EA031582B1 - Индикатор износа для системы огнеупорных керамических кирпичей в высокотемпературном агрегате - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройству отображения износа в системе соединения из огнеупорных керамических кирпичей.

Description

Изобретение относится к устройству отображения износа в системе соединения из огнеупорных керамических кирпичей.

031582 Bl

Изобретение относится к индикатору износа для системы огнеупорных керамических кирпичей в высокотемпературном агрегате.

Огнеупорные керамические кирпичи применяются в течение десятилетий для футеровки промышленных высокотемпературных агрегатов, например печей.

Уровень техники и изобретение разъяснены ниже на основе металлургического плавильного сосуда более подробно. Такой металлургический плавильный сосуд, например промежуточный ковш или литейный ковш (по-английски ladle), служит для приема, обработки и дальнейшей передачи металлических расплавов. Сосуд как таковой, как правило, имеет металлический кожух, который защищен упомянутой футеровкой из огнеупорных керамических кирпичей, по меньшей мере, в области днища и стенки.

Огнеупорные керамические кирпичи подвергаются тепловому, механическому и металлургическому износу. Для надежности сосуда является важным, что защитная функция по отношению к кожуху сохраняется на 100% во избежание опасности неконтролируемого выхода расплава.

В то же время пользователь установки стремится к сохранению огнеупорной футеровки как можно дольше до ее ремонта или замены с целью сокращения, по возможности, простоев и издержек.

Решение о необходимости/времени проведения ремонта или же необходимости/времени проведения замены производится также и в настоящее время в значительной степени на основе визуальной оценки персонала, обслуживающего установку.

Имелись попытки регистрировать состояние износа футеровки (огнеупорных кирпичей) с помощью измерительных приборов. Эти измерительные приборы, которые должны располагаться в таком случае в пределах огнеупорной футеровки, однако являются большей частью недостаточно устойчивыми к температуре и, кроме того, дорогими.

Поэтому в основе изобретения лежит цель предоставления возможности сообщения простым способом об износе системы огнеупорных керамических кирпичей в высокотемпературном агрегате.

Для достижения этой цели изобретение исходит из следующего соображения.

Индикатор износа должен располагаться в пределах наблюдаемой огнеупорной футеровки. Вследствие высоких температур, которые там господствуют, индикатор износа должен состоять из соответствующим образом устойчивого к температуре материала. Самое простое и самое эффективное решение для этого состоит в производстве устройства отображения износа из того же самого материала, из которого состоит огнеупорная футеровка.

Оптимизация этих признаков может быть достигнута, когда индикатор износа является составной частью огнеупорной футеровки, то есть само выполняет функцию огнеупорной футеровки.

Для выполнения функции индикатора износа конструктивные элементы индикатора износа должны геометрически отличаться от прочих кирпичей футеровки. Это не должно неизбежно относиться ко всей геометрии конструктивного элемента. Данный подход является важным в той мере, что отличная геометрия конструктивных элементов индикатора износа должна быть узнаваема при достижении состояния износа, при котором должно быть произведено о том извещение.

Другими словами обычный футеровочный кирпич стенки металлургического сосуда задается, как правило, указанным ниже образом. Кирпич имеет горячую сторону, то есть сторону, которая соседствует с металлическим расплавом, и холодную сторону, то есть сторону, которая соседствует с металлическим кожухом сосуда. Длина кирпича (ниже упрощенно: в Y-направлении координатной системы) задает расстояние между горячей стороной и холодной стороной. Посредством износа это расстояние сокращается в Y-направлении, вплоть до критического размера (размера износа), который должен быть распознаваем.

Идея изобретения состоит в том, чтобы сделать геометрию конструктивных элементов индикатора износа отчетливо различимой по сравнению с геометрией соседних регулярных кирпичей футеровки самое позднее с достижением этого критического размера износа. Тогда это может быть распознано визуально обслуживающим персоналом, а именно надежно, поскольку соответствующее изменение геометрии соответствует заданной степени износа.

В его самом общем варианте осуществления изобретение относится к индикатору износа для системы огнеупорных керамических кирпичей в высокотемпературном агрегате, представляющему собой набор по меньшей мере из двух огнеупорных керамических конструктивных элементов, каждый из которых имеет по меньшей мере один участок поверхности с трехмерным профилем, выбранным из группы, включающей перемычку, уступ, шип, штифт, ребро, пирамиду, зуб пилы, отверстие, канал, паз, призму, эллипс, дугу окружности, причем профили сопряженных участков поверхностей соседних конструктивных элементов дополняют друг друга, образуя соединение с геометрическим замыканием и с по меньшей мере одним профилем, который в направлении (Y) изнашивания уменьшается в направлении (X, Z), перпендикулярном направлению изнашивания.

Предлагаемый в изобретении индикатор износа характеризуется тем, что либо профили проходят только по части длины конструктивных элементов в направлении их изнашивания, либо конструктивный элемент имеет профили с различной в направлении изнашивания геометрией, либо профили конструктивного элемента проходят только по части его длины в направлении изнашивания и имеют различную в направлении изнашивания геометрию,

- 1 031582

Визуальное определение износа обеспечивается визуальным распознаванием наличия профилей и/или различных геометрий профилей. Указанный набор по меньшей мере из двух огнеупорных керамических конструктивных элементов является встраиваемым в огнеупорную футеровку высокотемпературного агрегата.

Направление (Y) изнашивания соответствует, по существу, направлению, которое простирается нормально к внутреннему торцу огнеупорной футеровки или же нормально к соответствующей стенке печи.

Прежде всего, в металлургических сосудах, которые имеют, по существу, футеровку в форме цилиндра, предложено выполнение по меньшей мере одного конструктивного элемента таким образом, что он имеет на участке, который изнашивается, меньшую поверхность поперечного сечения, чем на участке, который соотнесен холодному концу конструктивного элемента.

Альтернатива состоит в изменении ориентации конструктивного элемента между горячим концом и холодным концом, например, в выполнении конструктивного элемента на горячем конце с ориентированным, по существу, в Z-направлении поперечным сечением (то есть узким в Х-направлении и длинным в Z-направлении координатной системы), в то время как поперечное сечение на холодном конце обладает самой большой протяженностью в X-направлении. Это может быть произведено, например, посредством одностороннего или двустороннего выступания участка конструктивного элемента на холодном конце в Х-направлении по отношению к участку конструктивного элемента, который соседствует с горячим концом.

Такое изменение поперечного сечения, которое соответствует изменению профиля, само собой разумеется, должно быть отчетливым в такой мере, что обслуживающий персонал без затруднений визуально распознает измененную геометрию.

Упомянутый профиль может быть подразделен на две группы, а именно выступающий вперед по отношению к соседним поверхностям профиль (по-английски male: parts) и утопленный по отношению к соседним поверхностям профиль (по-английски: female parts).

При этом заданные посредством профилей минимальные или же максимальные поверхности должны отличаться по меньшей мере на 10%, предпочтительнее по меньшей мере на 20% или по меньшей мере на 30% от располагающихся в Y-направлении перед ними или за ними участков поверхности конструктивного элемента.

Профили могут быть построены с различными геометриями, например геометриями из группы: перемычка, уступ, шип, штифт, ребро, пирамида, зуб пилы, отверстие, канал, паз, призма, дуга окружности, эллипс.

По меньшей мере один из конструктивных элементов может изменять в направлении (Y) изнашивания свою ширину (в Х-направлении). Это производится в таком случае, прежде всего, перпендикулярно направлению (Y) изнашивания. Это может быть произведено независимо или одновременно с образованием профиля.

Также возможен вариант осуществления, в котором по меньшей мере один конструктивный элемент изменяет в направлении (Y) изнашивания свою высоту (в Z-направлении) перпендикулярно направлению (Y) изнашивания.

Каждое из этих изменений должно, опять-таки, превышать исходную величину по меньшей мере на 10%, предпочтительнее по меньшей мере на 20% или по меньшей мере на 30%, а наиболее предпочтительно, однако, по меньшей мере двукратно, троекратно или четырехкратно.

Индикатор износа может состоять из двух взаимодействующих друг с другом конструктивных элементов, причем, в принципе, только один конструктивный элемент должен образовывать требуемый индикатор износа, в то время как другой конструктивный элемент служит лишь для того, чтобы создавать соединение с геометрическим замыканием с другим конструктивным элементом таким образом, что обеспечена возможность встраивания набора по меньшей мере из двух конструктивных элементов в огнеупорную футеровку с геометрическим замыканием.

Набор из трех или большего количества конструктивных элементов также является возможным, причем средний конструктивный элемент может быть обрамлен двумя конструктивно идентичными зеркально расположенными конструктивными элементами.

Конструктивные элементы могут располагаться, прежде всего, вертикально друг над другом или горизонтально рядом друг с другом.

Изобретение относится наряду с индикатором износа также к промышленному высокотемпературному агрегату, который футерован огнеупорными керамическими кирпичами и имеет по меньшей мере один индикатор износа указанной разновидности.

При этом некоторые из таких индикаторов износа также могут располагаться в пределах агрегата, например, для сообщения о различных состояниях износа.

Известно, что в пределах металлургического сосуда различные области футеровки подвергаются износу в различной степени. Поэтому предложено в каждой из этих зон износа располагать соответствующий индикатор износа, который функционирует независимо от других индикаторов износа. В такой степени высокотемпературный агрегат содержит несколько индикаторов износа различных конструктив

- 2 031582 ных форм. Отличие конструктивной формы может состоять в том, что профили и/или поперечные сечения конструктивных элементов индикатора износа выполнены в направлении изнашивания (Yнаправление) на различных местах.

Другие признаки изобретения получаются из признаков дополнительных пунктов формулы изобретения, а также прочих заявочных материалов.

Изобретение разъяснено ниже посредством различных вариантов осуществления более подробно. При этом показано, в каждом случае в сугубо схематичном изображении:

фиг. 1 - состоящий из трех частей индикатор износа в перспективном изображении в разобранном виде, фиг. 2 - перспективное изображение в разобранном виде второго варианта осуществления, состоящего из трех частей индикатора износа, фиг. 3 - индикатор износа согласно фиг. 2 как составная часть огнеупорной керамической футеровки металлургического сосуда, фиг. 4 - перспективное изображение в разобранном виде двухчастного индикатора износа.

На чертежах одинаковые или одинаково действующие конструктивные элементы изображены с одинаковыми ссылочными обозначениями.

Фиг. 1 показывает индикатор износа согласно изобретению из трех конструктивных элементов 10.1, 10.2, 10.3. С целью ясности изложения приведена система координатных осей.

Конструктивный элемент 10.2 на его торце S имеет форму креста.

От простирающегося в Z-направлении среднего участка М направо и налево в Х-направлении проходят в каждом случае один профиль Р с прямоугольным поперечным сечением.

В Y-направлении средний участок М расширяется конически в Y-направлении. Подобный перемычке профиль Р остается неизменным в X-направлении, но расширяется, тем не менее, в Z-направлении кверху и книзу конически, а именно в каждом случае до уступа St1, который разделяет конструктивный элемент 10.2 в Y-направлении примерно в соотношении 2/3:1/3.

Более длинный в Y-направлении участок, который простирается от торцовой поверхности вплоть до уступа St1, то есть на горячей стороне конструктивного элемента 10.2, образует участок конструктивного элемента 10.2, который может снашиваться, в то время как меньший, более широкий в Xнаправлении участок задает холодную сторону конструктивного элемента 10.2 и задает минимальную остаточную толщину конструктивного элемента 10.2 (в Y-направлении).

На фиг. 1 расположенные слева и справа конструктивные элемента 10.1 и 10.3 выполнены с их боковыми поверхностями, которые соотнесены конструктивному элементу 10.2, сопряженными с конструктивным элементом 10.2 таким образом, что конструктивные элементы 10.1, 10.2 и 10.2, 10.3 могут быть скреплены с геометрическим замыканием. Для конструктивных элементов 10.1 и 10.2 это изображено путем изображения конструктивных элементов 10.2 и 10.3 в разобранном положении, что делает более понятными в каждом случае сопряженные профили. Например, конструктивный элемент 10.3 имеет сопряженный профилю Р конструктивного элемента 10.2 паз N, а также аналогичный уступу St1 уступ St2.

Вариант осуществления согласно фиг. 2 отличается от варианта осуществления согласно фиг. 1 лишь в том, что отсутствуют подобный перемычке профиль Р конструктивного элемента 10.2 и соответствующим образом пазы N в конструктивных элементах 10.1 и 10.3. В остальном построение и функция индикатора износа являются идентичными.

Набор из конструктивных элементов 10.1, 10.2 и 10.3 может образовывать составную часть огнеупорной футеровки металлургического сосуда, которая изображена посредством фрагмента со стороны стенки футеровки литейного ковша на фиг. 3. Как слева, так и справа от конструктивного элемента 10.3 наряду с конструктивным элементом 10.1 можно увидеть также и обычные футеровочные кирпичи А.

При этом можно увидеть, что конструктивные элементы 10.1, 10.2, 10.3 являются вдвое более высокими (вертикально, в Z-направлении координатной системы), чем соседние кирпичи А футеровки. В принципе является возможным, что конструктивные элементы (такие как 10.1, 10.2, 10.3) имеют высоту или ширину, которая многократно, прежде всего целочисленно многократно, превышает высоту или ширину нормальных футеровочных кирпичей.

Если футеровка израсходована (изношена) до отмеченной в виде волнистой линии V зоны износа, то это может быть распознано обслуживающим персоналом без проблем, поскольку ширина b (в Хнаправлении) на горячем конце конструктивного элемента 10.2 увеличивается до ширины В на холодном конце конструктивного элемента 10.2.

В варианте осуществления согласно фиг. 4 быстроизнашивающаяся часть конструктивного элемента от торца S до области уступа St1 выполнена иным образом, а именно треугольной в вертикальном разрезе таким образом, что в целом для этого участка получается геометрия призмы, к которой на холодной части конструктивного элемента 10.2 присоединяется участок с прямоугольным поперечным сечением.

Достижение предустановленной границы износа может быть опять-таки оптически обнаружено, когда износный кирпич 10.2 изменяет свою геометрию с треугольной на прямоугольную.

В этом индикаторе износа для износного набора достаточно одного другого кирпича, который

- 3 031582 опять-таки обозначен как 10.3, и геометрия которого выполнена сопряженной с геометрией конструктивного элемента 10.2, а именно с гораздо большим по сравнению с пазом N согласно фиг. 1 пазом N, который выполнен в виде желоба с треугольным поперечным сечением.

Claims (7)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Индикатор износа для системы огнеупорных керамических кирпичей (А) в высокотемпературном агрегате, представляющий собой набор по меньшей мере из двух огнеупорных керамических конструктивных элементов (10.1, 10.2, 10.3), каждый из которых имеет по меньшей мере один участок поверхности с трехмерным профилем (Р, N), выбранным из группы, включающей перемычку, уступ, шип, штифт, ребро, пирамиду, зуб пилы, отверстие, канал, паз, призму, эллипс, дугу окружности, причем профили (Р, N) сопряженных участков поверхностей соседних конструктивных элементов (10.1, 10.2; 10.2, 10.3) дополняют друг друга, образуя соединение с геометрическим замыканием и по меньшей мере с одним профилем (Р, N), который в направлении (Y) изнашивания уменьшается в направлении (X, Z), перпендикулярном направлению (Y) изнашивания, и либо профили (Р, N) проходят только по части длины конструктивных элементов (10.1, 10.2, 10.3) в направлении (Y) их изнашивания, либо конструктивный элемент (10.1, 10.2, 10.3) имеет профили (Р, N) с различной в направлении (Y) изнашивания геометрией, либо профили (Р, N) конструктивного элемента (10.1, 10.2, 10.3) проходят только по части его длины в направлении (Y) изнашивания и имеют различную в направлении (Y) изнашивания геометрию, причем визуальное определение износа обеспечивается визуальным распознаванием наличия профилей (Р, N) и/или различных геометрий профилей (Р, N), причем указанный набор по меньшей мере из двух огнеупорных керамических конструктивных элементов (10.1, 10.2, 10.3) является встраиваемым в огнеупорную футеровку высокотемпературного агрегата.
2. 2. Индикатор износа по п.1, в котором в направлении (Y) изнашивания по меньшей мере один профиль (Р, N) увеличивается в направлении (X, Z), перпендикулярном направлению (Y) изнашивания.
3. 3. Индикатор износа по п.1, в котором в направлении (Y) изнашивания по меньшей мере один конструктивный элемент (10.1, 10.2, 10.3) изменяет свою ширину (В), измеряемую перпендикулярно направлению (Y) изнашивания.
4. 4. Индикатор износа по п.1, в котором в направлении (Y) изнашивания по меньшей мере один конструктивный элемент изменяет свою высоту, измеряемую перпендикулярно направлению (Y) изнашивания.
5. 5. Индикатор износа по п.1, представляющий собой набор из трех конструктивных элементов (10.1, 10.2, 10.3).
6. 6. Промышленный высокотемпературный агрегат, футерованный огнеупорными керамическими кирпичами и снабженный по меньшей мере одним индикатором износа по п.1.
7. 7. Агрегат по п.6, снабженный несколькими индикаторами износа, имеющими различные конструктивные формы.