УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЫСТРОГО СОЕДИНЕНИЯ, СОДЕРЖАЩЕЕ ПОЛЫЙ ЦИЛИНДР СО СКОШЕННЫМИ КОНЦАМИ И ДВУМЯ ВНУТРЕННИМИ КОЛЬЦЕВЫМИ ПАЗАМИ Российский патент 2018 года по МПК F16L37/88 B21D39/04 

Область техники

Изобретение относится к устройствам, расходуемым при экзотермической реакции, которые используются для перфорирования и пробивания проходов для расплавленного металла в плавильных печах с использованием заглушек из глины или смесей из глинозема, кремнезема, углерода и других материалов, применяемых при выплавке руд, таких как медная, железная и тому подобное, посредством применения смесей окислительных газов или кислорода под давлением. В целом, расходуемые устройства согласно изобретению выполнены с возможностью перфорирования и/или резания путем плавления какого-либо вида материала.

В частности, изобретение относится к устройствам соединения для термических резаков, или так называемых кислородных резаков, в которых циркулируют окислительные газы, такие как кислород, под давлением из одного конца указанного термического резака в другой. Устройства соединения позволяют соединять два или более термических резака с целью исключить остатки кусков резаков на момент использования этих резаков.

В целом, термический резак является длинной узкой трубкой с окисляемым внешним корпусом, содержащим по всей своей длине один или более окисляемых внутренних элементов, таких как одножильные проволоки. Внутренние корпусы проходят внутри внешнего корпуса, сохраняя между собой свободное пространство. Обычно термический резак имеет диаметр от 8 до 50 мм и длину от 1 до 12 м.

Термические резаки на своем конце зажигания достигают температур порядка 3500°С-5530°С, и расход термического резака составляет порядка 0,2-5 метров в минуту, когда давление окислительного газа составляет от 392,3 кПа до 980,7 кПа. Поскольку расход резаков является очень быстрым, необходимо иметь в распоряжении соединительные элементы, позволяющие соединять один резак со следующим и, таким образом, не останавливать процесс. Соединительный элемент должен быть горючим и иметь надлежащую прочность во избежание отсоединения резака.

Один тип соединения, используемый в настоящее время в термических резаках, представляет собой участок трубок с резьбой, которые сложны в установке, поскольку требуют завинчивания. Другой тип соединения, соответствующий типу быстрой вставки, более прост в установке, но имеет значительные проблемы с просачиванием потока кислорода и имеет склонность к отделению, когда резаки поочередно перемещаются в осевом направлении. На практике это приводит к большим трудностям при сборке, просачиванию в собранном состоянии и неожиданному отсоединению, что в конечном итоге не позволяет пользователям их соединять, приводя, таким образом, к значительным экономическим потерям, связанным с большим расходом резаков, поскольку резаки не могут эксплуатироваться в полной мере.

В документе CN 102128328 описана соединительная конструкция с быстрым запиранием для металлических трубопроводов и специальные зажимы для них. Конструкция с возможностью быстрой блокировки содержит соединение трубы и фитинг трубы, при этом трубы содержат основной корпус и соединительный конец, фитинг трубы предусмотрен для введения в соединительный конец, по окружности внутренней стороны соединительного конца предусмотрен кольцевой паз, уплотнительное кольцо в кольцевом пазу и многоугольный или круглый канал под давлением внутри и снаружи кольцевого паза. Кроме того, изобретение обеспечивает зажимы для соединения с возможностью быстрого расцепления.

В свою очередь, в документе WO 9425786 описано быстрое соединение для труб или рукавов, содержащее пластиковый каркас, имеющий по меньшей мере одно соединение с первой частью полости. Внутри него расположено запирающее кольцо, распорное кольцо и уплотнительное кольцо, и вся конструкция удерживается в нужном положении с помощью стопорного кольца. Кроме того, имеется армированный металлом рукав.

Также в области металлических труб существуют некоторые типы устройств для соединения указанных труб, которые в основном имеют внутреннюю резьбу для получения соединения.

Как можно видеть, из уровня техники известны устройства для быстрого соединения, состоящие из различных элементов, позволяющие соединять между собой трубы, при этом указанные устройства рассчитаны на управление текучими средами, а не на сопротивление материалов и не на устойчивость к высоким температурам. С другой стороны, существуют устройства для соединение материалов с большим сопротивлением, но указанные устройства не предусматривают быстрой установки.

По этой причине, учитывая характер условий эксплуатации, при которых используют термические резаки, все еще есть необходимость иметь соединительные элементы для получения более эффективных термических резаков, которые позволяют осуществлять быстрое, простое, прочное соединение с хорошей герметичностью, хорошей фиксацией и с достаточной гибкостью, согласно требованиям к термическим резакам, в соответствии с условиями их эксплуатации.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка соединительного устройства для термических резаков, позволяющего быстро и легко соединять резаки.

Одновременно с этим еще одной задачей настоящего изобретения является получение соединительного устройства, которое вступает в реакцию горения, прежде чем расплавиться, таким же образом, как вступают в реакцию термические резаки.

Еще одним объектом настоящего изобретения является получение соединительного устройства для термических резаков, обладающего хорошей гибкостью после соединения с резаком, например такого, которое может изгибаться.

Еще одной задачей настоящего изобретения является получение соединительного устройства для термических резаков, не требующего внешних элементов для выполнения соединения, то есть которое бы требовало только введения термического резака в соединительный элемент для достижения соединения так, чтобы устройство было надежно прикреплено к резакам без отделения при случайном прикладывании усилий в противоположных и альтернативных направлениях.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к соединительному устройству для термических резаков, применяемых для перфорирования и пробивания проходов для расплавленного металла в плавильных печах с использованием заглушек из глины или смесей из глинозема, кремнезема, углерода и других материалов, содержащему полый цилиндр со скошенными концами и двумя внутренними кольцевыми пазами на каждом конце устройства.

Краткое описание графических материалов

Далее изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых:

фиг. 1 - вид в продольном разрезе соединительного устройства для термических резаков согласно настоящему изобретению;

фиг. 2 - вид средств соединения и уплотнения, применяемых в соединительном устройстве для соединения концов термического резака;

фиг. 3 - вид в разрезе соединительного устройства с концами термического резака, соединенными с каждым концом указанного устройства;

фиг. 4 - увеличенный вид по фиг. 3, на котором более подробно показано соединительное устройство согласно настоящему изобретению;

фиг. 4а - увеличенный подробный вид в сечении А, указанном на фиг. 4, подробно демонстрирующий систему соединения одного конца термического резака с соединительным устройством и работу средств фиксации и уплотнения указанного соединительного устройства;

фиг. 4b и 4с - увеличенный подробный вид в сечении А, указанном на фиг. 4, демонстрирующий разницу в соединении, получаемом при несоответствии конструкции или различиях относительно средств соединения и уплотнения соединительного устройства согласно изобретению;

фиг. 5 - увеличенный вид сбоку средства соединения и/или блокировки, применяемого в соединительном устройстве согласно настоящему изобретению;

фиг. 5а - вид спереди в поперечном разрезе средства соединения и/или блокировки, представленном на фиг. 5 в соответствии с поперечным разрезом А-А;

фиг. 5b - увеличенный подробный вид средства соединения и/или блокировки в сечении В, указанном на фиг. 5а.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение относится к соединительному устройству для термических резаков, применяемых для перфорирования и/или резания путем плавления какого-либо типа материала, например для перфорирования и пробивания проходов для расплавленного металла в плавильных печах с использованием заглушек из глины или смесей из глинозема, кремнезема, углерода и других материалов, содержащему по меньшей мере один полый корпус (1), как, например, полый цилиндр, кроме прочего, такой формы, как, например, прямоугольная, квадратная, овальная и т.д. и/или представляет собой их комбинации, с открытыми концами (8), со стенкой внутренней поверхности (7) и стенкой внешней поверхности (6), и а также содержащему по меньшей мере один паз (3), или выемку, выполненный в стенке внутренней поверхности (7) корпуса (1) для размещения по меньшей мере одного средства (4) фиксации и/или блокировки, такого, как, например, нажимное и/или стопорное кольцо (4), и по меньшей мере один второй паз (2), или выемку, выполненный в стенке внутренней поверхности (7) корпуса (1) для размещения по меньшей мере одного уплотнительного средства (5), такого как уплотнение с соответствующей гибкостью и жесткостью, как, например, уплотнительное кольцо, такое как показано на фиг. 1, 2, 3 и 4.

Согласно фиг. 1 по меньшей мере один конец (8) корпуса (1) соединительного устройства может иметь скошенную, зауженную, с углублением или коническую конфигурацию, и при этом по меньшей мере один из концов (8) корпуса (1) соединительного устройства содержит по меньшей мере один первый и второй паз (2, 3) для размещения, блокировки и/или фиксации по меньшей мере одного средства (4) фиксации и/или блокировки, а также для размещения по меньшей мере одного уплотнительного средства (5). Первый паз от каждого конца корпуса (1) соединительного устройства сконфигурирован для блокировки, фиксации и/или удерживания средства (4) фиксации и/или блокировки, такого, как, например, по меньшей мере одно нажимное и/или стопорное кольцо (4), при этом подробно показана конфигурация по меньшей мере указанного первого паза (2) и указанного средства (4) фиксации и/или блокировки, посредством фиг. 4 и 4а, при этом указанный по меньшей мере первый паз имеет прямоугольную или квадратную конфигурацию, или их комбинацию, выполненную в стенке внутренней поверхности (7) корпуса (1), такой формы, что вершины (v), образованные между стенкой внутренней поверхности (7) корпуса (1) и соответствующими стенками по меньшей мере одного паза (4), образуют прямой угол, то есть вершины (v) образуют углы, равные 90°, соответственно, как это можно подробно видеть на фиг. 4а.

По меньшей мере один термический резак (9) может быть соединен с корпусом (1) соединительного устройства посредством сопряжения резака с соединительным устройством путем введения конца резака, который также содержит на своем конце паз, для фиксации и/или блокировки средством (4) фиксации и/или блокировки, при этом, как показано на фиг. 4а, конфигурация указанного паза термического резака содержит прямые вершины, то есть вершины (v), образующие углы 90°, соответственно, позволяя, таким образом, вводить конец термического резака по меньшей мере в один открытый конец (8) полого корпуса (1) соединительного устройства, и прижатия его до щелчка в корпусе (1), посредством чего происходит фиксация и/или блокировка резака внутри корпуса (1), посредством фиксации, удерживания и/или блокировки средством (4) фиксации и/или блокировки в соответствующем пазу термического резака, также как и в по меньшей мере одном пазу (3) для фиксации и/или блокировки, содержащемся в корпусе (1) соединительного устройства. Посредством такой простой и быстрой процедуры достигается фиксация конца термического резака в корпусе (1) соединительного устройства. Такая же процедура и/или ряд действий могут быть выполнены одновременно на двух открытых концах (8) полого корпуса (1) соединительного устройства, при этом посредством такой простой и быстрой процедуры достигается соединение двух термических резаков между собой, позволяя, таким образом, получить быстрое соединение, без задержки в операции по перфорированию и/или разрезанию материала, которая осуществляется посредством термического резака.

Средство (4) фиксации и/или блокировки подробно показано на фиг. 5, 5а и 5b, при этом средство фиксации и/или блокировки, такое как нажимное и/или стопорное кольцо (4), имеет такую конфигурацию, что все его вершины прямые, то есть вершины (v) образуют углы 90°, соответственно, позволяя, таким образом, осуществлять фиксацию в пазу стенки внутренней поверхности (7) корпуса (1) соединительного устройства, а также в пазу, выполненном в термическом резаке, который оказывается заблокированным, удерживаемым и/или зафиксированным в указанном соединительном устройстве.

Нормальный процесс резки, то есть работа термического резака при разрезании и/или перфорировании материала, требует усилий в обоих осевых направлениях, относительно продольной оси резака, то есть толкающего и тянущего, при этом эти осевые усилия (Fa) могут поддерживаться средством (4) фиксации и/или блокировки, таким как нажимное и/или стопорное кольцо и пазы, как в стенке внутренней поверхности (7) корпуса (1) соединительного устройства, так и в пазу термического резака таким образом, чтобы эти осевые усилия не вытягивали, не деформировали и/или не отсоединяли средство блокировки и/или фиксации от его места установки. Это условие постоянной блокировки, удерживания и/или фиксации нажимного и/или стопорного кольца (4) на своем месте, когда соединительное устройство соединено с термическими резаками для последующей операции резки, достигается благодаря конфигурации вершин, которые содержатся в обоих пазах как корпуса соединительного устройства, так и термического резака и средства (4) фиксации и/или блокировки, такого как нажимное и/или стопорное кольцо (4), и которые являются прямыми, то есть вершинами (v), образующими углы 90°, соответственно.

Как показано на фиг. 4а, несмотря на то, что тянущее и толкающее усилия вводят нажимное и/или стопорное кольцо в наиболее неблагоприятное положение, приводящее к тому, что осевые усилия (Fa) резака не вызывают никаких усилий в радиальном направлении, что позволяет не допустить снятия и/или деформации нажимного и/или стопорного кольца (4), вследствие прямой конфигурации всех вершин (v) пазов и кольца, соответственно.

В случае, если по меньшей мере одна из вершин пазов или нажимного и/или стопорного кольца имеет скругленный, скошенный, искривленный радиус соединения или не имеет угол, не равный 90°, то это приводит к выделению из осевого усилия (Fa) радиального усилия (Fr), что способствует деформации и/или снятию нажимного и/или стопорного кольца, и, таким образом, приводит к отсоединению средства (4) фиксации и/или блокировки по меньшей мере от одного из пазов, приводя, таким образом, к отделению термического резака от корпуса (1) соединительного устройства.

Как следует из названия, в каждом пазу для нажимного и/или стопорного кольца расположено нажимное и/или стопорное кольцо (4), которое является нажимным кольцом из закаленной и отпущенной стали. Таким же образом в каждом втором пазу для уплотнения расположено уплотнительное кольцо (5) с соответствующей жесткостью для образования хорошего уплотнения.

Размер или диаметр и/или внутренняя форма полого корпуса соединительного устройства и размер и форма указанного устройства зависят от диаметра или размера и/или формы термического резака, поскольку каждое соединительное устройство изготавливается в соответствии с диаметром, размером и/или формой термического резака, требующего соединения.

Требующие соединения термические резаки могут быть соединяемыми одним из своих концов или двумя своими концами, в зависимости от формы, которую имеют их концы.

Термический резак, только один конец которого является соединяемым посредством соединительного устройства, имеет один из своих концов в форме перевернутого конуса, а также на указанном конце в форме перевернутого конуса сразу перед началом указанного конца в форме перевернутого конуса резак содержит гладкую и цилиндрическую поверхность, которая содержит внешний кольцевой паз.

Термический резак, оба конца которого являются соединяемыми посредством соединительного устройства, имеет оба своих конца, выполненные в форме перевернутого конуса, и дополнительно на каждом конце в форме перевернутого конуса резака перед началом каждого конца в форме перевернутого конуса резак содержит гладкую и цилиндрическую поверхность, которая содержит внешний кольцевой паз.

Соединение между термическим резаком и соединительным устройством осуществляется путем введения конца резака, имеющего форму перевернутого конуса, в один из концов соединительного устройства. Одно соединительное устройство позволяет удерживать до двух термических резаков одновременно, для чего вводят термический резак в каждый конец устройства.

Соединительное устройство быстро и легко соединяется с термическим резаком и остается надежно прикрепленным к резаку, поскольку после введения термического резака в один из двух концов соединительного устройства нажимное кольцо блокируется во внешнем кольцевом пазе термического резака с исключением возможности смещения и отсоединения указанного резака, и, в свою очередь, уплотнительное кольцо, расположенное внутри соединительного устройства, уплотняет пространство между резаком и соединительным устройство, исключая, таким образом, утечки кислорода или окислительного газа.

Соединительные устройства применяются для соединения двух, трех или более резаков одного внешнего диаметра. Внешняя форма, которую имеют термические резаки, позволяет осуществлять простую сборку между одним резаком и другим резаком посредством соединительного устройства согласно настоящему изобретению. Концы резака в форме перевернутых конусов позволяют облегчить сцепку с соединительным устройством, а внешний кольцевой паз резака позволяет закрепить сцепку между резаком и соединительным устройством. Для соединения резака с соединительным устройством достаточно небольшого осевого смещения на конце резака, которое приводит к тому, что нажимное кольцо входит в паз резака и оба элемента оказываются соединенными без возможности отсоединения.

Размер резаков может быть различным и зависит от применения, определяющего местоположение в зависимости от резака и расположения внешнего паза на каждом конце резака таким образом, чтобы резаки не цепляли друг друга в соединенном состоянии.

Соединение одного резака с другим резаком позволяет получить полный расход резаков при их использовании, и, таким образом, не образуется остатков резаков, и поэтому нет потерь материала, что делает их эксплуатацию более экономичной. Форма резаков и соединительных устройств позволяет соединять столько резаков, сколько будет необходимо, во избежание потерь резаков и для достижения непрерывности осуществляемой эксплуатации.

Соединительное устройство согласно настоящему изобретению изготавливают из стали, что позволяет работать в зонах высоких температур, до 1300°С, без расплавления, потому как она имеет высокую точку плавления, более 1400°С. Помимо горючих свойств соединительное устройство имеет низкую стоимость, что не повышает эксплуатационные расходы при соединении термических резаков посредством такого типа соединительных устройств. Кроме того, благодаря тому, что точка зажигания соединительное устройство ниже, чем его точка плавления, оно может вступать в реакцию горения вместе с термическим резаком при зажигании и сгорании, и, таким образом, процесс сгорания не прерывается при поддержании резаков соединенными.

Геометрия соединительного устройства и его размеры определяют момент инерции, который вместе с сопротивлением материала позволяет выдерживать все механические напряжения растяжения и сжатия, образуемые при эксплуатации термических резаков.

Концы соединительного устройства являются скошенными, чтобы выполнять функцию направляющей для концов резака в момент осуществления соединения и чтобы нажимное кольцо (4) не деформировалось сверх своего предела упругости после установки или введения в паз (3) для нажимного кольца.

Соединительное устройство согласно настоящему изобретению обеспечивает простое соединение, не требует какого-либо инструмента и специальной конструкции для его установки, не отсоединяется ни при каких условиях эксплуатации и не дает утечки. Следовательно, применение устройства согласно настоящему изобретению приносит экономические выгоды, поскольку обеспечивает большее усовершенствование термических резаков, а также способствует более эффективной и более надежной работе, поскольку не допускает ни утечек кислорода или окислительных газов, ни внезапных разъединений, что позволяет избежать рисков нежелательного сгорания вследствие утечек кислорода и задержек в работе.

Термические резаки, соединенные посредством соединительного устройства согласно настоящему изобретению, находят различное применение, как, например, в случае резания меди и шлака, в частности, для днищ котлов, дробильных установок или опорных элементов, отверстий литейных печей, перекрытий печей, содержащих медь и кирпич, элементов в стенках печей, зоны очистки закладки фурмы, элементов в канале предварительной камеры выпуска газов, отверстий проходов, печи для рафинирования и обжига анодов.

Соединяемые термические резаки также могут применяться для получения эффективных проходов в печах для выплавления меди, стали, ферросплавов, платины и других металлов, независимо от композиции, из которой выполнены заглушки, даже если они выполнены из чистого графита (углерода). Также они могут применяться для резания и/или перфорирования сталей любого качества или толщины, например с толщиной 1000 мм, 2000 мм, 3000 мм и более. Также они могут применяться для резания бетонных блоков или скальной породы и камней различного типа и размера.

Кроме того, термические резаки с возможностью соединения с соединительным устройством согласно настоящему изобретению могут применяться для резания и/или перфорирования путем плавления любого типа материалов, в том числе алмаза, который наиболее устойчив к воздействию температуры.

Изобретение относится к соединительному устройству (1) для быстрого соединения, не требующему внешних соединительных элементов, для соединения термических резаков, применяемых для перфорирования и/или разрезания путем плавления какого-либо типа материала, например для перфорирования и пробивания проходов для расплавленного металла в плавильных печах с использованием заглушек из глины или смесей из глинозема, кремнезема, углерода и других материалов, содержащее полый цилиндр со скошенными концами, имеющий два внутренних кольцевых паза на каждом конце указанного устройства. Кроме того, описан способ соединения соединительного устройства, которое предназначено для соединения с термическими резаками, по меньшей мере один из концов которых выполнен в форме перевернутого конуса и которые на своей обшивке содержат внешний кольцевой паз. Изобретение повышает надежность эксплуатации устройства. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Соединительное устройство для термических резаков, применяемых для перфорирования и/или резания материала, конфигурация которого допускает быстрое и простое соединение без необходимости во внешних соединительных элементах и которое позволяет исключить разъединение во время работы резака вследствие осевых усилий, которые испытывают указанные резаки во время работы по выполнению перфорирования и/или резания материала, отличающееся тем, что содержит полый корпус (1) с открытыми концами (8), содержащий по меньшей мере один паз (3) на своей стенке внутренней поверхности (7), в котором размещено средство (4) фиксации и/или блокировки, при этом вершины по меньшей мере одного паза (3), также как и вершины средства (4) фиксации и/или блокировки, являются прямыми, то есть представляют собой вершины (v), образующие угол 90°, соответственно, и при этом материал устройства является горючим в твердом состоянии и/или горючим до его расплавления.

2. Соединительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус (1) содержит по меньшей мере один второй паз (2) и/или дополнительно содержит по меньшей мере одно уплотнительное средство (5).

3. Соединительное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что средство фиксации и/или блокировки представляет собой нажимное или стопорное кольцо из закаленной и отпущенной стали, и при этом по меньшей мере одно уплотнительное средство обладает соответствующей гибкостью и жесткостью для сохранения уплотнения в соединении между резаком и соединительным устройством, при этом уплотнительное средство является таким, как уплотнительное кольцо.

4. Соединительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус (1) является полым и содержит стенку внутренней поверхности и стенку внешней поверхности, при этом по меньшей мере один из его концов имеет скошенную, зауженную, с углублением конфигурацию и/или коническую форму или их комбинацию.

5. Способ соединения термических резаков посредством применения соединительного устройства по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что указанное соединительное устройство соединяют с соединительным резаком, один из концов которого выполнен в форме перевернутого конуса и который содержит внешний паз на своей обшивке, непосредственно перед концом в форме перевернутого конуса, что позволяет укрепить сцепку между резаком и соединительным устройством посредством блокировки нажимного и/или стопорного кольца в указанном внешнем пазу резака, при этом за один этап вводят резак в корпус (1) соединительного устройства, одновременно проталкивая резак и фиксируя нажимное и/или стопорное кольцо в пазу резака и по меньшей мере в первом пазу корпуса (1) соединительного устройства, получая непрерывное соединение термического резака с соединительным устройством.

6. Способ соединения термических резаков по п. 5, отличающийся тем, что соединительное устройство позволяет присоединять термический резак к каждому из открытых концов корпуса указанного соединительного устройства одновременно, за один этап.