Brevet FR2375790A1 — publié le 19780721

La présente invention se réfère a un dispositif d'électrode pour fours électriques a arc, constitué par une succession d'eléments en carbone et d'embouts de liaison, du genre dans lequel il est prévu entre d'une part le filetage intérieur de la partie alésée agencée a chaque extrémité d'un élément pour recevoir l'embout et d'autre part le fond de l'alésage correspondant, une chambrure a contre-dépouille qui découpe ce filetage au moins jusqu'a son diamètre extérieur. On se réfèrera a cet égard a la demande de brevet allemand mise a l'inspection publique sous le NO 22 34 411. Sous le terme d'éléments ou électrodes élémentaires en carbone on doit entendre aussi bien ceux dont le matériau carboné constitutif est graphité que ceux ot il ne l'est pas. Dans les dispositifs d'électrode du genre en question la chambrure qui découpe ainsi le filetage a contre-dépouille a pour but d'éviter l'application d'efforts élevés au matériau constitutif de l'élément considéré dans la zone comprise entre le filetage et le fond de l'alésage borgne de cet élément. Ces efforts proviennent d'actions mécaniques et thermiques, surtout lors de l'introduction du dispositif d'électrode dans le four chaud et également quand, après qu'il ait été porté a une haute température dans ce dernier, on l'en retire après la coulée du métal fondu.Les actions mécaniques résultent d'une part de la fréquence du courant alternatif qui parcourt le dispositif et qui y détermine une forte vibration, d'autre part du fait que celui-ci est soumis à des forces verticales et-latérales provoquées par son contact brutal dans tous les sens avec des morceaux de métal ou riblons non encore fondus Quant aux actions thermiques et aux efforts qu'elles entraînent, elles proviennent des inégalités de dilatation du matériau, notamment lorsque l'embout est plus fortement dilaté transversalement a l'axe du dispositif que l'alésage de l'élé- ment considéré, par exemple lors d'un refroidissement rapide de ce dernier a l'extérieur du four. Sous l'effet des forces de dilatation D entre l'embout et la partie alésée de l'élément, des forces verticales V et des forces transversales éventuelles Q, il apparat surtout dans le matériau intéressé, au voisinage du fond de l'alésage de l'élément les contraintes qu'on a représentées en fig. 1, savoir une contrainte périphriqueu u , provoquée par la dilatation imposée à la partie alésée par l'embout, une contrainte de flexions-ret une de compres sion1C , également provoquées par la dilatation de la partie alésée et par la non-dilatation du fond rigide de celle-ci, ainsi qu'une contrainte de tensions qui résulte des forces que l'embout applique sur les flancs obliques des filets en direction du débouché de l'alésage.Du fait de ces efforts, des contraintes supplémentaires de fissurationrde valeur élevée apparaissent dans la zone de raccordement avec le fond de l'alésage et plus particulièrement auvniveau des premiers filets de celui-ci, sollicités par 1'embout. Pour cette raison la paroi de la partie alésée risque de se rompre, ce qui entratne la chute du dispositif suspendu a la liaison par vissage intéréressée. On connaît suivant la norme DIN 76 des chambrures qui coupent le filetage à contre-dépouille et qui assurent une diminution notable des contraintes de fissuration dans le fond de l'alésage par rapport à une simple fin de filetage usuelle. Une telle chambrure agit sur les creux à ar8te vive du filetage a la façon de ce qu'on appelle une creusure de dégagement de contraintes. Toutefois en considération du fait que le matérieu constitutif de l'électrode est a grain très grossier et présente un caractère cassant, l'on n'obtient pas une solution suffisante du problème par une chambrure du genre en question.En effet, comme vers la fin de filetage la section transversale du filet va en diminuant en hauteur et en largeur, les contraintes existantes peuvent encore atteindre une valeur telle qu'elles provoquent la casse de celui-ci et par conséquent la fissuration et la rupture subséquente de la partie alésée qui le comporte. L'invention vise a réaliser la liaison entre les éléments du dispositif d'électrode de façon telle qu'on obtienne une diminution supplémentaire des contraintes dans la zone de raccordement entre le filetage et le fond de l'alésage, afin d'éliminer en ce point les endommagements du dispositif et donc les arrets coûteux et les pertes de matière d'électrode qui en résultent. A cet effet, suivant l'invention, dans la zone correspondant à la chambrure le filetage de la partie alésée comporte sur la longueur d'au moins un filet une section transversale à hauteur réduite dont le flanc tourné vers le débouché de l'alésage est découpé par la ligne de réduction de hauteur suivant un angle CA supérieur ou égal à 900. L'on obtient ainsi que le filetage à hauteur réduite de la partie alésée ne puisse plus se briser sous l'effet de la sollicitation que lui impose le filetage correspondant de l'embout, car en raison de l'angle 0R obtus, ou & la limite droit, il présente une section résiduelle essentiellement plus large. Si par-suke d'un angle &alpha; important la réduction de hauteur affecte plusieurs filets de l'alésage de l'élément, on obtient en outre que les forces de sollicitation ne soient transmises au filetage de l'alésage que par-la pointe des filets de l'embout. Cela permet à ces derniers de fléchir élastiquement. En raison de ces deux effets favorables les fissurations de la partie alésée dans la zone précitée ne sont plus à craindre lors des sùrcharges habituelles. Dans une forme d'exécution avantageuse de l'invention, la chambrure de découpage au filet de la partie alésée prévue centrée suivant l'axe de lçélémentS peut être annulaire et s'étendre parallèlement au fond de l'alésage, ou bien comporter une forme hélicoidale avec le néme pas que le filetage lui-même sur au moins 360 . En-outreuil s'est avéré qu'en fonction de l'élasticité et de la résistance mécanique des divers matériaux constitutifs des éléments d'électrode et-des embouts, il était avantageux de donner à cette chambru e, vue en coupe transversale, un profil incurvé ou chanfreiné dans zone qui réduit la hauteur du filetage de la partie alésée, ou encore de l'y faire débuter par une saillie en forme d'escalier. Par ailleurs la partie alésée peut être établie de façon telle que la chambrure, là encore vue en coupe transversale, se raccorde - ès sa zone qui réduit la; hauteur du filetage de la partie alésée, ue zone incurvée qui aboutisse directement au fond de l'alésage, u qui se raccorde à son tour à une zone-rectiligne ou chanfreinée raccordée elle-néme au rond par un congé. En ce qui concerne les rayons de courbure, ceux ci peuvent avoir une valeur unique, ou bien 7'on peut envisager des rayons de diverses valeurs se raccordant les uns aux autres. Le dessin annexe, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention les- caractEristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 illustre les conditions d'efforts et de contraintes dans le fond de l'alésage borgne d'un élément d'électrode Fig. 2 montre en coupe le filetage de la partie alésée découpee par une chambrure à contre-dépouille habituelle. Fig. 2a est une coupe de détail de la partie terminale du filetage dans le cas de la chambrure suivant fig. 2, avec la partie correspondante de l'embout. Fig. 3 est une vueea coupe du filetage de la partie alé sée avec une chambruré suivant l'invention, de forme annulaire et parallèle au fond de l'alE age. Fig. -3a est une coupe de détail de la chambrure de fig. 3 avec une partie de l'embout correspondant. Fig. 4 montre en coupe le filetage de la partie alésée dans le cas d'une chambrure suivant l'invention de forme hélico!- dale de même pas que celui-ci. L'état-de contraintes illustré en fig. 1 vaut pour toutes les liaisons entre les éléments d'électrode tels cue celle représentée sur les dessins et dans laquelle un embout fileté 2 est vissé dans la partie alésée 1 d'un élément. Ce qu'il convient de faire, c'est de maintenir à un niveau aussi faible que possible les valeurs des contraintes schématiquement indiquées à titre qualificatif. Fig. 2 montre comment dans un type connu de liaison d'éléments d'électrode, du fait de la chambrure à contre-dépouille 4 prévue dans la partie terminale 3 du filetage, la section résiduelle 5 de ce dernier, qui va en se réduisant progressivement, définit un angle aigu tandis que du même coup la hauteur h' et la largeur b' du filet diminuent de façon semblable. La coupe de détail de la partie 3 du filetage, représentée en fig. 2a, montre comment lors d'une dilatation de l'embout 2, la section résiduelle 5 et le filet 6 de l'alésage borgne se trouvent sollicités par le filet 7 de l'embout. Si l'on considère que la matière constitutive de l'électrode comporte une structure à gros grain et est très cassante, on comprend que d'une part l'embout 7, serré dans le fond 8 du filetage crée un danger de rupture de la section résiduelle 5 du filet 3 de la partie 1 ; en pareil cas, et comme montré en 9, il se forme une fissure qui tend à se transformer en entaille, ce qui entrain la rupture de la paroi de l'alésage. D'autre part le filet 7 de l'embout prend appui par toute la largeur de son flanc 10 sur le filet adjacent 6 de la partie alésée 1 et avec toute la force qui le concerne, de sorte qu'entre ce point et la chambrure 4 il apparait une variation d'effort importante. Grâce maintenant à la conformation originale représentée en fig. 3 de la chambrure 4 du filetage de la partie alésée 1 de l'élément, les sections 5 et 6 de la zone terminale 3 du filetage de l'alésage se trouvent réduites en hauteur de façon telle qu'un ou plusieurs des flancs de filet 11 tournés vers le débouché-de celui-ci se trouvent coupés suivant un anrjle o(égal ou supérieur à 900, soit donc en règle générale suivant un angle obtus. La coupe de détail correspondante de fig. 3a permet d'apercevoir encore plus clairement le profil des sections 5 et 6 précitées ainsi que la façon dont elles sont sollicitées par le filet 7 de l'embout. L'avantage assuré par cette disposition réside en ce que la section résiduelle 5 du filetage de l'alésage sur laquelle vient agir le filet 7 de l'embout ne peut-plus se briser étant donné que du fait de l'angle obtus C(, elle comporte-une largeur b' beaucoup plus grande ; la partie alésée 1 de l'élément ne risque donc plus de se rompre en ce point. En outre le filet 7 ne porte plus sur la section résiduelle 6 du filetage de l-alesage que par-une fraction de la hauteur de son flanc 10 et de ce fait lorsque l'ensemble est sollicité, ce filet 7 peut fléchir élastiquement.Cela signifie qu'au moins ce dernier filet 7 n'est pas contraint au maximum de sorte quil n'apparat pas vers la chambrure 4 ùne variation d'effort aussi forte que cela est le cas avec la conformation habituelle. Ainsi disparaissent dans une tres large mesure les contraintes imposées au matériau constitutif de l'élément du fond de la partie alésée, dans la zone intéressée par la chambrure 4, in compris celle correspondant aux filets à section de-hauteur réduite 5 et 6. La chambrure 4 représentée aux fig. 3 et -3a est annulaire et est paral èle au fond 12 de l'alésage ;- elle peut etre réalisée sur un tour au moyen d'un simple outil de forme. Dans la forme d'exécution représentée en fig. 4 la creusure 4 est réalisée lors du fraisage du filetage de la partie 1. il apparaît ainsi immédiatement au-dessus du fond 12 de l'alésage une arête hélicoïdale supplémentaire 13, laquelle n'a toutefois aucune influence défavorable sur la résistance de ladite partie 1, étant donné que les plus fortes contraintes imposées au matériau sont limitées au domaine des zones à section de hauteur réduite 5 et 6 du filetage. Fig. 4 montre en outre la possibilité de donner un profil incurvé à la chambrure 4 au voisinage des zones 5 et 6 et d'établir la courbure a un rayon variant de façon continue. Cette courbure peut aboutir directement au fond 13 de l'alésage pu se raccorder a une autre zone chanfreinée ou rectiligne à laquelle se raccorde a son tour un congé aboutissant au fond précité. On n'a pas montré sur le dessin que dans la zone des sections de filets a hauteur réduite, la chambrure peut comporter un profil chanfreiné et/ou etre pourvue d'une saillie en forme d'escalier sans que pour autant ies conditions des contraintes dans la partie alésée 1 s'en trouvent modifiées de façon défavorable. On n'a pas indiqué non plus que, vue en coupe transversale, la chambrure peut comporter un profil incurvé se raccordant à la zone qui réduit la hauteur des filets de l'alésage, ce profil étant suivi d'une partie rectiligne qui se raccorde à son tour au fond de celui-ci par un congé approprié. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif d'électrode pour fours électriques à arc, cons titué par une succession d'élements en carbone et d'embouts de liaison, du genre dans lequel il est prévu entre le filetage de l'a- lésage borgne d'un éléT::ent et le fond de cet alésage une chambrure à contre-dépouille qui découpe le filetage au moins jusqu a son diamètre extérieur, caractérisé en ce que dans la zone correspondant à la chambrure (4) le filetage de la partie alésée -(1) comporte sur la longueur d'au moins un filet une section transversale à hauteur réduite (5) dont le flanc (il) tourné vers le débouché de l'alésage est découpé par la-ligne de éduction de hauteur suivant un angle &alpha; supérieur ou égal à 90 . 2. Dispositif d'électrode suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambrure (4) est annulaire, centrée sur l'axe longitudinal du dispositif et parallele au fond (12) de 11 alésage. 3. Dispositif d'électrode suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la chambrure (4) s'étend hélicoidalement avec le même pas que le filetage de l'alésage sur au moins 3600 en étant entrée sur l'axe longitudinal du dispositif de l'élément considéré. 4. Dispositif d'électrode suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce quesla chambrure (4), vue en coupe transversale, comporte un profil rectiligne dans sa zone qui réduit la hauteur du filetage de la partie alésée (1). 5. Dispositif d'électrode suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chambrure (4), vue en cou Se transversale, comporte un profil incurvé dans sa zone qui réduit la hauteur du filetage de la partie alésée (1). 6. Dispositif d'électrode suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chambrure (4), vue en coupe transversale, comporte un profil chanfreiné dans sa zone qui réduit la hauteur du filetage de la partie alésée (1). 7. Dispositif d'électrode suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce use la chambrure- (4), vue en coupe transversale, comporte une saillie en forme d'escalier dans sa zone qui réduit la hauteur du filetage de la partie alésée (1). 8. Dispositif d'électrode suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'à la -suite de sa zone qui réduit la hauteur du filetage de la partie alésée - la chambrure (4) comporte un profil incurvé qui se raccorde directement au fond (12) cte l'alésage. 9. Dispositif d'électrode suivant l'une quelconque des revendications 4 å 7, caractérisé en ce qu'à la suite de sa zone qui réduit la hauteur du filetage de la partie alésée (1), la chambrure (4) comporte un profil incurvé auquel se raccorde une autre zone rectiligne qui se raccorde à son tour au fond (12) de l'alésage par un congé. 10. Dispositif d'électrode suivant l'une quelconque des revendications 5, 8 et 9, caractérisé en ce que la chambrure (4) comporte dans diverses zones des courbures établies à chaque fois à un rayon unique. 11. Dispositif d'électrode suivant l'une quelconque des revendications 5, 8 et 9, caractérisé en ce que la chambrure (4) comporte dans diverses zones des courbures établies à des rayons de valeurs différentes se raccordant les uns aux autres.