一种石墨电极拧紧方法
阅读说明：本技术 一种石墨电极拧紧方法 (Graphite electrode screwing method ) 是由 崔国伟 于 2021-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明是一种石墨电极拧紧方法,应用于石墨电极施工技术领域,包括以下步骤,步骤一：预处理、步骤二：计算力矩,建立石墨电极拧力矩的数学模型、步骤三：拧紧操作,本发明通过建立拧力矩的数学模型,以及合理的拧紧方式,实现石墨电极的精准连接,满足钢铁企业需求,避免石墨电极使用事故的发生。(The invention relates to a method for screwing a graphite electrode, which is applied to the technical field of graphite electrode construction and comprises the following steps: pretreatment and step two: calculating the moment, establishing a mathematical model of the twisting moment of the graphite electrode, and performing the third step: in the invention, the accurate connection of the graphite electrodes is realized by establishing a mathematical model of the screwing torque and a reasonable screwing mode, the requirements of iron and steel enterprises are met, and the use accidents of the graphite electrodes are avoided.)
技术领域
本发明石墨电极施工技术领域，尤其是一种石墨电极拧紧方法。
背景技术
石墨电极拧力矩又称石墨电极拧紧力矩，它是指石墨电极在上炉使用前利用石墨电极孔壁丝扣与石墨电极接头丝扣对接预紧后的旋紧力矩的大小。
在使用过程中不同厂家的石墨电极由于配方不同、使用的原料不同及生产工艺上的差异，因此、石墨电极的热膨胀系数、抗拉强度差异很大(热膨胀系数差异：1.2—2x10-6，抗拉强度差异:3---6MPa)。如果使用相同的拧力矩，势必造成：石墨电极的拧力矩过小，会导致石墨电极接触电阻过大，导电能力下降，甚至造成石墨电极退扣脱落等冶炼事故。石墨电极的拧力矩过大，会导致石墨电极丧失自身强度，导致石墨电极在冶炼中出现孔壁开裂及接头折断的现象。一旦石墨电极孔壁出现开裂，施加在石墨电极上的防脱旋紧力矩随之失效。从而引发石墨电极在冶炼过程中的退扣、脱落等诸多问题。
石墨电极是在高温条件下使用的导电耐火材料，它的使用必须采用频繁在空中由天车吊运的方式来实现石墨电极更换，在天车吊运的下方，既有几千万的设备又有操作人员，因此、钢铁企业呼吁石墨电极生产企业根据自身石墨电极指标确定不同厂家、不同品级、不同规格石墨电极拧力矩的大小以及合理的拧紧方法，以便于指导连接电极避免各种事故的发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨电极拧紧方法，通过建立拧力矩的数学模型，以及合理的拧紧方式，实现石墨电极的精准连接，满足钢铁企业需求，避免石墨电极使用事故的发生。
为达到以上目的，提供以下技术方案：
一种石墨电极拧紧方法，由以下步骤组成：
步骤一：预处理，先用叉车或其他运输工具将预连接的石墨电极运往现场，去掉石墨电极保护罩，检查石墨电极电极孔螺纹、石墨电极接头螺纹、石墨电极本体是否存在碰损及不完整现象，检查石墨电极孔内是否清洁是否存在积灰，如不清洁存在积灰清理干净方可使用；
检查石墨电极接头表面接头栓是否脱落，如果脱落补齐后方可使用；
将石墨电极吊具拧入石墨电极孔内，并校紧，避免操作过程中脱落；
用橡胶垫铺在需要连接的石墨电极接头的地面上，避免吊运过程损伤石墨电极接头丝扣；
用高度微调吊具吊起预连接的上电极，调运石墨电极到连接架处，用压缩空气去除石墨电极及接头表面灰尘；用压缩空气去除预连接的下电极电极孔内的灰尘及杂物，准备连接；
将一端开口厚度为10mm，内外直径与石墨电极孔相同的橡胶圈放置在下电极电极孔上，防止上电极下落过程中丝扣发生碰损，准备对石墨电极进行加接；
步骤二：计算力矩，建立石墨电极拧力矩的数学模型：
N＝0.55·δb-G/(R2-d2)/3.14-0.024·(α本体-α接头)·E·Δt/(1-V)
h螺纹宽度—螺纹宽度(m)、L螺距—螺距(m)、n半头扣数—半头扣数、tgφ接头锥度正切值--接头锥度正切值、d接头最大径—接头最大径(m(、μ摩擦系数—石墨摩擦系数、V泊松比—石墨泊松比、E弹性模量—弹性模量(GPa)、G电极重量—2.5只石墨电极重量(kg)、ɑ本体—石墨电极本体热膨胀系数(10-6/℃)、ɑ接头—石墨电极接头热膨胀系数(10-6/℃)、δb抗拉强度—石墨电极本体抗拉强度(MPa)、R本体—石墨电极本体半径(m)、Δt接头本体温差—钢水液面距离石墨电极1.3m处，石墨电极心部与电极表面的温差取值1258℃；
步骤三：拧紧操作，将步骤二中计算好的石墨电极拧力矩数值∑T，输入数显石墨电极拧力矩扳手环数据显示器中，并把该力矩值设置为报警提示；
将石墨电极拧力矩扳手环安装在石墨电极上，石墨电极拧力矩扳手环距离地面1.3—1.5米，要求石墨电极拧力矩扳手环内环上的摩擦齿必须嵌入石墨电极本体，防止在加紧石墨电极过程中出现滑动，造成拧力矩施加不到位；
在安装石墨电极拧力矩扳手力矩杆，石墨电极拧力矩扳手力矩杆安装在拧力矩扳手环的固定环的插孔内，依据石墨电极的直径及拧力矩的大小安排加接石墨电极的人数；
将预连接的上电极接头对准预连接下电极接头孔中心部位，下电极端面放置防冲击的橡胶圈，慢速下落上电极直至平稳落在橡胶圈上，在轻微吊起取出防冲击的橡胶圈后，开始旋转拧力矩扳手的力矩杆，直至拧力矩报警器报警所显示数值达到预定值结束。
本发明的有益效果为：
本发明充分考虑了石墨电极在使用过程中石墨电极的自重、石墨电极所受热应力及电炉振动所带来的合外力对石墨电极的影响，推导出不同指标石墨电极、不同规格石墨电极接连后，使用在高温条件下的石墨电极最佳拧力矩计算数学模型。该模型不仅考虑了石墨电极在使用中的环相应力、径向应力及石墨电极的抗拉强度、抗折强度、弹性模量等因素，同时也考虑了石墨电极在使用过程中，石墨电极连接部位距离石墨电极尖端等离子电弧高温区不同距离点的热膨胀行为。推导出不同指标、不同接头扣数的石墨电极最佳拧力矩数学模型，并结合合理的预处理过程和拧紧操作，实现石墨电极拧紧后能够达到最佳的效果。经过实际测试符合国际同行业执行标准。
具体实施方式
一种石墨电极拧紧方法，由以下步骤组成：
步骤一：预处理，先用叉车或其他运输工具将预连接的石墨电极运往现场，去掉石墨电极保护罩，检查石墨电极电极孔螺纹、石墨电极接头螺纹、石墨电极本体是否存在碰损及不完整现象，检查石墨电极孔内是否清洁是否存在积灰，如不清洁存在积灰清理干净方可使用；
检查石墨电极接头表面接头栓是否脱落，如果脱落补齐后方可使用；
将石墨电极吊具拧入石墨电极孔内，并校紧，避免操作过程中脱落；
用橡胶垫铺在需要连接的石墨电极接头的地面上，避免吊运过程损伤石墨电极接头丝扣；
用高度微调吊具吊起预连接的上电极，调运石墨电极到连接架处，用压缩空气去除石墨电极及接头表面灰尘；
用压缩空气去除预连接的下电极电极孔内的灰尘及杂物，准备连接；
将一端开口厚度为10mm，内外直径与石墨电极孔相同的橡胶圈放置在下电极电极孔上，防止上电极下落过程中丝扣发生碰损，准备对石墨电极进行加接；
步骤二：计算力矩，建立石墨电极拧力矩的数学模型：
N＝0.55·δb-G/(R2-d2)/3.14-0.024·(α本体-α接头)·E·Δt/(1-V)
h螺纹宽度—螺纹宽度(m)、L螺距—螺距(m)、n半头扣数—半头扣数、tgφ接头锥度正切值--接头锥度正切值、d接头最大径—接头最大径(m(、μ摩擦系数—石墨摩擦系数、V泊松比—石墨泊松比、E弹性模量—弹性模量(GPa)、G电极重量—2.5只石墨电极重量(kg)、ɑ本体—石墨电极本体热膨胀系数(10-6/℃)、ɑ接头—石墨电极接头热膨胀系数(10-6/℃)、δb抗拉强度—石墨电极本体抗拉强度(MPa)、R本体—石墨电极本体半径(m)、Δt接头本体温差—钢水液面距离石墨电极1.3m处，石墨电极心部与电极表面的温差取值1258℃；
步骤三：拧紧操作，将步骤二中计算好的石墨电极拧力矩数值∑T，输入数显石墨电极拧力矩扳手中，并把该力矩值设置为报警提示；
在石墨电极距离地面1.3—1.5米处，要求电极拧力矩扳手内环上的摩擦齿必须嵌入石墨电极本体，防止在加紧石墨电极过程中出现滑动，造成拧力矩施加不到位；
在电极拧力矩扳手力矩杆安装在拧力矩扳手固定环的插孔内，依据石墨电极的直径及拧力矩的大小安排加接石墨电极的人数；
将预连接的上电极接头对准预连接下电极接头孔中心部位，慢速落在预连接下电极端面放置防冲击的橡胶圈上，在轻微吊起取出防冲击的橡胶圈后，开始旋转拧力矩扳手直至拧力矩报警器报警所显示数值达到预定值结束。
其中，石墨电极拧力力矩国际行业标准及同行业企业执行标准如下：
石墨电极拧力矩国际行业及同行业执行标准
电极直径
HEC(Nm)
TOKAI(Nm)
SGL(Nm)
UCAR(Nm)
Ф350mm
820
1620
850
700-950
Ф400mm
1050
1960
1100
800-1150
Ф450mm
1350
2460
1500
1050-1400
Ф500mm
2290
3140
2500
1300-1700
Ф550mm
3200
3730
3500
1850-2400
Ф600mm
3660
4220
4000
2350-3500
Ф700mm
5490
6170
6000
4300-5300
实施例一
本专利从使用过程中热连接效果出发，通过大量的跟踪实验选取开裂的石墨电极在提升出电炉外部作为测量条件，测量出石墨电极在冶炼中连接部位距离钢水1.3米处电极中心温度与石墨电极该处的表面温度1258C°，该测量条件作为本专利的计算依据。通过该处的温差计算建立满足石墨电极在该处温差条件下不发生热应力破坏数学模型。
应用抗拉强度试验机测量，该批次石墨电极的抗拉强度δb，该测试结果作为计算本专利拧力矩的计算数据。抗拉强度测试方法采用HG/T2642—94国家标准方法测定。
应用热膨胀测试仪测量，该批次石墨电极本体及接头的热膨胀系数α，该测试结果作为计算本专利拧力矩的计算数据。热膨胀系数测试方法及步骤采用YB/T4088—2000标准测量。
应用弹性模量测试仪测量，该批次石墨电极的弹性模量E，该测试结果作为计算本专利拧力矩的计算数据。热膨胀系数测试方法及步骤采用YB/T4088—2000标准测量。
应用磅秤测量石墨电极及石墨电极接头的重量G,该测试结果作为计算本专利拧力矩的计算数据。
石墨电极本体及接头中的h—螺纹宽度、L—螺距、n—半头扣数、tgФ—接头锥度正切值、d—接头最大径可参照YB/T 4088----2000石墨电极国家标准中给定参数进行计算。
μ—石墨摩擦系数按常数计算、V—石墨泊松比按常数计算、Δt—钢水液面距离石墨电极1.3m处，石墨电极心部与电极表面的温差取值按常数计算1258度。
将上述参数代入步骤二中的石墨电极拧力矩数学模型，即可得到该批石墨电极拧力矩的大小。
以Ф700mmUHP4L石墨电极为例：
某钢厂引进石墨电极自动连接器后，所使用的Ф700mmUHP石墨电极总出现孔壁开裂及折断事故，经现场调查：石墨电极采用自动连接器进行连接，连接时连接拧力矩为6500NM力矩。石墨电极制造指标如下：
代入步骤二中数学模型得出：
N＝0.55·δb-G/(R2-d2)/3.14-0.024·(α本体-α接头)·E·Δt/(1-V)
Ф700mmUHP石墨电极在冷连接状态下的连接拧力矩为4912.1NM。
连接过程中按照步骤一进行预处理，步骤三进行拧紧操作，通过更改拧力矩后，采用此拧紧方法，Ф700mmUHP石墨电极再未发生开裂折断现象。
实施例二
某黄磷厂使用的Ф700mmRP石墨电极总出现退扣现象，石墨电极连接时采用4人连接，拧紧工具采用数显拧力矩扳手进行连接，连接时连接拧力矩为2800NM力矩。石墨电极制造指标如下(具体步骤按实实施例一)：
通过将石墨电极制造指标代入步骤二中数学模型得出：
N＝0.55·δb-G/(R2-d2)/3.14-0.024·(α本体-α接头)·E·Δt/(1-V)
石墨电极拧紧力矩为：4481.8NM，而实际施加力矩明显偏小，该厂通过增加连接人数，增长力臂杠杆达到拧紧力矩要求后，石墨电极退扣现象消失。
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