CZ297615B6 - Závesné zarízení pro pouzití ve vypalovacích pecích k výrobe keramických stavebních prvku - Google Patents

Abstract

Závesné zarízení se pouzívá ve vypalovacích pecích k výrobe keramických stavebních prvku, u kteréhojsou spojeny tvarovým stykem alespon jeden závesný prvek (1) z karbidu kremicitého, upevnený na strope vypalovací pece, s nosníkem (2) z karbidu kremicitého, pripoustejíce relativní pohyby techto dvou prvku.

Description

Závěsné zařízení pro použití ve vypalovacích pecích k výrobě keramických stavebních prvků

Oblast techniky

Vynález se týká závěsného zařízení pro použití ve vypalovacích pecích k výrobě keramických stavebních prvků. Přitom mají být keramické polotovary, zejména velké stavební prvky, jako jsou válcové komponenty, po vysušení vypalovány. Během vypalovacího procesu mohou být přitom keramické stavební prvky a zejména válcové komponenty zavěšeny ve vypalovací peci.

Dosavadní stav techniky

Keramické stavební prvky a přitom zejména pecní válcové prvky z keramického materiálu se k vypálení zavěšuje ve zvláštních komorách pece. K tomu účelu se obvykle používají žáruvzdorné opěrné zdi, na nichž jsou nahoře uloženy příčné výztuhy.

A s ohledem na taková tepelná zatížení, zabudovávají se do vypalovacích pecí opěrné zdi buď z cihel z karbidu křemičitého (vázaného dusíkem nebo křemíkem), nebo z cihel A1₂O₃.

Přitom komory pece, uvažované pro vypalování, musí být svými rozměry přizpůsobeny na vypalované keramické stavební prvky, aby se zajistilo hospodárné plnění vypalovací pece. U keramických válcových polotovarů je přitom třeba počítat s délkami válců až 5 m.

Přitom je současně nutné dimenzovat maximální velikost vypalovací komory, a maximální požadované vypalovací teploty, s ohledem na to, že se ve vypalovací peci dosahuje rovnoměrné rozdělení teploty, aby se zajistila velmi vysoká kvalita vypalovaných stavebních prvků, zejména válcových polotovarů. To znamená, že čím větší je maximální požadovaná vypalovací teplota, maximální vypalovací objem v komoře pece musí být příslušně menší. Doposud obvyklé, opěrnými zdi vybavené vypalovací komory, dovolují proto pro vypalování keramických komponent, zejména vypalovaných válců obsazení mezi 1000 a 3000 kusy.

Při požadovaných velmi vysokých vypalovacích teplotách a cyklickém provozu pece, s přitom vznikajícími teplotními diferencemi, podléhají dosud obvykle používané opěrné zdi mimořádně tvrdé termomechanickému zatěžování a opotřebení, což má za následek neustálé opravy a obnovování.

Další nevýhodou, kterou sebou přinášejí dosud používané opěrné zdi je to, že prostor jsoucí k dispozici v komorách pece je příslušně omezen, a následkem toho je snížena i kapacita a produktivita používané vypalovací pece. Nadto je rovněž negativně ovlivňována energetická bilance vypalovací pece, protože při ohřívání musí být také oteplován materiál pro konstrukci opěrných zdí.

Úkolem vynálezu je proto vytvořit závěsné zařízení pro použití ve vypalovacích pecích k výrobě keramických stavebních prvků, které jsou vysoce odolné vůči termomechanickému zatížení a vlivu vysokých teplotních gradientů.

Podstata vynálezu

Závěsné zařízení vytvořené podle vynálezu sestává alespoň ze dvou základních prvků, které jsou vytvořeny zkarborundu a jsou spolu spojeny tvarovým stykem tak, že je možné použít závěsný prvek, upevněný na stropě vypalovací pece, a na něm spočívající nosník, přičemž toto uspořádání umožňuje relativní pohyby obou prvků vůči sobě. Přitom mají být v první řadě zachyceny tep lotní diference, vznikající při ohřevu během topné fáze a ochlazování po ukončení vypalovacího procesu, včetně s tím spojené tepelné roztažitelnosti.

Výhodně jsou přitom na stropě vypalovací pece upevněny alespoň dva závěsné prvky, a upevnění je realizováno tak, že tyto závěsné prvky částečně prochází stropem vypalovací pece a nad stropem se aretují.

Nosník používaný podle vynálezu má podle počtu použitých závěsných prvků průchozí otvory, kterými prochází závěsné prvky, a přitom část závěsných prvků na vzdáleném konci od stropu pod nosníkem má rozšíření, které je větší než volný průřez průchozích otvorů.

Výhodně mohou být potom průchozí otvory a uvedená rozšíření příslušně vytvořeny vůči sobě kónicky, k dosažení rovnoměrného působení síly a současně k zabránění působení bočních a příčných sil.

Obzvláště výhodným se osvědčilo vytvořit rozšíření a průchozí otvory jako uspořádání koule pánev.

Nosníky se závěsným zařízením vytvořeným podle vynálezu se nacházejí bezprostředně pod klenbou pece, a mohou být na ně, spolu s dalšími pomocnými konstrukcemi pro zavěšení, zavěšovány polotovary určené k vypálení.

Řešení podle vynálezu poskytuje tepelně a mechanicky vysoce zatížitelné závěsné zařízení, které po dlouhý čas odolává cyklickým vypalovacím podmínkám. To je případ i u velmi vysokých teplot ve vypalovací peci při relativně velké tepelné roztažitelnosti žáruvzdorné vnitřní vyzdívky pece, prostupů tepla a teplotních gradientů, které je třeba zohlednit v ukotvující oblasti klenby pece.

U výhodně používaného ukotvení závěsných prvků nad klenbou pece vniká na nich během vysokoteplotní fáze teplotní gradient až 1400 °C. Provedením závěsného zařízení podle vynálezu se mohou příslušná odvádění tepla a různé tepelné roztahování ostatních materiálů konstrukce pece vyrovnávat, a nevznikají žádná mechanická pnutí ve velikosti, která by mohla vést ke zlomu nebo jinému porušení na prvcích používaných podle vynálezu, a v důsledku toho lze vyloučit havárie, které by mohly vést ke zmetkům a výrobním výpadkům s odpovídajícími zvýšenými náklady.

Další výhoda, kterou sebou přináší závěsné zařízení vytvořené podle vynálezu, je možnost, že k vypalování určené polotovary a přitom zejména k vypalování určené pecní válce mohou být zavěšovány velmi těsně a bezprostředně pod klenbou pece, takže je umožněna snadná přístupnost pro zavěšování a opětné odebírání, a kromě toho prostor, který je ve vypalovací peci k dispozici, je optimálně využit.

Závěsné zařízení podle vynálezu má přitom tu výhodu, že, ačkoliv síla působící na nosník se projevuje jako čisté tahové zatížení, kterému by mělo být vlastně u keramických konstrukcí zabráněno je přesto použitelné, neboť keramiky mají o faktor 10 až 100 menší pevnost v tahu ve srovnání k pevnosti v tahu. Řešení podle vynálezu může kromě toho zabránit, zejména provedením spojení tvarovým stykem mezi závěsným prvkem a nosníkem, zvýšeným ohybovým, tahovým a/nebo torzním napětím, která mohou vést k lokálním převýšením napětí a v důsledku toho ke zlomům různých stavebních prvků na těchto místech.

Proti tomu se může jednou působit tím že se použije rovnoměrný přenos síly mezi nosníkem a závěsnými prvky pomocí kónického provedení, přizpůsobeného vždy odpovídajícímu stavebnímu prvku v oblasti tvarového styku, nebo provedení jako uspořádání koule - pánve.

U poslední varianty se rozšíření vytvořené výhodně na spodní konci závěsných prvků, alespoň v oblasti, která slouží v přímém kontaktu jako uložení pro nosník, vytvoří v polokulovitém tvaru. Přitom použité poloměry mohou být pro kulový tvar optimalizovány. Podle toho je spodní oblast

- 2 CZ 297615 B6 průchozích otvorů v nosnících, které se opírá o rozšíření závěsných prvků, rovněž vytvořena alespoň částečně polokulovité jako odpovídající pánev, takže závěsný prvek a nosník podle poměru poloměrů přenášejí sílu přes kruhovou oblast. Výhodně by měl být dodržen poměr poloměrů větší než 0,5. Tím je zajištěno, že se působení síly na závěsný prvek uskutečňuje tak, že působí odpovídající rovnoměrné rozdělení tahového napětí, a že je dalece zabraňováno nebezpečným dodatečným interferujícím ohybovým momentům, které mohou nastat v důsledku příčných a bočních sil. Protože odpovídajícím provedením se zabrání lokálním převýšením tahového napětí, je řešení podle vynálezu podstatně odolnější a může být zabráněno zlomům.

Příslušně vytvořeným závěsným zařízením mohou být přenášeny přes nosník na závěsné prvky velmi vysoké zátěže, takže na nejtěsnějším prostoru může být uspořádán velký počet polotovarů určených k vypálení.

Obzvláště příznivě použitelné uspořádání koule - pánev u závěsných prvků a nosníků umožňuje pohyblivé uspořádání mezi těmito oběma prvky, takže mohou být samozřejmě vyrovnávána tepelná roztahování, a přesto zůstává zajištěno rovnoměrné rozdělení napětí. Také jiné pohyby, které mohou být kupříkladu vyvolávány prouděními ve vypalovací peci nebo která mohou nutně vznikat při zavěšování a snímání polotovarů, mohou být vlivem vesměs relativně pohyblivé konstrukce rovněž dalekosáhle zachycovány.

Jako vhodné materiály pro závěsné prvky a nosníky použité podle vynálezu jsou rekrystalizovány karbid křemičitý (R-SiC), křemíkem infiltrovaný karbid křemičitý (SiSiC), dusíkem vázaný karbid křemičitý (N-SiC), slinutý karbid křemičitý (S-SiC) nebo různé směsi uvedených karbidů křemičitých.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je dále blíže popsán na příkladu jeho provedení podle připojených výkresů, které znázorňují na:

obr. 1 závěsné zařízení podle vynálezu;

obr. 2 zvětšené znázornění tvarového styku při uspořádání koule - pánev na závěsném prvku a nosníku.

Příklady provedení vynálezu

K. vypalování polotovarů keramických válců je zapotřebí uspořádat jejich zavěšení s výhodou velmi těsně pod klenbou pece, v tak zvaném stropním prostoru. Ktomu účelu se k uchycení svisle zavěšených válců k vypalování hodí odpovídající nosná konstrukce, u které jsou nosníky 2, uspořádané vůči sobě paralelně, drženy pomocí závěsných prvků 1. Přitom by měl být každý nosník 2 držen alespoň dvěma závěsnými prvky 1, výhodně třemi závěsnými prvky L Závěsné prvky 1 se ve výhodném provedení vedou skrz klenbu pece a tam se nad ní zakotví. Pro zakotvení je v závěsném prvku 1 vytvořena drážka 5, do které zabírá příslušně vytvořená aretace, která se potom opírá nad stropem pece a absorbuje zátěž.

Na spodním konci závěsného prvku 1 je vytvořeno rozšíření 4, o které se opírá nosník 2. Nosník 2 je přitom podle počtu použitých závěsných prvků v rovnoměrných odstupech vůči sobě nebo v symetrickém uspořádání opatřen průchozími otvory 3, skrz které může být veden příslušný závěsný prvek 1, dokud se nosník 2 neopře o rozšíření 4 závěsného prvku L

U tohoto příkladu je spodní část průchozího otvoru 3 nosníku 2 alespoň částečně polokulovitého tvaru, a odpovídající část rozšíření 4 závěsného prvku 1 je tomuto tvaru příslušně přizpůsobena, takže obě části tvoří v této oblasti uspořádání koule - pánev.

- j CZ 297615 B6

Horní část nosníku 2 tvoří povrchový nosný pás 6 pro vypalované předměty.

Na obr. 2 je ve zvětšeném znázornění zřetelněji ukázán příklad s uspořádáním koule - pánev, použitým podle vynálezu. Pro lepší pochopení nepřiléhá v tomto znázornění nosník 2 přímo na rozšíření 4 závěsného prvku 1.

U tohoto příkladu se zvolil poloměr koule pánve R_P__T v nosníku 2 67 mm, a poloměr koule R_K__H na rozšíření 4 závěsného prvku 1 65 mm, z čehož vyplývá poměr poloměrů R_p_t : Rk-h ⁼ θ>97. Z toho vyplývají teoretická čára 7 přenosu síly je vyznačena na obr. 2. Přitom zejména znázornění na obr. 2 ukazuje, že geometrie použitelné podle vynálezu zajišťují rovnoměrné působení síly s odpovídajícím rozdělením napětí, a tím je zaručeno, že mohou být použity sice tepelně velmi stabilní křemičité karbidy, ačkoliv jejich pevnost v tahu je omezená.

Při vypalování keramických polotovarů válců jsou tyto zavěšovány na nosníky 2 pomocí doplňkových neznázoměných pomocných lišt, a přitom každý nosník bezpečně udrží hmotu cca 450 kg při teplotách cca 1550 °C, přičemž se potvrdila provozní pevnost již při vysokém počtu pokusů, při kterých se nezjistila žádná přerušení nebo jiná poškození.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Závěsné zařízení pro použití ve vypalovacích pecích k výrobě keramických stavebních prvků, alespoň s jedním na stropě vypalovací pece upevněným závěsným prvkem (1) z karbidu křemíku, který vykazuje rozšíření na spodním konci a s nosníkem (2) z karbidu křemíku, spojeným alespoň sjedním závěsným prvkem (1), vyznačující se tím, že nosník (2) pro každý závěsný prvek (1) je opatřen průchozím otvorem (3) a závěsný prvek (1), na konci vzdáleném od stropuje opatřen rozšířením průřezu a že alespoň jeden závěsný prvek (1) je vedený vždy skrz jeden průchozí otvor (3) v nosníku (2) a rozšíření (4) zapadá do rozšíření průchozího otvoru (3) a vyváří tak spojení tvarovým stykem.
2. 2. Závěsné zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že závěsný prvek/závěsné prvky (1) je vedený/jsou vedené částečně skrz strop vypalovací pece aje ukotvený/jsou ukotvené nad stropem pece.
3. 3. Závěsné zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že průchozí otvor(y) (3) a rozšíření (4) jsou alespoň z části vytvořené v odpovídajícím kónickém tvaru.
4. 4. Závěsné zařízení podle nároků laž3, vyznačující se tím, že průchozí otvor(y) (3) a rozšíření (4) jsou vytvořené jako uspořádání koule - pánev.
5. 5. Závěsné zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že poměr poloměrů mezi poloměrem koule (Rk-h) závěsného prvku/závěsných prvků (1) a poloměrem pánve (R_P-t) na nosníku (2) je větší než 0,5.
6. 6. Závěsné zařízení podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že závěsný prvek (1) a nosník (2) jsou vytvořeny z rekrystalovaného karbidu křemičitého (R-SiC), křemíkem infiltrovaného karbidu křemičitého (SiSiC), dusíkem vázaného karbidu křemičitého (N-SiC) a/nebo slinutého karbidu křemičitého (S-SiC).