УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО СЛИВА РАСПЛАВА Российский патент 2008 года по МПК B22D41/14 

Изобретение относится к химической и металлургической промышленности, а именно к устройствам для периодического слива расплавленного металла (металлургические затворы).

Известно два типа металлургических затворов многоразового использования, а именно стопорные и шиберные. В стопорных затворах поток металла перекрывается путем плотного совмещения стопорного механизма (пробки) с соответствующей частью сливного патрубка. Стопорные затворы в настоящее время при конструировании разгрузочных устройств используются редко. В шиберных затворах перекрытие происходит путем смещения двух отверстий друг относительно друга (заявка РФ №2003128407, РФ №2170641). Общий недостаток как шиберных, так и стопорных затворов - необходимость использования притертых друг к другу подвижных деталей, что обуславливает низкую устойчивость к износу.

Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство, описанное в патенте DE №4326325 А1. Данное устройство представляет собой резервуар, в нижней части которого имеется сливной патрубок, расположенный в стенке корпуса резервуара. Часть расплава из резервуара вытекает в патрубок и при затвердевании образует в патрубке пробку. До образования пробки вытекание расплава предотвращается с помощью задвижки, которая убирается после образования пробки. Открытие патрубка происходит путем плавления пробки, для чего в стенке патрубка имеется встроенный нагревательный элемент. Патрубок выполнен в виде усеченного конуса, расположенного меньшим сечением наружу, что позволяет избежать «выстреливания» не полностью расплавленной пробки.

Описанное устройство имеет следующие недостатки.

1. Образование пробки требует использования специальной притертой задвижки.

2. Известно, что диаметр цилиндрической пробки увеличивается при нагревании пропорционально начальному диаметру, коэффициенту температурного расширения материала пробки (КТР) и разности конечной и начальной температур. То же справедливо и для диаметра просвета сливного патрубка. Таким образом, в случае, когда КТР материала пробки превышает КТР материала патрубка, приращение диаметра пробки при нагревании превышает приращение диаметра отверстия патрубка на величину _Δх, которая пропорциональна разности КТР пробки и патрубка _Δk, начальному диаметру отверстия патрубка D₀ и разности _ΔТ температуры в точке плавления пробки и минимальной температуры, при которой эксплуатируется пробка. Величина _Δx равна суммарной деформации пробки в радиальном направлении к центру и патрубка - от центра. Поскольку пробка, являясь монолитным цилиндром, практически не сжимается, большая часть деформации приходится на стенку патрубка. При достаточно большом значении произведения D₀*_Δk*_ΔТ величина радиальной деформации патрубка превысит критическое значение, и деформация станет необратимой, что приведет к раздуванию патрубка в случае, если он изготовлен из пластичного материала, и к разрушению патрубка, если его материал хрупкий. Таким образом, при конструировании устройств, в которых используется принятое за прототип изобретение, может возникнуть необходимость ограничения указанных параметров. Это затрудняет процесс конструирования, поскольку:

- ограничение D₀ ведет к ограничению пропускной способности сливного патрубка;

- ограничение _ΔТ для конкретного расплава можно организовать только путем поднятия минимальной температуры эксплуатации пробки. При этом увеличивается длительность процесса закрытия затвора;

- ограничение _Δk ведет к ограничению выбора материалов, из которых может быть изготовлен патрубок.

Сходная ситуация возникает в случае, если материал расплава расширяется при переходе из жидкого в твердое состояние.

Предлагаемым устройством решается задача устранения описанных недостатков при дозированном периодическом сливе расплава из приемника.

Техническим результатом изобретения является:

- уменьшение величины деформации патрубка до значений, не превышающих критическое, для любых материалов расплава и сливного патрубка без ограничения пропускной способности патрубка;

- увеличение устойчивости сливного патрубка к износу при периодическом дозированном сливе расплава из резервуара за счет отсутствия подвижных деталей.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для периодического слива расплава, содержащем обогреваемые резервуар и, по меньшей мере, один сливной патрубок, в дне резервуара расположен сливной патрубок, выполненный в форме цилиндра, выступающего за пределы резервуара, внутри патрубка соосно размещена цилиндрическая вставка, имеющая диаметр меньший, чем диаметр отверстия патрубка, при этом печь сливного патрубка имеет внешнее средство принудительного охлаждения.

На чертеже показана схема устройства (вертикальный разрез).

Устройство для периодического слива расплава содержит резервуар 1, от дна которого отходит сливной патрубок 2, выполненный в форме цилиндра. Внутри патрубка 2 соосно закреплена цилиндрическая вставка 3. Резервуар 1 снаружи имеет печь 4, а сливной патрубок - печь 5. Вставка закреплена в патрубке посредством крепежного устройства 6.

Устройство работает следующим образом.

При необходимости слива расплава включается печь сливного патрубка 5. Пробка в зазоре между патрубком 2 и вставкой 3 плавится, после чего расплав начинает стекать через зазор. После начала слива печь 5 выключается и, при необходимости дозированного слива, в нужный момент включается ее принудительное охлаждение. Пробка образуется вновь, закрывая затвор.

При изменении температуры плавкой пробки, образовавшейся в зазоре между вставкой и стенкой сливного патрубка, сила деформирующего воздействия пробки на патрубок пропорциональна ширине зазора. В результате, чем уже зазор, тем меньше деформация патрубка. Для любого сочетания материалов расплава и стенки сливного патрубка можно подобрать достаточно малую ширину зазора, чтобы деформация патрубка оставалась обратимой, что позволяет изготавливать патрубок из материалов с низкими КТР, а также из хрупких материалов. Достаточная для конкретного технологического процесса пропускная способность патрубка при фиксированной ширине зазора достигается путем соответственного изменения диаметров патрубка и вставки и, таким образом, площади сечения зазора.

Так как при одинаковой площади сечения отношение площади поверхности пробки к ее объему больше, чем в прототипе, а также вследствие применения принудительного охлаждения закрытие затвора происходит быстрее, чем в прототипе, и поэтому нет необходимости использовать задвижку при затвердевании пробки. Кроме того, быстрое затвердевание при интенсивном принудительном охлаждении охлаждение позволяет закрыть затвор раньше, чем расплав полностью вытечет из резервуара, что дает возможность дозированного слива.

Предлагаемое устройство было реализовано в качестве элемента конструкции дистиллятора висмута. В качестве материала сливного патрубка и вставки использовался кварц, в качестве материала расплава и пробки - висмут. Испытания устройства показали, что оно обеспечивает дозированный слив и выдерживает не менее 150 циклов закрытия и открытия щелевого затвора.

Изобретение относится к металлургической промышленности. Устройство содержит обогреваемый резервуар, по меньшей мере, один сливной патрубок, цилиндрическую вставку. Сливной патрубок расположен в дне резервуара. Патрубок выполнен в форме цилиндра, выступающего за пределы резервуара. Цилиндрическая вставка расположена внутри патрубка соосно с ним и с зазором от стенки патрубка. При необходимости дозированного слива металла печь сливного патрубка снабжена средством принудительного охлаждения. Достигается уменьшение величины деформации сливного патрубка и увеличение его устойчивости к износу при периодическом дозированном сливе расплава из резервуара. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

1. Устройство для периодического слива расплава, содержащее обогреваемые резервуар и, по меньшей мере, один сливной патрубок, отличающееся тем, что сливной патрубок расположен в дне резервуара и выполнен в форме цилиндра, выступающего за пределы резервуара, при этом устройство снабжено цилиндрической вставкой, расположенной внутри патрубка соосно с ним и имеющей диаметр меньший, чем диаметр отверстия патрубка.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что печь сливного патрубка снабжена внешним средством принудительного охлаждения.