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Optimierung vom Verschraubungsprozess doppelkonischer Gewindeverbindungen

PROJEKT:
Primärer Schwerpunkt dieses Projektes war die Ermittlung der Wechselwirkungen zwischen geometrischen und werkstofftechnischen Designparametern und die Optimierung von deren Kombinationen. Die Erfassung der komplexen Geometrie, der Nichtlinearitäten, der Materialanisotropie sowie der Kontaktprobleme von doppelkonischen Graphitgewindeverbindung fanden unter dem Einsatz von Simulationstools Berücksichtigung. Die Problemstellungen zielten darauf ab, eine Verbesserung der Betriebsqualität des Graphitelektrodenstranges durch Bruchminderung, Belastungsmaximierung, Verbrauchsminderung und Produktions- bzw. Bearbeitungsoptimierung zu erreichen. Ein Verschraubstand wurde zum Verschrauben und Lösen der großformatigen Elektrodenverbindungen eingesetzt, wie er in baugleicher Form in Stahlwerken zum Verschrauben neuer Elektroden verwendet wird.

PRODUKT:
Graphitelektroden werden in der Stahlindustrie als Stromleiter beim Einschmelzen von Stahlschrott im Elektrolichtbogenofen eingesetzt. Der Neudurchmesser einer Elektrode beläuft sich auf 850 mm. Ein Graphitelektrodenstrang setzt sich aus drei Elektroden mit beidseitiger Gewindebohrung und zwei Verschraubungselementen, sog. Nippeln zusammen. Die Verbindungsnippel besitzen die Form eines doppelkonischen Gewindebolzens. Der Graphitelektrodenstrang wird im Betrieb durch Abbrand verbraucht. Der im Schmelzbetrieb auftretende axiale und radiale Abbrand verleiht den ursprünglich zylindrischen Elektrodenstrangelementen eine kegelige Form und wird durch kontinuierliches Nachführen ausgeglichen. Wird die untere Elektrode aufgebraucht, so wird der Elektrodenstrang durch Aufschrauben von Elementen an der Oberseite ergänzt. Die oberste Elektrode samt dem Nippel wird mit einem definierten Drehmoment in den Elektrodenstrang eingeschraubt.

PROZESS:
Die Graphitelektrodenhersteller in Hochlohnländern sehen sich gezwungen, ihre Marktposition durch qualitätssteigerende und Preissenkende Maßnahmen zu behaupten. Dies kann nur durch gezielte Auswahl der Geometrie- und Materialparameter, die natürlich die Einhaltung von engen Herstellungs- und Bearbeitungstoleranzen voraussetzen. Die inadäquate Kombination von werkstofftechnischen und geometrischen Designparametern sowie Handhabung kann zur Funktionsbeeinträchtigung der Elektroden-Nippel-Verbindung - wie Lockerung, selbsttätiges Losdrehen, Rissbildung und Brüchen im Gewindebereich - führen. Derart auftretende Ausfallmechanismen haben eine Steigerung des Graphitverbrauchs bzw. längere Produktionsausfälle infolge des Ofenstillstands zur Folge. Die Erfassung der komplexen Geometrie, der Nichtlinearitäten, der Materialanisotropie sowie der Kontaktprobleme stellt eine Herausforderung dar.
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