SK441189A3 - Device for injecting pre-heated air to the blast furnace - Google Patents

Description

Zariadenie na vstrekovanie predhriateho vzduchu do vysokej pece

Oblasť techniky

Vynález sa týka zariadenia na vstrekovanie predhriateho vzduchu do šachtovej pece, zloženého z niekoľkých samostatných prvkov.

Doterajší stav techniky

Tieto zariadenia, známe obvykle ako odbočka z okružného vetrovodu do výfučne, majú problémy s pohyblivosťou a tesnením. Skutočne, následkom vysokej teploty predhriateho vzduchu /teplota asi 1200 °C a viac/ a vysokej teploty, prevládajúcej vnútri pece, sú stena pece, rovnako tak cirkulačné potrubie a odbočka z okružného vetrovodu do výfučne, vystavené tepelnej rozťažnosti a deformáciám, ktoré spôsobujú relatívne pohyby medzi cirkulačným potrubím a stenou pece. Spojenie dúchacej rúry musí byť preto schopné kompenzovať tieto relatívne posuny, pričom súčasne musí byť zamedzené úniku plynu alebo predhriateho vzduchu.

Na dosiahnutie týchto požiadaviek sa v US patente č. 3766 868 opisuje spojenie dúchacej rúry opísané v úvode. Toto spojenie dúchacej rúry je už zlepšené vytvorením guľového kĺbu v spise DE-C 2-2 218 331. Tieto tri kĺby spojené dúchacou rúrou umožňujú kompenzovať všetky relatívne pohyby medzi cirkulačným potrubím a stenou pece. Tesnenie v oblasti spojov sa uskutočňuje kompenzátormi rozťahovacieho typu, zatiaľ čo mechanická stabilita je zabezpečená kardanovými spojkami, spojenými s protiľahlými koncami stredného rúrkového typu v oblasti pevného a druhého guľového kĺbu.

Aby sa zmenšilo množstvo uhlových posunov stredného prvku, čim sa zníži namáhanie kompenzátorov, je vhodné, aby vzdialenosť medzi miestami s kĺbmi bola u tohto prvku čo najväčšia. Na druhej strane však na zníženie velkosti a nákladov spojenia dúchacej rúry je žiadúce zmenšiť jeho rozmery.

Úlohou vynálezu je vytvoriť vstrekovacie zariadenie vyššie opísaného typu, ktoré umožňuje kompromis medzi týmito dvoma protichodnými požiadavkami.

Podstata vynálezu

Podstata zariadenie na vstrekovanie predhriateho vzduchu podľa vynálezu spočíva v tom, že druhý spoj je obrátený na opačnú stranu ako prvý spoj a že stred krivosti je umiestnený na osi druhého spojovacieho kusa, na jeho vnútornej strane alebo na vnútornej strane kolena.

Umiestnením obidvoch spojov stredného prvku na opačných stranách je možné podstatne zmenšiť dĺžku stredného prvku, pričom sa súčasne zachová rovnaká vzdialenosť medzi stredmi oboch jeho spojov.

V prvom vyhotovení sú spojovacie články spojené so spojovacími kusmi pomocou spojov, ktorých stred je umiestnený v dvoch protiľahlých rovinách spojov, z ktorých každý obsahuje stred krivosti jedného z prvého a druhého guľového kĺbu.

Podľa druhého vyhotovenia je koniec obidvoch spojovacích článkov spojený s prírubou prvého a druhého spoja pomocou páru podložiek so susednými sférickými klznými plochami, ktorých stred krivosti je umiestnený pod koncom spojovacieho článku v rovine protiľahlej, obsahujúcej stred krivosti prvého a druhého guľového kĺbu.

Vo výhodnom vyhotovení je stredový rúrkový prvok spojený so spojovacími článkami pomocou zariadenia na vedenie a podopretie stredného kusa.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Príklad vyhotovenia zariadenia podľa vynálezu je znázornený na priložených výkresoch, kde na obr. 1 je znázornený schematický vertikálny rez obvyklým vyhotovením spojenia dúchacej rúry podľa US patentu 3 766 868, obr. 2 znázorňuje podobný pohlad na spojenie dúchacej rúry podľa vynálezu, obr. 3 a 4 znázorňuje navzájom na seba kolmé vertikálne rezy prvým vyhotovením spojenia dúchacej rúry podlá vynálezu, na obr. 5 až 8 sú podobné rezy ako na obr. 3 a 4 a znázorňujú rôzne pohyby stredného rúrkového prvku voči susedným spojovacím kusom, obr. 9 znázorňuje druhé vyhotovenie stredového prvku, na obr časti z obr. 9, na obr. 10 a 11 je stredná časť spoja dúchacej rúry podľa tretieho vyhotovenia v dvoch, na seba kolmých pohľadoch, na obr. 12 je schematický rez odpovedajúci obr. 10, na obr. 13 je rez podobný obr. 10, znázorňujúci presiahnutie horného a dolného spojovacieho kusa, na obr. 14 je rez podobný obr. 10 s ohľadom na sklon dolného spojovacieho kusa voči hornému spojovaciemu kusu, a na obr. 15 až 17 sú schematické rezy odpovedajúce obr. 11, znázorňujúce rôzne úseky súosovosti a presiahnutia.

9a je detail zväčšenej

Príklad uskutočnenia vynálezu

Známy spoj dúchacej rúry, označený na obr. 1 vzťahovou značkou 20, spája hlavné cirkulačné potrubie 22, umiestnené okolo vysokej pece na jej stene 24. Tento spoj 20 dúchacej rúry sa skladá z rovného, šikmo uloženého rúrkového prvku 26, kĺbovo spojeného na svojom hornom konci so spojovacím kusom 28, pripevneným na cirkulačnom potrubí 22 a na svojom dolnom konci so spojovacím kusom 30, spojeným pomocou príruby s kolenom 32 . Toto koleno 32 je predĺžené dúchacou rúrou 34, ktorej koniec je pripojený kĺbom k dýze 3 6, pripevnenej na stene 24 pece. Horným spojom 38 a dolným spojom 40 rúrkového prvku 26 sú guľové kĺby, ktorých stredy krivosti sú označené x a y. Rovnako tak aj spoj medzi dúchacou rúrou 34 a dýzou 3 6 je guľový kĺb 42, ktorého stred krivosti je označený z. Tieto tri stredy krivosti x, y, z spolu tvoria spoj s tromi od seba vzdialenými bodmi, ktoré umožňujú dostatočné uhlové posuny dúchacej rúry 34 a stredového rúrkového prvku 26, aby sa mohli kompenzovať všetky relatívne pohyby medzi cirkulačným potrubím 22 a stenou 24 pece.

Utesnenie v oblasti spojov 38 a 40 sa dosiahne pomocou vlnových kompenzátorov 44, 4 6, pripevnených na rúrkový prvok 26 a na susedné spojovacie kusy 28, 30. Mechanická stabilita sa dosiahne pomocou kardanových spojok 4_8, 50, podobne spájajúcich rúrkový prvok 26 so susednými spojovacími kusmi 28, 30. Všetky prvky spoja 20 dúchacej rúry sa skladajú z vonkajšieho kovového puzdra a vnútornej žiaruvzdornej vložky, spojenej s tesniacim materiálom v oblasti spojov 38, 40 a 42.

Vzdialenosť medzi stredmi krivosti x a y spojov 38 a 40 je označená 1^ na obr. 1. Množstvo uhlových posunov rúrkového prvku 26 a súčasne namáhanie kompenzátorov 44, 46 bude tým menšie, čím väčšia bude vzdialenosť Naopak, so zväčšujúcou sa vzdialenosťou 1_ sa budú zväčšovať rozmery spojenia 20 dúchacej rúry.

Podľa vynálezu, dolný spoj 40 rúrkového prvku 26 je otočený tak, aby horné a dolné konce stredového rúrkového prvku 26 boli konkávne, kým odpovedajúce susedné konce spojovacieho kusa 28 s cirkulačným potrubím 22 a spojovacieho kusa 30 kolena 32 boli konvexné. Tento spoj 120 dúchacej rúry je znázornený na obr. 2 a prvky odpovedajúce prvkom z obr. 1 sú označené podobnými vzťahovými značkami radu 100. Ako je zrejmé z obr. 2, stredy krivosti x, y guľových kĺbov 138, 140 majú medzi sebou vzdialenosť lý_, ktorá je v znázornenom vyhotovení rovnaká ako vzdialenosť 1^ z obr. 1. Naopak, celková dĺžka rúrkového prvku 126 bola podstatne skrátená, rozdiel v dĺžke je znázornený vzdialenosťou medzi osou o' cirkulačného potrubia 122 z obr. 2 a umiestnením osi o vyhotovenia z obr. 1, takisto znázornenej na obr. 2. Skrátenie spojenia 120 dúchacej rúry súčasne umožňuje zníženie cirkulačného potrubia 122 a jeho tesnejšie priblíženie k stene 124 pece. Výsledkom je potom samozrejme zmenšenie rozmerov a zníženie výrobných nákladov na spoj 120 dúchacej rúry.

Tiež by bolo možné zachovať dĺžku stredného rúrkového prvku 2 6 z obr. 1 a tak umožniť zväčšenie vzdialenosti 1^ medzi stredmi x, y gulových kĺbov 38, 40 a tým znížiť množstvo uhlových posunov tohto prvku 26.

Obr. 3 a 4 podrobnejšie znázorňujú vyhotovenie obidvoch gulových kĺbov 138, 140 na oboch stranách stredného rúrkového prvku 126. Polomery krivosti R_x a R2 obidvoch gulových kĺbov

138, 140 sú výhodne rovnaké.

Predložený vynález taktiež navrhuje vylúčiť kardanové spojky 48 a 50 z obr. 1. Ale, pretože kompenzátory 144, 14 6 nie sú schopné niesť váhu spoja 120 dúchacej rúry, horný spojovací kus 128 a dolný spojovací kus 130 sú po oboch stranách spojené párom spojovacích ťahadiel 152, 154. Vo vyhotovení z obr. 3 a 4 sú tieto ťahadlá 152, 154 jednoducho pripevnené na otočnom čape 156, ktorý je súčasťou spojovacích kusov 128, 130. Aby sa dosiahla potrebná pohyblivosť ťahadiel 152, 154, musia byť pripevnené na otočných čapoch 156 s dostatočnou vôlou. Aby bola umožnená táto pohyblivosť, je tiež nutné, aby osi obidvoch otočných čapov 156 spojovacieho kusa 128 prechádzali stredom krivosti x horného guľového kĺbu 138. Podobne, spodné otočné čapy 156 musia byť pripevnené k spojovaciemu kusu 130 tak, aby ich osi prechádzali stredom krivosti y dolného guľového kĺbu 140.

Obr. 5 až 8 znázorňujú rôzne možnosti pohyblivosti spoja 120 dúchacej rúry. Napríklad obr. 5 zobrazuje relatívne bočné presiahnutie veľkosti s medzi horným spojovacím kusom 128 a dolným spojovacím kusom 130. Takéto presiahnutie môže byť napríklad spôsobené horizontálnym posunom cirkulačného potrubia 122 voči peci alebo otočením tohto potrubia 122 okolo pece. Ako je znázornené na obr. 5, osi spojovacích kusov 128, 130 zostávajú navzájom rovnobežné, zatial čo stredný prvok 126 kompenzuje toto presiahnurie takou svojou polohou, aby jeho os prechádzala stredmi krivosti x, y obidvoch guľových kĺbov 138, 140. Týmto pohybom sa stlačí vlnenie kompenzátorov 144 a 146 na jednej strane a roztiahnu na strane opačnej.

Obr. 6 a 7 znázorňuje ohyby na jednu, resp. opačnú stranu v oblasti stredného prvku 126 dúchacieho spoja. V obidvoch prípadoch os dolného spojovacieho kusa 130 je sklonená pod uhlom vzhľadom na os horného spojovacieho kusa 128. Tento ohyb je kompenzovaný do takej polohy, aby jeho os prechádzala stredmi krivosti x, y obidvoch guľových kĺbov 138, 140, to znamená, že jeho os zviera uhol /2 s osou horného spojovacieho kusa 128 a uhol /2 s osou dolného spojovacieho kusa 130. Polohy z obr. 6 a 7 sú väčšinou spôsobené následkom vertikálneho relatívneho pohybu medzi centrálnym potrubím 122 a stenou 124 pece.

Na obr. 8 je znázornené bočné presiahnutie medzi horným spojovacím kusom 128 a dolným spojovacím kusom 130, ktoré je podobné presiahnutiu z obr. 5, ale je v smere kolmom na pohyby z obr. 5, teda presiahnutie z obr. 5 je v rovine obr.

2. Je potrebné poznamenať, že obr. 5 až 8 znázorňujú elementárne pohyby pre ilustráciu, ale v praxi sú pohyby dúchacieho spoja 20 oveľa komplexnejšie, t.j. presiahnutia a sklony znázornené na obr. 5 až 8 sa môžu vyskytovať súčasne.

Obr. 9 znázorňuje výhodné vyhotovenie, ktoré umožňuje skrátiť ťahadlá 252, 254 vyhotovenia z obr. 3. Vo vyhotovení z obr. 9 majú dva spojovacie kusy 228, 230 kruhové príruby

258, 2 60, ku ktorým sú pripevnené kompenzátory 244, 24 6 a ktorými prechádzajú ťahadlá 252, 254.

Spojenie medzi koncami ťahadiel 252, 254 a prírubami

258, 2 60 je detailne znázornené na obr. 9a, a rovnako, ako spojenie medzi ťahadlom 254 a prírubou 258, sú zhotovené ostatné tri spojenia. V prírube 258 je vytvorený priechodný otvor 262 pre ťahadlo 258, ktorý je dostatočne široký na to, aby sa v ňom mohlo ťahadlo nakloniť voči prírube 258 následkom pohybov znázornených na obr. 5 až 8. Ťahadlo 254 je zaistené maticou 264, zaskrutkovanou na konci ťahadla 254 zvonku príruby 258 alebo 260. Medzi maticou 264 a odpovedajúcou prírubou 258 alebo 260 sú umiestnené dve podložky 266, 268, ktorých susedné plochy po sebe navzájom kĺžu v dôsledku naklonenia ťahadla 254 voči prírube 258 alebo 260. Vzhľadom na určité znaky tohto vyhotovenia, susedné klzné plochy podložiek 266, 268 majú sférické zakrivenia, ktorých stred krivosti je umiestnený pod prírubami 258, 260 na osi ťahadiel 252, 254 alebo na predĺžení týchto osí. Ďalej, stred krivosti podložiek 266, 268 musí byť umiestnený v hlavnej rovine spojovacieho kusa 228, v ktorej leží stred x krivosti guľového kĺbu 238 medzi spojovacím kusom 228 a stredovým rúrkovým prvkom 226. Treba zdôrazniť, že dve podložky 266 a 268 možno nahradiť integrálnou podložkou, vybavenou prírubami 258 a konvexnou plochou matice 264.

Výhody vyhotovenia z obr. 9 a 9a sú jednak v možnosti umiestniť obidve príruby 258, 260 bližšie k stredovému prvku 226 do vzdialenosti R, odpovedajúcej polomeru krivosti podložiek 266, 268, jednak v skrátení dĺžky oboch ťahadiel 252, 254 o 2R alebo zväčšení polomerov krivosti obidvoch guľových kĺbov 238, 240 a tým zväčšení vzdialenosti medzi ich stredmi krivosti x a y.

Na obr. 5 až 8 je znázornené, ako sa dosiahne kompenzácia rôznych pohybov medzi horným a dolným spojovacím kusom vyrovnávaním osi stredového prvku so stredmi krivosti x a y oboch guľových kĺbov. Vo vyhotovení podľa obr. 10 až 17 sú návrhy ako vytvoriť ideálne polohy stredového prvku 226 tak, aby sa vylúčili všetky výkyvné pohyby a nadbytočné trenie v oblasti kĺbov.

Na obr. 10 a 11 je bokorys stredového rúrkového prvku 326, ktorý je na obidvoch stranách vybavený kompenzátormi 344, 34 6, obklopujúcimi guľové kĺby 338 a 340, ktoré nie sú na týchto obrázkoch zakreslené.

Rám 352, napríklad štvorcový alebo prstencový, je umiestnený okolo stredového rúrkového prvku 326, na ktorom je otočné uložený pomocou dvoch, diametrálne proti sebe umiestnených čapov 354, 356, umiestnených, napríklad v priechodných otvoroch prstenca 352 a v skrini stredového rúrkového prvku 326. Prstenec 352 môže preto vykonávať otočný pohyb vzhľadom na spoločnú os o obidvoch čapov 354, 356 a naopak. Prstenec 352 má aj osadenie, ktoré leží pod uhlom 90° k čapom 354, 356, dva diametrálne proti sebe uložené styčníky, ktoré ich spájajú s dvoma ťahadlami 358, 360. Tieto styčníky sa skladajú najjednoduchšie z páru vidlíc 362, 364, ktoré sú privarené zvonku k prstencu 352, a v ktorých kruhovom výreze sú zasunuté priečniky 366, 368 kruhového prierezu, ktoré sú vyrobené vcelku s ťahadlami 358, 360. Osi priečnikov 366, 368 preto tvoria dve otočné osi medzi prstencom 352 na jednej strane a ťahadlami 358, 360 na strane druhej, a opačne, tieto dve osi sú rovnobežné s otočnými osami o, opísanými vyššie.

Ďalej, každé z ťahadiel 358, 360 je otočné spojené s horným a dolným koncom spojovacích kusov 328, 330 na ich horných a dolných koncoch. Obidva tieto styčníky môžu obsahovať jednoduchý závit 370, pozostávajúci z náboja 372 pretiahnutého dvojitým okom, vytvoreným v spojovacom kuse 328, 330, a otvorom na konci ťahadla 358, 360. Priechodné otvory na koncoch ťahadiel 358, 360 sú vytvorené ako kruhové diery a výhodne majú kruhové oporné plochy, aby sa ťahadlá 358, 360 mohli otáčať aj v rovine obr. 11.

Závesy 372 možno nahradiť aj falošnými spojmi, napríklad kĺbmi podľa obr. 9.

Ťahadlá 358 a 360 udržujú konštantnú, vopred stanovenú vzdialenosť medzi spojovacími kusmi 328, 330, zatial čo pomocou prstenca 352 nesú stredový rúrkový prvok 326, ako plávajúci medzi spojovacími kusmi 328, 330.

Obr. 12 až 17 znázorňujú rôzne možnosti relatívneho pohybu a otáčania medzi spojovacími kusmi 328, 330, a ako sú tieto pohyby kompenzované odpovedajúcim polohovaním stredového rúrkového prvku 326.

Relatívne pohyby a otáčania medzi spojovacími kusmi 328, 330, ktoré sú znázornené na obr. 12 až 14, spôsobujú napätie len v spojoch, ktoré sú v oblasti závesov 372, medzi ťahadlami 358 a 360 a spojovacími kusmi, zatiaľ čo spoje v oblasti prstenca 352 nie sú vystavené žiadnym tlakom, lebo ako ich znázorňuje obr. 12 a 13, prstenec 352 udržuje svoju neutrálnu polohu z obr. 10 vzhladom na ťahadlá a stredový rúrkový prvok 326.

Naopak, priečne deformácie vzhladom na rovinu obr. 12 až 14d, znázornené na obr. 15 až 17, vystavujú spoje v oblasti prstenca 352 tlakom. Ako je znázornené najmä na obr. 16 a 17, posuny v tejto rovine spôsobujú rovnobežné deformácie medzi ťahadlami 358, 360 a prstencom 352, ako výsledok otáčania okolo osi o a vzhladom na stredový prvok 326, a ako výsledok relatívneho otáčania medzi prstencom 352 a ťahadlami 358,

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zariadenie na vstrekovanie predhriateho vzduchu do vysokej pece, zložené z niekoľkých samostatných prvkov, vybavených vonkajším puzdrom a vnútorným žiaruvzdorným vyložením, a ktoré má najmenej jeden stredový rúrkový prvok spojený na jednej strane prvým guľovým kĺbom a prvým kompenzátorom s prvým spojovacím kusom pripevneným na cirkulačné potrubie, ktorým sa privádza predhriaty vzduch a ktoré obklopuje pec, a na opačnej strane druhým guľovým kĺbom a druhým kompenzátorom s druhým spojovacím kusom, ktorý je predĺžený kolenom a vonkajšou rúrou, ktorá je kĺbovo pripojená na stenu pece pomocou tretieho guľového kĺbu a ďalej je vybavená najmenej jedným párom ťahadiel spájajúcich prvý spojovací kus s druhým pomocou kĺbových spojov, kde stred krivosti prvého spoja je umiestnený na osi prvého spojovacieho kusa na jeho vnútornej strane, vyznačujúce sa tým, že druhý spoj /140/ je umiestnený na opačnej strane ako prvý spoj /138/ a jeho stred y krivosti je umiestnený na osi druhého spojovacieho kusa /130/ na jeho vnútornej strane alebo na osi kolena /132/.
2. 2. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že ťahadlá /152, 154/ sú spojené dvoma spojovacími kusmi /128, 130/ pomocou spojov, ktorých stredy sú umiestnené na dvoch diametrálnych rovinách spojovacích kusov /128, 130/, z ktorých každá obsahuje stred /x, y/ krivosti jedného z guľových kĺbov /138, 140/.
3. 3. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že koniec obidvoch ťahadiel /252, 254/ je spojený s prírubou /258, 260/ prvého alebo druhého spojovacieho kusa /228, 230/ pomocou páru podložiek /266, 268/ so susednými sférickými klzými plochami, ktorých stred krivosti je umiestnený pod koncom ťahadla /252, 254/ v diametrálnej rovine spojovacieho kusa /228, 230/, obsahujúceho stred /x, y/ krivosti prvého alebo druhého guľového kĺbu /238, 240/.
4. 4. Zariadenie podľa nároku 1 až 3, vyznačujúce sa t ý m , že stredový rúrkový prvok /326/ je spojený s ťahadlami /358, 360/ pomocou vodiaceho a podporného zariadenia.
5. 5. Zariadenie podľa nároku 4, vyznačujúce sa tým, že vodiace a podporné zariadenie sa skladá z rámu /352/, umiestneného okolo stredového rúrkového prvku /326/ a kĺbovo spojeného so stredovým rúrkovým prvkom /326/ v dvoch, proti sebe ležiacich hlavných bodoch a na dvoch ťahadlách /358, 360/ v druhých, proti sebe ležiacich hlavných bodoch.
6. 6. Zariadenie podľa nároku 5, vyznačujúce sa tým, že rám /352/ má tvar prstenca.
7. 7. Zariadenie podľa nároku 5, vyznačujúce sa tým, že spoje v štyroch hlavných bodoch rámu /352/ sú spoje, ktoré dovoľujú otáčanie troch osí, navzájom rovnobežných a kolmých na rovinu danú pozdĺžnymi osami ťahadiel /358, 360/.