Barra roscada, electrodo de carbono y unidad de electrodo.

Unidad de electrodo que comprende al menos un electrodo roscado (1,

2) y una barra roscada (5) enroscada endicho al menos un electrodo roscado (1, 2),

en la que dicho al menos un electrodo roscado (1, 2) está dotado dedos caras extremas (6) de electrodo y

dos cavidades (3, 4),

teniendo cada una de las dos cavidades (3, 4) un fondo (7) de cavidad y roscas internas (8),teniendo dicho al menos un electrodo roscado (1, 2) un eje central que discurre a lo largo de su longitud,en la que una de las cavidades (3, 4) está enroscada en dicha barra roscada (5),

en la que dicha rosca interna (8) al menos de una de dichas cavidades (3, 4) está dotada de filetes (14) de rosca deapoyo sin soporte de cargas, que son filetes de rosca de dicha rosca interna (8) de dicha cavidad (3, 4) de dichoelectrodo roscado (1, 2) que no soportan una carga durante su apoyo al estar enroscados en una rosca externa dedicha barra roscada (5) y que están situados de forma adyacente a dicho fondo de la cavidad,

en la que dichos filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas de dicha rosca interna (8) de dicha cavidad (3,4) de dicho electrodo roscado (1, 2) tienen caras (15) de apoyo orientadas hacia las caras extremas (6) delelectrodo, y

en la que, a continuación de los filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas de dicha rosca interna (8) dedicha cavidad (3, 4) de dicho electrodo roscado (1, 2), está dispuesto un filete (17) de rosca sin contacto que es unfilete de rosca de dicha rosca interna (8) de dicha cavidad (3, 4) de dicho electrodo roscado (1, 2) que tiene unascaras que no contactan con una cara de un filete de rosca de una barra roscada (5).

Barra roscada, electrodo de carbono y unidad de electrodo

Campo técnico

La invención se refiere a una barra roscada para conectar electrodos de carbono que tienen al menos una cavidad con una rosca interna, teniendo dicha barra un eje central que discurre a lo largo de su longitud, dos extremos, un plano intermedio dispuesto entre dichos dos extremos y al menos una rosca externa.

Además, la invención se refiere a un electrodo de carbono que tiene al menos una cavidad con una rosca interna en correspondencia con una barra roscada.

Además, la invención se refiere a una unidad de electrodo con una conexión roscada que comprende un electrodo y una barra.

Técnica anterior

Los electrodos de carbono, especialmente los electrodos de grafito, se usan en la industria del acero para fundir metales en hornos electrotérmicos, tal como hornos de arco, en los que la corriente eléctrica pasa a través del electrodo, formando un arco entre el electrodo y el metal para generar el calor necesario para fundir el metal. El arco eléctrico y las altas temperaturas en el horno, que pueden ser hasta de 1500 ºC o incluso superiores, hacen que el extremo inferior del electrodo, que se extiende en el interior del horno muy cerca del metal fundido, se consuma lentamente. Por lo tanto, de forma general, una serie de electrodos se unen para formar una columna de electrodo que se desplaza progresivamente al interior del horno. Para compensar el acortamiento de la columna de electrodo, se enroscan más electrodos en el extremo superior de la columna.

Los electrodos se unen en dichas columnas mediante una barra (a la que se hace referencia en ocasiones como un tetón) que conecta los extremos de los electrodos adyacentes. Normalmente, la barra tiene forma de dos extremos roscados macho opuestos que pueden tener una forma cilíndrica o cónica. La barra se enrosca en unas cavidades roscadas correspondientes dispuestas en ambos extremos de los electrodos.

Normalmente, la barra se enrosca firmemente en una de las cavidades del electrodo antes de su transporte al consumidor. Para evitar que la barra se afloje debido a vibraciones y similares, es necesario enroscar la barra firmemente en la cavidad, sin dejar espacios libres entre los flancos de rosca. Normalmente, a esta unidad de una barra enroscada en la cavidad del electrodo se hace referencia como un monotrodo, y a la cavidad con la barra se hace referencia como cavidad transformada en monotrodo o cavidad predefinida. Para su uso en un horno, la cavidad transformada en monotrodo se une a otro electrodo enroscando la parte saliente de la barra a su cavidad libre para formar una columna.

Durante el uso de un horno, se utilizan corrientes superiores a 100.000 A y se aplican momentos de flexión repetidamente sobre la columna de electrodo debido a la oscilación de la carcasa del horno. La columna también queda sujeta a vibraciones o impactos constantes debidos al material de carga, que también pueden aplicar tensión en la barra. Las tensiones extremas mecánicas, eléctricas y térmicas aplicadas sobre la barra pueden provocar fracturas en la barra y, de forma más habitual, romper la cavidad transformada en monotrodo superior, normalmente en la junta de columna de electrodo inferior. Esta rotura de la cavidad transformada en monotrodo superior de las juntas de columna de electrodo inferiores es provocada por los gradientes de temperatura en combinación con los diferentes coeficientes de expansión térmica (CTE) de la barra y del electrodo. Esto resulta especialmente cierto si la barra se enrosca firmemente en la cavidad para su transporte. Debido a que las caras de las roscas de la barra y de la cavidad transformada en monotrodo están totalmente en contacto, se impide el movimiento de las roscas de la barra con respecto a las roscas de la cavidad y viceversa, produciendo elevadas tensiones circulares internas en la cavidad. Este problema se acentúa especialmente cuando la junta se aproxima al baño de metal caliente en un horno, donde los gradientes de temperatura son más altos.

En GB-A-1070808 se describe una conexión de rosca de bloqueo de dos cuerpos de carbono, de modo que la misma resulta especialmente adecuada para usar entre un electrodo de carbono que tiene una rosca interna y un tetón roscado externamente.

En US-A-4159184 se describe una estructura de junta que permite la expansión térmica de la junta.

Para evitar estos efectos no deseados, es posible desenroscar ligeramente la barra de la cavidad transformada en monotrodo para que las roscas no estén totalmente unidas. En esta configuración, solamente la mitad de las caras de las roscas de la barra y de la cavidad transformada en monotrodo están en contacto, soportando en última instancia la carga total de la columna de electrodo.

Para evitar que la barra unida parcialmente se desenrosque totalmente de la cavidad transformada en monotrodo, normalmente se introducen unos pasadores de plástico en unos orificios que se extienden desde la cara de la cavidad del electrodo en el interior de la barra. Por lo tanto, se forman espacios libres entre las roscas internas de la cavidad transformada en monotrodo y las roscas externas de la barra para permitir un crecimiento con CTE diferente de la barra con respecto a la cavidad transformada en monotrodo. No obstante, el procedimiento para centrar y fijar la barra en una cavidad antes de su transporte al cliente resulta problemático, consume tiempo y depende en gran medida de la habilidad del operario. Asimismo, durante su transporte, con frecuencia, los pasadores de plástico no resultan suficientes para retener un tetón en una cavidad transformada en monotrodo, pudiendo provocar daños en la rosca. Este daño puede dejar residuos internos en la cavidad transformada en monotrodo, que evitan un apriete adecuado cuando el electrodo se dispone en el horno. De este modo, este aflojamiento puede progresar hasta un punto en el que se pierde el contacto entre el electrodo y la cara extrema del electrodo, lo que provoca un aumento en la resistencia eléctrica de la conexión. De este modo, se canaliza más corriente eléctrica a través de la barra de conexión, lo que provoca un sobrecalentamiento localizado. En consecuencia, el extremo inferior de la columna de electrodo puede romperse y caer en el acero fundido, lo que interrumpe el arco eléctrico y finaliza el proceso de fusión.

De forma alternativa, es posible encolar piezas de metal o de plástico en las roscas de la barra y/o de la cavidad transformada en monotrodo. A este proceso se hace referencia normalmente como “inserto”. De este modo, es posible enroscar firmemente la barra en la cavidad transformada en monotrodo para su transporte, y no es necesario aflojar la barra con respecto a la cavidad transformada en monotrodo antes de conectar la barra a otro electrodo. En el horno, el material de inserto presente en las roscas se funde, de modo que se mantienen los espacios libres entre las roscas internas de la cavidad transformada en monotrodo y las roscas externas de la barra para permitir crecimientos con CTE diferentes de la barra y de la cavidad transformada en monotrodo. No obstante, resulta problemático montar las piezas de inserto y es difícil obtener espacios libres con unas dimensiones definidas.

Además, debido a que las dimensiones de los electrodos de carbono y de las barras de conexión en hornos de arco están considerablemente estandarizadas para asegurar la capacidad de intercambio de los electrodos y de las barras de diversos fabricantes, es necesaria una solución que evite cambios de diseño en los electrodos y barras de la técnica anterior.

En GB 107080 se describe una conexión de rosca de bloqueo de dos cuerpos de carbono que resulta especialmente adecuada entre un electrodo de carbono que tiene una rosca interna y un tetón roscado externamente.

En US 4.159.184 se describe una estructura de junta de electrodo que permite la expansión térmica de la junta.

Resumen de la invención Por tanto, un objetivo de la invención consiste en dar a conocer unidades de electrodo con un electrodo roscado y con una barra roscada que superan los inconvenientes mencionados anteriormente de los dispositivos y métodos conocidos y que permiten obtener una conexión roscada que evitará su aflojamiento y rotura.

Los objetivos implícitos de la presente invención se consiguen mediante unidades de electrodo según las reivindicaciones independientes 1 y 5. En las reivindicaciones dependientes respectivas se definen realizaciones preferidas.

A la vista de los anteriores objetivos y de otros objetivos adicionales, según la invención, se da a conocer una barra roscada y un electrodo de carbono que tienen filetes de rosca de apoyo sin soporte... [Seguir leyendo]

1. Unidad de electrodo que comprende al menos un electrodo roscado (1, 2) y una barra roscada (5) enroscada en dicho al menos un electrodo roscado (1, 2) ,

en la que dicho al menos un electrodo roscado (1, 2) está dotado de dos caras extremas (6) de electrodo y

dos cavidades (3, 4) ,

teniendo cada una de las dos cavidades (3, 4) un fondo (7) de cavidad y roscas internas (8) ,

teniendo dicho al menos un electrodo roscado (1, 2) un eje central que discurre a lo largo de su longitud,

en la que una de las cavidades (3, 4) está enroscada en dicha barra roscada (5) ,

en la que dicha rosca interna (8) al menos de una de dichas cavidades (3, 4) está dotada de filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas, que son filetes de rosca de dicha rosca interna (8) de dicha cavidad (3, 4) de dicho electrodo roscado (1, 2) que no soportan una carga durante su apoyo al estar enroscados en una rosca externa de dicha barra roscada (5) y que están situados de forma adyacente a dicho fondo de la cavidad,

en la que dichos filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas de dicha rosca interna (8) de dicha cavidad (3, 4) de dicho electrodo roscado (1, 2) tienen caras (15) de apoyo orientadas hacia las caras extremas (6) del electrodo, y

en la que, a continuación de los filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas de dicha rosca interna (8) de dicha cavidad (3, 4) de dicho electrodo roscado (1, 2) , está dispuesto un filete (17) de rosca sin contacto que es un filete de rosca de dicha rosca interna (8) de dicha cavidad (3, 4) de dicho electrodo roscado (1, 2) que tiene unas caras que no contactan con una cara de un filete de rosca de una barra roscada (5) .

2. Unidad de electrodo según la reivindicación 1,

en la que la rosca interna (8) solamente de una de las dos cavidades (3, 4) está dotada de filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas.

3. Unidad de electrodo según la reivindicación 1 o 2,

en la que hasta el 30% de los filetes de la rosca interna (8) son filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas.

4. Unidad de electrodo según una de las reivindicaciones 1 a 3,

en la que los filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas están dispuestos en el área de rosca adyacente al fondo (7) de la cavidad.

5. Unidad de electrodo que comprende al menos un electrodo roscado (1, 2) y al menos una barra roscada (5) enroscada en dicho al menos un electrodo (1, 2) de carbono,

teniendo dicho al menos un electrodo roscado (1, 2) una cavidad (3, 4) con una rosca interna (8) , teniendo la cavidad (3, 4) un fondo (7) de cavidad y roscas internas (8) , teniendo dicha rosca interna (8) de dicha cavidad (3, 4) filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas adyacentes a dicho fondo de la cavidad con caras (15) de apoyo orientadas hacia caras extremas (6) del electrodo, teniendo dicha barra (5) : un eje central que discurre a lo largo de su longitud, dos caras extremas (11) ,

dos partes extremas (5a, 5b) , un plano intermedio (M) dispuesto entre dichas dos partes extremas (5a, 5b) y al menos una rosca externa (10) , y

al menos una rosca externa (10) , en la que dicha rosca externa (10) está dotada de filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas, que son filetes de rosca de dicha rosca externa (10) de la barra (5) que no soportan una carga durante su apoyo al estar enroscados en una rosca interna de una cavidad (3, 4) de un electrodo roscado (1, 2) ,

en la que dichos filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas tienen caras (15) de apoyo orientadas hacia las caras extremas (11) de la barra, y

en la que, a continuación de los filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas de dicha rosca externa (10) de la barra (5) , está dispuesto un filete (17) de rosca sin contacto de dicha rosca externa (10) de la barra (5) que es un filete de rosca de dicha rosca externa (10) de dicha barra (5) que tiene unas caras que no contactan con una cara de un filete de rosca de un electrodo (1, 2) cuando la barra (5) está enroscada en la rosca interna (8) de dicha cavidad (3, 4) de dicho electrodo roscado (1, 2) .

6. Unidad de electrodo según la reivindicación 5,

en la que la rosca externa (10) solamente de una de las dos partes extremas (5a, 5b) está dotada de filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas.

7. Unidad de electrodo según la reivindicación 5 o 6,

en la que hasta el 30% de los filetes de la rosca externa (10) son filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas.

8. Unidad de electrodo según una de las reivindicaciones 5 a 7,

en la que los filetes (14) de rosca de apoyo sin soporte de cargas están dispuestos en el área de rosca adyacente al plano intermedio (M) de la barra.

9. Unidad de electrodo según una de las reivindicaciones anteriores,

en la que los filetes (9, 13) de rosca de las roscas (8, 10) tienen un paso sustancialmente uniforme, una raíz, una cresta (19) y un perfil sustancialmente en forma de V, y en la que al menos una de dichas roscas interna y externa (8, 10) está conformada con una rampa (18) de cuña en dicha raíz, apoyándose dichas crestas (19) al menos de la otra de dichas roscas interna y externa (8, 10) en dichas rampas (18) de cuña cuando dicha barra (5) o electrodo (1, 2) están enroscados entre sí.

10. Unidad de electrodo según una de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho electrodo (1, 2) o dicha barra (5) están hechos de carbono o grafito.

11. Unidad de electrodo según una de las reivindicaciones anteriores, en la que las roscas internas (8) y las roscas externas (10) tienen forma cónica.