PL207936B1 - Urządzenie do połączenia przewodu obiegu płynu z elementem ogniotrwałym oraz zespół elementu ogniotrwałego i tego urządzenia - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do połączenia przewodu obiegu płynu z elementem ogniotrwałym oraz zespół elementu ogniotrwałego i tego urządzenia.

Urządzenie przyłączeniowe dla elementu ogniotrwałego, w którym wykonano gniazdo w bocznej ściance elementu, znane jest z francuskiego opisu patentowego FR-A1-2763012, przy czym urządzenie to zawiera ściśliwą uszczelkę umieszczoną w gnieździe, element utrzymujący opierający się o zewnętrzną powierzchnię bocznej ścianki i elastyczny środek włożony pomiędzy element utrzymujący a uszczelkę, który dociska ją do gniazda. Element utrzymujący stanowi taśma albo obręcz, okalająca element ogniotrwały. W obydwu przypadkach obszar elementu ogniotrwałego usytuowany po przeciwnej stronie gniazda przenosi siłę reakcji wymaganą do ściśnięcia uszczelki, która jest przekazywana nań przez element utrzymujący.

W takim urządzeniu urządzenie utrzymujące ma duże wymiary, toteż jego rozszerzalność cieplna powoduje zasadnicze zwiększenie odległości pozostawionej dla uszczelki pomiędzy gniazdem i tym elementem utrzymującym, a to narzuca konieczność dysponowania środkiem elastycznym o względnie dużej objętości względem wielkości uszczelki w celu skompensowania tego zwiększenia i utrzymania wystarczającego nacisku na uszczelkę.

Międzynarodowa publikacja patentowa WO-A1-01/83138 proponuje ograniczenie tej wady poprzez wprowadzenie pośredniego elementu metalowego, którego rozszerzalność może skompensować rozszerzalność elementu utrzymującego. Odtąd uszczelka pozostaje w ciągłej styczności z gniazdem i umożliwia utrzymanie dobrej szczelności mimo zmian temperatury. Jednak górny koniec elementu metalowego musi także być zablokowany, np. przy pomocy spoiny łączącej go w jedną całość z taśmą.

Wynalazek ma na celu zaproponowanie prostszego i bardziej zwartego rozwiązania, w którym nie ma konieczności stosowania taśmy dla elementu ogniotrwałego.

Zgodne z wynalazkiem urządzenie do połączenia przewodu obiegu płynu z elementem ogniotrwałym mającym powierzchnię z walcowym otworem, obejmujące uszczelkę umieszczoną w otworze oraz pierwszy element utrzymujący, ściskający uszczelkę od zewnętrznej strony otworu, charakteryzuje się tym, że ma drugi element utrzymujący usytuowany w otworze, przy czym pomiędzy pierwszym elementem utrzymującym a drugim elementem utrzymującym znajduje się uszczelka, oraz trzpień, przy czym trzpień wraz z elementami utrzymującymi stanowią zespół ściskający osiowo uszczelkę, przy czym uszczelka w stanie osiowego ściśnięcia jest rozszerzona w kierunku promieniowym w stronę ścianki otworu, z wytworzeniem szczelnego połączenia.

Obydwa elementy utrzymujące wywierają osiowy nacisk na uszczelkę, co powoduje jej rozszerzanie promieniowe i tym samym dociśnięcie jej do ścianki otworu, w którym jest umieszczona. Oryginalność wynalazku polega na tym, że ściśnięcie uszczelki nie wymaga żadnego podparcia na elemencie ogniotrwałym, ponieważ obydwa elementy utrzymujące są zbliżane do siebie wokół uszczelki. Dzięki temu na element ogniotrwały nie działa żadna inna siła poza tą, która powstaje w wyniku promieniowego rozszerzania się uszczelki. Z definicji, to rozszerzanie promieniowe jest dobrze rozłożone wokół ścianek otworu i nie wytwarza naprężeń, które mogłyby spowodować uszkodzenie elementu ogniotrwałego. Zaleta ta staje się jeszcze bardziej zauważalna, gdy otwór ma przekrój poprzeczny zbliżony do kołowego. Dlatego też otwór ma zasadniczo kołowy przekrój poprzeczny. Kształt uszczelki jest oczywiście dostosowany do kształtu otworu. W każdym przypadku zbędna jest osiowa siła reakcji od elementu ogniotrwałego (której skutkiem jest wypychanie uszczelki w kierunku na zewnątrz otworu) w celu tego ściśnięcia uszczelki.

Ponadto, według wynalazku, nie ma potrzeby szczególnej dbałości o dolną powierzchnię otworu, ponieważ, w przeciwieństwie do znanych rozwiązań, szczelność połączenia nie jest zapewniana na powierzchni styku uszczelki z tą dolną powierzchnią. Cecha ta pozwala, w sposób bardzo korzystny, na uzyskiwanie zasadniczych oszczędności kosztów produkcji elementu ogniotrwałego.

W konsekwencji, wynalazek jest łatwy do zrealizowania pod warunkiem, że wszystkie jego części składowe mają prawidłowo dobrane wymiary. W szczególności, uszczelka i drugi element utrzymujący mają korzystnie wymiary umożliwiające ich bezproblemowe wkładanie do otworu. Ściśnięcie uszczelki zapewnia wówczas nie tylko szczelność połączenia, lecz także mocowanie zespołu do elementu ogniotrwałego. W przypadku zatyczki można nawet myśleć o zawieszeniu jej za pomocą urządzenia według wynalazku.

PL 207 936 B1

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma złączkę łączącą przewód z trzpieniem albo z pierwszym elementem utrzymującym, dzięki czemu uzyskuje się autonomiczne urządzenie do połączenia przewodu płynu z elementem ogniotrwałym.

Ponadto, uszczelka, obydwa elementy utrzymujące i trzpień tworzą względnie zwarty zespół, o zmniejszonej rozszerzalności cieplnej, przez co ogranicza się ryzyko zmniejszenia osiowego nacisku uszczelki.

Według korzystnej postaci wynalazku, uszczelka jest wykonana ze sprężystego materiału ogniotrwałego, korzystnie grafitu.

W konkretnym przypadku uszczelki grafitowej zaobserwowano, że w pewnych okolicznościach urządzenie przyłączeniowe może ulec awarii. Nie chcąc w jakikolwiek sposób wiązać się z tą hipotezą stwierdzono, że część węgla z uszczelki grafitowej może przenikać do metalowych elementów stykających się z uszczelką (np. do elementów utrzymujących) na zasadzie zjawiska dyfuzji/rozpuszczania w fazie stałej. Węgiel dyfundujący do elementów metalowych - zwykle zawierających żelazo - tworzy z tym ostatnim surówkę, której temperatura topnienia jest bliska 1150°C. Gdy podczas pracy temperatura jest bliska tej wartości, elementy metalowe „topią się” i zostają zniszczone. Ten dodatkowy problem rozwiązano wprowadzając barierę pomiędzy uszczelkę grafitową i elementy metalowe. Taka bariera może być barierą fizyczną lub chemiczną. Przykładowo, uszczelkę grafitową można pokryć składnikiem odpornym na wysoką temperaturę, który nie wchodzi w reakcję ani z węglem, ani z żelazem. W szczególności można stosować tlenki metali, takie jak tlenek glinu albo tlenek tytanu.

Według innej postaci, z uszczelką jest zestawiony sprężysty element, korzystnie sprężysta podkładka, tworząc zespół kompensowania rozszerzalności cieplnej trzpienia (9a) i elementów utrzymujących.

Według szczególnej postaci wynalazku, trzpień stanowi część rurowa, mająca biegnący przez nią kanał przepływu płynu. Trzpień ten może mieć/ma gwint zewnętrzny, podczas gdy co najmniej jeden z elementów utrzymujących ma odpowiadający gwint wewnętrzny przy czym zbliżanie obydwu elementów utrzymujących do siebie jest skutkiem nakręcania elementu utrzymującego na trzpień. W tym przypadku siłę docisku uszczelki do ścianek otworu wyznacza moment dokręcania przykładany w trakcie tego nakręcania.

Trzpień stanowi jedną całość z jednym z elementów utrzymujących, korzystnie z drugim elementem utrzymującym, który jest umieszczony w otworze.

W szczególnym wariancie postaci urządzenie ma blokadę ruchu obrotowego trzpienia wprowadzanego do otworu. Takie środki zabezpieczające przed obrotem mogą mieć postać płaskich powierzchni uformowanych na bokach trzpienia, w jego części dostępnej na zewnątrz otworu, bądź też mogą mieć postać pewnego kształtu zabezpieczającego przed obrotem, współpracującego z dopasowanym kształtem otworu.

Korzystnie, z uszczelką, po stronie pierwszego elementu utrzymującego, można zestawić podkładkę dystansową, wykonaną korzystnie z materiału ogniotrwałego albo ze stali, tak aby uniemożliwić rozszerzającej się promieniowo uszczelce wywieranie nacisku promieniowego zbyt blisko brzegów otworu, które są słabsze niż reszta ścianki.

Można także uformować płaską powierzchnię w bocznej ściance elementu ogniotrwałego, wokół wlotu otworu, przeznaczoną do przyjęcia podkładki ustalającej umieszczonej pomiędzy pierwszym elementem utrzymującym i zespołem złożonym z uszczelki i, ewentualnie, z elementu sprężystego, jak również, ewentualnie, z podkładki dystansowej. Podkładka ustalająca tworzy odniesienie do wprowadzania drugiego elementu utrzymującego, uszczelki i trzpienia względem zewnętrznej powierzchni ścianki elementu ogniotrwałego. Oprócz tego, ta podkładka ustalająca usztywnia połączenie, spoczywając na bocznej ściance elementu ogniotrwałego, i przyczynia się do związania przewodu płynu w jego najkorzystniejszym kierunku względem tej ścianki.

Przedmiotem wynalazku jest również zespół obejmujący element ogniotrwały, korzystnie wylew kadziowy albo rurę osłonową, z walcowym otworem o wymiarach dostosowanych do przyjęcia dwóch elementów utrzymujących i wchodzącej pomiędzy nie uszczelki, oraz wyżej opisane urządzenie do połączenia przewodu obiegu płynu z tym elementem ogniotrwałym.

Korzystnie, wokół wlotu otworu elementu ogniotrwałego jest uformowana płaska powierzchnia.

Ponadto korzystnie, otwór elementu ogniotrwałego ma część kształtową stanowiącą blokadę ruchu obrotowego dla znajdujących się w nim części.

PL 207 936 B1

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wylew kadziowy (wylew z zanurzonym wlotem), stosowany do odlewania roztopionej stali, w przekroju; fig. 2 - szczegół z fig. 1.

W przedstawionym na fig. 1 elemencie ogniotrwałym 1, w omawianym przypadku stanowiącym wylew kadziowy, stal płynąca w kanale 2 jest chroniona przed oddziaływaniem atmosfery zewnętrznej poprzez dopływ gazu, zwłaszcza w celu uniknięcia powstawania i osadzania się tlenku glinu na wewnętrznej ściance kanału. Gazem używanym zwykle do tego celu jest argon.

Aby umożliwić jego wprowadzenie, wylew ma pierścieniowy kanał 3 prowadzący do tulei 4 wykonanej z porowatego materiału, która rozprowadza argon na powierzchni kanału 2 i tworzy ochronny płaszcz zmniejszający styczność pomiędzy stalą i materiałem ogniotrwałym. Pierścieniowy kanał 3 jest zasilany przez otwór 5, do którego jest podłączony przewód 6 doprowadzający gaz, sam podłączony do źródła 7 gazu.

Na fig. 2 pokazano szczegół obszaru II, gdzie otwór 5 pokazano z urządzeniem przyłączeniowym 8 umieszczonym na końcu przewodu 6.

Urządzenie przyłączeniowe 8 ma korpus, który składa się trzpienia 9a i drugiego elementu utrzymującego 9b stanowiący podstawę, przy czym przez obydwa te elementy przechodzi podłużny kanał 9c. Trzpień 9a ma średnicę wyraźnie mniejszą niż otwór 5 i pozostawia wokół niego pierścieniowy luz e, podczas gdy drugi element utrzymujący 9b ma średnicę tylko nieznacznie mniejszą od średnicy otworu 5.

Trzpień 9a jest gwintowany i gwint zewnętrzny 10 przyjmuje złączkę 11 nakrywającą kołnierzowy koniec 6a przewodu 6, dociskającą go do ułożonej na końcu korpusu uszczelki dociskowej 12, zapewniając w ten sposób szczelne połączenie pomiędzy wnętrzem przewodu 6 i podłużnym kanałem 9c korpusu. Gwint przyjmuje także pierwszy element utrzymujący 13 w postaci nakrętki, która jest nakręcana dalej, w pobliże drugiego elementu utrzymującego 9b.

Pomiędzy dwa elementy utrzymujące 13 i 9a wchodzi uszczelka 14, podkładka dystansowa 15 i podkładka ustalająca 16, które to części zakłada się w tej kolejności wokół części rurowej korpusu urządzenia przyłączeniowego przed nakręceniem pierwszego elementu utrzymującego 13.

Trzpień 9a działa jak ściągacz zbliżający do siebie obydwa elementy utrzymujące.

Wewnętrzna średnica uszczelki 14, podkładki dystansowej 15 i podkładki ustalającej 16 odpowiadają zasadniczo zewnętrznej średnicy trzpienia 9a.

Uszczelka 14 ma zewnętrzną średnicę zbliżoną do średnicy otworu 5 tak, że wciska ją się w ten ostatni, podczas gdy podkładka dystansowa 15 ma zewnętrzną średnicę zbliżoną do średnicy drugiego elementu utrzymującego 9b i może wejść bez tarcia w otwór 5.

Podkładka ustalająca 16 ma zewnętrzną średnicę, która jest wyraźnie większa niż otwór 5, tak aby opierała się o zewnętrzną ściankę wylewu kadziowego 1 bez osłabiania brzegów otworu 5.

Urządzenia przyłączeniowego 8 można używać w następujący sposób: po założeniu kolejno uszczelki 14, podkładki dystansowej 15, podkładki ustalającej 16 i pierwszego elementu utrzymującego 13 na trzpień 9a, pierwszy element utrzymujący nakręca się do położenia w takiej odległości od drugiego elementu utrzymującego, że gdy podkładka ustalająca 16 opiera się o wylew kadziowy 1 podczas wprowadzania korpusu urządzenia przyłączeniowego 8 w otwór 5, drugi element utrzymujący 9b znajduje się bliżej dolnego końca 5b otworu 5.

Ponieważ uszczelkę 14 wciśnięto lekko w otwór, urządzenie przyłączeniowe jest utrzymywane w tym położeniu, lecz wciąż można je wyciągnąć, jeżeli pociągnie się za przewód 6.

Następnie kontynuuje się nakręcanie pierwszego elementu utrzymującego 13, co powoduje przemieszczanie się korpusu urządzenia przyłączeniowego 8 w kierunku na zewnątrz otworu i tym samym zbliżanie do siebie drugiego elementu utrzymującego 9b i pierwszego elementu utrzymującego 13.

Za pośrednictwem podkładki dystansowej 15 i podkładki ustalającej 16 uszczelka 14 zostaje poddana działaniu naciskowi osiowemu, który powoduje jej rozszerzanie w kierunku promieniowym.

Zostaje ona wówczas dociśnięta promieniowo do bocznej ścianki 5a otworu wokół trzpienia 9a, zapewniając w ten sposób z jednej strony doskonałą szczelność połączenia, z drugiej zaś strony mechaniczne unieruchomienie urządzenia w otworze 5.

Jasne jest, że opisana wyżej postać nie stanowi ograniczenia.

Claims (15)

1. Urządzenie do połączenia przewodu obiegu płynu z elementem ogniotrwałym, mającym powierzchnię z walcowym otworem, obejmujące uszczelkę umieszczoną w otworze oraz pierwszy element utrzymujący, ściskający uszczelkę od zewnętrznej strony otworu, znamienne tym, że ma drugi element utrzymujący (9b) usytuowany w otworze (5), przy czym pomiędzy pierwszym elementem utrzymującym (13) a drugim elementem utrzymującym (9b) znajduje się uszczelka (14), oraz trzpień (9a), przy czym trzpień (9a) wraz z elementami utrzymującymi (9b, 13) stanowią zespół ściskający osiowo uszczelkę (14), przy czym uszczelka (14) w stanie osiowego ściśnięcia jest rozszerzona w kierunku promieniowym w stronę ścianki otworu, z wytworzeniem szczelnego połączenia.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma i złączkę (11) łączącą przewód (6) z trzpieniem (9a) albo z pierwszym elementem utrzymującym (13).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że uszczelka (14) jest wykonana ze sprężystego materiału ogniotrwałego, korzystnie grafitu.

4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 3, znamienne tym, że z uszczelką (14) jest zestawiony sprężysty element, korzystnie sprężysta podkładka, tworząc zespół kompensowania rozszerzalności cieplnej trzpienia (9a) i elementów utrzymujących (9b i 13).

5. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że trzpień (9a) stanowi część rurowa, mająca biegnący przez nią kanał (9c) przepływu płynu.

6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że trzpień (9a) stanowi część rurowa, mająca biegnący przez nią kanał (9c) przepływu płynu.

7. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że trzpień (9a) ma gwint zewnętrzny (10), a co najmniej jeden z elementów utrzymujących (9b i 13) ma odpowiadający gwint wewnętrzny.

8. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 6, albo 7, znamienne tym, że trzpień (9a) stanowi jedną całość z jednym z elementów utrzymujących, korzystnie z drugim elementem utrzymującym (9b), który jest umieszczony w otworze (5).

9. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że trzpień (9a) stanowi jedną całość z jednym z elementów utrzymujących, korzystnie z drugim elementem utrzymującym (9b), który jest umieszczony w otworze (5).

10. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że ma blokadę ruchu obrotowego trzpienia (9a) wprowadzanego do otworu (5).

11. Urządzenie według zastrz. 1 albo 3, albo 6, albo 7, albo 9, znamienne tym, że z uszczelką (14), po stronie pierwszego elementu utrzymującego (13), jest zestawiona podkładka dystansowa (15), wykonana korzystnie z materiału ogniotrwałego albo ze stali.

12. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że z uszczelką (14), po stronie pierwszego elementu utrzymującego (13), jest zestawiona podkładka dystansowa (15), wykonana korzystnie z materiału ogniotrwałego albo ze stali.

13. Zespół elementu ogniotrwałego i urządzenia do połączenia przewodu obiegu płynu z elementem ogniotrwałym, znamienny tym, że obejmuje element ogniotrwały (1), korzystnie wylew kadziowy albo rurę osłonową, z walcowym otworem (5) o wymiarach dostosowanych do przyjęcia dwóch elementów utrzymujących (9b, 13) i wchodzącej pomiędzy nie uszczelki (14), oraz urządzenie zdefiniowane w zastrz. 1-12.

14. Zespół według zastrz. 13, znamienny tym, że wokół wlotu otworu (5) elementu ogniotrwałego (1) jest uformowana płaska powierzchnia.

15. Zespół według zastrz. 13 albo 14, znamienny tym, że otwór (5) elementu ogniotrwałego (1) ma część kształtową stanowiącą blokadę ruchu obrotowego dla znajdujących się w nim części.