Устройство для вдувания подогретого воздуха в шахтную печь и способ изготовления цилиндрических деталей устройства для вдувания подогретого воздуха в шахтную печь

Изобретение касается устройства для вдувания подогретого воздуха в шахтную печь. состоящего из нескольких различных цилиндрических элементов, выполненных в виде наружного стального кожуха и внутренней огнеупорной футеровки. и включающего по крайней мере один центральный трубчатый элемент. связанный с одной стороны с первым сферическим шарнирным соединением и первым компенсатором с верхним патрубком, выполненным заодно с кольцевым трубопроводом подачи подогретого воздуха. охватывающим данную печь. и с противоположной стороны с вторым сфе рическим шарнирным соединением и втсгрым компенсатором с нижним патрубком. который продолжен коленом и соплом, при этом последнее шарнирно закреплено на патрубке. закрепленном в стенке печи, причем в этом устройстве сферические шарнир ные соединения содержат выпуклую шаровую цапфу. образованную концом одного из сегментов и способную поворачиваться в вогнутом основании, образованном концом смежного сегмента и мягкой огнеупорной прокладкой, размещенной между ними. . Такие устройства. известные как воздухоподводы, являются объектом проблем. связанных с подвижностью и с герметичностью. так как из-за повышенной температуры предварительно нагретого воздуха(температура порядка 1200 С или выше) и из-за высокой температуры внутри печи стенка последней. кольцевой трубопровод и воздухоподвод подвержены тепловым расширениям и деформациям. вызывающим довольно значительные относительные смещения между кольцевым трубопроводом и стенкой печи. Следовательно. требуется,чтобы воздухоподвод был способен скомпенсировать эти относительные перемещения. предотвращая при этом утечки газа илидля ответа на эти требования в патенте США Мг 3766868 предлагается воздухоподвод описанного типа. Этот воздухоподвод затем был усовершенствован в результате создания универсального шарнирного соединения со сферическим шарниром. относящегося к типу. описанному в заявке ФРГ М 2218331. Все три шарнирных соединения этого воздухоподвода позволяют скомпенсировать все относительные движения между кольцевым трубопроводом и стенкой печи. Герметичность на уровне шарнирных соединений обеспечивается с помощью сильфонных компенсаторов. тогда как механическая стойкость обеспечивается имеющимися карданными соединениями (науровне обоих универсальных шарнирных соединений), связанными с обоими противоположными концами центрального трубчатого элемента.Место, находящееся под наибольшей нагрузкой и самое уязвимое. находится всегда в шарнирных соединениях. В самом деле. подвижность шаровой цапфы по отношению к своему основанию часто приводит к необратимым деформациям мягких прокладок и к трению огнеупоров по огнеупорам. Кроме того, учитывая трудность обработки огнеупорной стали. невозможно продлить кожух. образующий оболочку цапфы, до ее наконечника. Именно по этой причине часто отмечается образование микротрещин в огнеупорном материале наконечника цапфы. которые являются причиной мешающих циркуляций и завихрений.К этим критериям качества хорошего воздухоподвода добавляется забота о конкурентоспособной стоимости изготовления. возможности легкого и быстрого демонтажа. возможности легкой переделки огнеупора в случае необходимости и т.п. Совершенно очевидно. что все эти критерии часто имеют тенденцию к взаимному противопоставлению побуждая таким образом разработчика выбирать разумный компромисс.Целью изобретения является создание устройства. которое имеет лучшую износостойкость в месте шарнирных соединений,благодаря своим многочисленным вариантам хорошо удовлетворяет требованиям потребителя и обеспечивает более легкие изготовление и 3 амену. обеспечивая при этом разумную стоимость изготовления.для достижения этой цели предлагаемое устройство в основном характеризуется тем, что радиус кривизны каждого сферического шарнирного соединения имеет порядок величины на уровне половины диаметра различных элементов. и тем. что выпуклые шаровые цапфы сферических шарнирных соединений содержат защитный кожух из жаростойкой стали. который вытянут до диаметрального основания шаровой цапфы. Уменьшение радиуса кривизны сферических шарнирных соединений обеспечивает лучшую направляемость шаровых цапф вСВОВМ ВОГНУТОМ ОСНОВЭНИИ при ОДНОЩЭСМВН ном уменьшении опасности ударов и износа мягких прокладок. а также при обеспечении постоянного сохранения одной и той же ширины прокладки. . Уменьшение радиуса кривизны шарнирных соединений и тот факт. что металлическая облицовка в этом месте образует кожух шаровой цапфы и проходит до ее ос нования. позволяют поддерживать равномерную ширину щели шарнирного соединения при поворотах.По изобретению также предлагается новый способ изготовления выпуклой шаровой цапфы сферического шарнирного соединения в устройстве для вдувания подогретого воздуха в шахтную печь. заключающийся в выполнении вначале кожуха шаровой цапфы из жаростойкой стали и в выполнении в ней внутренней огнеупорной футеровки. отличающийся тем. что деформируют конец трубы из жаростойкой стали до тех пор. пока она не будет иметь форму выпуклого купола с центральным отверстием и выпуклую сферическую поверхность. расположенную между центральным отверстием и цилиндрической поверхностью трубы. тем, что размещают аксиально внутри цилиндр диаметром. несколько меньшим диаметра указанного центрального отверстия, и тем, что заливают огнеупорный материал между цилиндром и указанным кожухом. используя последний в качестве литейной формы.Согласно первому варианту выполнения воздухоподвода шаровые цапфы образованы нижними концами верхнего патрубка и центрального трубчатого злемента.Шаровая цапфа центрального трубчатого элемента может являться составной частью этого элемента или может быть отделена от него поперечным разделением. заполненным кольцевой прокладкой.Облицовка центрального трубчатого элемента и облицовка нижнего патрубка могут быть непосредственно соединены одна с дРУгой через компенсатор или через фланец, или с помощью отделяемого сварного шва. . Вогнутое основание нижнего шарнирного соединения может быть выполнено в огнеупорной футеровке. залитой в цилиндрический кожух из жаропрочной стали. расположенный коаксиально внутри облицовки нижнего патрубка.Мягкая огнеупорная прокладка может быть прикреплена частично к облицовке и частично к краю вогнутого основания. Она также может быть прикреплена.частично во внутреннем гнезде цилиндрического кожуха и частично на огнеупоре. Согласно одному из вариантов она может быть также прикреплена частично к огнеупору и частично в гнезде. ограниченном верхней частью кожуха и кольцом. приваренным внутри облицовки броней.Согласно второму варианту выполнения воздухоподвода вогнутые основанияобоих сферических шарнирных соединенийпредусмотрены соответственно на обоих противоположных концах трубчатого центрального элемента. в то время как выпуклые шаровые цапфы предусмотрены на верхнем патрубке и на нижнем патрубке.Другие особенности и характеристики выявятся из описания нескольких вариантов выполнения. представленных ниже.На фиг. 1 представлен схематичный вид в аксиальном разрезе обычного воздухоподвода согласно патенту США М 3766867 на фиг. 2 вариант выполнения нижнего шарнирного соединения воздухоподвода согласно фиг. 1 на фиг. 3 схематически представлены элементы шарнирного соединения воздухоподвода согласно заявке ФРГ М 2218331 на фиг. 4 и 5 в сопоставлении и в аксиальном разрезе сферическое шарнирное соединение согласно изобретению на фиг. 6 схематически представлен способ получения кожуха из жаростойкой стали для шаровой цапфы шарнирного соединения согласно изобретению на фиг, 7 схематически представлен аксиальный разрез через вертикальное сечение первого варианта выполнения воздухоподвода согласно изобретению на фиг. 8 схематический вариант выполнения нижнего шарнирного соединения воздухоподвода согласно фиг. 7 на фиг. 9 11 схематически показаны различные фазы изготовления огнеупора элементов воздухоподвода согласно фиг. 7 на фиг. 12 вид. аналогичный виду на фиг. 7,второго варианта выполнения воздухоподвода согласно изобретению на фиг. 13-15 различные варианты выполнения нижнего шарнирного соединения воздухоподводасогласно фиг. 12 на фиг. 16-18 - схематиче ски различные фазы изготовления огнеупора элементов воздухоподвода согласно фиг. 12 на фиг. 19 схематический третий вариант выполнения воздухоподвода согласно изобретению на фиг. 20 22 - схематически показаны различные фазы изготовления огнеупора воздухоподвода согласно фиг. 19 на фиг. 23 схематически показан четвертый вариант выполнения воздухоподвода согласно изобретения на фиг. 24-26 схематически показаны различные фазыИзвестный воздухоподвод. изображенный на фиг. 1 под цифрой 20. связывает главный кольцевой трубопровод 22, выполненный вокруг доменной печи. с ее стенкой 24. Этот воздухоподвод имеет прямолинейное косое сечение. образованное центральным трубчатым элементом 26. шарнирно соединенным верхним концом с патрубком28. закрепленным на штуцере кольцевого трубопровода 22. а нижним концом с патрубком 30. который посажен с помощью фланца на колено 32. Колено 32 продолжено соплом 34. конец которого шарнирносоединен с фурмой 36. закрепленной в стенке 24 печи. Верхние 38 и нижние 40 шарнирные соединения между центральным трубчатым элементом 26 и патрубками 28 и 30 представляют собой универсальные шарнирные соединения. позволяющие относительные перемещения между кольцевым трубопроводом 22 и стенкой 24 печи. Герметичность в месте шарнирных соединений 38 и 40 обеспечивается компенсаторами 44 и 46 сильфонного типа. закрепленными соответственно на трубчатом элементе 26 и на смежных патрубках 28 и 30. Механическая стабильность обеспечивается карданными шарнирными соединениями 48 и 50. также соединяющими центральный элемент 26 со смежными патрубками 28 и 30. Все зти злементы воздухоподвода выполнены из наружной стальной облицовки 52. футерованной изнутри огнеупорной футеровкой 54, через которую проходит канал 56 для прохода подогретого воздуха.Каждое из шарнирных соединений 38 и 40 образовано выпуклой частью. называемой ниже шаровой цапфой. и вогнутой частью- называемой далее вогнутым основанием. В верхнем шарнирном соединении 38 шаровая цапфа является частью верхнего патрубка 28 и проникает в вогнутое основание. образованное верхним концом центрального элемента 26. Нижняя часть последнего образует шаровую цапфу шарнирного соединения 40 и проникает в вогнутое основание. образованное верхней частью нижнего патрубка 30.В варианте выполнения на фиг. 1 шаровая цапфа шарнирного соединения 40 является составной частью центрального элемента 26, то есть его огнеупорная футеровка проходит без промежутка от верхнего конца до наконечника шаровой цапфы. Эта конструкция центрального элемента 26 облегчает его изготовление по сравнению с вариантом. изображенным на Фиг. 2. где шаровая цапфа отделена от остальной части центрального элемента и подсоединена к нему на уровне фланца. предусмотренного для крепления кардана 503. Вариант. изображенный на фиг. 2. обладает тем преимуществом. что позволяет отдельную разборку нижней части. образованной патрубком 30 и шарнирным соединением 40 а. или верхней части. образованной остальной частью центрального элемента 26 и верхним шарнирным соединением 38 с патрубком4 28. Необходимо отметить. что верхнее шарнирное соединение 38 обязательно должно быть выполнено согласно фиг. 2 с тем, чтобы иметь возможность отделить воздухоподвод от кольцевого трубопровода 22.На фиг. 3 иллюстрируется вариант изветного выполнения шарнирного соединения. который отличается существенно от варианта на фиг. 1 тем. что шарнирные соецинения являются сферическими. как показано стыком между шаровой цапфой 58 и вогнутым основанием патрубка 30. В этом варианте выполнения шаровая цапфа 58 также отделена от центрального элемента 26 (как на фиг. 2). Выполнение согласно фиг. 1 также возможно.Другое отличие по отношению к варианту выполнения на фиг. 1 заключается в размещении мягких прокладок в месте шарнирного соединения. Одно уплотнение 62. например. из керамических волокон включено в состав огнеупора вогнутого основания 60 и закрывает проход между вогнутым основанием 60 и наконечником шаровой цапфы 58. Другое уплотнение 64. также из керамических волокон. расположено в кольцевом пространстве между нижним концом металлического кожуха 68 шаровой цапфы 58 и цилиндрическим штуцером компенсатора 44. Уплотнение 64 зажато между краем вогнутого основания 60 и периферийным кольцом 66. наваренным на кожух 68.Уплотнения 62 и 64 главным образом нужны для предотвращения или уменьшения проникновения горячего воздуха внутрь компенсатора 44 с тем. чтобы лучше защитить его от повышенных температур. Когда шаровая цапфа 58 испытывает осевое смещение по отношению к патрубку 30. нижний край кожуха 68 может расплющить уплотнение 64 с одной стороны. тогда как с противоположной стороны кольцо 66 имеет тенденцию сжимать уплотнение 64 в аксиальном направлении. Учитывая то. что зти огнеупорные уплотнения не обладают эластичностью. возникает опасность их необратимой деформации из-за этих движений,что снижает их эффективность. уУстройство согласно фиг. 3 имеет другой недостаток. связанный с тем. что кожух 68 из жаростойкой стали проходит только до края цилиндрической части шаровой цапфы 58. Огнеупорный наконечник шаровой цапфы 58 в связи с этим быстро заполняется микротрещинами, которые являются причиной быстрого износа и разрыва наконечника шаровой цапфы. Отсутствие поддержки огнеупора наконечника шаровой цапфы 58радиуса кривизны К. чтобы предотвратить чрезмерное заострение этого выпуклого наконечника, не поддерживаемого кожухомсоздания режущей кромки между цилиндрической частью и выпуклой частью кожуха 68. которая создает опасность расплющивания уплотнения 64 при угловых движениях шаровой цапфы. Каждая из Фиг. 4 и 5 показывает половину шарнирного соединения согласно изобретению. при этом фигуры сближены так,чтобы показать цельное шарнирное соединение. левая часть которого изображает вариант с шаровой цапфой. отдельной от центрального сегмента. а правая вариант. при котором шаровая цапфа является частью центрального сегмента.На фиг. 4 и 5 показано, что шаровая цапфа 70 (70 а) полностью охвачена своим кожухом 72 (72 а) из жаростойкой стали. который доходит до основания шаровой цапФы вокруг ее выпуклого сечения. Изготовление такого огнеупорного кожуха 72 (72 а) из одной детали с выпуклым сечением возможно с помощью остроумного способа изготовления. подробно поясненного ниже. По сравнению с фиг. 3 шаровая цапфапо изобретению имеет меньший радиус кри визны. порядка величины половины диаметра сегментов воздухоподвода. что улучшает ее подвижность. Прокладка 74. например.у из керамических волокон предусмотренамежду шаровой цапфой 70 (70 а) и огнеупором патрубка 76. Эта прокладка. например. может быть наклеена на облицовку броней патрубка 76 между двумя удерживающими кольцами 78. 80. Прокладка 74 полностьюцапфы и проходит по большей части ее выпуклого участка. Если воздухоподвод предназначен для приспособления к максимальному отклонению от оси на 7. то шаровая цапфа может отклоняться на 3.5 пообе стороны от нейтрального своего положения на фигурах. что проиллюстрировано в углах а иВо время такого поворота до конечного положения прокладка 74 всегда образует плотную подушку герметичности. не будучи сжатой шаровой цапфой благодаря тому. что ширина щели остается постоянной в процессе относительных перемещенииТеперь рассмотрим со ссылкой на фиг. б способ. предложенный изобретением для изготовления кожуха шаровой цапфы из жаростойкой стали. С этой целью используют цилиндрическую трубу 82 из жаростойкой стали. которая может быть снабжена небольшим фланцем 84 по периферии. еслифиг. 4. Со стороны. противоположной фланцу 84. по всей окружности с равными интерьалами выполняют вырезы 86 по бразующей. с глубиной. соответствующей шине выпуклого участка изготовляемой шаювой цапфы. Вырезы 86 образуют язычки 8. идентичные друг другу. Язычки 88 затем этгибают к оси трубы 82 до полного закрыия вырезов 86 с целью образования сферипеского купола. имеющего по центру пверстие 90. образованное передними гратями 92 язычков 88. размещенными рядом эдна с другой. Это загибание язычков 88 может быть выполнено в литейной форме со Ферическим дном. Изготовление кожуха 72 затем завершается путем сварки различных язычков 88 друг с другом по всей длине вырезов.На фиг. 7 изображен первый вариант выполнения наклонного сечения воздухоподвода с двумя сферическими тиарнирными соединениями 94 и 96. идентичными друг другу. каждое из которых содержит шаровую цапфу. заключенную в кожух из жаростойкой стали, полученную. согласно способуюписанному применительно к фиг. б. На фиг. 7 также как и на последующих фигурах. не изображены в целях упрощения средства механической стабилизации шарнирных соединений 94 и 96. которые известны. например карданные шарнирные соединения или тяги. .На фиг. 8 иллюстрируется описанный выше вариант, согласно которому шаровая цапфа нижнего шарнирного соединения 963 отделена от центрального трубчатого элемента 98 а.В обоих вариантах выполнения (фиг. 7 и 8) герметичное соединение между центральным элементом 98 и нижним патрубко 100 осуществляется через посредство фланца 102 на верхнем конце кожуха шаровой цапфы. Центральный элемент 98 содержит также верхний фланец 104 за компенсатором верхнего шарнирного соединения 94 для закрепления на штуцере неизображенного кольцевого трубопровода. ц В варианте выполнения на фиг. 7 фланцы 102 и 104. кроме того. необходимы для обеспечения возможности изготовления в отдельности всех трех элементов. то есть центрального элемента 98. нижнего патруб ка 100 и верхнего патрубка 106. которыйпросто образован шаровой цапфой сферического шарнирного соединения 94.На фиг. 9 иллюстрируется изготовление огнвупора шаровой цапфы. С этой целью кожух 72. изготовленный согласно способу,