Изделие

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 0d0274 (21) 2001380/29-33 (5t)M. КЛ.

3 (32) 09,0273

160473 (33)Франция (23) Приоритет (31) 7304667

7313733

G 05 D 15/00

G D 23/00

Н 02 N 4/20

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 230981. Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 2309.81 (53) УДК 538 ° 4 (088. 8) Иностранцы

Пьер Десклев и Жан-Клод Меньен (Франция) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма . Групман Атомик Альзасьен Атлантик (Франция) (71) Заявитель (54 ) ИЗДЕЛИЕ

Изобретение относится к элементам оборудования применяемого в цветной

1 металлургической промышленности, в частности к насосам для перекачки жидких расплавленных металлов, корпуса которых подвергаются тепловым ударам при погружении и извлечении, их из расплава.

Известно изделие, преимущественно корпус насоса, подвергаемое повторяющимся тепловым ударам при неоднократном погружении его в жидкую среду, например в расплав алюминия (1 .

Недостаток этого иэделия состоит в том, что когда изделие, изготовленное из керамического материала, обладающего большой энергией поверхностного разрушения, малым коэффициентом теплопроводности, малым модулем упругости и низким коэффи.циентом Пуассона, погружают в высокотемпературную жидкую среду, например в расплав алюминия, мгновенно происходит резкий скачок температуры в тонком поверхностном слое этого блока. В соответствии со свойствами материала, этот поверхностный слой под действием тепла стремится расшириться, тогда как остальная внутренняя масса керамического блока изделия продолжает сохранять первОначальную температуру, поскольку этот слой составляет часть керамического блока, то этот поверхностный слой, являясь частью блока изделия, не может отойти в сторону от него, поэтому он подвергается сжатию, которое может иметь большие значения. К тому же, когда изделие извлекается из высокотемпературной среды и погружается в среду со значительно более низкой температурой, происходит поверхностное охлаждение, вызывающее растягивающие усилия, ограниченные внешним. слоем. Известнб, что эти чередующиеся усилия сжатия и растяжения порождают трещины.

Это явление, очевидно, будет тем более заметно, чем менее теплопроводен используемый материал и чем ниже его сопротивление сжатию и растяжению. Именно это происходит в случае, когда изделия изготавливаются из огнеупорного низкопроводя" щего материала, например иэ керамики. Это явление будет иметь место также и в корпусах насосов, имеющих керамическую облицовку, которые

30 используются при работе с расплав

867330 ленными металлами, и в которых огне- упорный низкопроводящий материал облицовки выполняет роль тепловой защиты.

Цель йзобретения — повышение срока службы изделия.

Указанная цель достигается тем, что в изделие преимущественно в корпусе насоса, подвергаемое повторяющимся тепловым ударам при неоднократном погружении его в жидкую среду, например в расплав алюминия, и выполненное из огнеупорного материала, íà его поверхностях выполнены прорези, заполненные огнеупорным материалом, более сжимаемым чем само изделие. С целью снижения концентрации напряжения, каждая прорезь внутри иэделия заканчивается цилиндрическим каналом.

Кроме того, прорези заполнены войлоком, а также-волокнами из окиси алюминия или кремнезема или из их смесей.

Существует несколько видов выполнения прорезей на поверхностях, т.е. несколько методов защиты изделия от разрушения.

Первый метод защиты изделия, т.е. корпуса насоса, состоит в нарезании в массе огнеупорного материала„ периодически расположенных прорезей канавок дополняемых, в случае необходимости, второй сетью канавок, перпендикулярных предыдущим канавкам, для создания прямоугольных площадок, разделенных канавками. Эти канавки заполняются ватой или войлоком, изготовленными из очень тонких компактных волокон огнеупорного материала.

Второй метод защиты изделия состоит в покрытии гладкой поверхности огнеупорного изделия не прилегающими друг .к другу пластинами, изготовленными из огнеупорного материала менее плотного, чем материала основы, и обладающего поэтому меньшей теплопроводностью. Эти пластины связаны с огнеупорным материалом основы мастикой, составленной из отлитых огнеупорных волокон, связанных неорганической связующей и керамической связующей в виде жидкости или пасты. Прорезь канавки, образуемая интервалом между пластинами, заполняется как и в предыдущем методе ватой или войлоком из огнеупорного волокна. Эта набивка обеспечивает двойную защиту с одной стороны, она не позволяет горячей жидкости входить в тепловой контакт с ниже лежащем слоем и, с другой стороны, она защищает от контакта с этой жидкостью мастику, которая закрепляет пластины и которая может реа« гировать с жидкостью.

Известно, что магнитогидродинами35 ческие насосы для коррозионных расплавленных. металлов, в которых корпус насоса изготавливается из огнеупорных материалов, образован из некоторого числа пластин, через ко40 торые проходит тРубопровод для жидкого металла и в котором устроены различные гнезда для проводов магнитных цепей. Эти пластины из огнеупорного материала обеспечивают защиту магнитных цепей от корроэион45 ного действия расплавленных металлов и позволяют удерживать магнитные цепи ниже точки Кюри благодаря низкой теплопроводности используемых огнеупорных материалов.

50 Таким образом, корпус такого насоса снаружи выглядит как наложение нескольких пластин из огнеупорного материала (фиг. 1), где на изображе-. нии удалены все внутренние части эа

54 исключением вертикального трубопро вода для жидкого металла.

60 б5

5 !

О

Третий метод изготовления структуры - состоит в комбинировании вышеперечисленных методов и в нарезании в каждом керамическом элементе, обрабатываемом для предохранения от теплового удара, одного или нескольких рядов прорезей, в зависимости от природы предохраняемой поверхности, затем в выполнении соответствующих свеолений в концах прорезей, расположенных ближе к центру, и, наконец в заполнении прорезей и сверлений набивкой из ваты Или войлока из огнеупорных волокон..

В некоторых случаях оказывается более выгодным, чтобы прорезь заканчивалась просто более или менее заметным закруглением для того, чтобы не ослабить механическую прочность изделия, значительно уменьшая вероятность появления эоны прерывистости на основании прорези.

Изобретение поясняется на примере электромагнитного насоса, который предназначен для перекачки погружаемому в активный расплавленный металл, например алюминий.

На фиг. 1 схематически изображен вид спереди на наружную поверхность корпуса магнитогидродинамического насоса, обработанную в соответствии с двумя первыми методами; на фиг.2 нижняя пластина корпуса насоса, вариант обработки согласно третьему методу.

Последовательные пластины из огнеупорного материала 1, 2, 3 и 4 образуют корпуса насоса, в котором частями 5, 6,7 и 8 представлены только элементы канала для расплавленного материала.

Нижняя пластина 1, соприкасающаяся с расплавленным металлом своим основанием и боковой поверхностью, 867330 обрабатывается на боковой и нижней поверхностях.

Эта пластина 1 перевернута для того, чтобы лучше были видны прорези, нанесенные на этих двух поверхностях. Видно,что на основании выполнены радиальные прорези 9 ° Эти прорези оканчиваются на канале 5, куда они проникают на некоторую глубину.

На боковой поверхности пластины

1, которая также соприкасается с жидким металлом, видны прорези 10, которые продолжают прорези 9, нанесенные на основании. Таким образом, все прорези являются радиальными.

Пластина 2 несет на своей боковой поверхности прорези. 11 и т.д. Эти прорези также являются радиальными.

Верхняя и нижняя поверхности этой пластины не соприкасаются с жидким металлом. Поэтому эти поверхности не имеют прорезей.

Боковые прорези этих двух пластин закруглены у своих концов, чтобы избежать образования зон резких перепадов.

Согласно второму методу защиты изделия, к поверхности жаростойкого корпуса изделия приклеивают пластин ки, изготовленные из менее плотного жаростойкого материала, чем материал основы, но обладающего таким же коэффициентом расширения.

На фиг. 1 такие пластины наложены на пластину 3. Они представлены позициями 12 и разделены канавками

13 и 14 °

Пластинки изготовлены из керамики такого же состава, что керамика, окружающая насос, но значительно меньшей плотности и обладающие более высокими изолирующими свойствами, чем керамика корпуса насоса, а.также более высоким сопротивлением к тепловым ударам, чем материал основы.

Механические свойства этих пластинок ниже механических свойств керамики, поддерживающей их, но эти пластинки играют роль только тепловой защиты, поэтому они не нуждаются в особых механических свойствах. Клей для этих пластинок изготавливается путем тонкого измельчения смеси волокон окиси алюминия и кремния и последующего введения неорганического и керамического связующего приобретая вид пасты или жидкости. Однако такоЕ связующее недостаточно стойко к воздействию разъедающих расплавленных металлов.

Поэтому для защиты необходимо заполнить канавки, щели и сверления средством, непроницаемым для жид» кого металла, и легко сжимаемым для того, чтобы не противодействовать расширению внешнего, обработанного таким образом, слоя корпуса насоса.

На фиг. 2 изображена нижняя пластина 1 насоса, которая обработана согласно третьему, методу, не позволяющему уменьшить напряжение после теплового удара.

Две поверхности, которые соприкасаются расплавленным металлом, являются теми же, что и в предыдущем случае (боковая поверхность и основание, представленное на этот раз снизу пластины, поскольку она paci0 положена в обычном своей положении).

Радиальные сверления 15 выполняют соединяя их с центральным каналом 5.

Затем эти сверления продлеваются до основания, находящегося в постоян15 ном контакте с расплавленным металлом, посредством прорезей 16. Таким образом, прорези 16 оканчиваются радиальными сверлениями, обеспечивающими защиту пластины от механи2р ческих сил, возникающих при распространении тепла от основания насоса вверх.

Боковая защита пластины 1 выполнена как и прежде (фиг. 1) с верти2S кальными сверлениями 17, параллельными оси насоса, выходящими наружу через прорези 18.

Эти сверления и прорези расположены в пластине 1 симметрично, каждое сверление параллельно оси лежит в

ЗО плоскости биссектрисы двухгранного угла, образованного прорезями 16.

При расположении, когда каждая прорезь заканчивается цилиндрическим каналом, обеспечивается, такое распЗ5 ределение внутренних напряжений, при котором растрескивание действительно становится маловероятным.

Прорези и сверления также заполняют веществом, непроницаемым по от4р ношению к расплавленному металлу. удобно испольэовать известную смесь волокон окиси алюминия и кремния, изготовленную в виде ваты или войлока, которой осуществляют набивку этих прорезей и сверлений.

Такая набивка не смачивается жидким металлом. Поэтому жидкий металл не проникает в прорези и не входит в соприкосновение с внутренним керамическим слоем, и таким образом обеспечивает полную защиту насоса.

Корпус насоса, выполненный с защитой, испытывался путем резкого погружения в расплавленный алюминий на 60 мин, затем быстро извлекался

55 и охлаждался в воздушном потоке в течение 60 мин. Эта операция повторялась 50 раз, при этом не появилось ни малейших изменений внешнего вида .керамического блока насоса.

d0

Формула изобретения

1. Изделие, преимущественно кор.пус насоса,.подвергаемое повторяю65 щимся тепловым ударам при неодно867330 кратном погружении его в жидкую среду, на например, в расплав алюминия, выполненное из огнеупорного матеи вы с я риала, о т л и ч а ю щ е е с тем, ч чтО с целью повышения срока служ ы жбы изделия, на его поверхностях выполнены прорези, заполненные огнеупорным материалом, более сжимаемым„ чем материал изделия.

2. Изделие по и. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью снижения концентрации напряжения, каждая прорезь внутри иэделия заканчивается цилиндрическим каналом.

3. Изделие по п. 1, о т л ич ающе щ е е с я тем, что прорези заполнены войлоком.

4. Изделие по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что прорези заполнены воло олокнами из окиси алюминия или из кремнезема или из их смесей.

Источники информации, принятые нятые во внимание при экспертиз

1. Патент СССР Р 434679, кл. Н 02 N 4/20, 1972.

ВНИИПИ Заказ 8130(86

Тираж 943 Подписное

Филиал ППП "Патент", r,Óæãoðîä, ул. Проектная, 4