RU2638474C2 - Усовершенствованный пузырьковый насос, стойкий к разрушающему действию расплавленного алюминия - Google Patents
Усовершенствованный пузырьковый насос, стойкий к разрушающему действию расплавленного алюминия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2638474C2 RU2638474C2 RU2014145509A RU2014145509A RU2638474C2 RU 2638474 C2 RU2638474 C2 RU 2638474C2 RU 2014145509 A RU2014145509 A RU 2014145509A RU 2014145509 A RU2014145509 A RU 2014145509A RU 2638474 C2 RU2638474 C2 RU 2638474C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sections
- pump
- bubble pump
- bubble
- ceramic
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 26
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title abstract 3
- 230000009471 action Effects 0.000 title description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 12
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims abstract description 4
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000002694 phosphate binding agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 13
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 12
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 12
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 12
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 238000005269 aluminizing Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004901 spalling Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
- F04F1/00—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
- F04F1/18—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium being mixed with, or generated from the liquid to be pumped
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/003—Apparatus
- C23C2/0034—Details related to elements immersed in bath
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/003—Apparatus
- C23C2/0034—Details related to elements immersed in bath
- C23C2/00342—Moving elements, e.g. pumps or mixers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/325—Processes or devices for cleaning the bath
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/50—Controlling or regulating the coating processes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D27/00—Stirring devices for molten material
- F27D27/005—Pumps
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
- C23C2/12—Aluminium or alloys based thereon
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
- F27D2003/0034—Means for moving, conveying, transporting the charge in the furnace or in the charging facilities
- F27D2003/0054—Means to move molten metal, e.g. electromagnetic pump
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Coating With Molten Metal (AREA)
- Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
- Compressor (AREA)
- Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройствам для нанесения покрытий, а именно к пузырьковому насосу, используемому для удаления шлака в ванне с расплавленным алюминием. Пузырьковый насос выполнен в виде трех участков прямых труб и трех коленчатых участков с непрерывной футеровкой из стойкой к воздействию расплавленного алюминия керамики. Упомянутые участки пузырькового насоса соединены между собой с обеспечением сжатия внутреннего керамического материала посредством компрессионных фланцевых соединений для герметизации соединения упомянутых участков от проникания расплавленного алюминия. Упомянутые компрессионные фланцевые соединения выполнены с обеспечением охватывающего/охватываемого соединения под углом 45° между участками пузырькового насоса. В частных случаях осуществления изобретения керамика выбрана из группы, включающей оксид алюминия, оксид магния, силикат, карбид кремния или графит и их смеси. Керамика может представлять собой не содержащий углерод огнеупорный бетон из 85% Al2O3 с фосфатным связующим. Обеспечивается насос с улучшенными характеристиками и со значительным увеличением срока его службы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к устройствам для нанесения покрытий из расплавленного металла на сталь, в частности к пузырьковым насосам, используемым в ваннах с расплавленным металлом для удаления поверхности шлака из расплавленного металла вблизи покрываемой стальной полосы. Более конкретно, изобретение относится к защите внутренних поверхностей пузырьковых насосов от агрессивного воздействия и разрушения при контакте с расплавленным металлом.
Уровень техники
На протяжении многих лет для покрытия поверхности стали применяют расплавленный алюминий и расплавленный цинк. Один из этапов процесса нанесения покрытия представляет собой погружение стального листа в расплавленный алюминий или расплавленный цинк. Качество поверхности покрытия очень важно для получения продуктов высокого качества. Однако выход с алюминированной листовой сталью на рынок США в 2007 году обозначил достаточно серьезные проблемы линий по алюминированию. Ранние исследования выявили более 50% брака из-за поверхностных дефектов изделий.
Одним из основных источников дефектов был шлак, плавающий в алюминиевой ванне в носке печи и прилипающий к полосе. Для достижения высокого качества обработки поверхности плавающий в ванне с расплавленным металлом шлак и оксиды, особенно в ограниченных областях внутри носка печи, необходимо отводить от покрываемой поверхности. Для удаления шлака из зоны нанесения покрытия использовался пневматический насос из углеродистой стали для откачивания шлака, также называемый пузырьковым насосом. Внедрение возвратно-поступательных насосов сливного носка печи, предназначенных для удаления шлака с поверхности расплава внутри сливного носка печи, сделало возможным получение высококачественных покрытий. В пузырьковом насосе (также известном как насос для откачивания шлака) используют механизированный способ подъема жидкости, такой как вода или масло (или расплавленный металл, как в данном случае), посредством введения пузырьков сжатых газов, воздуха, водяного пара или других парообразных пузырьков в выпускную трубу. Это вызывает снижение гидростатического давления в выпускной трубе по сравнению с гидростатическим давлением на впускной трубе. Пузырьковый насос используют в ванне с расплавленным металлом на линии нанесения металлических покрытий для удаления плавающего шлака с поверхности ванны для алюминизации внутри носка с целью предотвращения возникновения связанных со шлаком дефектов на покрытой полосе. Таким образом, пузырьковый насос является критически важным компонентом оборудования для производства высококачественной алюминированной листовой стали для автомобильной промышленности.
Одним из основных факторов, влияющих на стоимость производства, являются отказы оборудования ванны для алюминирования. Особенно заметным среди отказов оборудования является отказ пузырькового насоса (откачивающего насоса). Средний срок службы пузырьковых насосов, изготовленных из углеродистой стали, составляет 8-12 часов, что приводит к использованию 35-40 насосов каждый месяц (при длительности производственного цикла в 2 недели). Замена пузырьковых насосов из углеродистой стали во время производства приводит к нарушению нормального производственного процесса и загрязнению ванны с расплавленным металлом. Кроме того, может снизиться «качество» стального листа с нанесенным покрытием (что приводит к меньшей ценности продукта) в процессе замены пузырькового насоса из углеродистой стали. Кроме того, замены насосов требуют остановки и повторного пуска линий, что приводит к чрезмерному износу пусковых обмоток. Средние потери, вызванные пузырьковыми насосами, составляют около 1 миллиона долларов США в год. Увеличение срока службы пузырькового насоса существенно снизит количество стальных листов ухудшенного качества, а также уменьшит время простоя и себестоимость продукции.
Таким образом, в данной области существует потребность в пузырьковых насосах, предназначенных для работы в ваннах с расплавленным металлом, которые могут служить существенно дольше, чем гладкотрубные насосы из углеродистой стали.
Раскрытие изобретения
Изобретение относится к пузырьковому насосу, внутренняя поверхность которого образована из материала, стойкого к разрушающему действию расплавленного алюминия. Внутренняя поверхность может быть образована из керамики, которая может быть выбрана из группы: оксид алюминия, оксид магния, силикат, карбид кремния или графит, а также их смеси. Керамика может быть не содержащим углерода огнеупорным бетоном из 85% Al2O3 с фосфатным связующим.
Внешняя поверхность пузырькового насоса может быть образована трубой из углеродистой стали. Пузырьковый насос может быть образован из нескольких частей труб, соединенных между собой. Пузырьковый насос может включать 3 прямых участка трубы и 3 коленчатых участка. Несколько частей труб могут быть соединены друг с другом посредством компрессионных фланцевых соединений. Компрессионные фланцевые соединения могут сжимать внутренний керамический материал так, чтобы расплавленный алюминий не мог проникнуть в соединение. Компрессионные фланцевые соединения внутреннего материала, устойчивого к разрушающему действию расплавленного алюминия, могут образовывать соединение охватываемых/охватывающих частей под углом 45° между частями пузырькового насоса.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично, не в масштабе, показан пузырьковый насос;
на фиг. 2 схематично показано соединение между частями пузырькового насоса, вид в продольном разрезе.
Варианты осуществления изобретения
Целью изобретения является создание насоса с улучшенными характеристиками и со значительным увеличением срока его службы, предпочтительно, до по меньшей мере пяти дней. Были проведены обширные исследования характера отказов пузырьковых насосов из углеродистой стали. Основываясь на их результатах, был разработан усовершенствованный пузырьковый насос с керамической защитной футеровкой. Усовершенствованный насос в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения безотказно работал непрерывно до 167 часов (~7 дней), демонстрируя основное эксплуатационное преимущество над насосами из углеродистой стали, имеющими обычный срок службы в расплавленном алюминии около 8-12 часов. Основными факторами усовершенствования являются изменения в конструкции насоса и внедрение литой огнеупорной футеровки.
На фиг. 1 схематично, не в масштабе, показан пузырьковый насос. Пузырьковый насос включает в себя вертикальный впускной участок 1; колено 2, соединяющее вертикальный впускной участок с горизонтальным участком 3; другое колено 4, соединяющее горизонтальный участок 3 с вертикальным выпускным участком 5; и выпускное колено для направления вытекающего металла, содержащего нежелательный шлак, в сторону от зоны нанесения покрытия в ванне с расплавленным металлом. К вертикальному выпускному участку 5 присоединен трубопровод 7 для впуска газа. Трубопровод 7 для впуска газа используется для нагнетания газа в расплавленный металл, вызывая снижение давления в вертикальном выпускном участке и приводя к перетеканию металла в вертикальный впускной участок 1 и вверх из вертикального выпускного участка 5.
Анализ характера отказов
U-образный пузырьковый насос работает в плавильном котле при температуре 668°C (1235°F). Расплав, как правило, имеет следующий химический состав: Al - 9,5% Si - 2,4% Fe. Впускное отверстие насоса расположено в пределах ванны с расплавленным алюминием внутри носка печи, а выпускное отверстие - за пределами носка печи. Перекачивание создается пузырьками азота в вертикальном участке насоса на стороне выпуска. Азот при температуре окружающей среды вводится под давлением 40 фунтов на квадратный дюйм с расходом ~120 стандартных кубических футов в час (станд. куб. фут/час, 90-150 станд. куб. фут/час). Расширение азота создает пузырьки, которые выходят через выпускное отверстие, вытесняя жидкий металл. Такое вытеснение создает перепад давления между двумя сторонами насоса, вызывая всасывание, позволяющее расплаву и плавающему шлаку входить во впускное отверстие. Этот процесс является непрерывным, позволяя тем самым непрерывно удалять шлак из носка печи и выводить его наружу.
Имеются три основные области, вызывающие отказы в пузырьковых насосах, в порядке серьезности отказов: 1) внутри выпускной головки (колено 6); 2) вокруг впускного патрубка азота в вертикальном участке на стороне выпуска (вертикальный участок 5); 3) в середине вертикального участка на впуске (вертикальный участок 1). Чтобы лучше понять характер отказа, стандартный пузырьковый насос из углеродистой стали, вышедший из строя через 12 часов работы, был разрезан и изучен. Анализ показал, что горизонтальная нижняя часть насоса осталась в почти неизменном виде, в то время как впускной и выпускной участки насоса оказались серьезно повреждены. Также наблюдался износ материала в основном на внутренней поверхности пузырькового насоса, при этом внешний диаметр остался неизменным. Степень разрушающего действия была различной в разных местах насоса.
Водное моделирование пузырькового насоса
Было сделано предположение, что на характер отказа влияет динамика жидкой среды внутри насоса. Однако конструктивные параметры, влияющие на поток жидкости, не были достаточно ясными. Для исследования влияния турбулентности расплава была изготовлена уменьшенная модель пузырькового насоса из органического стекла (масштаб 1:2) и запущена в действие на воде. Эта модель позволила исследовать влияние на работу насоса и его производительность давления газа, положения впускного отверстия, радиуса колена, ориентации и формы выпускного отверстия. Были определены характеристики водного потока в насосе во время его нормальной работы и выяснено, что места локализации коррозии и потерь металла, наблюдаемые в вышедших из строя насосах, соответствуют локализациям турбулентности в модели с использованием воды.
Механизм разрушающего действия алюминия
Механизм потерь материала в насосе из углеродистой стали был исследован с помощью металлографических методов. Имеются несколько стадий разрушающего действия алюминия. В первые мгновения контакта алюминия с насосом в результате реакции между жидким алюминием и стальной поверхностью образуется твердый и хрупкий интерметаллический слой на внутренней стенке. Этот слой значительно ограничивает диффузию алюминия и железа через него и препятствует дальнейшему воздействию на сталь. Таким образом, этот интерметаллический слой выполняет функцию квазизащитного покрытия для металлического корпуса. Однако при появлении на поверхности механических напряжений в этом хрупком слое развиваются микротрещины и сколы стальной поверхности, что создает глубокие выемки. Поскольку дно выемки оказывается более незащищенным интерметаллическим слоем, оно подвергается разрушающему действию расплава до тех пор, пока не образуется новый слой. Этот процесс повторяется по мере продолжения возникновения напряжений на стальной поверхности, в результате чего увеличиваются потери металла. Напряжения, вызывающие разрушения, по всей видимости, являются результатом турбулентности расплава и/или ударного воздействия инородных механических частиц в восприимчивых местах. Таким образом, процесс разрушения может характеризоваться динамической эрозией под действием жидкого алюминия.
Таким образом, выход из строя пузырьковых насосов из углеродистой стали во время эксплуатации вызывается динамическим выкрашиванием и абразивным износом (динамической эрозией). Степень разрушения в разных местах является разной. Внешняя поверхность насоса, которая не подвергается воздействию турбулентности расплава, страдает от повреждений в меньшей степени и, следовательно, сохраняется в расплаве при минимальной защите. Разрушающее действие расплава и потери металла прогрессируют в основном в направлении изнутри наружу.
Было установлено, что покрытия, которые могут выдерживать разрушающее действие расплавленного алюминия в неподвижных расплавах, могут быть разрушены в условиях турбулентности, возникающих в насосе. Сильная адгезия покрытия к корпусу насоса является ключевым фактором защиты в таких динамических условиях. Также было установлено, что для улучшения характеристик насоса необходимо изолировать внутреннюю поверхность насоса от расплавленного алюминия. Изолирующий слой должен быть вязким, толстым и непрерывным. Любые отверстия в защитном слое могут привести к выходу насоса из строя.
Выбор огнеупорного материала для защитной футеровки
Основываясь на знаниях, полученных в результате исследования отказов и водного моделирования, был разработан новый пузырьковый насос. К защитным футеровочным материалам предъявлялись следующие требования: 1) материалы должны быть несмачиваемыми, препятствующими проникновению жидкого алюминия; 2) материалы должны быть стойкими к растрескиванию при резких перепадах температуры и не допускать их прогрева (плавки); 3) материалы должны быть эрозионно-стойкими; 4) материалы должны быть иметь низкую стоимость; 5) материалы должны обладать конструкционной гибкостью. Для обеспечения возможности соответствия данным требованиям были проведены поиск по справочной литературе и лабораторные испытания. Был выбран не содержащий углерода огнеупорный бетон из 85% Al2O3 с фосфатным связующим.
Конструкция насоса в соответствии с изобретением
Форма стандартного пузырькового насоса из нержавеющей стали содержит три изогнутых под углом 90° коленчатых участка. Такая сложная форма сильно затрудняет заливку керамической футеровки внутрь цельной оболочки без соединений, поэтому возникла необходимость разрезания оболочки на несколько частей, отливки каждой части по отдельности и последующей сборки насоса. Также необходимо обеспечить соединение всех собираемых частей для поддержания целостности во время эксплуатации. Учитывая такие жесткие требования, при сборке насоса были применены следующие положения: 1) уникальные соединения охватываемых/охватывающих частей под углом 45° между участками огнеупорной футеровки; 2) два фланцевых соединения для сборки трех деталей насоса, обеспечивающие возможность сжатия соединений керамической защитной футеровки; 3) непрерывная керамическая футеровка в коленах для снижения разрушающего действия алюминия через соединения и 4) модификация фланца в зоне выпуска для размещения керамической футеровки под воздействием сжимающих сил.
На фиг. 2 схематично показано соединение между частями пузырькового насоса. Соединение включает в себя оболочку 8 из углеродистой стали пузырьковых насосов, известной в данной области техники, каждая часть которой футерована стойкой к воздействию расплавленного металла керамикой 9. Торцы керамики 9, которые соединяются встык друг с другом, наклонены под углом около 45°, что позволяет обеспечить хорошую подгонку при сжатии. Части пузырькового насоса соединяют между собой под воздействием сжимающих сил посредством фланцевых соединений 10 с помощью крепежных средств 11.
Такие компрессионные соединения используются для сохранения сжатия соединения защитной футеровки, чтобы герметизировать соединение защитной футеровки от проникновения расплавленного металла. Защитная футеровка может быть выполнена из любого материала, стойкого к разрушающему действию расплавленного алюминия, такого как несмачиваемые материалы, стойкие к расплавленным металлам. Примерами несмачиваемых материалов являются оксид алюминия, оксид магния, силикат, карбид кремния или графит, а также смеси этих керамических материалов.
Claims (3)
1. Пузырьковый насос, используемый для удаления шлака в ванне с расплавленным алюминием, который выполнен в виде трех участков прямых труб и трех коленчатых участков с непрерывной футеровкой из стойкой к воздействию расплавленного алюминия керамики, при этом упомянутые участки пузырькового насоса соединены между собой с обеспечением сжатия внутреннего керамического материала посредством компрессионных фланцевых соединений для герметизации соединения упомянутых участков от проникания расплавленного алюминия, причем упомянутые компрессионные фланцевые соединения выполнены с обеспечением охватывающего/охватываемого соединения под углом 45° между участками пузырькового насоса.
2. Пузырьковый насос по п. 1, в котором керамика выбрана из группы, включающей оксид алюминия, оксид магния, силикат, карбид кремния или графит и их смеси.
3. Пузырьковый насос по п. 1, в котором керамика представляет собой не содержащий углерод огнеупорный бетон из 85% Al2O3 с фосфатным связующим.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201261624042P | 2012-04-13 | 2012-04-13 | |
| US61/624,042 | 2012-04-13 | ||
| PCT/US2013/036500 WO2013155497A1 (en) | 2012-04-13 | 2013-04-12 | Improved bubble pump resistant to attack by molten aluminum |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014145509A RU2014145509A (ru) | 2016-06-10 |
| RU2638474C2 true RU2638474C2 (ru) | 2017-12-13 |
Family
ID=49328230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014145509A RU2638474C2 (ru) | 2012-04-13 | 2013-04-12 | Усовершенствованный пузырьковый насос, стойкий к разрушающему действию расплавленного алюминия |
Country Status (16)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10711335B2 (ru) |
| EP (1) | EP2836619B8 (ru) |
| JP (2) | JP6612126B2 (ru) |
| KR (2) | KR102168593B1 (ru) |
| CN (1) | CN104736730B (ru) |
| BR (1) | BR112014025483B1 (ru) |
| CA (1) | CA2882197C (ru) |
| ES (1) | ES2854899T3 (ru) |
| HU (1) | HUE053829T2 (ru) |
| MA (1) | MA37410B2 (ru) |
| MX (1) | MX2014012373A (ru) |
| PL (1) | PL2836619T3 (ru) |
| RU (1) | RU2638474C2 (ru) |
| UA (1) | UA115238C2 (ru) |
| WO (1) | WO2013155497A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA201407286B (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104736730B (zh) * | 2012-04-13 | 2020-02-14 | 安赛乐米塔尔研发有限公司 | 耐熔融铝侵蚀的改良气泡泵 |
| US10480500B2 (en) * | 2013-11-30 | 2019-11-19 | Arcelormittal | Pusher pump resistant to corrosion by molten aluminum and having an improved flow profile |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU358851A1 (ru) * | есо ознАП | Канал электромагнитного насоса | ||
| SU1682409A1 (ru) * | 1988-03-29 | 1991-10-07 | Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова | Устройство дл рафинировани и модифицировани алюминиевых расплавов системы системы алюминий - кремний |
| US5203910A (en) * | 1991-11-27 | 1993-04-20 | Premelt Pump, Inc. | Molten metal conveying means and method of conveying molten metal from one place to another in a metal-melting furnace |
| US5650120A (en) * | 1995-06-12 | 1997-07-22 | Alphatech, Inc. | Bubble-operated recirculating pump for metal bath |
Family Cites Families (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3606291A (en) * | 1969-05-15 | 1971-09-20 | Dravo Corp | Molten steel degassing apparatus and method |
| JPS5747860A (en) | 1980-09-03 | 1982-03-18 | Toshiba Mach Co Ltd | Anticorrosive coat for molten aluminum |
| US4522926A (en) | 1983-03-10 | 1985-06-11 | Combustion Engineering, Inc. | Aluminum resistant refractory composition |
| JPS6212653A (ja) | 1985-07-05 | 1987-01-21 | 日本ラムタイト株式会社 | アルミニウム及びアルミニウム合金用耐火物 |
| JP2797910B2 (ja) | 1993-07-22 | 1998-09-17 | 日本鋼管株式会社 | 連続溶融めっき方法及びその方法に使用するドロス除去装置 |
| US6039917A (en) | 1995-06-12 | 2000-03-21 | Morando; Jorge A. | Jet column reactor pump with coaxial and/or lateral intake opening |
| US5863314A (en) * | 1995-06-12 | 1999-01-26 | Alphatech, Inc. | Monolithic jet column reactor pump |
| US6051183A (en) | 1995-06-12 | 2000-04-18 | Alphatech, Inc. | Jet column and jet column reactor dross removing dross diluting pumps |
| JPH09137265A (ja) * | 1995-09-06 | 1997-05-27 | Wakamatsu Netsuren Kk | 非鉄金属溶湯部材 |
| EP0808914A1 (en) * | 1996-05-22 | 1997-11-26 | Wakamatsu Netsuren Co., Ltd. | Member for use in contact with molten nonferrous metals |
| US5735935A (en) | 1996-11-06 | 1998-04-07 | Premelt Pump, Inc. | Method for use of inert gas bubble-actuated molten metal pump in a well of a metal-melting furnace and the furnace |
| JPH10273763A (ja) * | 1997-03-31 | 1998-10-13 | Nisshin Steel Co Ltd | 溶融めっき金属のドロス回収装置、連続溶融めっき装置およびガスリフトポンプ |
| JP2934205B2 (ja) * | 1997-03-31 | 1999-08-16 | 助川電気工業株式会社 | 溶融金属用ガスリフトポンプ |
| JPH11199334A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-27 | Nkk Corp | Ａｌ合金溶解炉用耐火物およびプレキャストブロック |
| JPH11256298A (ja) * | 1998-03-13 | 1999-09-21 | Nkk Corp | 溶融亜鉛めっき設備におけるドロス除去装置および方法 |
| JPH11279729A (ja) | 1998-03-27 | 1999-10-12 | Nisshin Steel Co Ltd | 溶融めっき金属のドロス回収再生装置 |
| JP2000119834A (ja) | 1998-10-14 | 2000-04-25 | Nkk Corp | 溶融アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板の連続製造設備及び製造方法 |
| JP4647053B2 (ja) | 1999-02-09 | 2011-03-09 | 日本碍子株式会社 | ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料、その用途、およびその製造方法 |
| ATE235036T1 (de) * | 1999-04-16 | 2003-04-15 | Moltech Invent Sa | Schutzbeschichtung für komponenten, die durch erosion während des frischens von geschmolzenen metallen angegriffen werden |
| RU2247289C2 (ru) * | 1999-04-16 | 2005-02-27 | Мольтех Инвент С.А. | Способ защиты от эрозии, окисления и коррозии поверхности, устройство для обработки расплавленного металла, вращающаяся мешалка устройства для очистки расплавленного металла и способ обработки расплавленного металла |
| US6068812A (en) * | 1999-06-17 | 2000-05-30 | Premelt Pump, Inc. | Inert gas bubble-actuated molten metal pump with gas-diffusion grid |
| JP4076309B2 (ja) | 1999-09-22 | 2008-04-16 | ニチアス株式会社 | アルミ溶湯用ライニング材 |
| JP2001335906A (ja) * | 2000-05-26 | 2001-12-07 | Nippon Steel Hardfacing Co Ltd | スナウト内異物除去装置 |
| US20070253807A1 (en) | 2006-04-28 | 2007-11-01 | Cooper Paul V | Gas-transfer foot |
| US7470392B2 (en) * | 2003-07-14 | 2008-12-30 | Cooper Paul V | Molten metal pump components |
| EP2283267B1 (en) * | 2008-05-01 | 2013-08-28 | Rhodes Technologies | Profiled gasket for lined piping |
| CN101592186B (zh) | 2009-07-10 | 2011-01-26 | 攀钢集团钢铁钒钛股份有限公司 | 轴瓦轴套 |
| JP5604900B2 (ja) | 2010-02-18 | 2014-10-15 | 新日鐵住金株式会社 | 溶融金属浴用の浸漬部材、溶融金属めっき装置、及び溶融金属めっき鋼板の製造方法 |
| CN104736730B (zh) * | 2012-04-13 | 2020-02-14 | 安赛乐米塔尔研发有限公司 | 耐熔融铝侵蚀的改良气泡泵 |
-
2013
- 2013-04-12 CN CN201380025473.0A patent/CN104736730B/zh active Active
- 2013-04-12 KR KR1020147031843A patent/KR102168593B1/ko active IP Right Grant
- 2013-04-12 JP JP2015505967A patent/JP6612126B2/ja active Active
- 2013-04-12 BR BR112014025483-4A patent/BR112014025483B1/pt active IP Right Grant
- 2013-04-12 RU RU2014145509A patent/RU2638474C2/ru active
- 2013-04-12 PL PL13775394T patent/PL2836619T3/pl unknown
- 2013-04-12 WO PCT/US2013/036500 patent/WO2013155497A1/en active Application Filing
- 2013-04-12 UA UAA201412156A patent/UA115238C2/uk unknown
- 2013-04-12 MX MX2014012373A patent/MX2014012373A/es active IP Right Grant
- 2013-04-12 ES ES13775394T patent/ES2854899T3/es active Active
- 2013-04-12 EP EP13775394.3A patent/EP2836619B8/en active Active
- 2013-04-12 HU HUE13775394A patent/HUE053829T2/hu unknown
- 2013-04-12 US US14/391,618 patent/US10711335B2/en active Active
- 2013-04-12 KR KR1020197032653A patent/KR20190126468A/ko not_active Application Discontinuation
- 2013-04-12 CA CA2882197A patent/CA2882197C/en active Active
-
2014
- 2014-10-08 ZA ZA2014/07286A patent/ZA201407286B/en unknown
- 2014-10-09 MA MA37410A patent/MA37410B2/fr unknown
-
2018
- 2018-02-26 JP JP2018031955A patent/JP2018141237A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU358851A1 (ru) * | есо ознАП | Канал электромагнитного насоса | ||
| SU1682409A1 (ru) * | 1988-03-29 | 1991-10-07 | Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова | Устройство дл рафинировани и модифицировани алюминиевых расплавов системы системы алюминий - кремний |
| US5203910A (en) * | 1991-11-27 | 1993-04-20 | Premelt Pump, Inc. | Molten metal conveying means and method of conveying molten metal from one place to another in a metal-melting furnace |
| US5650120A (en) * | 1995-06-12 | 1997-07-22 | Alphatech, Inc. | Bubble-operated recirculating pump for metal bath |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BR112014025483A2 (pt) | 2017-11-28 |
| CA2882197C (en) | 2020-10-13 |
| MA37410B2 (fr) | 2017-12-29 |
| US10711335B2 (en) | 2020-07-14 |
| EP2836619B8 (en) | 2021-03-17 |
| UA115238C2 (uk) | 2017-10-10 |
| CN104736730A (zh) | 2015-06-24 |
| JP2018141237A (ja) | 2018-09-13 |
| ZA201407286B (en) | 2016-03-30 |
| JP6612126B2 (ja) | 2019-11-27 |
| BR112014025483B1 (pt) | 2019-03-26 |
| CA2882197A1 (en) | 2013-10-17 |
| CN104736730B (zh) | 2020-02-14 |
| EP2836619B1 (en) | 2021-01-27 |
| PL2836619T3 (pl) | 2021-09-06 |
| MA37410A1 (fr) | 2016-04-29 |
| EP2836619A1 (en) | 2015-02-18 |
| JP2015520796A (ja) | 2015-07-23 |
| KR20190126468A (ko) | 2019-11-11 |
| ES2854899T3 (es) | 2021-09-23 |
| HUE053829T2 (hu) | 2021-07-28 |
| KR20150034681A (ko) | 2015-04-03 |
| WO2013155497A1 (en) | 2013-10-17 |
| MX2014012373A (es) | 2015-05-08 |
| RU2014145509A (ru) | 2016-06-10 |
| KR102168593B1 (ko) | 2020-10-22 |
| US20150104333A1 (en) | 2015-04-16 |
| EP2836619A4 (en) | 2015-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100340359C (zh) | 一种双金属复合耐磨管的制造工艺 | |
| US9963754B2 (en) | Long campaign life stave coolers for circular furnaces with containment shells | |
| RU2638474C2 (ru) | Усовершенствованный пузырьковый насос, стойкий к разрушающему действию расплавленного алюминия | |
| RU2632072C1 (ru) | Усовершенствованный нагнетательный насос, обладающий коррозионной устойчивостью к расплавленному алюминию и имеющий улучшенный профиль потока | |
| CN105351635A (zh) | 一种金属陶瓷复合管及其制作工艺 | |
| FI121351B (fi) | Menetelmä jäähdytyselementin pinnoittamiseksi | |
| EP1957681B1 (en) | Snorkels for vacuum degassing of steel | |
| CN216337752U (zh) | 一种大型高炉整体浇筑成型的新型炉衬结构 | |
| CN104279392B (zh) | 一种高温耐磨抗腐蚀轴向防扭膨胀节 | |
| CN205674612U (zh) | 一种耐磨金属复合弯头管壁焊接结构 | |
| CN111373218A (zh) | 耐磨、单个穿透处的冷却壁冷却器 | |
| CN218845346U (zh) | 一种水利管道 | |
| CN204182149U (zh) | 一种复合防腐耐磨耐高温闪蒸罐 | |
| RU2776656C1 (ru) | Футеровка нижней части вакуум-камеры | |
| RU2736127C1 (ru) | Патрубок погружной для циркуляционного вакууматора | |
| CN203498107U (zh) | 一种复合防腐耐磨耐高温溶出罐 | |
| SU1156841A1 (ru) | Металлопровод дл лить под низким давлением | |
| CN117301284A (zh) | 一种管道式耐火衬板制备工艺 | |
| CN2906508Y (zh) | 耐腐蚀、耐高温用内衬陶瓷塔 | |
| CN103016883B (zh) | 防负压的内衬四氟材料虾米弯头 | |
| RU2530973C1 (ru) | Огнеупорное изделие для футеровки высокотемпературных агрегатов | |
| CN109058117A (zh) | 一种延长锌液泵石墨件使用寿命的方法 | |
| JP2003253320A (ja) | 転炉排ガス回収設備のスカート | |
| JP2003253319A (ja) | 転炉排ガス回収設備のスカート防熱板 |