УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ НАГНЕТАТЕЛЬНЫЙ НАСОС, ОБЛАДАЮЩИЙ КОРРОЗИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ К РАСПЛАВЛЕННОМУ АЛЮМИНИЮ И ИМЕЮЩИЙ УЛУЧШЕННЫЙ ПРОФИЛЬ ПОТОКА Российский патент 2017 года по МПК F04F1/18 B22D43/00 

Область техники

Изобретение относится к устройству для нанесения на сталь покрытия из расплавленного металла. В частности, оно относится к газлифтным насосам, используемым в плавильных ваннах для удаления поверхностного шлака из расплавленного металла вблизи стальной полосы, на которую наносят покрытие. Более конкретно, оно относится к способу защиты внутренних частей таких газлифтных насосов от разрушающего воздействия расплавленного металла.

Предшествующий уровень техники

Расплавленные металлы (алюминий, цинк или их смеси) широко применяются в качестве защитных покрытий, наносимых на стальные поверхности, в частности на стальные листы. Наличие чистой границы раздела между поверхностью стали и расплавленным металлом в погружной плавильной емкости является очень важным условием получения хорошего сцепления покрытия. Один из способов обеспечения чистой поверхности сопряжения заключается в использовании насосов для подачи расплавленного металла в носок печи вблизи области, в которой происходит начальный контакт стальной полосы с расплавленным металлом. Насосы выталкивают частицы плавающего шлака и окалины за пределы области расположения поверхности полосы и затем удаляют их из расплавленного металла/носка печи. Такое устройство носит название всасывающе-выталкивающей сопловой насосной системы. При алюминировании расплавов коррозия расплавленного алюминия является настолько сильной, что механические насосы центробежного типа оказываются не в состоянии работать вследствие разрушения крыльчатки. В условиях такого коррозионного воздействия могут выстоять только насосы с пневматическим приводом. Однако стандартные нагнетательные насосы, изготовленные из стали, при непрерывной работе могут выдержать в таких условиях лишь 24 часа или менее. Как правило, в выпускных головках таких насосов образуются отверстия. При выходе из строя шлаковыводящего насоса его необходимо заменить без прерывания производственного процесса. Это приводит к нарушению технологического процесса и загрязнению поверхности расплавленного металла. Кроме того, современные нагнетательные насосы демонстрируют чрезмерное разбрызгивание в области выпускного патрубка, особенно при его коррозии. Это разбрызгивание расплавленного металла происходит вследствие наличия пузырьков азота и высокой турбулентности потока. Это приводит к нарастанию застывшего металла в насадке. Такое нарастание всегда представляло собой серьезную проблему для техобслуживания. Таким образом, для повышения производительности при нанесении покрытий и сокращения времени простоя данной отрасли промышленности необходим нагнетательный насос с увеличенным сроком службы и пониженной турбулентностью на выходе. С этой целью задачей изобретения является создание нового нагнетательного насоса для расплавленного металла, обладающего повышенной коррозионной стойкостью при воздействии расплавленного алюминия и улучшенным профилем потока.

Раскрытие изобретения

Изобретение относится к газлифтному насосу, который может включать в себя корпус насоса, содержащий вертикальную стальную трубу, предназначенную для транспортировки по ней потока расплавленного металла. Корпус насоса может иметь внутреннюю сторону, выполненную из материала, способного выдерживать воздействие расплавленного металла. Газлифтный насос может также включать в себя линию подачи азота, которая может быть присоединена к нижней части указанного корпуса насоса. Указанная линия подачи азота и указанный корпус насоса могут быть соединены так, чтобы обеспечивалась возможность поступления азота из указанной линии подачи азота внутрь указанного корпуса насоса. И, наконец, газлифтный насос может включать в себя выпускную головку, прикрепленную к верхней части указанного корпуса насоса. Указанная выпускная головка может сообщаться с указанным корпусом насоса так, чтобы обеспечивалась транспортировка расплавленного металла и азота из указанного корпуса насоса внутрь указанной выпускной головки и затем наружу из указанной выпускной головки. Указанный материал, способный выдерживать воздействие расплавленного металла, может быть выбран из группы, включающей в себя оксид алюминия, оксид магния, силикат, карбид кремния, графит и смеси этих керамических материалов.

Указанный корпус насоса может быть обернут одним или несколькими слоями керамической ткани для обеспечения стойкости внешней стороны указанного корпуса насоса к воздействию расплавленного металла. Указанная линия подачи азота также может быть обернута одним или несколькими слоями керамической ткани для обеспечения стойкости внешней стороны указанного корпуса насоса к воздействию расплавленного металла. Указанная керамическая ткань может быть выполнена из материала, способного выдерживать воздействие расплавленного металла и выбранного из группы, включающей в себя оксид алюминия, оксид магния, силикат, карбид кремния, графит и смеси этих керамических материалов.

Указанная выпускная головка может быть выполнена из литого керамического материала, способного выдерживать воздействие расплавленного металла, который может быть выбран из группы, включающей в себя оксид алюминия, оксид магния, силикат, карбид кремния, графит и смеси этих керамических материалов. Указанная выпускная головка может содержать внутри распределительную камеру. Указанная распределительная камера может сообщаться с указанным корпусом насоса, чтобы поток расплавленного металла и азота поступал из указанного корпуса насоса через указанную распределительную камеру. Указанная распределительная камера может иметь эллипсоидную куполообразную форму в целом с плоской нижней частью и эллипсоидной верхней частью. Указанная выпускная головка может дополнительно содержать два выпускных патрубка, которые могут сообщаться с указанной выпускной камерой, чтобы поток расплавленного металла и азота поступал из указанной распределительной камеры через указанные выпускные патрубки и выходил из газлифтного насоса. Выпускные патрубки могут иметь прямоугольную форму в поперечном сечении.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан нагнетательный насос согласно известному уровню техники;

на фиг. 2 - корпус насоса согласно варианту осуществления изобретения, вид в разрезе;

на фиг. 3 - предпочтительный вариант выполнения выпускной головки для насоса согласно изобретению; и

на фиг. 4 - насос согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, вид в разрезе (не в масштабе).

Варианты осуществления изобретения

В газоотсосных или газлифтных насосах используется метод искусственного подъема жидкости, такой как вода, масло или даже расплавленный металл, посредством введения пузырьков сжатого воздуха, водяного пара, азота и т.д. в выпускную трубу. Это приводит к снижению гидростатического давления на выходе трубы относительно гидростатического давления на входе указанной трубы. Авторы искали пути улучшения характеристик насоса за счет создания более направленного потока расплавленного метала и устранения разбрызгивания, а также посредством значительного увеличения ресурса насосов. Изменения конструкции насоса и введение литой огнеупорной футеровки являются основными особенностями в усовершенствованном нагнетательном насосе согласно изобретению.

На фиг. 1 показан нагнетательный насос согласно известному уровню техники. Указанный насос включает в себя корпус 1, представляющий собой стальную трубку или трубу. Насос также содержит выходные патрубки 2а, 2b. Линия 3 подачи азота обеспечивает подачу пузырьков азота в корпус 1 насоса. Линия 3 подачи азота имеет переходник 3', соединенный с внешним источником азота. При работе пузырьки азота поднимаются вверх внутри корпуса 1 насоса, заставляя расплавленный металл перемещаться вверх. Расплавленный металл поступает в открытую нижнюю часть трубчатого корпуса насоса и выходит через выходные патрубки 2а, 2b. Поскольку расплавленный металл забирается из-под поверхности металла, он не содержит частиц плавающего шлака и других загрязняющих веществ. Два патрубка 2а, 2b направляют поток чистого только что полученного металла на обе стороны стального листа при его прохождении через металлическую ванну, в результате чего происходит нанесение покрытия.

Этот насос известного уровня подвержен коррозии и износу в результате воздействия расплавленного металла, в частности, в областях, где расплавленный металл перемешивается пузырьками азота и имеются завихрения потока. Такие изготовленные из стали нагнетательные насосы известного уровня техники выдерживают лишь до 24 часов непрерывной работы, после чего в выпускной головке образуются отверстия. Замена шлаковыводящих насосов в процессе производства приводит к остановке производственного процесса и загрязнению поверхности расплавленного металла.

Для решения этой проблемы коррозии и износа авторами был предложен наплавляемая на месте керамическая футеровка внутри корпуса насоса согласно изобретению. На фиг. 2 показан корпус 1' насоса согласно изобретению, вид в разрезе. Внутренний литой слой 8 выполнен из керамического материала, несмачиваемого расплавленным металлом и способного выдерживать температуры расплавленного металла. Этот материал посредством литья нанесен на внутреннюю поверхность стальной внешней трубы 6. Защитный внутренний литой керамический слой 8, предпочтительно, выполнен из материала, выбранного из группы, включающей в себя оксид алюминия, оксид магния, силикат, карбид кремния, графит и смеси указанных керамических материалов.

Кроме того, внешняя поверхность стальной трубы 6 покрыта гибкой оболочкой 7 из керамической ткани для продления срока службы стали. Оболочка 7 превосходит по своим характеристикам стандартное керамическое покрытие внешней поверхности, поскольку она не растрескивается в процессе эксплуатации. Следует отметить, что труба подачи азота выполнена из стали и также защищена оболочкой 7. Кроме того, все стальные опорные держатели также следует покрывать оболочкой 7.

Помимо повышенной коррозионной стойкости, обеспечиваемой внутренним литым керамическим слоем 8 и керамической оболочкой 7, газлифтный насос согласно изобретению обладает улучшенными характеристиками потока по сравнению с насосами известного уровня. На фиг. 3 показан предпочтительный вариант выполнения выпускной головки 10 для насоса согласно изобретению. Головку 10 отливают из керамического материала такого же класса, несмачиваемого расплавленным металлом и способного выдерживать температуры расплавленного металла. Это может быть тот же самый материал, из которого выполнен внутренний керамический слой корпуса насоса, или другой материал, если это предпочтительно для имеющихся условий эксплуатации. Далее, в отдельных случаях опорные конструкции внутри керамической головки 10 может оказаться предпочтительным отливать из металла, чтобы обеспечить повышенную механическую прочность и срок службы. Следует отметить, что форма внутри керамического блока представляет собой фактически форму открытого полого пространства, отлитого внутри блока для обеспечения потока жидкости.

Внутри головки находится распределительная камера 9, имеющая эллипсоидную куполообразную форму в целом с плоской нижней частью и эллипсоидной верхней частью. Такая вытянутая внутренняя куполообразная конфигурация была принята с целью обеспечения возможности расширения газа, а также более высокого и более стабильного выпускного расхода, чем в существующих стальных нагнетательных насосах. В литой выпускной головке 10 выполнены два выпускных отверстия 2а', 2b'. Прямоугольная форма выпускных патрубков была выбрана для обеспечения большей ламинарности выходящего потока без разбрызгивания. Как показано на фиг. 1, выпускные патрубки 2а, 2b в насосах известного уровня техники обычно имеют закругленную форму. Эффективность прямоугольных патрубков 2а', 2b' сначала была оценена посредством моделирования с использованием воды, а затем испытания опытной установки подтвердили, что выбранная конструкция обеспечивает намного более направленный поток расплавленного металла и устраняет проблему разбрызгивания, характерную для насосов известного уровня.

И, наконец, на фиг. 4 показан насос согласно изобретению, вид в разрезе (не в масштабе). Особенно тщательно отображены все особенности изобретения. Во-первых, это литой керамический слой 8 внутри стальной внешней трубы 6 корпуса 1' насоса. Затем, это внешняя керамическая оболочка 7 из керамической ткани, которой обернуты стальная внешняя труба 6 корпуса 1' насоса и стальная линия 3 подачи азота. Затем, показана литая керамическая выпускная головка 10, включающая в себя распределительную камеру 9 согласно изобретению, имеющую эллипсоидную куполообразную форму, в целом, с плоской нижней частью и эллипсоидной верхней частью. И, наконец, головка содержит прямоугольные выпускные сопла 2а', 2b', введенные в конструкцию с целью обеспечения более ламинарного потока расплавленного металла без разбрызгивания.

Все вышеупомянутые особенности обеспечивают насосу согласно изобретению увеличенный срок эксплуатации до отказа и пониженную турбулентность потока расплавленного металла.

Изобретение относится к газлифтным насосам, используемым в плавильных ваннах для удаления поверхностного шлака из расплавленного металла, и касается защиты внутренних частей насосов от воздействия расплавленного металла. Насос содержит корпус (1’) в виде стальной трубы (6), внутренняя сторона которой выполнена из керамического материала (8). Насос содержит линию (3) подачи азота, присоединенную к нижней части указанного корпуса (1’), и выпускную головку (10), прикрепленную к верхней части корпуса (1’). Головка (10) выполнена из литого керамического материала и содержит распределительную камеру (9), внутренняя полость которой имеет эллипсоидную куполообразную форму в целом с плоской нижней частью и эллипсоидной верхней частью и два выпускных патрубка (2a’, 2b’), имеющих прямоугольную форму в поперечном сечении. Корпус (1’) насоса и линия (3) подачи азота покрыты слоем (7) керамической ткани, способной, как и материал головки (10) и материал (8), выдерживать воздействие расплавленного металла. Изобретение направлено на увеличение срока эксплуатации насоса и понижение турбулентности потока расплавленного металла. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Газлифтный насос, включающий в себя:

корпус насоса, содержащий вертикальную стальную трубу, предназначенную для транспортировки по ней потока расплавленного металла, причем внутренняя сторона указанного корпуса насоса выполнена из материала, способного выдерживать воздействие расплавленного металла;

линию подачи азота, присоединенную к нижней части указанного корпуса насоса, при этом указанная линия подачи азота и указанный корпус насоса соединены так, чтобы обеспечивалась возможность поступления азота из указанной линии подачи азота внутрь указанного корпуса насоса; и

выпускную головку, прикрепленную к верхней части указанного корпуса насоса и сообщающуюся с указанным корпусом насоса так, чтобы обеспечивалась транспортировка расплавленного металла и азота из указанного корпуса насоса внутрь указанной выпускной головки и затем наружу из указанной выпускной головки.

2. Газлифтный насос по п. 1, отличающийся тем, что указанный материал, способный выдерживать воздействие расплавленного металла, выбирают из группы, включающей в себя оксид алюминия, оксид магния, силикат, карбид кремния, графит и смеси этих керамических материалов.

3. Газлифтный насос по п. 1, отличающийся тем, что указанный корпус насоса обернут одним или несколькими слоями керамической ткани для обеспечения стойкости внешней стороны указанного корпуса насоса к воздействию расплавленного металла.

4. Газлифтный насос по п. 3, отличающийся тем, что указанная линия подачи азота также обернута одним или несколькими слоями керамической ткани для обеспечения стойкости внешней стороны указанного корпуса насоса к воздействию расплавленного металла.

5. Газлифтный насос по п. 4, отличающийся тем, что указанная керамическая ткань выполнена из материала, способного выдерживать воздействие расплавленного металла и выбранного из группы, включающей в себя оксид алюминия, оксид магния, силикат, карбид кремния, графит и смеси этих керамических материалов.

6. Газлифтный насос по п. 1, отличающийся тем, что указанная выпускная головка выполнена из литого керамического материала, способного выдерживать воздействие расплавленного металла.

7. Газлифтный насос по п. 6, отличающийся тем, что указанный материал, способный выдерживать воздействие расплавленного металла, выбран из группы, включающей в себя оксид алюминия, оксид магния, силикат, карбид кремния, графит и смеси этих керамических материалов.

8. Газлифтный насос по п. 1, отличающийся тем, что указанная выпускная головка содержит распределительную камеру, которая сообщается с указанным корпусом насоса, чтобы поток расплавленного металла и азота поступал из указанного корпуса насоса через указанную распределительную камеру.

9. Газлифтный насос по п. 8, отличающийся тем, что указанная распределительная камера имеет эллипсоидную куполообразную форму в целом с плоской нижней частью и эллипсоидной верхней частью.

10. Газлифтный насос по п. 8, отличающийся тем, что указанная выпускная головка дополнительно содержит два выпускных патрубка, сообщающихся с указанной выпускной камерой, чтобы поток расплавленного металла и азота поступал из указанной распределительной камеры через указанные выпускные патрубки и выходил из газлифтного насоса.

11. Газлифтный насос по п. 10, отличающийся тем, что выпускные патрубки имеют прямоугольную форму в поперечном сечении.