вязкостью. Слой скольжения на контактной поверхности целесообразно иметь толщиной от 0,001 до 5,0 мм, преимущественно от 0,005 до 0,5 мм.

Элементы стержня могут состоять из одного материала или из разных материалов. Наиболее распространенным случаем является тот, при котором электрод и ниппель состоят из графита. В другом случае электрод и ниппель состоят из карбонизированного углерода, оба компонента обрабатывались при изготовлении с максимальной температурой гораздо ниже 2000°С, преимущественно ниже 1200°С. В другом случае электрод состоит из карбонизированного углерода, а ниппель – из графита.

Целесообразной формой поставки для потребителя электродов, в большинстве случаев электросталеплавильных заводов, является предварительно собранный комплект. Внутреннюю контактную поверхность комплекта либо оставляют свободной, а электрод и ниппель свинчивают, либо электрод и/или ниппель имеют на контактной поверхности тонкий слой скольжения. При этом внутренняя контактная поверхность включает один или два участка резьбовых поверхностей электродного гнезда и резьбовые поверхности ниппелей.

При установке предварительно собранного комплекта в дуговую печь он также имеет, согласно изобретению, на одной или нескольких контактных поверхностях со следующим комплектом или с ближайшей частью стержня тонкий слой скольжения. При этом комплект имеет на одной торцевой стороне контактную поверхность, состоящую из одного или двух участков торцевой поверхности электрода и резьбовых поверхностей электродного гнезда, а на другой торцевой стороне – контактную поверхность, состоящую из одного или нескольких участков торцевой поверхности электрода, резьбовых поверхностей ниппеля и торцевой поверхности ниппеля.

Не все электроды имеют на обеих торцевых сторонах коаксиально расположенные гнезда с внутренними резьбами. Напротив, имеются электроды, имеющие такое гнездо только на одной торцевой стороне, а на другой торцевой стороне интегрированный коаксиальный ниппель. Такие электроды также имеют слой скольжения, согласно изобретению, на нужной контактной поверхности. Нужная контактная поверхность состоит в этих случаях: на одной торцевой стороне электрода из одного или двух участков торцевой поверхности электрода и резьбовых поверхностей электродного гнезда, а на другой торцевой стороне электрода – из одного или нескольких участков торцевой поверхности электрода и резьбовых поверхностей интегрированного коаксиального ниппеля.

Пример 1

На свинчивающем стенде фирмы «Пиккарди» (Дальмине(Бергамо)/Италия) под названием «Нипплингстейшн», год выпуска 1997, два графитовых электрода диаметром 750 мм каждый свинчивали с подходящим ниппелем в стержень. При этом использовали предварительно собранный комплект из электрода и ниппеля, предварительно уже ввинченного в гнездо электрода. Комплект и электрод свинчивали между собой. По достижении момента затяжки 7500 Нм процесс свинчивания заканчивали.

Для того чтобы охарактеризовать сцепление свинчивания, соединение затем снова разъединяли и измеряли при этом развинчивающий момент.

Эти принципиальные действия выполняли в трех вариантах А, В и С.

Вариант А

Контактные поверхности предварительно собранного комплекта и электрода не имели слоя скольжения, согласно изобретению, и были свинчены в их первоначальном состоянии.

Вариант В

Контактные поверхности предварительно собранного комплекта и отдельного электрода покрывали слоем скольжения, согласно изобретению. Слой скольжения состоял из подшипниковой мази с типовым обозначением «арканол 12V» фирмы «ФАГ Кугельфишер» (Швайнфурт/Германия). В качестве контактных поверхностей были выбраны торцевая поверхность электрода и резьбовые поверхности ниппеля. Толщина слоя скольжения составляла 0,1 мм.

Вариант С

Только торцевую поверхность предварительно собранного комплекта покрывали слоем скольжения, согласно изобретению. Слой скольжения состоял из подшипниковой мази с типовым обозначением «арканол 12V» фирмы «ФАГ Кугельфишер» (Швайнфурт/Германия). Толщина слоя скольжения составляла 0,1 мм.

Как следует из таблицы 1, развинчивающий момент зависел от вида обработки контактных поверхностей и доли покрытых участков на всей контактной поверхности. Самый низкий развинчивающий момент был достигнут у контактных поверхностей без слоя скольжения (вариант А). После нанесения слоя скольжения на контактную поверхность были получены очень высокие развинчивающие моменты. Если только часть всей контактной поверхности была снабжена слоем скольжения (вариант С), развинчивающий момент был ниже, чем при полном покрытии контактной поверхности (вариант В).

Большие толщины слоев скольжения, чем в варианте С, не снижали значение развинчивающего момента. Лишний материал слоя скольжения вдавливался в поры электродов и ниппеля или выдавливался из всего соединения стержня. Во время таких, не приведенных в таблице 1, испытаний удалось наблюдать, что большие толщины слоев скольжения приводили к повышенным, также не приведенным в таблице 1, значениям для работы развинчивания.

Пример 2

Во время испытаний также были выбраны принципиальные действия примера 1. В противоположность примеру 1 были использованы, однако, как электроды диаметром 750 мм, так и электроды диаметром 600 мм. Как в примере 1, электроды диаметром 750 мм свинчивали с моментом затяжки 7500 Нм. Электроды диаметром 600 мм свинчивали с моментом затяжки 4000 Нм.

Для вариантов А и В были использованы электроды диаметром 750 мм, которые свинчивали с моментом затяжки 7500 Нм.

Вариант А

Контактные поверхности предварительно собранного комплекта и электрода не имели слоя скольжения, согласно изобретению, и были свинчены в их первоначальном состоянии.

Вариант В

Контактные поверхности предварительно собранного комплекта и отдельного электрода покрывали слоем скольжения, согласно изобретению. Слой скольжения состоял из водной ПТФЭ-суспензии с типовым обозначением TF 5032 PTFE фирмы «Дюнеон» (Бургкирхен/Германия). В качестве контактных поверхностей были выбраны торцевая поверхность электрода и свободные резьбовые поверхности ниппеля. Толщина слоя скольжения составляла 0,005 мм.

Для вариантов С и D были использованы электроды диаметром 600 мм, которые свинчивали с моментом затяжки 4 000 Нм.

Вариант С

Контактные поверхности предварительно собранного комплекта и электрода не имели слоя скольжения, согласно изобретению, и были свинчены в их первоначальном состоянии.

Вариант D

Контактные поверхности предварительно собранного комплекта и отдельного электрода покрывали слоем скольжения, согласно изобретению. Слой скольжения состоял из водной ПТФЭ-суспензии с типовым обозначением TF 5032 PTFE фирмы «Дюнеон» (Бургкирхен/Германия). В качестве контактных поверхностей были выбраны торцевая поверхность электрода и свободные резьбовые поверхности ниппеля. Толщина слоя скольжения составляла 0,005 мм.

Как следует из таблиц 2 и 3, развинчивающий момент зависел от вида обработки контактных поверхностей. Соответственно, более низкий развинчивающий момент был достигнут у контактных поверхностей без слоя скольжения (варианты А и С). После нанесения слоя скольжения на контактную поверхность был измерен более высокий развинчивающий момент (варианты В и D).

Пример 3

На свинчивающем стенде фирмы «Пиккарди» (Дальмине(Бергамо)/Италия) под названием «Нипплингстейшн», год выпуска 1997, два графитовых электрода диаметром 750 мм каждый свинчивали с подходящим ниппелем в электродный стержень. При этом использовали предварительно собранный комплект из электрода и ниппеля, предварительно уже ввинченного в гнездо электрода. Предварительно собранный комплект и электрод свинчивали между собой. В противоположность примерам 1 и 2 в примере 3 свинчивание осуществляли не до верхнего значения момента затяжки, а до достижения определенного прижимного усилия торцевых поверхностей соседних элементов резьбового соединения. В качестве прижимного усилия были выбраны 8 МПа.

Для того чтобы охарактеризовать надежность сцепления свинчивания, соединение затем снова разъединяли и измеряли при этом развинчивающий момент.

Эти принципиальные действия выполняли в двух вариантах А и В.

Вариант А

Контактные поверхности предварительно собранного комплекта и электрода не имели слоя скольжения, согласно изобретению, и были свинчены в их первоначальном состоянии.

Вариант В

Контактные поверхности предварительно собранного комплекта и отдельного электрода покрывали слоем скольжения, согласно изобретению. Слой скольжения состоял из подшипниковой мази с типовым обозначением «арканол 12V» фирмы «ФАГ Кугельфишер» (Швайнфурт/Германия). В качестве контактных поверхностей были выбраны торцевая поверхность электрода и свободные резьбовые поверхности ниппеля. Толщина слоя скольжения составляла 0,1 мм.

Как следует из таблицы 4, развинчивающий момент зависел от вида обработки контактных поверхностей. Более низкий развинчивающий момент был достигнут в варианте А с контактными поверхностями без слоя скольжения. После нанесения слоя скольжения на контактные поверхности и после установления прижимного усилия 8 МПа в варианте В был измерен развинчивающий момент, по меньшей мере, на 15% выше по сравнению с вариантом А.

Изобретение более подробно поясняется на примерах с помощью нижеследующих фигур, изображающих:

– фиг.1: разрез параллельно продольной оси электрода 1 с выполненными с обеих сторон в торцевых поверхностях 3 гнездами соответственно с цилиндрической внутренней резьбой, а также общий вид продольной стороны ниппеля 2 с цилиндрической резьбой;

– фиг.2: общий вид продольной стороны электрода 1 с выполненным на одной торцевой стороне 3 интегрированным коаксиальным ниппелем. На другой торцевой стороне вид сбоку электрода с разрезом параллельно продольной оси изображен с разрывом. Разрез показывает в этом месте гнездо с конической внутренней резьбой;

– фиг.3: разрез параллельно продольной оси предварительно набранного комплекта 9, состоящего из электрода с коническими гнездами и ниппеля с двойной конической резьбой.

Описание фигур

На фиг.1 в качестве контактных поверхностей электродов 1 следует назвать:

– торцевую поверхность 3 электрода 1;

– резьбовые поверхности 4 коаксиально расположенного электродного гнезда.

Дно 10 гнезда электрода не является покрываемой слоем скольжения контактной поверхностью.

Ниппель 2 имеет:

– контактные поверхности – резьбовые поверхности 5;

– торцевые поверхности 6 с обеих сторон.

На фиг.2 в качестве контактных поверхностей электродов 1 с интегрированным ниппелем следует назвать:

– торцевую поверхность 3 электрода 1;

– резьбовые поверхности 7 интегрированного коаксиального ниппеля;

– на другой торцевой стороне электрода 1 его торцевую поверхность 3 и резьбовые поверхности 4 гнезда.

Внешняя торцевая поверхность 8 интегрированного коаксиального ниппеля не является покрываемой слоем скольжения контактной поверхностью.

Дно 10 гнезда электрода не является покрываемой слоем скольжения контактной поверхностью.

На фиг.3 в качестве внутренних контактных поверхностей предварительно собранного комплекта 9 следует назвать:

– резьбовые поверхности 4 коаксиально расположенного электродного гнезда;

– резьбовые поверхности 5 ниппеля 2.

Торцевые поверхности 6 ниппеля 2 не являются покрываемыми слоем скольжения контактными поверхностями.

В качестве внешних контактных поверхностей предварительно собранного комплекта 9 со стороны ввинченного ниппеля 2 следует назвать:

– резьбовые поверхности 5 независимого ниппеля 2;

– торцевую поверхность 3 электрода 1.

Торцевые поверхности 6 ниппеля 2 не являются покрываемыми слоем скольжения контактными поверхностями.

В качестве внешних контактных поверхностей предварительно собранного комплекта 9 со стороны без ввинченного ниппеля 2 следует назвать:

– торцевую поверхность 3 электрода 1;

– резьбовые поверхности 4 коаксиально расположенного электродного гнезда.

Дно 10 гнезда электрода не является покрываемой слоем скольжения контактной поверхностью.

Формула изобретения

1. Электродный стержень для выплавки тугоплавких металлов в дуговой печи, содержащий электрод (1) с торцевыми гнездами с внутренними резьбами, имеющий возможность соединения с другим электродом (1) посредством ниппеля (2), в том числе интегрированного ниппеля (2), отличающийся тем, что на контактной поверхности электрода (1) с другим элементом электродного стержня и/или на контактной поверхности ниппеля (2), связывающего два электрода, выполнен тонкий слой, способствующий скольжению, при этом соседние контактные поверхности резьбового соединения имеют прижимное усилие в диапазоне от 0,1 до 80 Н/мм².

2. Электродный стержень по п.1, отличающийся тем, что в качестве тонкого слоя, способствующего скольжению, на всю контактную поверхность или только на ее часть нанесен материал из группы смазочных веществ, в том числе консистентных смазок и лаков скольжения, с добавками, поодиночке или в смесях из двух или более компонентов с кинематической вязкостью, по меньшей мере, 20 мм²/с.

3. Электродный стержень по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что тонкий слой, способствующий скольжению, на соседних контактных поверхностях содержит материал из группы фторполимеров, политетрафторэтиленов (ПТФЭ), консистентных смазок, таких как сульфиды молибдена и/или силиконов, при этом соседние контактные поверхности резьбового соединения имеют прижимное усилие в диапазоне от 0,1 до 5,0 Н/мм².

4. Электродный стержень по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что тонкий слой, способствующий скольжению, на соседних контактных поверхностях содержит материал из группы вязких смазочных веществ с кинематической вязкостью 20-1000 мм²/с, предпочтительно 100-600 мм²/с, таких как парафины и/или этерифицированные длинноцепные углекислоты, при этом соседние контактные поверхности резьбового соединения имеют прижимное усилие в диапазоне от 1 до 80 Н/мм².

5. Электродный стержень по п.1, отличающийся тем, что контактная поверхность представляет собой один или несколько участков торцевых поверхностей (3) электрода, резьбовых поверхностей гнезда (4) электрода (1) и/или резьбовых поверхностей (5) ниппеля.

6. Электродный стержень по п.1, отличающийся тем, что тонкий слой, способствующий скольжению, в состоянии поставки электродов (1) имеет на контактной поверхности толщину от 0,001 до 5,0 мм, преимущественно от 0,005 до 0,5 мм.

7. Электродный стержень по п.1, отличающийся тем, что электрод (1) и ниппель (2) состоят либо из карбонизированного углерода или из графита или электрод (1) – из карбонизированного углерода, а ниппель (2) – из графита.

РИСУНКИ