ЗАПОРНОЕ КОЛЬЦО, ИМЕЮЩЕЕ УПЛОТНИТЕЛЬ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЕНЫ

Область техники
Полезная модель касается запорного кольца для перевода горячего газа из газовыпускного устройства в газовытяжное устройство, имеющего основной корпус и один или несколько присоединенных к нему уплотняющих элементов, которые покрывают периметр основного корпуса.
Уровень техники
Запорные кольца, такие как, например, описаны в US 3814402, в своем опущенном положении должны обеспечивать беспрепятственное перемещение первичного газа из конвертера в колпак трубы для отвода газа и присоединенную к нему вытяжную трубу для отвода газов. Недопустимо попадание ни первичного газа наружу, ни подсасываемого через неплотности воздуха внутрь. Это оптимальное состояние, однако, не достижимо без затруднений, потому что, в частности, между верхним краем запорного кольца и колпаком трубы для отвода газов попеременно возникают импульсы избыточного давления и импульсы разрежения. Невозможен также выбор неограниченно малого кольцевого зазора между верхним краем запорного кольца и колпака трубы для отвода газов, так как в этом случае вследствие неизбежного механического контакта, прежде всего при перестановке высоты запорного кольца, могут происходить повреждения запорного кольца и/или колпака трубы для отвода газов. Кроме того, запорные кольца должны выполнять свою функцию при сильно переменчивых температурах, когда выходящий из печи первичный газ имеет высокие температуры. Их функция должна быть также долгосрочно обеспечена и при контакте с коррозионными первичными газами.
Известно уплотнение кольцевого зазора между запорным кольцом и колпаком трубы для отвода газов посредством огнеупорного мата. При долговременной эксплуатации этот вид уплотнения подвержен износу, который приводит к периодическим прекращениям работ для замены уплотнения, или при эксплуатации происходят недопустимые выбросы.
Краткое содержание полезной модели
Техническая задача
Задачей настоящей полезной модели является представить запорное кольцо, которое, с одной стороны, даже при сильных колебаниях давления и температуры и в условиях коррозии обеспечивает уплотнение кольцевого зазора между запорным кольцом и колпаком трубы для отвода газов для перемещения первичного газа в трубе для отвода газом, а с другой стороны, уменьшает опасность повреждений запорного кольца и/или колпака трубы для отвода газов при механическом контакте, а также мало подвержено износу, и поэтому приводит к низким издержкам, связанным с заменой изношенных частей.
Техническое решение
Эта задача решается с помощью
запорного кольца для перевода горячего газа из металлургической установки в газовытяжное устройство,
имеющего основной корпус
и один или несколько присоединенных к основному корпусу уплотняющих элементов, которые покрывают периметр основного корпуса,
отличающегося тем, что по меньшей мере один уплотняющий элемент включает в себя уплотнитель из металлической пены.
Выпускаемый из газовыпускного устройства горячий газ может быть предназначен для дальнейшего использования, например, в качестве расходного материала или представлять собой отработавший газ, то есть газ, который при необходимости после обработки, такой как, например, удаление вредных веществ или охлаждение, выпускается в окружающую среду без дальнейшего использования.
Например, металлургическая установка может представлять собой устройство для производства и/или обработки металлического расплава, такое как, например, сталеплавильный конвертер или (англ. Electric Arc Furnace, дуговая электропечь). Производство и/или обработка металлических расплавов осуществляется, как правило, при высоких температурах, так что выпущенный из такого устройства газ также имеет высокую температуру. Под горячим газом следует понимать газ, который имеет температуру выше 1000°С, предпочтительно выше 1200°С, совсем особо предпочтительно выше 1500°С.
Газовытяжное устройство представляет собой, например, вытяжную трубу для отвода газов, через которую, например, горячий газ, выходящий из сталеплавильного конвертера при процессе продувки или при загрузке, отводится от сталеплавильного конвертера, например, к устройствам для удаления пыли и/или охлаждения.
Основной корпус запорного кольца может состоять из одной или нескольких частей.
Имеются один или несколько уплотняющих элементов, предпочтительно по меньшей мере два уплотняющих элемента. Могут также иметься больше двух уплотняющих элементов, например три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, десять или больше, например до 24 сегментов.
Все уплотняющие элементы вместе покрывают весь периметр основного корпуса запорного кольца. В этой связи под покрытием понимается неприжатие уплотняющего элемента к колпаку трубы для отвода газов, а уплотняющий элемент при монтаже устанавливается так, что он прилегает или может даже получаться небольшой зазор. Этот небольшой зазор, если он возникает, составляет только несколько мм, предпочтительно 5 мм, особенно предпочтительно 3 мм, совсем особо предпочтительно 2 мм. Это прилегание уплотняющего элемента или небольшой зазор должны, с одной стороны, обеспечивать, чтобы уплотняющий элемент был очень мало подвержен износу, а с другой стороны, должен препятствовать недопустимым выбросам. Поэтому прижатие под большим давлением не осуществляется, так как вследствие больших размеров таких колпаков труб для отвода газов и больших разностей температур между отдельными рабочими состояниями таких металлургических установок могут происходить большие деформации уплотняющих элементов и расширения колпака трубы для отвода газов и запорного кольца. При перестановке высоты запорного кольца, вследствие прижатия, дополнительно повышенного при расширении и возможных толчковых нагрузках при процессе, возникали бы большие нагрузки на уплотняющие элементы. Выяснилось, что зазор от 5 мм до 2 мм не оказывает негативного действия на эксплуатацию такой установки. Но в определенных рабочих состояниях вследствие расширений может возникать прижатие уплотняющего элемента под большим давлением. Уплотняющие элементы должны служить уплотнениями относительно газовытяжного устройства, например, относительно колпака вытяжной трубы для отвода газов, соответственно они должны покрывать весь периметр.
Уплотнение, состоящее из нескольких уплотняющих элементов, изготавливать, адаптировать и обращаться с ним легче, чем с уплотнением, состоящим из одного уплотняющего элемента.
Предпочтительно уплотняющие элементы выполнены в виде сегментов круглого кольца.
Слегка касающееся уплотнение имеет задачу по возможности уменьшить зазор между подвижной и неподвижной частью, при этом после фазы приработки этот зазор сам устанавливается на некоторый минимум. Вследствие особой структуры металлической пены этот материал в состоянии воспринимать деформационную энергию от пластической деформации. Во время пусконаладки и возможной дополнительной юстировки уплотняющих элементов зазор адаптировался к имеющейся геометрии.
По меньшей мере один из уплотняющих элементов, предпочтительно все уплотняющие элементы, включают в себя уплотнитель из металлической пены. Дополнительно все уплотняющие элементы могут также включать в себя опорные элементы, на которые опирается металлическая пена, и крепежные элементы, с помощью которых металлическая пена закреплена на опорных элементах.
Уплотняющий элемент может также состоять только из уплотнителя.
Металлическая пена может состоять из одного-единственного металлического сплава.
Предпочтительные результаты полезной модели
Благодаря выбору надлежащих металлов или сплавов может использоваться металлическая пена из материала, который долгосрочно при выполнении функции уплотнения удовлетворяет требованиям температуры, требованиям коррозионной стойкости и механическим нагрузкам данного случая применения.
По сравнению с традиционными уплотнительными материалами металлическая пена дает лучшую износостойкость, коррозионную стойкость и стойкость по отношению к высоким температурам.
Для применения в качестве газовыпускного устройства в устройствах для производства и/или обработки металлического расплава оказалась пригодна металлическая пена из сплава никеля, железа, хрома и алюминия. С помощью такого материала получалась, например, удовлетворительная коррозионная стойкость при контакте с первичным газом сталеплавильного конвертера для производства стали, а также термостойкость при температуре около 1000°C при кратковременно выдерживаемых пиковых нагрузках до 1200°C. Термостойкость материала обеспечена, когда он обладает достаточными параметрами прочности, стойкостью к ползучести, устойчивостью структуры, устойчивостью формы, а также стойкостью к окислению и к коррозии при температурах больше 500°C. Вследствие термостойкости и высокой механической нагрузочной способности металлической пены, в частности прочности на истирание по сравнению с пористыми керамическими материалами, обеспечена стойкость слегка касающегося уплотнения из такой металлической пены даже при переменчивых нагрузках давления и температуры. Благодаря термостойкости и механической нагрузочной способности такая металлическая пена сохраняет устойчивую форму даже при температурах, действующих в первичных газах. В опытах были подтверждены пределы прочности при сжатии 3,5 МПа при 900°C. Кроме того, пена из металлического сплава вследствие своей ячеистой структуры обладает очень хорошей демпфирующей способностью, а также высокой теплопроводностью при низкой теплоемкости.
По одному из предпочтительных вариантов осуществления по меньшей мере один, предпочтительно все включающие в себя металлическую пену уплотняющие элементы выполнены в виде сэндвичной структуры, включающей в себя металлическую пену и металлический лист. Металлический лист может состоять из того же материала, что и металлическая пена, или из другого материала.
Такие металлические сэндвичные структуры имеют низкий вес и либо на одной, либо на обеих сторонах имеют гладкие или структурированные металлические листы для повышения изгибной жесткости или придания определенных качеств поверхности.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления уплотняющий элемент имеет конструкцию в виде сэндвичной структуры, и дополнительно имеется возможность установки элементов жесткости и/или крепления.
2
3
2
2
3
По другому варианту осуществления поверхность металлической пены по меньшей мере одного уплотнителя имеет покрытие, которое, например, наносится путем электродугового, газопламенного или плазменного напыления или тому подобного, например комбинации таких способов. Это покрытие может состоять из металлического сплава или керамического материала. В качестве керамического материала пригодны, например, оксидные керамики, такие как оксид алюминия AlO, и силикатные керамики, такие как SiO. По сравнению с металлическими сплавами в качестве покрытия, для AlOпреимущества получаются особенно тогда, когда коррозионные и термические нагрузки имеют преобладающее значение по сравнению с механическими нагрузками.
По одному из предпочтительных вариантов осуществления на уплотняющих элементах закреплены покрывающие листы. Предпочтительно они имеют сотовую структуру с заполнением сот из термически изолирующего материала, например огнеупорного торкрет-бетона или керамического огнеупорного материала. Благодаря покрывающим листам уменьшается опасность повреждения, например, при применении на сталеплавильном конвертере, в частности, брызгами стали и шлака.
Предпочтительным образом предлагаемое полезной моделью запорное кольцо монтируется так, что оно обладает возможностью перестановки высоты, например, когда оно применяется между сталеплавильным конвертером и вытяжной трубой для отвода газов.
Один из предпочтительных вариантов осуществления предусматривает, что между уплотняющими элементами и колпаком трубы для отвода газов имеется зазор максимум 3 мм. Этот зазор максимум 3 мм практически не оказывает негативного влияния на эксплуатацию установки, однако обеспечивает низкие издержки технического обслуживания уплотняющих элементов. При этих вариантах осуществления получаются очень низкие издержки, связанные с заменой изношенных частей, и сокращается время простоев.
Другим предметом настоящей заявки является применение предлагаемой полезной модели запорного кольца между сталеплавильным конвертером или EAF и расположенным над ними колпаком вытяжной трубы для отвода газов для перевода горячего газа из сталеплавильного конвертера или EAF в колпак трубы для отвода газов.
Благодаря очень простой конструкции и эффективному принципу действия предлагаемой полезной модели запорного кольца, имеющего слегка касающееся уплотнение из металлической пены, не требуются известные из уровня техники трудоемкие конструкции уплотнения, такие как подвод запирающей среды или модульная конструкция, содержащая минеральные волокна, что приводит к экономии затрат при обеспечении функции уплотнения, также при сильных колебаниях давления и температуры и в условиях коррозии и низкой опасности повреждений вследствие механического контакта.
Краткое описание чертежей
Ниже полезная модель поясняется подробнее на схематичных фигурах одного из вариантов осуществления.
На фиг.1 показано газовыпускное устройство сталеплавильного конвертера, из которого горячий газ через запорное кольцо переводится в газовытяжное устройство, вытяжную трубу для отвода газов.
На фиг.2 показано увеличение фрагмента фиг.1.
На фиг.3 показан зазор между колпаком трубы для отвода газов и уплотняющим элементом.
На фиг.4a и 4b показаны разные виды уплотняющих элементов.
На фиг.1 показан сталеплавильный конвертер 1, в котором в процессе продувки обрабатывается металлический расплав 2. При этом образуется изображенный волнистыми стрелками горячий первичный газ 3, имеющий температуру больше 1000°С с пиками температуры выше 2000°С. Он переводится через запорное кольцо 4 в вытяжную трубу для отвода газов 5, в частности в колпак 6 вытяжной трубы для отвода газов 5. Запорное кольцо 4 расположено между колпаком 6 трубы для отвода газов и сталеплавильным конвертером 1. Изображена только отдельная часть вытяжной трубы для отвода газов 5; она может, например, впадать в не изображенные устройства для обработки газа. Предлагаемое полезной моделью запорное кольцо 4 имеет основной корпус, а также несколько присоединенных к основному корпусу, включающих в себя металлическую пену уплотняющих элементов; для лучшей наглядности изображен только основной корпус, виды уплотняющих элементов следуют на следующих фигурах.
На фиг.2 с увеличением показан фрагмент X, обрамленный на фиг.1 штриховой линией. Запорное кольцо 4 включает в себя основной корпус 7, который обрамлен волнистой линией; он состоит из системы трубопроводов охлаждения, имеющей форму усеченного конуса. К основному корпусу 7 присоединен уплотняющий элемент 8. В изображенном случае уплотняющий элемент 8 присоединен к основному корпусу 7 через опорную плиту 9, на которой они зафиксированы с помощью винта 10. Уплотняющий элемент 8 выполнен в виде сэндвичной структуры, включающей в себя уплотнитель 11 из металлической пены и металлический лист 12. На изображении сечения фиг.2 изображен только один уплотняющий элемент 8; однако имеется несколько, которые покрывают периметр основного корпуса, здесь на верхнем в рабочем положении крае основного корпуса; они выполнены в виде сегментов круглого кольца.
На уплотняющем элементе 8 закреплен покрывающий лист 13. Покрывающий лист имеет на опорном листе 14 сотовую структуру из сотовых листов 15 с заполнением сот термически изолирующим материалом, в этом случае огнеупорным торкрет-бетоном 16. С помощью покрывающего листа 13 уменьшается опасность повреждения при применении на сталеплавильном конвертере 1, в частности брызгами стали и шлака.
На фиг.3 показан зазор 17 между колпаком трубы для отвода газов и уплотняющим элементом 8. Этот зазор не должен получаться равномерно по всему периметру колпака трубы для отвода газов. При эксплуатации может происходить исчезновение этого зазора по всему периметру колпака трубы для отвода газов, возникновение только в отдельных областях по периметру колпака трубы для отвода газов или он имеет сильно отличающиеся размеры по периметру колпака трубы для отвода газов. Все не упомянутые ссылочные обозначения уже были описаны на фиг.2.
На фиг.4a показан схематичный вид сверху двух выполненных в виде сегмента круглого кольца уплотняющих элементов 8a и 8b, на фиг.4b показан схематичный вид сбоку уплотняющих элементов 8a и 8b. Уплотнитель 11 из металлической пены и металлического листа 12 расположены на опорной плите 9. На фиг.3a изображен также нижний край закрывающих листов 13a, 13b.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Сталеплавильный конвертер
2 Металлический расплав
3 Первичный газ
4 Запорное кольцо
5 Вытяжная труба для отвода газов
6 Колпак трубы для отвода газов
7 Основной корпус
8, 8a, 8b Уплотняющий элемент
9 Опорная плита
10 Винт
11 Уплотнитель
12 Металлический лист
13, 13a, 13b Покрывающий лист
14 Опорный лист
15 Сотовый лист
16 Огнеупорный торкрет-бетон
17 Зазор
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Патентная литература
US 3814402