Способ восстановления сборных электродов для дуговых печей и устройство для нарезания резьбы на торцах элементов электрода

 

Использование: в машиностроении, в частности в металлургии при реставрации сломанных при эксплуатации секций графитированных электродов дуговых печей. Сущность изобретения: обе стороны элементов электрода по линии разлома подвергают механической обработке для формирования на торцах сопрягаемых поверхностей, а затем их соединяют между собой с помощью резьбовых элементов, и/или склеиванием, и/или сваркой экзотермическими смесями. Устройство для нарезания резьбы на элементах электрода содержит соединенный с оправкой через промежуточное звено инструмент для нарезания резьбы, при этом промежуточное звено выполнено в виде неподвижно закрепленного на оправке резьбового копира, водила с окном, размещенной в окне рейки для крепления и перемещения режущего инструмента. Рейка оснащена элементами зацепления и перемещения режущего инструмента. Рейка оснащена элементами зацепления с копиром, а водило юстировочными упорами для фиксации рейки и устранения люфтов. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к машиностроению и металлургии и используется при восстановлении сломанных в процессе эксплуатации сборных электродов.

Известен способ восстановления сборных электродов, заключающийся в том, что сломанную часть электрода удаляют, а для восстановления электрода до заданной длины к оставшейся верхней части присоединяют новый элемент [1] Основными недостатками способа являются большая доля неиспользованных бывших в употреблении элементов электродов и возможность применении при восстановлении только новых унифицированных элементов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ восстановления сборных электродов, включающий удаление элемента электрода, вышедшего из строя в процессе эксплуатации, реставрацию сломанного элемента путем формирования посредством механической обработки на торцах элементов сопрягаемых поверхностей, формирование механической обработкой на торце оставшейся части электрода сопрягаемой поверхности, сборку электрода до заданной длины путем соединения реставрированных и/или новых элементов по сопрягаемым поверхностям [2] Однако при реставрации используют только элементы мерной длины цилиндрической формы, а отломанные электроды неправильной формы и малой длины восстановлению не подлежат. Это приводит к большим потерям материала электродов (до 70%). Кроме того, соединение элементов электродов осуществляется только с помощью резьбовых ниппелей, что не всегда является надежным и экономически оправданным.

Техническим результатом изобретения является безотходное восстановление электродов и надежное соединение элементов.

Это достигается тем, что при восстановлении сборных электродов реставрацию элементов, вышедших из строя в процессе эксплуатации, осуществляют формированием механической обработкой на их торцах сопрягаемых поверхностей, сборкой электрода до заданной длины путем соединения элементов по сопрягаемым поверхностям, механической обработке подвергают обе стороны элементов электрода по линии разлома с последующим их соединением. Соединение может быть осуществлено резьбовым методом и/или склеиванием.

Соединение может также быть осуществлено резьбовым методом и/или сваркой экзотермическими смесями. При соединении элементов склеиванием или сваркой экзотермическими смесями процесс активируют наложением высокочастотных колебаний.

На фиг. 1 показаны форма и размеры элементов, вышедших из эксплуатации; на фиг. 2 типы соединения элементов в электрод; на фиг. 3 принципиальная схема устройства для механической обработки торцов электродов; на фиг. 4 вид А на фиг. 3; на фиг. 5 устройство для нарезания резьбы на элементах электрода; на фиг. 6 и 7 узел сопряжения рейки с копиром, варианты выполнения.

Примеры реализации способа.

Вышедшие из строя элементы независимо от их формы и размеров подвергают реставрации. На элементах электродов при реставрации формируют сопрягаемые поверхности следующих видов: два гнезда с резьбой, в которые устанавливают ниппель конической или цилиндрической формы (фиг. 2 а); выступ или гнездо конической или цилиндрической формы с нарезанными на их поверхности резьбами (фиг. 2 б, в); выступ и гнездо конической или цилиндрической формы без резьбы (фиг. 2 г, д); шипы и соответствующие им пазы (фиг. 2 е); гладкие (фиг. 2 ж, з); два гнезда конической или цилиндрической формы, в которые устанавливают вставку формой, соответствующей форме гнезда (не показаны); выступы и пазы могут быть выполнены с шаровыми поверхностями сопряжения (не показаны).

Восстановление электрода до заданной длины осуществляют путем соединения реставрированных и/или новых элементов по сопрягаемым поверхностям
посредством резьбового соединения (фиг. 2 а-в);
посредством клея (фиг. 2 б-з);
посредством сварки по технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (фиг. 2 б-г, е-з).

Механическую обработку торцов электродов при формировании сопрягаемых поверхностей производят на устройстве, представленном на фиг. 3 и 4.

Нарезание резьбы осуществляют с помощью устройства, представленного на фиг. 5, 6 и 7.

При соединении элементов клеем можно применять следующие типы клеев: на органической основе, на неорганической основе и композитные. Общим требованием для клеев является их электропроводность (ее можно регулировать путем применения токопроводящих мостиков и присадок в составе клея), прочность, термостойкость.

Использовали органометаллический на фенольной основе клей марок ФТК-ВК и неорганический на металлофосфатной основе клея ВКФ-21П. При склеивании элементов электродов испытание выдержали оба клея. Обрывов и поломок по месту склеивания не наблюдалось.

При предварительных испытаниях клеев получены следующие характеристики: прочность больше 34 кгc/см² при температуре выше 1000^оС сохраняется. Клей марки ФТК-ВК использовали для соединения цилиндрических, конических безрезьбовых выступов и гнезд, а также плоских гладких поверхностей. Клей марки ВКФ-21П использовали для соединения гнездо-выступ.

Соединение сваркой обеспечивали за счет применения экзотермических смесей, способных при инициировании самораспространяющегося высокотемпературного синтеза обеспечить электропроводные, тормостойкие, прочные химические и композиционные соединения сопрягаемых поверхностей.

Для обеспечения соединения элементов электродов на сопрягаемые поверхности наносили порошкообразные (дисперсность до 63-100 мкм) или пастообразные смеси, стыковали элементы электрода между собой, прилагали осевую нагрузку, производили поджиг смеси, чем и инициировали реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Полученные соединения проверяли на прочность, электропроводность и термостойкость. Такие электроды запускали в работу, обрывов электрода или поломок по месту стыка не наблюдалось.

Смеси для СВС готовили из имеющихся материалов (известно, что для СВС применяют смеси на основе элементов III-YI групп периодической системы элементов).

Осуществляли реакцию титан + углевод для образования карбидов титана
Ti (55%) + C (45%) __→ TiC
Для снижения скорости протекания реакции с целью улучшения прогрева свариваемых поверхностей применяли наполнители и осуществляли реакции по схеме
Ti (40%) + C (40%) + Ni (20%) __→ TiC + TiNi с использованием в качестве инициатора реакции смесь Ti + C в виде таблетки.

То же возможно на основе оксидов титана или хрома. Реакции идут по схеме
TiO+Al+C __→ TiC+Al₂O₃
CrO₃+Al+C __→ Cr₂C₃+Al₂O₃
В реакции использовали порошок титана марки ПТС, сажу марки ПМ-15, никель марки ПНЭ-1, алюминий марки АСД-1, оксид хрома СrO₃ по ГОСТ 3776-78, оксид титана TiO₂ по ТУ 6-09-2166-77.

Инициирование производили электрическим током, пропущенным по спирали.

При осуществлении клеевого или сварного соединения к стыкуемым элементам необходимо приложить осевую нагрузку (величина нагрузки строго не регламентируется). Это обеспечивали посредством резьбового замыкания (стяжка резьбового соединения на выступе и гнезде хомутами, установленными на элементах электродов, т.е. посредством специального оборудования). В ряде случаев осевую нагрузку обеспечивали проще: элементы устанавливали друг на друга, т.е. использовали вес верхнего элемента. Если элемент и, соответственно, его масса были малыми, то на верхний элемент располагали дополнительный груз. При соединении сопрягаемых поверхностей элементов склеиванием или сваркой экзотермическими смесями процесс соединения активировали путем наложения высокочастотных колебаний.

Схема устройства для механической обработки сопрягаемых поверхностей элементов (образования гнезд, выступов, шипов, пазов, плоских поверхностей) представлена на фиг. 3 и 4.

Так как устройство является нестандартным оборудованием, его располагают в удобном месте цеха, в том числе устройство может быть смонтировано на передвижной платформе.

Ниже линии (фиг. 3) расположена шахта 2, в которой установлен и зафиксирован зажимом 3 элемент 4 электрода. Над шахтой расположена пиноль 5 для крепления сменного обрабатывающего инструмента 6. Пиноль служит для придания инструменту как вращательного движения вокруг оси, совпадающей с осью зажима, так и поступательного перемещения (движение П). Пиноль 5 закреплена на поворотной траверсе 7 (движение В₁), установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения от смонтированного на станине 8 привода (не обозначен). Устройство оснащено также поворотным (движение В₂) магазином 9 со сменными приспособлениями 10 и инструментами 11. Приспособления установлены в гнездах магазина так, чтобы обеспечить их соосность с механизмом захвата 12 при повороте траверсы 7 из рабочего положения в положение над магазином. Станина 8 при размещении элемента 4 электрода в любом пространственном положении может устанавливаться вертикально, горизонтально, наклонно. Зажим может перемещаться по станине, сама станина может быть установлена на платформе, площадке и т.д.

Устройство работает следующим образом.

Элемент 4 устанавливают в шахту 2 и фиксируют зажимом 3. Поворачивают траверсу 7 в положение над магазином, поворачивают магазин 9 в положение, требующееся для работы инструментом, подводят пиноль 5 к инструменту 6, механизмом захвата 12 присоединяют его к пиноли, фиксируют устройство в этом положении и перемещают пиноль 5 до соприкосновения инструмента 6 с элементом электрода, происходит обработка сопрягаемой поверхности торца элемента.

В группу изобретений входит устройство для нарезания резьбы на элементах электрода.

Известно устройство для нарезания конических резьб, включающее оправку с резьбовой поверхностью, гайку, набор передаточных шестерен и звено крепления режущего инструмента [3]
Недостатком устройства является его сложность, так как оно предназначено для нарезания резьбы в твердых материалах (металл), где требуются большие усилия обработки.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции устройства, удешевление его изготовления и простота эксплуатации при нарезании резьбы в более мягких материалах (пластмасса, графит и т.п.).

Это достигается тем, что промежуточное звено от оправки до инструмента выполнено в виде резьбового копира с одним или несколькими витками, неподвижно закрепленного на оправке, водила с окном, размещенной в окне рейки, служащей для крепления и перемещения режущего инструмента, при этом рейка оснащена одним или несколькими элементами зацепления с резьбовым копиром, водило снабжено юстировочными упорами для фиксации рейки в заданном положении и устранения люфтов.

Водило может быть выполнено с дополнительными окнами с размещенными в них дополнительными рейками, несущими дополнительный режущий инструмент.

Принципиальная схема устройства представлена на фиг. 5-7, при этом на фиг. 6 элемент зацепления выполнен в виде отрезков витков резьбы, а на фиг. 7 элемент зацепления выполнен в виде шарика.

Устройство для нарезания резьбы (фиг. 5) содержит оправку 1, рейку 2, соединенный с оправкой 1 копир 3. Рейка 2 установлена в окне водила 4, которое снабжено юстировочными упорами 5 для фиксации рейки в заданном положении и устранения люфтов. На торце рейки выполнена полка 6 для перемещения по ней площадки 7, на которой закреплен режущий инструмент 8. Режущий инструмент 8 может быть выполнен в виде резца или фрезы с индивидуальным приводом. На рейке размещен элемент 9 зацепления, входящий в зацепление с копиром.

В устройстве предусмотрено размещение дополнительного режущего инструмента 10, например, для чистовой обработки, закрепленного на дополнительных рейках 1. Элемент зацепления может быть выполнен в виде пальца, шарика, элемента витка резьбы и т.п.

Устройство работает следующим образом.

При вращении водила вокруг неподвижно установленного резьбового копира 3 рейки, проходящие через окна водила 4 и находящиеся в зацеплении с копиром, получают вращательное движение вокруг продольной оси устройства, совпадающей с осью гнезда элемента, в котором нарезают резьбу, и поступательное движение вдоль образующей копира. Шаг резьбы копира рейки и нарезаемой резьбы, угол конусности копира, угол установки реек соответствует один другому. Режущий инструмент 8 закрепляется на площадке 7, которая перемещается по полке 6, и фиксируется в заданном положении, определяя диаметр обрабатываемого гнезда. Профиль режущей поверхности инструмента 8 соответствует профилю требуемой поверхности гнезда. Упоры 5 кроме юстировки угла наклона рейки устраняют появляющиеся в процессе эксплуатации люфты. На одной из реек закреплен резец для нарезания резьбы, а на другой резец чистовой обработки поверхности гнезда. Инструмент может иметь индивидуальный пневмо-гидроэлектроп- ривод.

Если изменить расположение оправки и реек на противоположное, это устройство можно использовать для нарезания наружной резьбы на выступах электродов.

Формула изобретения

1. Способ восстановления сборных электродов для дуговых печей, включающий реставрацию элементов, вышедших из строя в процессе эксплуатации, путем формирования механической обработкой на торцах сопрягаемых поверхностей, сборку электрода до заданной длины путем соединения элементов по сопрягаемым поверхностям, отличающийся тем, что механической обработке подвергают обе стороны элементов электрода по линии разлома с последующим их соединением.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что соединение осуществляют с помощью резьбовых элементов и/или склеиванием.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что соединение осуществляют с помощью резьбовых элементов и/или сваркой экзотермическими смесями.

4. Способ по пп.2 и 3, отличающийся тем, что при соединении сопрягаемых поверхностей склеиванием или сваркой экзотермическими смесями процесс соединения активируют путем наложения высокочастотных колебаний.

5. Устройство для нарезания резьбы на торцах элементов электрода, содержащее соединенный с оправкой через промежуточное звено инструмент для нарезания резьбы, отличающееся тем, что промежуточное звено выполнено в виде неподвижно закрепленного на оправке резьбового копира с одним или несколькими витками резьбы, водила с окном, размещенной в окне водила рейки, служащей для крепления и перемещения режущего инструмента, при этом рейка оснащена одним или несколькими элементами зацепления ее с копиром, водило снабжено юстировочными упорами для фиксации рейки в заданном положении и устранения люфтов.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что водило выполнено с дополнительными окнами с размещенными в них дополнительными рейками для крепления и перемещения дополнительного режущего инструмента, каждая из которых оснащена одним или несколькими элементами зацепления ее с резьбовым копиром.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7