Устройство для соединения магистрали циркуляции флюида с огнеупорным элементом и сборка с ним огнеупорного элемента
Изобретение относится к разливке металла. Магистраль циркуляции флюида соединяют с огнеупорным элементом с цилиндрическим отверстием на поверхности, устройством, содержащим прокладку, стержень со сквозным каналом для протекания флюида и два опорных элемента. Прокладка размещена в отверстии огнеупорного элемента между первым опорным элементом с внешней стороны отверстия и вторым опорным элементом, размещенным в отверстии. Стержень обеспечивает сближение двух опорных элементов и прилагает осевое давление к прокладке, вызывающее ее радиальное расширение и прилегание к стенке отверстия. Обеспечивается простота, компактность и герметичность соединения магистрали циркуляции флюида с огнеупорным элементом. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение имеет отношение к созданию устройства для соединения магистрали циркуляции флюида с огнеупорным элементом, в особенности со стопорным стержнем, соплом или разливочной насадкой, например для введения газа в канал разливки, для создания повышенного давления в камере, чтобы измерять давление или нагнетать насосом газ. Настоящее изобретение также имеет отношение к созданию огнеупорного элемента.
Устройство для соединения с огнеупорным элементом, в котором опорная поверхность предусмотрена в боковой стенке элемента, известно из документа FR-A1-2763012, причем это устройство содержит сжимаемую прокладку, установленную на опорной поверхности, опорный элемент, опирающийся на наружную поверхность боковой стенки, и упругое средство, введенное между опорным элементом и прокладкой, которое прижимает прокладку к опорной поверхности. Опорный элемент имеет ремень (ленту) или хомут, который охватывает огнеупорный элемент. В том и другом случаях область огнеупорного элемента, расположенная на противоположной стороне опорной поверхности, испытывает силу реакции, требующуюся для сжатия прокладки, которая передается к ней через опорный элемент.
В таком устройстве опорный элементы имеет большие размеры, так что его тепловое расширение вызывает существенное увеличение расстояния, остающегося для прокладки между опорной поверхностью и указанным опорным элементом, что приводит к необходимости использования относительно объемного упругого средства по сравнению с размером прокладки, чтобы компенсировать это увеличение и поддерживать достаточное давление, приложенное к прокладке.
В документе WO-A1-01/83138 предложено решение, позволяющее сгладить этот недостаток за счет введения промежуточного металлического элемента, расширение которого может компенсировать расширение опорного элемента. За счет этого прокладка постоянно остается в контакте с опорной поверхностью и имеет хорошую плотность посадки несмотря на изменения температуры. Однако при этом верхний конец металлического элемента также должен быть блокирован, например, при помощи сварки, которая объединяет его с указанным ремнем.
Задачей настоящего изобретения является создание более простого и более компактного устройства, в котором нет необходимости в ремне для огнеупорного элемента.
Настоящее изобретение имеет отношение к созданию устройства для соединения магистрали циркуляции флюида с огнеупорным элементом, имеющим поверхность с цилиндрическим отверстием, содержащего прокладку, предназначенную для установки в отверстии, и первый опорный элемент, сжимающий прокладку снаружи от отверстия. Это устройство характеризуется тем что оно содержит второй опорный элемент, который может быть введен в отверстие для образования трехслойной структуры вместе с прокладкой и с первым опорным элементом, и стержень, который позволяет сближать два опорных элемента, так чтобы сжимать прокладку.
Два опорных элемента оказывают осевое давление на прокладку, что вызывает ее радиальное расширение и прилегание к стенке отверстия, в котором она расположена. Оригинальность изобретения зиждется на том факте, что сжатие прокладки не требует никакой опоры на огнеупорном элементе, так как оба опорных элемента сближаются друг с другом вокруг прокладки. Таким образом, никакого другого усилия, кроме вызванного радиальным расширением прокладки, не приложено к огнеупорному элементу. По определению, это радиальное расширение хорошо распределено вокруг стенок отверстия и не создает напряжений, способных вызвать разрушение огнеупорного элемента. Это преимущество еще более заметно, когда отверстие имеет поперечное сечение, близкое к форме круга. Следовательно, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения отверстие преимущественно имеет круговое поперечное сечение. Само собой разумеется, что форма прокладки приспособлена к форме отверстия. Во всех случаях не требуется сила осевой реакции от огнеупорного элемента (результатом которой является толкание (принудительный сдвиг) прокладки в направлении наружной стороны отверстия) для указанного сжатия прокладки.
Более того, в соответствии с настоящим изобретением нет необходимости в особом внимании к нижней поверхности отверстия, так как в отличие от известных решений не требуется обеспечивать плотность соединения на границе раздела прокладки с этой нижней поверхностью. Эта характеристика позволяет добиться существенной экономии расходов на изготовление огнеупорного элемента.
Поэтому настоящее изобретение может быть легко реализовано с учетом того, что различные компоненты предлагаемого устройства имеют точные размеры. В частности, прокладка и второй опорный элемент преимущественно имеют такие размеры, которые позволяют безо всякого усилия вводить их в отверстие. В этом случае сжатие прокладки обеспечивает не только плотность соединения, но также и собственно соединение сборки с огнеупорным элементом. В случае стопорного стержня можно сделать его подвесным в устройстве в соответствии с настоящим изобретением.
За счет использования средства соединения магистрали со стержнем или с первым опорным элементом получают автономное устройство для соединения и связи магистрали циркуляции флюида с огнеупорным элементом.
Более того, прокладка, два опорных элемента и стержень образуют относительно компактную сборку, в которой снижено тепловое расширение, в результате чего уменьшается риск снижения приложенного к прокладке осевого давления.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения используют прокладку, изготовленную из упругого огнеупорного материала, например из графита.
В специфическом случае графитовой прокладки авторы настоящего изобретения обнаружили, что при определенных обстоятельствах может происходить разрушение соединительного устройства. Не желая связывать себя определенной теорией, можно предположить, что часть углерода графитовой прокладки может диффундировать в металлические элементы, находящиеся в контакте с прокладкой (например, в опорные элементы), за счет явления диффузии и образования раствора в твердой фазе. Углерод, диффундирующий в металлические элементы, которые обычно содержат железо, образует с ним чугун, температура плавления которого близка к 1150°С. Когда в рабочем состоянии температура приближается к этому значению металлические элементы "плавятся" и разрушаются. Эта дополнительная проблема была решена за счет введения барьера между графитовой прокладкой и металлическими элементами. Такой барьер может быть физическим или химическим. Например, графитовая прокладка может быть покрыта компонентом, стойким к высокой температуре, который не взаимодействует ни с углеродом, ни с железом. В частности, для этого могут быть использованы оксиды металлов, такие как оксид алюминия или оксид титана.
В соответствии с другим вариантом упругое средство, например упругая шайба, установлена в непосредственной близости от прокладки для компенсации теплового расширения стержня и опорных элементов.
В соответствии с особым вариантом осуществления настоящего изобретения стержень представляет собой стержень трубчатой формы со сквозным флюидальным каналом. Этот стержень дополнительно может иметь внешнюю резьбу, в то время как по меньшей мере один из опорных элементов имеет сопряженную внутреннюю резьбу, причем сближение двух опорных элементов получают за счет навинчивания опорного элемента на стержень. В этом случае сила прижима прокладки к стенкам отверстия определяется моментом силы (парой) затяжки, приложенным во время этого навинчивания.
Стержень может быть выполнен в виде единого целого с одним из опорных элементов, например со вторым опорным элементом, который расположен в отверстии.
В особом случае этого варианта предусмотрено средство предотвращения вращения, чтобы блокировать вращение стержня, введенного в отверстие. Такое средство предотвращения вращения может представлять собой плоские поверхности, образованные на боковых поверхностях стержня, на участке, который доступен с внешней стороны отверстия, или может быть создано за счет формы (геометрии) предотвращения вращения стержня, взаимодействующей с соответствующей формой отверстия.
Промежуточное (распорное) кольцо, например, изготовленное из огнеупорного материала или стали, также может быть наложено на прокладку со стороны первого опорного элемента, чтобы прокладка не могла растягиваться (расширяться) радиально и прикладывать радиальное усилие слишком близко к кромкам отверстия, которые более слабые, чем остальная часть стенки.
Плоская поверхность может быть также образована на боковой стенке огнеупорного элемента вокруг впускного отверстия для приема кольца центровки (кольца установки в заданное положение), введенного между первым опорным элементом и сборкой, образованной из прокладки и, возможно, упругого средства и, возможно, промежуточного кольца. Эти кольца центровки дает ориентир для введения второго опорного элемента, прокладки и стержня по отношению к внешней стороне стенки огнеупорного элемента. Кроме того, эти кольца центровки делают соединение более жестким за счет упора в боковую стенку огнеупорного элемента и способствуют связи магистрали циркуляции флюида в ее наиболее предпочтительном направлении по отношению к этой стенке.
Поперечное сечение отверстия преимущественно является круговым.
Настоящее изобретение также имеет отношение к созданию огнеупорного элемента, в частности сопла или разливочной насадки, как это обсуждается далее более подробно, который характеризуется тем, что содержит цилиндрическое отверстие, размер которого позволяет вводить в него два опорных элемента и уплотнять прокладку, вставленную между этими опорными элементами.
В соответствии с конкретными вариантами:
- плоскую поверхность образуют вокруг впускного отверстия;
- отверстие имеет форму, обеспечивающую предотвращение вращения одного из опорных элементов.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На фиг.1 показано сечение сопла (погружного входного сопла), которое используют при разливке расплавленной стали.
На фиг.2 показан более детально участок сопла фиг.1.
В сопле, показанном на фиг.1, сталь, которая втекает в канал 2, защищена от воздействия внешней атмосферы за счет подвода газа, так чтобы избежать образования и накопления оксида алюминия на внутренней стенке канала. Газом, который обычно используют для этой цели, является аргон.
Для введения этого газа сопло имеет кольцевой проход 3, ведущий к втулке 4, изготовленной из пористого материала, который обеспечивает диффузию аргона к поверхности канала 2 и образует защитную оболочку, позволяющую уменьшить контакт между сталью и огнеупорным материалом. Кольцевой проход 3 получает газ через отверстие 5, к которому подключена труба 6 для подвода газа, которая, в свою очередь, подключена к источнику газа 7.
Участок области II показан на фиг.2, причем показано отверстие 5 с соединительным устройством 8, размещенным у конца трубы 6.
Это устройство 8 имеет корпус, который содержит трубчатую деталь 9а и основание 9b, через которые проходит продольный канал 9с. Трубчатая деталь 9а имеет диаметр заметно меньший, чем отверстие 5 и оставляет вокруг кольцевой радиальный зазор, в то время как основание 9b имеет диаметр только немного меньший, чем диаметр отверстия 5.
Трубчатая деталь 9а имеет резьбу 10, которую ввинчивают в торцевую заглушку 11, охватывающую расширенный конец (фланец) 6а трубы 6 и прижимающий его к уплотняющей прокладке 12, наложенной на торец корпуса, в результате чего образуется плотное соединение между внутренней частью трубы 6 и продольным каналом 9с корпуса. По резьбе также сначала навинчивают гайку 13, чтобы она стояла ближе к основанию 9b.
Основание 9b и гайка 13 образуют два опорных элемента, которые зажимают между собой уплотняющую прокладку 14, промежуточное кольцо 15 и кольцо центровки 16, которые устанавливают в этом порядке вокруг трубчатой детали корпуса до навинчивания гайки 13.
Трубчатая деталь 9а действует в качестве толкателя, сближающего два опорных элемента.
Внутренние диаметры уплотняющей прокладки 14 и двух колец 15 и 16 главным образом соответствуют внешнему диаметру трубчатой детали 9а.
Уплотняющая прокладка 14 имеет внешний диаметр, близкий к диаметру отверстия 5, так что ее принудительно вводят в указанное отверстие, в то время как промежуточное кольцо 15 имеет внешний диаметр, близкий к диаметру основания 9b, и поэтому может быть введено безо всякого трения в отверстие 5.
Кольцо центровки 16 имеет внешний диаметр, который существенно больше диаметра отверстия 5, так что оно упирается во внешнюю стенку сопла 1 без ослабления кромок отверстия 5.
Устройство для соединения 8 может быть использовано следующим образом.
После последовательного введения (наживления) уплотняющей прокладки 14, промежуточного кольца, кольца центровки 16 и гайки 13 вокруг трубчатой детали 9а корпуса гайку навинчивают до такого положения у основания, что когда кольцо центровки 16 упирается в сопло 1 во время введения корпуса в отверстие 5, основание 9b будет расположено в непосредственной близости от нижнего конца 5b отверстия 5.
Уплотняющая прокладка 14, после того как ее с легким усилием вводят в отверстие, позволяет удерживать соединительное устройство в заданном положении, однако она легко может быть извлечена при приложении тягового усилия к трубе 6.
После этого продолжают навинчивание гайки 13, что вызывает перемещение корпуса 9 в направлении выхода из отверстия и, следовательно, сближение основания 9b и гайки 13.
При помощи промежуточной прокладки 15 и прокладки центровки 16 прокладка 14 затем подвергается осевому сжатию, что вызывает ее радиальное расширение.
Она затем радиально прилегает к боковой стенке 5а отверстия вокруг трубчатой детали 9а, в результате чего обеспечивается, с одной стороны, отличная плотность соединения и, с другой стороны, механическая блокировка устройства в отверстии 5.
Само собой разумеется, что описанный вариант не имеет ограничительного характера.
1. Устройство для соединения магистрали циркуляции флюида (6) с огнеупорным элементом, содержащее огнеупорный элемент (1) с цилиндрическим отверстием (5) на его поверхности, прокладку (14), размещенную в отверстии, и стержень (9а) со сквозным каналом для протекания флюида (9с), отличающееся тем, что оно снабжено первым опорным элементом (13), выполненным с возможностью взаимодействия с прокладкой (14) с внешней стороны отверстия (5), и вторым опорным элементом (9b), размещенным в цилиндрическом отверстии (5), при этом первый опорный элемент (13), прокладка (14) и второй опорный элемент (9b) образуют трехслойную структуру, а стержень (9а) выполнен с возможностью обеспечения сближения двух опорных элементов и приложения осевого давления к прокладке (14), вызывающего ее радиальное расширение и прилегание к стенке отверстия (5).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит средство (11) для соединения магистрали (6) со стержнем (9а) или с первым опорным элементом (13).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что прокладка (14) изготовлена из упругого огнеупорного материала, например из графита.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено упругим средством, например упругой шайбой, выполненной с возможностью взаимодействия с прокладкой (14) для компенсации теплового расширения стержня (9а) и опорных элементов.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стержень (9а) имеет внешнюю резьбу (10), а, по меньшей мере, один из опорных элементов имеет внутреннюю резьбу, причем возможность сближения двух опорных элементов обеспечивается навинчиванием опорного элемента (13) на стержень (9а).
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стержень (9а) выполнен как единое целое со вторым опорным элементом (9b), расположенным в отверстии (5).
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что снабжено средством предотвращения вращения стержня (9а), введенного в отверстие (5).
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено промежуточным кольцом (15), взаимодействующим с прокладкой (14) со стороны первого опорного элемента (13), изготовленным, например, из огнеупорного материала или стали.
9. Сборный огнеупорный элемент, например сопло или насадка для разливки металла, имеющий цилиндрическое отверстие (5) с размерами, обеспечивающими возможность введения в него устройства для соединения магистрали циркуляции флюида с огнеупорным элементом, отличающийся тем, что устройство для соединения магистрали циркуляции флюида с огнеупорным элементом выполнено по одному из пп. 1-8.
10. Сборный огнеупорный элемент по п.9, отличающийся тем, что вокруг отверстия (5) огнеупорного элемента образована плоская поверхность.
11. Сборный огнеупорный элемент по одному из пп.9-10, отличающийся тем, что отверстие (5) огнеупорного элемента имеет форму, предотвращающую вращение одного из опорных элементов.
