PL168207B1 - Urzadzenie do wprowadzania ogrzanego powietrza do pieca szybowego PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do wprowadzania ogrzanego powie- trza do pieca szybowego, utworzone z elementów ruro- wych, posiadajacych zewnetrzny pancerz oraz wewnetr- zna wykladzine ogniotrwala, zawierajace przewód okrez- ny dmuchu, posiadajacy górne zwezenie rurowe; ukosna czesc rurowa, zawierajaca dolny króciec podlaczony do górnego zwezenia rurowego i skierowany w dól od prze- wodu okreznego dmuchu; stozkowa rure laczaca, której górny koniec jest zamontowany przy pomocy kolnierza do górnego zwezenia rurowego, zas dolny, stozkowy koniec umieszczony jest w górnym zakonczeniu dolnego krócca; sciagi miedzy stozkowa rura laczaca a dolnym króccem; mieszkowe lacze ruchome miedzy stozkowa rura laczaca a dolnym króccem; oraz pozioma czesc rurowa, skierowana w strone sciany pieca i zawierajaca kolano rurowe, zamocowane do dolnego zakonczenia dolnego krócca, dyszak, przegub kulowy oraz dysze, znamienne tym, ze posiada osiowe polaczenie telesko- powe, utworzone przez stozkowa rure laczaca (36) i dolny króciec (34) oraz posiada ograniczniki przemie- szczania promieniowego rozmieszczone wokól tego tele- skopowego polaczenia, przy czym stozkowa rura laczaca (36) i dolny króciec (34) sa polaczone z luzem po promie- niu miedzy nimi. F ig. 2 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wprowadzania ogrzanego powietrza do pieca szybowego, utworzone z kilku elementów.

Takie urządzenia, znane ogólnie pod nazwą zestawu dyszowego, są narażone na problemy zmienności położenia i szczelności. W następstwie wysokiej temperatury wstępnie podgrzanego powietrza, rzędu 1200°C lub wyższej, i wysokiej temperatury panującej wewnątrz pieca, ścianka pieca, jak również przewód o przekroju kołowym i zestaw dyszowy, podlegają rozszerzalności i odkształceniom cieplnym powodującym znaczące względne przemieszczanie się przewodu o przekroju kołowym względem ścianki pieca. Pożądane jest żeby, zestaw dyszowy mógł kompensować te względne przemieszczenia lub się do nich przystosować unikając przecieku gazu lub wstępnie ogrzanego powietrza w kierunku na zewnątrz.

Do oddziaływań pochodzenia cieplnego dodają się oddziaływania wywołane przez ciśnienia wewnętrzne, w rezultacie wstępnie podgrzane powietrze wprowadzone poprzez zestaw dyszowy do pieca, zwłaszcza do pieca nowoczesnego, ma wysokie ciśnienie, które zależnie od przekrojów wywiera na zestaw dyszowy siły rzędu kilku ton.

168 207

Znane zestawy dyszowe, spełniające wymagania termiczne i ciśnieniowe zawierają bądź dwa punkty połączenia przegubowego, bądź trzy punkty połączenia przegubowego z przegubem kulistym umieszczonym na ogół między dyszą i dyszakiem, przy czym inne połączenie przegubowe lub dwa takie połączenia, zależnie od typu, znajdują się w ukośnej części łączącej przewód o przekroju kołowym z kolanem zestawu dyszowego. Połączenia przegubowe w ukośnej części, są na ogół zaopatrzone w sprężystą poduszkę uszczelniającą i kompensator mieszkowy tworzące połączenie między ruchomymi sekcjami.

Zestawy dyszowe z trzema połączeniami przegubowymi, znane na przykład z opisu patentowego USA nr 3 766 868 mają na ogół, w stosunku do zestawów dyszowych z dwoma połączeniami przegubowymi, większe możliwości przystosowania lub kompensacji odkształceń i nacisków pochodzących zarówno od składowych promieniowych jak i od składowych poosiowych. Obydwa połączenia przegubowe znajdujące się w ukośnej części tych zestawów dyszowych, zawierają na ogół środki, takie jak przeguby uniwersalne, które dają tę korzyść, że przejmują i kompensują składowe sił wywołanych ciśnieniem gorącego powietrza tak, że te siły nie są przenoszone na przeguby między dyszakiem i dyszą. Wadą zestawów dyszowych z trzema połączeniami przegubowymi jest ich stosunkowo wysoki koszt, co nie jest bez znaczenia ze względu na dużą ilość zestawów dyszowych, stanowiących wyposażenie wielkiego pieca.

Zestawy dyszowe z dwoma przegubami, znane na przykład z opisu patentowego nr DE-GBM 7325087 mają prostszą budowę i są tańsze w wykonaniu. Są one jednak bardziej wrażliwe na naciski i odkształcenia, zwłaszcza pochodzące od składowych promieniowych, które powodują niszczenie poduszki uszczelniającej połączenia przegubowego w ukośnej części i szybsze zużycie. Zestaw dyszowy według cytowanego opisu patentowego jest ponadto poddany siłom wywieranym przez ciśnienie gorącego powietrza. Aby uniknąć zniszczenia połączenia przegubowego między dyszakiem i dyszą przez te siły i spowodowania przecieków, ukośna część tego zestawu dyszowego musi być przymocowana do ścianki pieca. Zainstalowanie takiego mocowania nie jest jednak wygodne z powodu zbyt dużych przemieszczeń zestawu dyszowego i z powodu trudnego dostępu.

Celem niniejszego wynalazku jest wykonanie nowego urządzenia do wprowadzania wstępnie ogrzanego powietrza do pieca szybowego, które byłoby stosunkowo proste i tanie, i które dawałoby się przystosować w sposób zadawalający do powstających odkształceń i nacisków.

Urządzenie do wprowadzania ogrzanego powietrza do pieca szybowego, utworzone z elementów rurowych, posiadających zewnętrzny pancerz oraz wewnętrzną wykładzinę ogniotrwałą, zawierające przewód okrężny dmuchu, posiadający górne zwężenie rurowe; ukośną część rurową zawierającą dolny króciec podłączony do górnego zwężenia rurowego i skierowany w dół od przewodu okrężnego dmuchu; stożkową rurę łączącą której górny koniec jest zamontowany przy pomocy kołnierza do górnego zwężenia rurowego, zaś dolny, stożkowy koniec umieszczony jest w górnym zakończeniu dolnego króćca; ściągi między stożkową rurą łączącą a dolnym króćcem; mieszkowe łącze ruchome między stożkową rurą łączącą a dolnym króćcem oraz poziomą część rurową, skierowaną w stronę ściany pieca i zawierającą kolano rurowe, zamocowane do dolnego zakończenia dolnego króćca, dyszak, przegub kulowy oraz dyszę, według wynalazku charakteryzuje się tym, że posiada osiowe połączenie teleskopowe, utworzone przez stożkową rurę łączącą i dolny króciec oraz posiada ograniczniki przemieszczania promieniowego, rozmieszczone wokół tego teleskopowego połączenia, przy czym stożkowa rura łącząca i dolny króciec są połączone z luzem po promieniu między nimi. Luz po promieniu między stożkową rurą łączącą i dolnym króćcem powinien być mniejszy niż 2° odchylenia od osi.

Ograniczniki przemieszczania promieniowego składają się z dwóch płytek bocznych połączonych z kołnierzem zewnętrznego pancerza rury łączącej zamocowanej przy pomocy kołnierza do górnego zwężenia rurowego, przy czym płytki boczne skierowane są na boki, patrząc w kierunku pieca, po obu stronach teleskopowego połączenia i są prowadzone z luzem po promieniu w odpowiednich zagłębieniach kołnierza dolnego króćca.

Alternatywnie, ograniczniki przemieszczania promieniowego składają się z wewnętrznego pierścienia prowadzącego, połączonego z kołnierzem w pobliżu górnego końca dolnego króćca i otaczającego z luzem po promieniu dolną, walcową część stożkowej rury łączącej.

Urządzenie korzystnie posiada parę ściągów ze sprężynami o regulowanym naciągu ściśniętymi między ścianą pieca, a dyszakiem lub kolanem rurowym, przy czym osie ściągów są skierowane do góry, w kierunku środka złącza kulowego i tworzą ostry kąt α z osią dyszaka.

168 207

W urządzeniu, według wynalazku, króciec dolny i rura stożkowa są względem siebie ruchome w kierunku osiowym i zawierają elementy do ograniczenia przemieszczania promieniowego.

Inaczej mówiąc, problemy przeważania promieniowych składowych sił i przemieszczeń, które wywołują zniszczenie poduszki uszczelniającej miektórych zestawów dyszowych według stanu techniki, są rozwiązane za pomocą elementów do ograniczania przemieszczania promieniowego lub kątowego rury stożkowej i króćca dolnego, lub są kompensowane przez względną zmienność położenia lub przemieszczania teleskopowe tych dwóch elementów.

Ustalono, że jeśli elementy są skonstruowane tak, że przeszkadzają przesunięciu osiowemu między rurą stożkową i króćcem dolnym więcej niż o dwa stopnie, wówczas można się spodziewać zadawalających wyników.

Zaletą rozwiązania według niniejszego wynalazku jest możliwość uzyskania urządzenia stosunkowo prostego w konstrukcji i tańszego w wykonaniu, które dałoby się przystosować do powstających nacisków i odkształceń.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zestaw dyszowy według wynalazku w widoku z boku, fig. 2 - zestaw dyszowy z fig.1, w osiowym przekroju pionowym, fig. 3 - składowe działających sił, schematycznie, fig. 4 -ograniczniki przemieszczania promieniowego rury stożkowej względem króćca dolnego, częściowo w przekroju osiowym, częściowo w widoku z boku, fig.4a - przekrój poziomy wzdłuż linii A-A oznaczonej na fig. 4, fig.4b - przekrój wzdłuż linii B-B oznaczonej na fig. 4, fig. 5 - drugi przykład wykonania ograniczników przemieszczania promieniowego, w przekroju osiowym, fig. 6 i 6a -możliwości ruchu w przypadku swobody przemieszczania osiowego rury stożkowej względem króćca dolnego, o 2°, schematycznie.

Na figurze 1 i 2 przedstawiono schematycznie zestaw dyszowy, który łączy główny przewód okrężny dmuchu 20 usytuowany wokół wielkiego pieca, z jego ścianką w celu doprowadzania wstępnie ogrzanego powietrza do tego pieca. Ten zestaw dyszowy zawiera ukośną część rurową 22 nachyloną do dołu, połączoną za pośrednictwem kolana rurowego 24 i dyszaka 26 z dyszą 28, która jest zaklinowana na dyszownicy 30 umieszczonej w ściance pieca. Dyszak 26 jest połączony z dyszą 28 przegubem kulistym, którego środek krzywizny jest oznaczony przez o. Ukośna część rurowa 22 zawiera górne zwężenie rurowe 32, stanowiące część przewodu okrężnego dmuchu 20, i dolny króciec 34, który jest zamocowany za pośrednictwem kołnierza 38 do kolana rurowego 34. Połączenie między górnym zwężeniem rurowym 32 i dolnym króćcem 34 stanowi stożkowa rura łącząca 36, mająca cylindryczną część wewnętrzną, przymocowana za pośrednictwem kołnierza 40 do górnego zwężenia rurowego 32. Dolna część stożkowej rury łączącej 36 wchodzi współosiowo w część górną dolnego króćca 34.

Jak przedstawiono na fig. 2, wszystkie elementy zestawu dyszowego zawierają zewnętrzny metalowy pancerz 42 i wewnętrzną ogniotrwałą wykładzinę 44.

Ukośna część rurowa 22 posiada pewien stopień swobody przesuwając się teleskopowo ponieważ stożkowa rura jest w swojej części walcowej przesuwna osiowo względem dolnego króćca 34 i na odwrót. Szczelność między tymi dwoma elementami jest zapewniona przez pierścieniową uszczelniającą poduszkę 46 otaczającą część walcową stożkowej rury łączącej 36 i przez mieszkowe łącze ruchome 48 umieszczone między górnym kołnierzem 40 i kołnierzem 50 dolnego króćca 34. Trzy zewnętrzne ściągi 52 zapewniają stabilność mechaniczną zestawu dyszowego i odciążają mieszkowe łącze ruchome 48 w przypadku demontażu tego zestawu dyszowego. W tym celu, ściągi 52 są przymocowane za pośrednictwem nakrętki i przeciwnakrętki w płycie 54 trwale połączonej z górnym kołnierzem 40, i przechodzą przez kołnierz 50 dolnego króćca 34 umożliwiając osiowe przemieszczanie ściągów 52 i kołnierza 50 w granicach ustalonych regulacyjnymi nakrętkami 56.

Aby uniknąć przecieków przez połączenie przegubem kulistym między dyszakiem 26 i dyszą 28, a nawet zerwania tego przegubu kulistego, para ściągów, z których tylko jeden ściąg 58 jest widoczny, jest umieszczona między kolanem rurowym 24 i ściankę pieca. Te ściągi 58 zawierają sprężynę, nie przedstawioną na rysunku, której siła naciągu jest regulowana za pomocą nakrętki 60.

Na figurze 3 przedstawiono schematycznie wykres sił i ich składowych w zestawie dyszowym według fig. 1 i 2. Wnętrze zestawu dyszowego jest najpierw poddane sile wywołanej przez ciśnienie

168 207 w przewodzie okrężnym dmuchu 20. Ta siła przedstawiona jako S działa w kierunku osiowym i jest proporcjonalna do ciśnienia i do średniego przekroju mieszkowego łącza ruchomego 48. Tytułem przykładu, jeśli mieszkowe łącze ruchome 48 ma średnią średnicę = 580 mm i gdy ciśnienie w przewodzie wynosi 4X 10⁵Pa siła S wynosi 10560 daN. Zważywszy, że zestaw dyszowy nie ma podparcia w kierunku działania siły S należy ją rozłożyć tak, żeby znalazła ona podparcie, to jest skierować ją do środka 0 przegubu między dyszakiem 26 i dyszą 28. Ta składowa S1 jest przedstawiona na fig. 3. Rozkład ten wywołuje składową S2, która działa w kierunku promieniowym.

W przypadku cytowanego przykładu i dla przedstawionego rozwiązania, składowa S1 jest rzędu 13000 daN, a składowa S2 jest rzędu 7000 daN. Jednym z celów niniejszego wynalazku jest zastosowanie elementów opisanych dalej szczegółowo w nawiązaniu do fig. 4 i 5, przeznaczonych do przyjęcia składowej S2, gdyż brak takich elementów narażałoby połączanie między stożkową rurą łączącą 36 i dolnym króćcem 34, na ugięcia promieniowe uszkadzające poduszkę 46 i mieszkowe łącze ruchome 48.

Składowa S1 została przeniesiona na fig. 3 w kierunku punktu O zważywszy, że w tym miejscu wywiera ona swoje działanie. Kierunek składowej S1 taki jak przedstawiono, nie jest optymalny, ponieważ składowa S1 popycha bezpośrednio część dolną przegubu kulistego i powoduje uwolnienie części górnej tego połączenia oraz powoduje przecieki w tym miejscu. Jednakże kierunek składowej S1 jest zmieniony pod wpływem działania ściągów 58 i ciśnienia wewnątrz pieca na dyszak, przy czym kierunek i siła tego ciśnienia są przedstawione przez T na fig. 3. Siła wynikająca z działania ściągów 58 jest przedstawiona przez Z. Ta składowa Z przeniesiona do początku składowej S 1i po zmniejszeniu o składową siły wywołanej ciśnieniem T, tworzy wypadkową siłę R1, która przedstawia wielkość i kierunek siły wywieranej na przegub kulisty łączący dyszak 26 i dyszę 28. Ta wypadkowa siła R1 ma korzystniejszy kierunek niż składowa S1, ponieważ jej kąt nachylenia względem osi dyszaka jest najmniejszy. Należy ponadto zauważyć, że kierunek wypadkowej siły S1 jest korzystniejszy wówczas, gdy kąt nachylenia ściągów 58 względem osi dyszaka 26 jest większy.

Siła wywołana ściągami 58 jest regulowana tak, aby w przybliżeniu kompensować wpływ ciśnienia na dyszę 28 z wnętrza pieca. Siła wynikająca z tego ciśnienia jest przedstawiona przez wektor U. Wówczas, gdy średnica przekroju dyszy 28 jest równa 450 mm, siła U jest równa 6.360 daN dla ciśnienia wewnątrz pieca wynoszącego 4X10^sPa. W rezultacie każdy z dwóch ściągów 58 będzie regulowany tak, aby wywierać siłę rzędu 3000 daN. Łącząc wpływ siły Z od ściągów, i siły U oraz składowej S1, otrzymuje się wynikową siłę R2, która jest siłą wywieraną przez dyszę 28 na dyszownicę 30.

Figura 4 przedstawia pierwszy przykład wykonania elementów przewidzianych przez wynalazek w celu uzyskania składowej promieniowej S2 siły S, która to składowa została objaśniona w nawiązaniu do fig. 3. W tym pierwszym przykładzie wykonania górny kołnierz 40 zawiera dwie płytki boczne 62, 64 usytuowane z boku patrząc w kierunku pieca, z obydwu stron mieszkowego łącza ruchomego 48, które to płytki boczne są prowadzone ich dolną częścią zwężoną w dwóch odpowiednich zagłębieniach 66,68 dolnego kołnierza 50. Prowadzenie tych płytek bocznych 62,64 w zagłębieniach 66, 68 uniemożliwia znaczny ruch promieniowy kołnierza 50 względem kołnierza 40, pozwalając natomiast całkowicie na przemieszczenie wzajemne osiowe między tymi dwoma kołnierzami, to jest umożliwiając ruch teleskopowy między stożkową rurą łączącą 36 i dolnym króćcem 34. Inaczej mówiąc, składowe promieniowe nacisków pochodzących od siły S2, są przeniesione przez płytki boczne 62, 64 na przewód o przekroju kołowym.

Należy jednakże zauważyć, że zarówno prowadzenie płytek bocznych 62, 64 w odpowiednich zagłębieniach 66, 68 jak również przejście ściągów 52 w kołnierzu 50 oraz przejście stożkowej rury łączącej 36 w dolnym króćcu 34, jest wykonane z pewnym luzem aby, tak umożliwić przesunięcie osiowe rzędu dwóch stopni między stożkową rurą łączącą 36 i dolnym króćcem 34, co będzie wyjaśnione bardziej szczegółowo w nawiązaniu do fig. 6. To przesunięcie osiowe daje pewien stopień swobody umożliwiający zestawowi dyszowemu wykonanie ruchów niezbędnych dla kompensacji różnych przemieszczeń.

W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 5, prowadzenie zewnętrzne uwidocznione na fig. 4 jest zastąpione przez prowadzenie wewnętrzne stożkowej rury łączącej 36. To prowadzenie jest wykonane za pomocą pierścienia 70, na przykład z węglika krzemu, który otacza dolną część walcową stożkowej rury łączącej 36. Jak w przykładzie poprzednim, pierścień 70 jest umieszczony z

168 207 pewnym luzem wokół stożkowej rury łączącej 36 tak, aby kompensować naciski promieniowe, ale także tolerować przesunięcie osiowe rzędu dwóch stopni między stożkową rurą łączącą 36 i dolnym króćcem 34.

Na figurze 6 przedstawiono schematycznie zmienność położenia zestawu dyszowego według wynalazku, będącego w stanie gorącym, dla tolerancji przemieszczenia osiowego równego 2° między stożkową rurą łączącą i dolnym króćcem. Na rysunku przedstawiono bardziej szczegółowo ruchy środka 0 przegubowego połączenia dyszaka i dyszy wynikłych z ruchów ścianki pieca i ruchów środka Y kołnierza 50 względem stałego teoretycznie punktu X zakładając, że przewód okrężny dmuchu 20 i stożkowa rura łącząca 36 pozostają nieruchome. W przedstawionym przykładzie odległości między 0 i Y jest równa 2364 mm, a tolerancja przemieszczenia wynosi 2°, przy czym maksymalny zestaw środka 0 w płaszczyźnie pionowej, jest określony przez czworobok 72 zmienności położenia. Wszystkie ruchy wewnątrz tego czworoboku 72 są wynikiem jedynie przemieszczenia osiowego punktu Y. Uwzględniając fakt, że punkt O może również przemieszczać się w kierunku osiowym, to jest w płaszczyźnie fig. 6, czworobok 72 zmienności położenia staje się równoległościanem 74 jest przedstawiono na fig. 6A. W praktyce ten równoległościan jest sześcianem o długości krawędzi rzędu 80 mm, co odpowiada zmienności położenia punktu Y rzędu 85 mm.

Fig. 3 t u

2Ł

Fig. 4A

1618207

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do wprowadzania ogrzanego powietrza do pieca szybowego, utworzone z elementów rurowych, posiadających zewnętrzny pancerz oraz wewnętrzną wykładzinę ogniotrwałą, zawierające przewód okrężny dmuchu, posiadający górne zwężenie rurowe; ukośną część rurową, zawierającą dolny króciec podłączony do górnego zwężenia rurowego i skierowany w dół od przewodu okrężnego dmuchu; stożkową rurę łączącą, której górny koniec jest zamontowany przy pomocy kołnierza do górnego zwężenia rurowego, zaś dolny, stożkowy koniec umieszczony jest w górnym zakończeniu dolnego króćca; ściągi między stożkową rurą łączącą a dolnym króćcem; mieszkowe łącze ruchome między stożkową rurą łączącą a dolnym króćcem; oraz poziomą część rurową, skierowaną w stronę ściany pieca i zawierającą kolano rurowe, zamocowane do dolnego zakończenia dolnego króćca, dyszak, przegub kulowy oraz dyszę, znamienne tym, że posiada osiowe połączenie teleskopowe, utworzone przez stożkową rurę łączącą (36) i dolny króciec (34) oraz posiada ograniczniki przemieszczania promieniowego rozmieszczone wokół tego teleskopowego połączenia, przy czym stożkowa rura łącząca (36) i dolny króciec (34) są połączone z luzem po promieniu między nimi.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że luz po promieniu między stożkową rurą łączącą (36) i dolnym króćcem (34) jest mniejszy niż 2° odchylenia od osi.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ograniczniki przemieszczania promieniowego składają się z dwóch płytek bocznych (62, 64), połączonych z kołnierzem (40) zewnętrznego pancerza (42) stożkowej rury łączącej (36), zamocowanej przy pomocy kołnierza do górnego zwężenia rurowego (32), przy czym płytki boczne (62, 64) skierowane są na boki, patrząc w kierunku pieca, po obu stronach teleskopowego połączenia i są prowadzone z luzem po promieniu w odpowiednich zagłębieniach (66, 68) kołnierza (50) dolnego króćca (34).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ograniczniki przemieszczania promieniowego składają się z wewnętrznego pierścienia prowadzącego (70), połączonego z kołnierzem (50) w pobliżu górnego końca dolnego króćca (34) i otaczającego z luzem po promieniu dolną walcową część stożkowej rury łączącej (36).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że posiada parę ściągów (58) ze sprężynami o regulowanym naciągu ściśniętymi między ścianą pieca, a dyszakiem (26) lub kolanem rurowym (24).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że osie ściągów (58) są skierowane do góry, w kierunku środka złącza kulowego i tworzą ostry kąt α z osią dyszaka (26).