BG64352B1

BG64352B1 - Метод за уплътняване на отвор в охладителен елемент и елемент, произведен по метода

Info

Publication number: BG64352B1
Application number: BG106268A
Authority: BG
Inventors: Veikko Polvi; Tuija Suortti
Original assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2004-11-30
Also published as: JP2003504209A; KR100659964B1; EP1218137A1; DE60010730D1; ATE266494T1; AR024448A1; ZA200110446B; CA2377689C; DE60010730T2; AU5225500A; EP1218137B1; KR20020026525A; ES2218169T3; EA003035B1; PE20010138A1; BR0011959A; CN1165400C; TR200200024T2; CN1360529A; CA2377689A1

Abstract

Методът и елементът намират приложение в стоманодобивната промишленост при охлаждане на пламъчни, топилни или доменни пещи. С тях се удължава експлоатационният срок на охладителния елемент, който е с висока корозионна устойчивост. Методът се състои в изработване на отвор (9) в корпус (2) на охладителния елемент (1), като в част от корпуса, направена от мед, се разполага тапа (8), изработена същоот мед. Между страничната повърхност (11) на тапата (8) и вътрешната повърхност (13) на отвора се монтира спояващ агент (10) с температура на разтопяване, по-ниска от тази на частите, които се съединяват една с друга. На повърхността на спояване върху спояващия агент (10) и/или най-малко върху една от повърхностите (11, 13) се нанася слой от калай (Sn), след което съединителният участък между тапата (8) и частта от корпуса (2) на охладителния елемент се загрява до температура на разтопяване на спояващия агент (10) или до близка на нея, а съединителният участък след това се охлажда. Охладителният елемент включва корпус (2), изпълнен от мед, и канали (3, 4, 5), оформени в корпуса, за циркулация на охладителен агент. При направата на каналите (3, 4, 5) в корпуса (2) са обособени отвори, откриващи се към повърхността на елемента (1), част от които са запушени с тапи (8) чрез дифузионно свързване. Съединението на тапата (8) и корпуса (2) съдържа калай. а

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до метод за уплътняване на отвор в охладителен елемент и елемент, произведен по метода, намиращи приложение в стоманодобивната промишленост за охлаждане на пламъчни, топилни или доменни пещи.

Предшестващо състояние на техниката

Известен е метод за уплътняване на отвор в охладителен елемент, при който в корпус на охладителния елемент се изработва отвор в част, направена от мед. След това в отвора се разполага тапа, също изпълнена от мед, при което между страничната повърхност на тапата и вътрешната повърхност на отвора се монтира спояващ агент. Температурата на разтопяване на агента е пониска от тази на частите, които се съединяват една с друга /1/.

Известен е и охладителен елемент, който се състои от корпус, изпълнен от мед и канали, оформени в корпуса за циркулация на охладителен агент. При направата на каналите в корпуса са обособени отвори, откриващи се към повърхността на елемента. Част от тези канали са запушени с тапи чрез дифузионно свързване. Запушването с тапата се осъществява чрез пресова връзка, която външно е заварена към корпуса със заваръчен шев с дълбочина до около 6 mm /1 /.

Известният метод и елемент изискват преди заваряване работните детайли да се загреят до предварително зададена висока температура. В етапа на това предварително загряване рискът от оксидиране на уплътнителното съединение е висок. В зоната на заваряване в този случай се появяват повреди, предизвикани например от корозия на шева. Атмосферата, преобладаваща в пространството на една пламъчна топилна пещ съдържа газове, между които и SO₂, който също способства за образуването на корозия поради пораждащата се сулфатизираща реакция. За да се избегне този нежелан ефект и възможното изтичане на хладилен агент като последствие, често се налага да се заменя охладителният елемент.

Техническа същност на изобретението

Задачата на изобретението е да се създаде метод за уплътняване на отвор в охладителен елемент, който да позволява по-дълъг експлоатационен срок на елемента, произведен по метода, и повишаване на устойчивостта му срещу корозия.

Задачата е решена с метод за уплътняване на отвор в охладителен елемент, при който в корпус на охладителния елемент се изработва отвор в част, направена от мед, и в отвора се разполага тапа, също изпълнена от мед. Между страничната повърхност на тапата и вътрешната повърхност на отвора е монтиран спояващ агент с температура на разтопяване по-ниска от тази на частите, които се съединяват една друга. Съгласно изобретението на повърхността на спояване върху спояващия агент и/или най-малко върху една от повърхностите - странична на тапата и вътрешна на отвора, се нанася слой от калай (Sn), след което съединителният участък между тапата и частта от корпуса на охладителния елемент се загрява до температура на разтопяване на спояващия агент или до близка на нея, с последващо охлаждане.

Спояващият агент се помества в отвора, оформен в корпуса и/или в съединителната повърхност на тапата преди вкарване на тапата в отвора.

Спояващият агент може да има форма на фолио.

Спояващият агент е избран от група, съдържаща комбинациите Ag+Cu, Al+Cu, Sn+Cu, и Sb+Cu.

Спояващият агент с определен сплавен състав има евтектичен състав с мед.

Спояващият агент съгласно един вариант на изобретението може да бъде по същество Ag.

Спояващият агент съгласно друг вариант може да е А1.

Дебелината на спояващия агент, когато е във вид на фолио, е от 10 до 500 pm.

Дебелината на фолиото в средния участък е от 10 до 100 pm, а в повърхностните слоеве от 1 до 20 pm.

Тапата допълнително преди спояването се заварява към корпуса.

Задачата се решава и с охладителен елемент, произведен по метода, който се състои от корпус, изпълнен от мед и канали, оформени в корпуса за циркулация на охладителен агент. При изпълнението на каналите в корпуса са обособени отвори, откриващи се към повърхността на елемента, част от които са запушени с тапи чрез дифузионно свързване. Съгласно изобретението съединението на тапата и корпуса съдържа калай (Sn).

Всяка тапа е изпълнена с една част с резба и една конична съединителна част.

Страничната повърхност на тапата и вътрешната повърхност на отвора оформят съединителни повърхности.

Съединителните повърхности са образувани от спояващ агент във вид на фолио, разположено между вътрешната повърхност на отвора и страничната повърхност на тапата.

Съединителната част на тапата е самоцентрираща се.

Предимството на изобретението е, че се постигат връзки между съединяваните части в желана предварително зададена дълбочина в надлъжно направление на тапата. Спояващият агент позволява лесно манипулиране и може да бъде поместен в съединителната зона на желано място, при което връзките се изпълняват без затруднения. Частичното разтваряне на компонентите от мед или медна сплав върху контактната повърхност способстват за висококачествена връзка между спояваните части. Методът позволява дори при ниски работни температури да се получат в крайната структура твърди фази, които да се разтопяват при по-високи температури. По този начин връзката става самокомпенсираща се, тъй като издържа на по-високи температури, отколкото би издържал спояващият агент.

Използването на калай Sn понижава температурата, необходима за спояване на отделните части и предотвратява оксидирането в зоната на шева. Използването на спояващ агент от вида Ag+Cu понася добре газовете от пещта и предотвратява сулфатизиращите реакции. По този начин се намалява до минимум вероятността от възниква не на корозия в шева.

Пояснение на приложените фигури

Изобретението се пояснява по-подробно с позоваване на приложените фигури, от които:

Фигура 1 представлява опростено изображение на охладителния елемент;

Фигура 2 - охладителния елемент от фиг. 1 в разрез по А-А;

Фигура 3 - етап от метода съгласно изобретението, при който тапата е запоена в отвор, предвиден в охладителния елемент.

Примери за изпълнение на изобретението

Изобретението се отнася до метод за уплътняване на отвор, по-специално отвор, предвиден в охладителен елемент, при който метод в отвор 9, предвиден в част, състояща се главно от мед, частта е например корпус 2 на охладителен елемент 1, в който е разположена тапа, състояща се основно от мед.

На фигура 1 е показан охладителен елемент 1, при който се използва методът на уплътняване съгласно изобретението. Обикновено охладителният елемент 1 е направен от мед. В корпуса 2 на охладителния елемент 1 е направена, например чрез пробиване или отливане, система от канала 3, 4, 5, при което охладителният агент, например вода, циркулира, когато елементът 1 се монтира в мястото на нагревателната стена. В примера, показан на фигурата, системата от канали е направена при формиране на отвори 3, 4, 5 в корпуса 2. Отворите 3, 4, 5 са разположени в корпуса 2 така, че те са взаимно свързани и така образуват система от канали за циркулация на охладителния агент. Част от отворите 9, направени в повърхността на охладителния елемент 2, са снабдени с тапи 8, така че в елемента са оставени само необходимите входни и изходни канали 6 и 7 за свързване на елемента в системата на циркулация на охладителния агент. Охладителният елемент 1 е закрепен към нагревателните конструкции на пещта, например към стена, като в този случай обикновено се охлажда огнеупорната облицовка на пещта. Обикновено стената с охладителен елемент към страната на входящия и изходящия тръ бопроводи 6, 7 е ориентирана навън спрямо вътрешността на пещта (непоказана). Използваният материал обикновено като материал за охладителния елемент е мед, което се дължи на нейните добри топлопроводни свойства. Охладителният елемент, показан на фигурите, представлява опростен пример на конструкция на охладителен елемент. Обикновено охладителният елемент може да съдържа няколко съседни канала в надлъжно и/ или напречно направление на елемента. За да се охладят конструкциите на пещта, се използват няколко охладителни елемента, които са свързани за циркулация на охладителен агент.

В метода съгласно изобретението за уплътняване на отвора на охладителен елемент, където в отвор 9, оформен в корпуса 2 на охладителния елемент, направен по същество главно от мед, е поставена тапа 8, която е направена главно от мед, между страничните повърхности 11 на тапата 8 и вътрешната повърхност 13 на отвора е предвиден агент за спояване с твърд припой/спояване с мек припой 10, с температура на разтопяване, по-ниска от температурата на разтопяване на детайлите, които трябва да бъдат съединени един с друг, и поне свързващият участък на тапата и охладителният елемент са нагряват поне до температурата на разтопяване на част от агента за спояване с твърд припой или близка до нея, след което съединителният участък се охлажда. Чрез метода съгласно изобретението се създава дифузионно съединение. Температурата може да бъде повишена дотолкова, че в зоната на съединението се създава моментна разтопена фаза.

Съгласно предпочитано изпълнение спояващият агент 10 е във форма на фолио. Фолиото е лесно за манипулиране и когато се изреже на подходяща ширина и дължина, може да се монтира предварително на желаното място в съединението и в този случай се получават много добри съединения по целия участък на съединителната повърхност. Съгласно типично примерно изпълнение спояващият агент се поставя в отвора 9, предвиден в корпуса 2 и/или към съединителната повърхност 11 на тапата 8, преди вкарване на тапата в отвора.

Спояващият агент 10 е избран от гру пата, включваща комбинациите Ag+Cu, Al+Cu, Sn+Cu и Sb+Cu. По отношение поведението при разтопяване ингредиентите на спояващия агент за предпочитане образуват електрически композиции с мед. Например със спояващ агент Ag+Cu електрическата композиция включва 71% тегл. Ag и 29% тегл. Си.Охладителните агенти могат да бъдат Ag или А1.

Върху повърхността на фолиото на охладителния агент 10 и/или поне към една от повърхностите 11, 13, които се съединяват, може да се нанесе слой от калай Sn, чрез което необходимата температура за спояване може да се понижи. Например чрез поставяне върху повърхността на фолио Ag+Cu охладителен (спояващ?) агент, с дебелина 50 μιη, например на слой Sn с дебелина 5-10 μηι, се постигат висококачествени връзки. Калаените слоеве могат да бъдат създадени например чрез потопяване на оформения като фолио спояващ агент в разтопен калай и, ако е необходимо, чрез последващо изглаждане на фолиото чрез навиване. По дебелина фолиото спояващ агент е обикновено 10-500 μηι, за предпочитане 20-100 μηι. Когато се използват калаени слоеве, дебелината в средната секция на фолиото е 10-100 μηι и в повърхностните секции 1-20 μηι.

Когато се използва слой Sn във връзка със спояването, може да се използва също така спояващ агент, където съдържанието на Си е по-ниско, отколкото на електрическия състав. Например съдържанието на Си на спояващ агент Ag+Cu също така може да бъде в диапазона 0-29% тегл. От гледна точка на метода съставът не е критичен, когато се използват калаени слоеве.

Допълнително към спояването тапата 8 също така може да бъде заварена към корпуса 2, когато това е необходимо. В този случай под заваряването, в спояващия шев, дифузията на калай и сребро към медта продължава и по отношение на фазите, създадени в съединителния шев, като посоката е към фазите, които се разтопяват при повисоки температури. Сега необходимата температура за създаването на дифузно съединение се достига вече при предварителното нагряване, осъществявано за процеса на заваряване.

Следователно, съединението, направено съгласно метода в съответствие с изобретението между тапата 8 на охладителния елемент и корпуса 2, е дифузно съединение и се осъществява чрез термична обработка. Главните съединителни повърхности са страничните повърхности 11 на тапата 8 и вътрешната повърхност 13 на отвора. Тапата съдържа участък с резба 12 и коничен съединителен участък 11. Във форма коничният съединителен участък е пресечен конус, който е стеснен към участъка с резба 12. Засечките, предвидени в участъка с резба, позволяват съединителният участък 11 да бъде центриран към вътрешната повърхност 13 на отвора.

На фиг. 3 е показан по-подробно етап на метода за уплътняване съгласно изобретението. Обикновено материалът на тапата е главно мед. В изпълнението на фигурата тапата 8 съдържа коничен участък 11 и участък с резба 12. В отвора 9 са оформени съответстващи части за тапата 8, по-точно конична част 13 и част с резба 14. В положението, показано на фиг. 3, в близост до вътрешната стена на отвора 9 или в контакт с коничната повърхност 13, е поставен слой спояващ агент 10, за предпочитане във формата на фолио. След това тапата се вкарва отвора 9, така че коничната повърхност 11 на тапата и коничната повърхност 13 на отвора да се напасват една спрямо друга, като спояващият агент 10 остава между тях. Тапата 8 съгласно показаното изпълнението се завърта за зацепване с витките на резбата 14 на отвора. Съгласно предпочитано изпълнение тапата 8 може да бъде снабдена със задвижващо устройство 15, което може да се използва за закрепване на тапата в отвора при желана стегнатост чрез използване на задвижващото устройство. След това съединението на тапата 8 и корпуса 2 се нагрява, така че се създава дифузия в съединителната област.

Следващите примери илюстрират поподробно няколко предпочитани изпълнения на изобретението.

Пример 1. В този пример използваният спояващ агент е Ag+Cu-спояващ агент, който има евтектичен състав и съдържа 71 % тегл. Ag и 29% тегл. Си. Спояващият агент е във формата на фолио с дебелина 50 gm.

Фолиото е изрязано на предварително определен размер и поставено в отвора, към неговата вътрешна повърхност, преди тапата. Тапата е нагласена по място, като е притисната срещу фолиото спояващ агент. Съединителният участък се загрява над температурата на разтопяване на спояващия агент (779°С), до около 800°С и използваният защитен газ е аргон. Времето за стягане е около 5 min. Съединенията съгласно примера са изпълнени по отличен начин. Създадена е компактна и неразрушима връзка. След осъществяване на контакт с течността медта се разтваря в спояващия агент и обратно, среброто прониква в медта. По този начин съединителната междинна повърхност е изцяло кристализирала наново.

Пример 2. В този пример се съединява медна част към друга медна част със спояващ агент Ag-Cu, съдържащ 71% Ag и 29% Си. Спояващият агент е във форма на фолио с дебелина 50 gm и допълнително върху повърхността на фолиото също така е образуван слой калай с дебелина от порядъка на 5-10 gm. Температурата е повишена до около 600°С. Времето за стягане е около 5 min. Съединенията съгласно примера са изпълнени по отличен начин. Създадена е компактна и неразрушима връзка, където след времето за реакция калаят, който обикновено е добавен като по същество чист елемент, образува мозаечен шев с медта.

С използване на метода съгласно изобретението е съединена мед и/или медни състави с обикновено съдържание на мед поне 50%.

За специалиста в областта е очевидно, че изобретението не се ограничава от примерните изпълнения, а може да бъде модифицирано в обхвата на приложените претенции.

Claims

1. Метод за уплътняване на отвор в охладителен елемент, при който в корпус (2) на охладителния елемент (1) се изработва отвор (9), в част, направена от мед, се разполага тапа (8), също изпълнена от мед, при което между страничната повърхност (11) на тапата (8) и вътрешната повърхност (13) на отвора е монтиран спояващ агент (10) с температура на разтопяване по-ниска от тази на частите, които се съединяват една с друга, характеризиращ се с това, че на повърхността на спояване върху спояващия агент (10) и/или най-малко върху една от повърхностите (11, 13) се нанася слой от калай (Sn), след което съединителният участък между тапата (8) и частта от корпуса (2) на охладителния елемент се загрява до температура на разтопяване на спояващия агент (10) или до близка на нея, а съединителният участък след това се охлажда.

2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че спояващият агент (10) се помества в отвора (9), оформен в корпуса (2) и/или в съединителната повърхност (11) на тапата (8) преди вкарване на тапата (8) в отвора.

3. Метод съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че спояващият агент (10) е с форма на фолио.

4. Метод съгласно претенции от 1 до 3, характеризиращ се с това, че спояващият агент (10) е избран от група, съдържаща комбинациите Ag+Cu, Al+Cu, Sn+Cu и Sb+Cu.

5. Метод съгласно претенции от 1 до 4, характеризиращ се с това, че спояващият агент (10) с определен сплавен състав има евтектичен състав с мед.

6. Метод съгласно претенции от 1 до 5, характеризиращ се с това, че спояващият агент (10) е по същество Ag.

7. Метод съгласно претенции от 1 до 6, характеризиращ се с това, че спояващият агент (10) е по същество А1.

8. Метод съгласно претенции от 3 до 7, характеризиращ се с това, че спояващият агент (10) във вид на фолио е от 10 до 500 цт.

9. Метод съгласно претенция 8, характеризиращ се с това, че дебелината на фоли ото в средния участък е от 10 до 100 gm, а в повърхностните слоеве от 1 до 20 цт.

10. Метод съгласно претенции от 1 до 9, характеризиращ се с това, че тапата (8) допълнително преди спояването се заварява към корпуса (2).

11. Охладителен елемент, произведен по метода съгласно претенция 1, включващ корпус (2), изпълнен от мед и канали (3, 4, 5), оформени в корпуса за циркулация на охладителен агент, като при направата на каналите (3, 4, 5) в корпуса (2) са обособени отвори, откриващи се към повърхността на елемента (1), част от които са запушени с тапи (8) чрез дифузионно свързване, характеризиращ се с това, че съединението на тапата (8) и корпуса (2) съдържа калай (Sn).

12. Елемент съгласно претенция 11, характеризиращ се с това, че всяка тапа (8) има част с резба (12) и конична съединителна част (11).

13. Елемент съгласно претенции 11 и 12, характеризиращ се с това, че страничната повърхност (11) на тапата (8) и вътрешната повърхност (13) на отвора оформят съединителни повърхности.

14. Елемент съгласно претенции от 11 до 13, характеризиращ се с това, че съединението е образувано от спояващ агент (10) във вид на фолио, разположено между повърхностите (11 и 13).

15. Елемент съгласно претенции от 11 до 14, характеризиращ се с това, че съединителната част (11) на тапата (8) е самоцентрираща се.

Приложение: 3 фигури

Литература

1. US 3710473.