生产碳化的或石墨化的碳材料体在100多年间始终是一种主导技 术，它在工业标准中被大量应用，因此在许多方面都经过了仔细推敲， 并且在价格方面得到了优化。关于该技术的描述可以从ULLMANN’S ENCYCLOPEDDIA OF INDUSTRIAL CHEMISTRY(乌尔曼化工百 科全书)，A5卷，VCH出版有限公司，魏因海姆，1986年，第103 至113页找到。
电极、接头和电极支路在电弧炉中的实用性取决于在生产中期望 得到的特性，特别是表面特性。这种表面特性例如与材料类型(石墨 化程度)、气孔量、粒度、确定表面粗糙度的加工类型、以及环境条 件有关。电极在炼钢厂中被安装、操作，并且受到例如由炼钢厂粉尘 造成的污染。上述因素确定了在两个物体之间、例如在电极和接头之 间或者两个电极之间的摩擦系数，并且在两个表面之间相对滑动时起 到作用。
电弧炉包括至少一个电极支路。该支路在承载臂的上端固定，通 过该承载臂使电流到达电极支路。在电弧炉工作时，电弧从支路的下 部尖端发出，进入位于炉中的熔融的金属中。由于电弧和炉内高温使 得电极支路的下端缓慢燃尽。对电极支路的变短这样来进行补偿：分 段地将支路再次推进炉中，根据需要在支路的上端用螺栓连接一个附 带的电极。根据需要，将部分燃尽的支路整个从载体中取出，并由具 有足够长度的新的支路来替代。
将单个电极旋紧到位于炉中的支路上，或者电极共同旋紧到新的 支路上是通过手工或者利用机械装置来实现的。特别是电极直径很大 的时候，例如其直径为600mm或者更大，可以显著增大力和旋转力矩， 并将其旋紧，以确保电极支路保持牢固。支路的牢固性对于电弧炉的 功能起到决定性的意义。
支路的牢固性在送料过程中、尤其是在炉工作时会受到损害。当 炉工作时，通过随着电弧炉、包括支路在内的转动，在电极支路上重 复施加了相当大的弯曲力矩，或者使电极支路发生振动；填装料对电 极支路的撞击也会使支路的牢固性受到影响。所有这些负担—重复出 现的弯曲力矩、振动和撞击—会引起电极螺栓连接的松动。这种松动 被认为是不可避免的和/或不希望的过程的结果。
为了用测量技术中的量来描述电极支路的牢固性，提出了“松 动力矩(Lsemoment)”这个概念。用于电极的螺栓连接的松动力矩 通过测量装置来确定。在相关螺纹的某种机械损伤范围以下，电极连 接的松动力矩越高，则螺栓连接越不可能发生松动，电极支路的工作 越安全。
为了便于理解，下面描述了在电弧炉工作期间电极支路的螺栓连 接松动的后果：
当发生松动时，螺栓连接的拉紧程度降低。并且使得与接触面相 邻的支路单元的压力降低。松动可能会进一步发展到使一些接触面相 互分离。
结果，螺栓连接中的电阻增加。仍保持接触的面承担了更高的电 流密度。更高的电流密度导致局部过热。
当螺栓连接松动时，接头通常承担了很强的热负荷和机械负荷。 最后，由于过热和机械负荷引起了接头的机械故障。由此使得电极支 路的尖端下降，并且支撑到钢熔融物上，钢熔融物中断了电弧，使熔 化过程终止。
应这样来理解下文中的概念：
◆电极的末端用端面(Stirnseite)来表示。
◆电极具有圆柱状外壳面，并在两端分别具有一个垂直于电极轴 的端面。
◆盲孔(Schachtel)是指电极端面中的轴向凹槽。在盲孔的轴 向内壁中加工出通常为圆柱状或圆锥状的内螺纹。
◆接头(Nippel)是一个圆柱状或双圆锥状的螺栓，它在两侧分 别具有垂直于接头轴的端面。为了连接两个电极，接头在每个 相邻电极的盲孔中各旋入一半。
◆预置装置(Preset)是由一个电极和一个在电极的盲孔中旋入 一半的接头组成的。
◆具有电极，电极仅在一个端面上具有盲孔，而在另一个端面上 具有指向外部的螺纹。这种指向外部的轴向螺纹用集成接头 (integrierter Nippel)来表示。
◆不仅电极和接头具有端面，而且集成接头也具有外部的、垂直 于接头轴的端面。
◆润滑层粘滞度的表示与电极和接头的送料状态 (Lieferzustand)有关，而与形成润滑层的时刻该层的状态无 关。
首先为了解决牢固性不够以及电极支路的一部分的电流通过不 足的问题，提出了非常不同的方案，根据实际情况来应用。
在申请日为1917年12月12日的瑞典专利43352号中描述了将 带钢嵌入到带有集成接头的电极螺纹中的方案。因为刚好位于电弧附 近的、用于冶炼高度熔融的金属的电极非常热，必须考虑到带钢在螺 纹中会熔化，因此不能希望它会产生预期的效果。在今天的实践中， 电弧炉并没有将带钢嵌入到电极支路的两个单元之间的接触面中。
在J.K.LANCASTER的文章“Transitions in the Friction and Wear of Carbons and Graphites Sliding Against Themselves(碳和石 墨在自身滑动中摩擦和磨损的转换)”，ASLE学报，18.3卷，第187 至201页中，研究了碳材料体之间最好以不同的摩擦速度产生的摩擦 关系。人们从这一公开文件中得不到如何两个碳材料体尽可能牢固地 旋紧的指导，从总体上可以看出，当两个碳材料体的相对速度很低时， 观测到很低的摩擦值，如图1、2和6所示。这意味着静止的碳材料体 之间的滑动最轻微。
在瑞士联邦专利文本487570号中描述了一种粘合剂，用于确保 碳电极之间的接头连接。这种粘合剂被如此使用：它位于电极的接头 与螺纹盲孔之间的螺纹内，在电极支路工作期间它在那里被焦化。要 求保护的是该粘合剂的一种特殊装配。
这里通过在支路各个部分之间产生了固体桥，保障了电极支路的 螺栓连接。这种原理与本发明所述的原理完全不同。根据本发明，支 路的各部分通过较高的压力相互固定在一起，当螺栓旋紧时，这可以 通过涂敷在接触面上的很薄的润滑层来实现。
在德国公开文本DE3741510A1中描述了一种自保连接单元，最 好是金属螺栓。在第2栏第21行及之后的部分描述了螺栓连接中的拧 松保护，其中在微封装(Mikroverkapselung)中采用了粘合剂和硬化 剂。在安装时，将微封装脱开，并释放粘合剂和硬化剂。已硬化的粘 合剂在要确保连接的部件之间形成固体桥。这种原理与上段中所述根 据本发明的原理也是完全不同的。
在德国专利文本DE2330798中描述了一种石墨电极，它整个设 置了保护涂层。由于该涂层涂敷在电极端面上，因此可以对电极支路 的牢固安全性产生影响，但这一点并没有说明。这种涂层含有铝合金， 如第2栏倒数第二段所述，涂层在600至800℃之间变为粘塑性 (zhplastisch)，如第2栏第五段所述。使用涂层一方面得到了适当 低的单位电阻，从而首先实现了电极部分的良好电流通过性能。另一 方面，在600至800℃之间的温度范围内，涂层的粘塑性状态必然会 减少相邻电极部分之间的压力，因为粘塑性涂层物质在由螺栓旋紧所 造成的压力之下会泄漏出来。减小压力与本发明相反，本发明是用更 高的压力来确保电极支路的牢固性。
在炼钢厂的实际情况中，人们试图将电极尽可能紧密地彼此旋 紧。如上面所述，由手动获得的力、转动力矩或螺栓工作是受到限制 的。而通过机械装置可以显著提高上述的量，但是仅在炼钢厂的某个 部分用这样的机械螺栓装置来工作。炼钢厂的实践表明，电极支路中 总会再次发生松动。

因此本发明的目的在于，这样来预先准备电极支路的连接位置， 使得支路的各个部件之间不会发生松动，或者为支路牢固性提供了很 高的安全性。
另一个任务在于，提高相邻单元之间的可测量的松动力矩。
根据权利要求1的特征部分，首先提到的任务这样来解决：电极 和/或分别连接两个电极的接头(以及集成接头)在与电极支路最靠近 的单元的接触面上涂敷一层薄润滑层，并且螺栓连接中相邻的接触面 的压力范围在0.1至80N/mm2之间。
在用相同的力来旋紧或者施加相同的转动力矩时，这种润滑层允 许比没有润滑层时更进一步地旋紧螺栓。
润滑层的种类、用量和分布被定义，并根据旋紧试验得到的结果 来涂敷。这意味着，电极的某些用户可能不需要设置润滑层，该过程 应由电极生产商根据
◆可重复产出性，
◆采用优化装置组，
◆大宗的和复杂的合同，
◆选择有最佳效果的接触面，以及
◆选择受到适当影响的接触电阻 来实现。
预先准备带有润滑层的电极支路的连接位置时要考虑到，当紧密 地旋紧之后，电极支路的各个单元之间不会发生松动，或者支路表现 出很高的牢固安全性。这种牢固安全性或者松动的停止是通过松动力 矩来表示的。如后面的例子中所分别说明的，根据本发明预先准备的 连接位置与没有预先准备连接位置相比实现了更高的松动力矩。这不 仅适用于手动旋紧的支路，也适用于利用机械装置旋紧的电极支路。
过去不容易想到在用于碳材料电极或石墨电极的螺栓连接的接 触面上设置润滑剂。其原因在于，众所周知，石墨本身就是一种润滑 剂。这至少当湿度非常小时适用。通常的空气湿度就足以达到非常小 的摩擦系数了。
反对在用于碳材料电极或石墨电极的螺栓连接中采用润滑剂的 另外一种观点认为，碳材料电极或石墨电极是多孔的。低粘滞性的润 滑剂，如油，由于碳材料或石墨的毛细作用，会被接触面立即吸收到 材料内部，根据表面与润滑剂之间的润湿角，充其量在接触面上保留 一层非常薄的、可以很容易去除的润滑剂薄膜。
该任务通过权利要求2至7的特征部分以具有优点的方式来解 决。
在电极支路单元的接触面上涂敷的润滑层部分地覆盖了该表面， 或者通常将其封闭。部分覆盖特别适用于厚度大于0.5mm的厚润滑层。 润滑层材料涂敷到接触面上，因此也可以表示为薄膜状，稀液状的材 料与之相反，其润滑层在多孔碳材料单元上的形成可能要差一些。润 滑层材料的运动学粘滞度至少为20mm2/s。润滑层的材料从润滑剂组 中得到，它也可以是固体润滑剂和润滑漆。润滑剂组有多种不同的表 现形式，包括不同的化学化合物-通常是有机化合物-的类型。这种化 合物-通常是有机化合物-根据对润滑剂的要求与一种或多种添加剂相 混合，其中可考虑采用许多种添加剂。
润滑剂的效果是不同的。已经表明，由碳材料构成的电极支路的 单元与相邻碳材料单元的压力和润滑剂结合起来形成螺栓连接是具有 优点的。当压力相对较低时，如压力为0.1至5.0N/mm2时，润滑剂从 氟聚合物、聚四氟乙烯(PTFE)、如二硫化钼和/或硅的固体润滑剂 的组中得到，作为螺栓连接的相邻接触面上的润滑层的材料。
另一个任务这样来解决：当电弧炉中的炉料温度基本上高于300 ℃，并且用特定的牵引力矩来拉紧时，原先涂敷了薄润滑层的相邻单 元之间对相邻单元起主导作用的接触电阻比原来没有涂敷薄润滑层时 要低10％至30％。
另一个任务在于增大电极支路的相邻单元之间可测量的松动力 矩。该任务这样来解决：根据本发明在电极支路单元的接触面上涂敷 一层润滑层。这样处理过的单元相互旋紧，使得相邻单元的接触面根 据旋紧的程度处于确定的压力之下。在旋紧位置电极支路的牢固安全 性用连接的松动力矩来衡量。在测量中发现，在确定的压力下，带有 薄润滑层的相邻单元之间的可测量松动力矩比相同压力下没有薄润滑 层的相邻单元之间的松动力矩至少要高出15％。
进一步的说明在例3中给出。
根据本发明，润滑层设置在电极支路单元的接触面上。其中接触 面由电极端面和电极盲孔螺纹面和/或接头螺纹面中的一个或多个表 面构成。
与低粘滞性的润滑剂相反(低粘滞性的润滑剂可以被多孔的碳材 料所吸收，并且可能不会形成润滑层)，多孔的碳材料接触面或石墨 接触面上的润滑层被设计为薄膜状的或高粘滞性的润滑剂。符合目的 的是，接触面上的润滑层的厚度为0.001至5.0mm，最好为0.005至 0.5mm。
电极支路可以由相同的材料或不同的材料构成。在最常见的情况 下，电极和接头都同样由石墨构成。在另一种情况下，电极和接头由 碳化的碳材料构成，这两个部件均在生产过程中以显著低于2000℃， 最好是低于1200℃的最高温度来进行处理。在另外的一种情况下，电 极由碳化的碳材料构成，而接头由石墨构成。
对于电极的使用者，通常是电炼钢厂而言，符合目的的送料形式 是预置装置。预置装置的内部接触面在电极生产商那里被释放，电极 及接头被旋紧在一起，或者电极和/或接头在接触面上具有一层薄润滑 层。其中内部接触面由电极盲孔螺纹面和接头螺纹面中的一个或两个 表面构成。
如果在电弧炉中采用了预置装置，则根据本发明，预置装置也在 最靠近预置装置或电极支路最靠近的部分处的一个或多个接触面上具 有一层薄润滑层。其中预置装置在一个端面处具有由电极端面和电极 盲孔螺纹面中的一个或两个表面构成的接触面，并且预置装置在另一 个端面处具有由电极端面、接头螺纹面和接头端面中的一个或多个表 面构成的接触面。
不是所有的电极都有轴向设置在两个端面处的、带有内螺纹的盲 孔。在很多情况下，电极只在一个端面处具有一个这样的盲孔，而在 另一个端面处具有一个集成的轴向接头。这样的电极也在所希望的接 触面上具有如本发明所述的润滑层。在这种情况下，在电极的一个端 面处，所希望的接触面由电极端面和电极盲孔螺纹面中的一个或两个 表面构成，而在另一个端面处，接触面由电极端面和集成轴向接头螺 纹面中的一个或多个表面构成。
例1：
在Piccardi公司(Dalmine(Bergamo)/意大利)于1997年制造的、 以“Nipplingstation”作为标志名称的螺栓连接配置中，两个直径分 别为750mm、带有与之相匹配的接头的石墨电极被旋紧到一个电极支 路上。其中还设置了由一个电极和一个已经预先旋入到电极盲孔中的 接头组成的预置装置。预置装置和电极相互旋紧。当达到7500Nm的 牵引力矩时螺栓连接终止。
为了描述螺栓连接的牢固安全性，紧接着连接被再次打开，同时 测量松动力矩。
这种原理性的配置在三个变型A、B和C中实现：
变型A
预置装置和电极的接触面没有设置本发明所述的润滑层，而是按 照其原来的状态被旋紧。
变型B
预置装置和单个电极的接触面设置了本发明所述的润滑层。该润 滑层由FAG Kugelfische公司(Schweinfurt/德国)制造的类型标志为 arcanol 12V的润滑脂构成。选择电极的端面和接头的开放螺纹面作为 接触面。润滑层的厚度为0.1mm。
变型C
只有预置装置的电极端面设置了本发明所述的润滑层。该润滑层 由FAG Kugelfische公司(Schweinfurt/德国)制造的类型标志为 arcanol 12V的润滑脂构成。选择电极的端面和接头的开放螺纹面作为 接触面。润滑层的厚度为0.5mm。
表1
对于直径为750mm的电极以及旋紧时牵引力矩为7500Nm的情 况下所适用的给定值。 润滑剂 涂层表面 层厚度 [mm] 松动力矩 [Nm] 变型A 没有润滑剂 8300 变型B 润滑脂 arcanol 12V 电极端面和 接头螺纹面 0.1 ＞20000 变型C 润滑脂 arcanol 12V 电极端面 0.5 15500
如表1中所示，松动力矩与接触面的处理类型和整个接触面处涂 层表面的部分有关。在接触表面没有润滑层时松动力矩最小(变型A)。 在接触表面上涂敷了润滑层之后，测量到了很大松动力矩。当整个接 触面中只有一部分涂敷了润滑层时(变型C)，所得到的松动力矩比 整个接触面都涂层时(变型B)要小。
变型C中所采用的较大的润滑层厚度并没有使松动力矩减小。润 滑层的剩余材料被压入到电极和接头的孔隙中，或者从电极支路的整 体连接中压出。没有在表1中列出的试验中可以观察到增加了润滑层 的厚度，同样产生了在表1中没有表示出的用于旋紧工作的值。
例2：
在这些试验中，再次提及了例1中所述的原理性的配置。但是与 例1不同的是，既采用了直径为750mm的电极，也采用了直径为 600mm的电极。与例1相同的是，直径为750mm的电极以7500Nm 的牵引力矩被旋紧。而直径为600mm的电极以4000Nm的牵引力矩 被旋紧。
在试验变型A和B中采用了直径为750mm的电极，它以7500Nm 的牵引力矩被旋紧。
变型A
预置装置和电极的接触面没有设置本发明所述的润滑层，而是按 照其原来的状态被旋紧。
变型B
预置装置和单个电极的接触面设置了本发明所述的润滑层。该润 滑层由Dyneon公司(Burgkirchen/德国)制造的类型标志为TF 5032 的水状的PTFE悬浮液构成。选择电极的端面和接头的开放螺纹面作 为接触面。润滑层的厚度为0.005mm。
在试验变型C和D中采用了直径为600mm的电极，它以4000Nm 的牵引力矩被旋紧。
变型C
预置装置和电极的接触面没有设置本发明所述的润滑层，而是按 照其原来的状态被旋紧。
变型D
预置装置和单个电极的接触面设置了本发明所述的润滑层。该润 滑层由Dyneon公司(Burgkirchen/德国)制造的类型标志为TF 5032 的水状的PTFE悬浮液构成。选择电极的端面和接头的开放螺纹面作 为接触面。润滑层的厚度为0.005mm。
表2
对于直径为750mm的电极以及旋紧时牵引力矩为7500Nm的情 况下所适用的给定值。 润滑剂 涂层表面 层厚度 松动力矩 [mm] [Nm] 变型A 没有润滑剂 8300 变型B 水状PTFE 悬浮液 电极端面和 接头螺纹面 0.005 11500
表3
对于直径为600mm的电极以及旋紧时牵引力矩为4000Nm的情 况下所适用的给定值。 润滑剂 涂层表面 层厚度 [mm] 松动力矩 [Nm] 变型C 没有润滑剂 4100 变型D 水状PTFE 悬浮液 电极端面和 接头螺纹面 0.005 5200
如表2和表3中所示，松动力矩与接触面的处理类型有关。当接 触面上没有设置润滑层时得到的松动力矩较低(变型A和C)。在接 触面上涂敷了润滑层之后，测量到较高的松动力矩(变型B和D)。
例3：
在Piccardi公司(Dalmine(Bergamo)/意大利)于1997年制造的、 以“Nipplingstation”作为标志名称的螺栓连接配置中，两个直径分 别为750mm、带有与之相匹配的接头的石墨电极被旋紧到一个电极支 路上。其中还设置了由一个电极和一个已经预先旋入到电极盲孔中的 接头组成的预置装置。预置装置和电极相互旋紧。与例1和例2相反， 例3中没有以上面所提到的牵引力矩值来旋紧，而是以确定的压力来 实现相邻电极端面的螺栓连接。所选择的压力为8MPa。
为了描述螺栓连接的牢固安全性，紧接着连接被再次打开，同时 测量松动力矩。
这种原理性的配置在两个变型A和B中实现：
变型A
预置装置和电极的接触面没有设置本发明所述的润滑层，而是按 照其原来的状态被旋紧。
变型B
预置装置和单个电极的接触面设置了本发明所述的润滑层。该润 滑层由FAG Kugelfische公司(Schweinfurt/德国)制造的类型标志为 arcanol 12V的润滑脂构成。选择电极的端面和接头的开放螺纹面作为 接触面。润滑层的厚度为0.1mm。
表4
对于直径为600mm的电极以及旋紧时相邻电极端面的压力为 8MPa的情况下所适用的给定值。 润滑剂 涂层表面 层厚度 [mm] 松动力矩 [Nm] 变型A 没有润滑剂 3900 变型B 润滑脂 arcanol 12V 电极端面和 接头螺纹面 0.1 4500
如表4中所示，松动力矩与接触面的处理类型有关。在变型A中 接触表面没有润滑层时松动力矩较小。在变型B中，当接触表面上涂 敷了润滑层，并且施加了8MPa的压力之后，测量到的松动力矩比变 型A中至少高出15％。
附图说明
通过下面的附图中以示例方式进一步说明本发明。如图所示：
图1：平行于穿过电极1的纵轴的截面图，电极带有在端面3的 两端加工出的盲孔，分别带有圆柱状的内螺纹，以及带有圆柱状螺纹 的独立接头2的纵向侧面视图。
图2：电极1的纵向侧面视图，电极带有在一个端面3处形成的、 集成的轴向接头。在另一个端面处是电极的侧视图，带有平行于纵轴 中断的截面。该截面表示在该位置处具有一个带有圆锥状的内螺纹的 盲孔。
图3：示出了平行于穿过预置装置9的纵轴的截面图，预置装置 由一个带有圆锥状盲孔的电极和一个带有双圆锥状内螺纹的接头组 成。

对附图的描述：
图1中作为电极1的接触面示出了：
●电极1的端面3，以及
●轴向设置的电极盲孔的螺纹面4。
电极的盲孔的底面10不是涂敷润滑层的接触面。
在独立的接头2中具有
●接头2的接触面螺纹面5，以及
●接头2两端的端面6。
图2中作为带有集成接头的电极1的接触面示出了：
●电极1的端面3，和
●集成的轴向接头的螺纹面7，以及
●在电极的另一个端面处的端面3和盲孔的螺纹面4。
集成的轴向接头的外侧端面8不是涂敷润滑层的接触面。
电极的盲孔的底面10不是涂敷润滑层的接触面。
图3中作为预置装置9的内部接触面示出了：
●轴向设置的电极盲孔的螺纹面4，以及
●独立的接头2的螺纹面5。
接头2的端面6不是涂敷润滑层的接触面。
作为预置装置9的外部接触面，在带有旋入的接头2的侧面示出了：
●独立的接头2的螺纹面5，以及
●电极1的端面3。
接头2的端面6不是涂敷润滑层的接触面。
接头2的端面6不是涂敷润滑层的接触面。
作为预置装置9的外部接触面，在没有旋入的接头的侧面示出了：
●电极1的端面3，以及
●轴向设置的电极盲孔的螺纹面4。
电极1的盲孔的底面10不是涂敷润滑层的接触面。
                         附图标记列表
1.电极
2.独立的接头
3.电极的端面
4.电极盲孔的螺纹面
5.接头的螺纹面
6.接头的端面
7.集成接头的螺纹面
8.集成接头的外部端面
9.预置装置
10.盲孔的底面