Изделие

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ Союз Советских Социалистических Республик(31) 73046677313733 С 05 0 15/00С; 05 О 23/00Н 02 М 4/20 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(088. 8) Иностранцы Пьер Десклев и Жан-Клод Меньен(72) Авторы изобретения Иностранная фирма.Групман Атомик Альзасьен Атлантик(54 ) ИЗДЕЛИЕ Изобретение относится к элементам оборудования применяемого в цветной 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 блокаизделия продолжает сохранять первОначальную температуру, посколькуэтот слой составляет часть керамического блока, то этот поверхностныйслой, 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 средыи погружается в среду со значительно более низкой температурой, происходит поверхностное охлаждение,вызывающее растягивающие усилия,ограниченные внешним. слоем. Известнб,что эти чередующиеся усилия сжатияи растяжения порождают трещины.Это явление, очевидно, будет темболее заметно, чем менее теплопроводен используемый материал и чемниже его сопротивление сжатию ирастяжению. Именно это происходитв случае, когда изделия изготавливаются из огнеупорного низкопроводя"щего материала, например иэ керамики. Это явление будет иметь местотакже и в корпусах насосов, имеющихкерамическую облицовку, которые 30 используются при работе с расплавленными 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 неодно" кратном погружении его в жидкую среду, например в расплав алюминия, и выполненное из огнеупорного материала, на 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 поверхностиогнеупорного изделия не прилегающимидруг .к другу пластинами, изготовленными из огнеупорного материаламенее плотного, чем материала основы, и обладающего поэтому меньшейтеплопроводностью. Эти пластинысвязаны с огнеупорным материаломосновы мастикой, составленной изотлитых огнеупорных волокон, связанных неорганической связующей и керамической связующей в виде жидкостиили 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 жидкостивходить в тепловой контакт с нижележащем слоем и, с другой стороны,она защищает от контакта с этойжидкостью мастику, которая закрепляет пластины и которая может реагировать с жидкостью, Известно, что магнитогидродинами ческие насосы для коррозионныхрасплавленных. металлов, в которыхкорпус насоса изготавливается изогнеупорных материалов, образован изнекоторого числа пластин, через ко торые проходит трубопровод для жидкого металла и в котором устроеныразличные гнезда для проводов магнитных цепей. Эти пластины из огнеупорного материала обеспечиваютзащиту магнитных цепей от корроэион ного действия расплавленных металлови позволяют удерживать магнитныецепи ниже точки Кюри благодаря низкой теплопроводности используемыхогнеупорных материалов.50 Таким образом, корпус такого насоса снаружи выглядит как наложениенескольких пластин из огнеупорногоматериала (фиг. 1), где на изображе;нии удалены все внутренние части эа 55 исключением вертикального трубопровода для жидкого металла. 60 б 5 5 О 15 20 25 30 Третий метод изготовления структурысостоит 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 сверлений в концах прорезей, расположенных ближе к центру, и, наконец в заполнении прорезей и сверлений набивкой из ваты Или войлока из огнеупорных волоконВ 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,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 9Эти 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 пластинки, 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 14Пластинки 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 обработанасогласно третьему, методу, не позволяющему уменьшить напряжение послетеплового удара.Две поверхности, которые соприкасаются расплавленным металлом,являются теми же, что и в предыдущемслучае (боковая поверхность и основание, представленное на этот разснизу пластины, поскольку она рас положена в обычном своей положении).Радиальные сверления 15 выполняютсоединяя их с центральным каналом 5.Затем эти сверления продлеваютсядо основания, находящегося в постоян ном контакте с расплавленным металлом, посредством прорезей 16. Такимобразом, прорези 16 оканчиваютсярадиальными сверлениями, обеспечивающими защиту пластины от механи ческих сил, возникающих при распространении тепла от основания насосавверх.Боковая защита пластины 1 выполнена как и прежде (фиг. 1) с верти кальными сверлениями 17, параллельными оси насоса, выходящими наружучерез прорези 18.Эти сверления и прорези расположены в пластине 1 симметрично, каждоесверление параллельно оси лежит в З 0 плоскости биссектрисы двухгранногоугла, образованного прорезями 16.При расположении, когда каждаяпрорезь заканчивается цилиндрическимканалом, обеспечивается, такое распЗ 5 ределение внутренних напряжений,при котором растрескивание действительно становится маловероятным.Прорези и сверления также заполняют веществом, непроницаемым по от ношению к расплавленному металлу.Удобно испольэовать известнуюсмесь волокон окиси алюминия и кремния, изготовленную в виде ваты иливойлока, которой осуществляютнабивку этих прорезей и сверлений.Такая набивка не смачивается жидкимметаллом. Поэтому жидкий металлне проникает в прорези и не входитв соприкосновение с внутренним керамическим слоем, и таким образомобеспечивает полную защиту насоса.Корпус насоса, выполненный с за"шитой, испытывался путем резкогопогружения в расплавленный алюминийна 60 мин, затем быстро извлекался 55 и охлаждался в воздушном потокев течение 60 мин. Эта операция повторялась 50 раз, при этом не появилось ни малейших изменений внешнеговида .керамического блока насоса.60Формула изобретения 1. Изделие, преимущественно корпус насоса,.подвергаемое повторяю щимся тепловым ударам при неодно867330 кратном погружении его в жидкуюсреду, например, в расплав алюминия,и выполненное из огнеупорного материала, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения срокаслужбы изделия, на его поверхностяхвыполнены прорези, заполненные огнеупорным материалом, более сжимаемымчем материал изделия. аказ 8130/ ПодписноВНИИП тираж П "Патент",ул. Проектная,4 илиал ,Ужго 2. Изделие по п. 1, о т л щ е е с я тем, что, с целью ния концентрации напряжения,прорезь внутри иэделия заканчиваетсяцилиндрическим каналом,3. Изделие по п. 1, о т лич а ю щ е е с ятем, что прорезизаполнены войлоком.4. Изделие по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что прорезизаполнены волокнами из окиси алюминияили из кремнезема или из их смесей.Источники информации,и ч а ю- приняинятые во внимание при экспертиз1. Патент СССР Р 434679,снижекл. Н 02 И 4/2 0 1972.