Пристрій відображення зношування в системі з’єднання з вогнетривких керамічних цеглин

Реферат: Винахід належить до пристрою відображення зношування в системі з'єднання з вогнетривких керамічних цеглин. UA 112392 C2 (12) UA 112392 C2 UA 112392 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід відноситься до пристрою відображення зношування в системі з'єднання з вогнетривких керамічних цеглин. Вогнетривкі керамічні цеглини застосовуються протягом десятиліть для облицювання промислових високотемпературних агрегатів, наприклад печей. Рівень техніки й винахід роз'яснений нижче більш докладно на основі металургійної плавильної посудини. Така металургійна плавильна посудина, наприклад проміжний ківш або ливарний ківш (англійською: ladle), служить для приймання, обробки та подальшої передачі металевих розплавів. Посудина сама по собі, як правило, має металевий кожух, що захищений завдяки вищезгаданому облицюванню з вогнетривких керамічних цеглин, щонайменше, в області днища й стінки. Вогнетривкі керамічні цеглини піддаються тепловому, механічному й металургійному зношуванню. Для надійності посудини є важливим, щоб захисна функція відносно кожуха була стовідсотковою, аби уникнути небезпеки неконтрольованого виходу розплаву. В той самий час, користувач установки прагне зберегти вогнетривку футеровку якомога довше до її ремонту або заміни, з метою скорочення, по можливості, простоїв і витрат. Рішення щодо необхідності/часу проведення ремонту або ж необхідності/часу проведення заміни на сьогоднішній час здійснюється у значній мірі на основі візуальної оцінки установки персоналом, що її обслуговує. Були спроби реєструвати стан зношування футеровки (вогнетривких цеглин) за допомогою вимірювальних приладів. Ці вимірювальні прилади мають розташовуватись, у такому випадку, в межах вогнетривкого облицювання, і є здебільшого недостатньо стійкими до температури та, крім того, дорогими. Тому в основі винаходу лежить мета: надати можливість повідомляти простим способом про знос в системі з'єднання з вогнетривких керамічних цеглин. Для досягнення цієї мети винахід походить із наступного міркування. Пристрій відображення зношування повинен бути розташованим у межах видимого вогнетривкого облицювання. Внаслідок високих температур, які там панують, пристрій відображення зношування повинен складатися з відповідного стійкого до температури матеріалу. Найпростіше та найефективніше рішення цієї проблеми полягає у виробництві пристрою відображення зношування з того ж самого матеріалу, з якого складається вогнетривке облицювання. Оптимізація цих ознак може бути досягнута, якщо пристрій відображення зношування є складовою частиною вогнетривкої футеровки, тобто, сам і виконує функцію вогнетривкого облицювання. Для виконання функції пристрою відображення зношування, конструктивні елементи пристрою відображення зношування повинні геометрично відрізнятися від інших цеглин облицювання. Воно не має неминуче відноситись до всієї геометрії конструктивного елементу. Даний підхід є важливим у тій мірі, що відмінна геометрія конструктивних елементів пристрою зношування повинна бути впізнана при досягненні стану зношування, про який повідомляється. Іншими словами: звичайна футеровочна цеглина стінки металургійної посудини задається, як правило, за зазначеним нижче зразком: Цеглина має гарячу сторону, тобто, сторону, яка сусідить із металевим розплавом, і холодну сторону, тобто, сторону, яка сусідить із металевим кожухом посудини. Довжина цеглини (нижче спрощено: в Y-напрямку координатної системи) задає відстань між гарячою стороною й холодною стороною. Завдяки зношування ця відстань скорочується в Y-напрямку, аж до критичного розміру (розміру зношування), який повинен бути розпізнаваний. Ідея винаходу полягає в тому, щоб зробити геометрію конструктивних елементів пристрою зношування чітко помітною в порівнянні з геометрією сусідніх регулярних цеглин футеровки найпізніше по досягненню критичного розміру зношування. Тоді знос може бути розпізнаний візуально обслуговуючим персоналом, оскільки відповідний ступінь зміни геометрії відповідає заданому ступеню зношування. У його найзагальнішому варіанті впровадження, винахід належить до пристрою відображення зношування в системі (для системи) з'єднання з вогнетривких керамічних цеглин, що має наступні ознаки: - пристрій відображення зношування складається з комплекту, в який входять щонайменше два вогнетривкі керамічні конструктивні елементи, - кожний конструктивний елемент має щонайменше одну поверхневу ділянку з тривимірним профілюванням,до того ж, профілювання сполучених поверхневих ділянок сусідніх конструктивних елементів доповнюють одна одну з геометричним замиканням, 1 UA 112392 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - у напрямку зношування конструктивних елементів профілювання проходять або тільки по частковій довжині, або з різною геометрією, або тільки по частковій довжині та з різною геометрією. Напрямок зношування (Y) відповідає по суті напрямку, який простирається нормально до внутрішнього торця вогнетривкого облицювання або ж нормально до відповідної стінки печі. Насамперед, у металургійних посудинах, які мають по суті футеровку у формі циліндра, запропоноване виконання щонайменше одного конструктивного елемента таким чином, що він має на ділянці, яка зношується, меншу поверхню поперечного перерізу, а ніж на ділянці, яка співвіднесена холодному краю конструктивного елемента. Альтернатива полягає у зміні орієнтації конструктивного елемента між гарячим кінцем і холодним кінцем, наприклад, у виконанні конструктивного елемента на гарячому кінці з орієнтованим по суті в Z-напрямкові поперечним перерізом (тобто, вузьким в X-напрямку та довгим в Z-напрямку координатної системи), у той час як поперечний переріз на холодному кінці має найбільшу довжину в Х-напрямку. Це може бути здійснено, наприклад, за допомогою однобічного або двобічного виступу ділянки конструктивного елемента на холодному кінці в Хнапрямку стосовно ділянки конструктивного елемента, який сусідить із гарячим кінцем. Така зміна поперечного перерізу, який відповідає зміні профілювання, зрозуміло, повинна бути виразною настільки, що обслуговуючий персонал без перешкод зможе візуально розпізнати змінену геометрію. Згадане профілювання може бути розподілене на дві групи, а саме: профілювання, що виступає вперед відносно сусідніх поверхонь (англійською: male parts), і профілювання, що є зануреним відносно сусідніх поверхонь (англійською: female parts). При цьому задані за допомогою профілювань мінімальні або ж максимальні поверхні повинні відрізнятися щонайменше на 10 %, переважніше на 20 % або на 30 %, від поверхневих ділянок конструктивного елемента, що розташовуються в Y-напрямку перед ними або за ними. Профілювання можуть бути побудовані з різними геометріями, наприклад, геометріями із групи: перемичка, уступ, шип, штифт, ребро, піраміда, зуб пилки, отвір, канал, паз, призма, дуга кола, еліпс. Кожне окреме профілювання може бути виконане таким чином, що воно у напрямку зношування (Y) збільшується в напрямку (Χ, Ζ) перпендикулярно напрямку зношування (Y). Наприклад, при подібному перемичці профілюванні, що тягнеться в Y-напрямку, перша ділянка у напрямку зношування може бути виконана із площею а поперечного переріза, а ділянка, що примикає до нього із площею а поперечного переріза, яка відповідає Fa; причому F може мати щонайменше значення 1,1, переважніше 1,2 або 1,3, однак найкраще - значення щонайменше 2, або 3, або 4. Протилежне профілювання, яке в напрямку зношування (Y) зменшується в напрямку (Χ, Ζ) перпендикулярно напрямку зношування (Y) також можливе. Щонайменше один з конструктивних елементів може змінювати в напрямку зношування (Y) свою ширину (в Х-напрямку). У такому випадку це проводиться, насамперед, перпендикулярно напрямку зношування (Y). Це може бути зроблено незалежно або одночасно з утворенням профілювання. Також можливий варіант провадження, у якому щонайменше один конструктивний елемент змінює у напрямку зношування (Y) свою висоту (в Z-напрямку) перпендикулярно напрямку зношування (Y). Кожна з цих змін повинна, перевищувати вихідну величину щонайменше на 10 %, переважніше на 20 % або на 30 %, однак найкраще - щонайменше дворазово, триразово або чотириразово. Пристрій відображення зношування може складатися із двох конструктивних елементів, що взаємодіють один з одним, причому, тільки один конструктивний елемент повинен утворювати необхідний пристрій відображення зношування, у той час як інший конструктивний елемент служить лише для з'єднання з геометричним замиканням з іншим конструктивним елементом таким чином, щоб забезпечити можливість вбудовування комплекту щонайменше із двох конструктивних елементів у вогнетривку футеровку з геометричним замиканням. Комплект із трьох або більшої кількості конструктивних елементів також є можливим. Середній конструктивний елемент може бути обрамлений двома конструктивно ідентичними, дзеркально розташованими конструктивними елементами. Конструктивні елементи можуть розташовуватися, насамперед, вертикально один поверх іншого, або горизонтально один поруч з іншим. 2 UA 112392 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься, поряд з пристроєм відображення зношування, також до промислового агрегату, який облицьований вогнетривкими керамічними цеглинами і має щонайменше один пристрій відображення зношування зазначеного різновиду. При цьому, деякі з таких пристроїв відображення зношування також можуть розташовуватися в межах агрегату, наприклад, для повідомлення про різні стани зношування. Відомо, що в межах металургійної посудини різні області футеровки зазнають зношування різною мірою. Тому пропонується, у кожній із цих зон зношування розташовувати відповідний пристрій відображення зношування, який функціонує незалежно від інших пристроїв відображення зношування. Таким чином, агрегат містить кілька пристроїв відображення зношування різних конструктивних форм. Відмінність конструктивної форми може полягати в тому, що профілювання та/або поперечні перерізи конструктивних елементів пристрою відображення зношування виконані в напрямку зношування (Y-напрямок) на різних місцях. Інші ознаки винаходу є наслідком ознак додаткових пунктів формули винаходу, а також інших заявочних матеріалів. Винахід роз'яснений нижче більш докладно за допомогою різних варіантів реалізації. При цьому показано, у кожному випадку в суто схематичному зображенні: Фіг. 1: пристрій, що складається з трьох частин відображення зношування в перспективному зображенні в розібраному стані, Фіг. 2: перспективне зображення в розібраному стані другого варіанта здійснення, що складається із трьох частин пристрою відображення зношування, Фіг. 3: пристрій відображення зношування згідно фіг. 2 як складова частина вогнетривкої керамічної футеровки металургійної посудини, Фіг. 4: перспективне зображення в розібраному виді двучастинного пристрою відображення зношування. На кресленнях однакові або однаково діючі конструктивні елементи зображені з однаковими позначками-посиланнями. Фіг. 1 показує пристрій відображення зношування згідно до винаходу з трьох конструктивних елементів 10.1, 10.2, 10.3. Для ясності викладу наведена система координатних осей. Конструктивний елемент 10.2 на його торці S має форму хреста. Від середньої ділянки М, що простягається у Z-напрямку праворуч і ліворуч, в X-напрямку проходять по одному профілюванню Ρ із прямокутним поперечним перерізом. В Y-напрямку середня ділянка Μ розширюється у формі конусу в Y-напрямку. Подібне перемичці профілювання Ρ залишається незмінним в Х-напрямку, проте, розширюється в Zнапрямку догори й донизу у формі конусу, а саме, у кожному випадку, до уступу St1, який розділяє конструктивний елемент 10.2 в Y-напрямку приблизно у співвідношенні 2/3:1/3. Більш довга в Y-напрямку ділянка, яка простирається від торцевої поверхні аж до уступу St1, тобто, на гарячій стороні конструктивного елемента 10.2, утворює ділянку конструктивного елемента 10.2, який може зношуватися, у той час як менша, більш широка в Х-напрямку ділянка задає холодну сторону конструктивного елемента 10.2 і задає мінімальну залишкову товщину конструктивного елемента 10.2 (в Y-напрямку). На фіг. 1 розташовані ліворуч і праворуч конструктивні елемента 10.1 і 10.3 виконані з їх бічними поверхнями, які співвіднесені до конструктивного елемента 10.2, є сполученими з конструктивним елементом 10.2 таким чином, що конструктивні елементи 10.1, 10.2 і 10.2, 10.3 можуть бути скріплені з геометричним замиканням. Для конструктивних елементів 10.1 і 10.2 це показано шляхом зображення конструктивних елементів 10.2 і 10.3 в "розібраному" стані, що робить більш зрозумілими в кожному випадку сполучені профілювання. Наприклад, конструктивний елемент 10.3 має паз N, що сполучений профілюванню Ρ конструктивного елемента 10.2, а також аналогічний уступу St1 уступ St2. Варіант реалізації згідно фіг. 2 відрізняється від варіанта реалізації згідно фіг. 1 лише тим, що відсутні подібні перемичці профілювання Ρ конструктивного елемента 10.2 і, відповідним чином, пази N у конструктивних елементах 10.1 і 10.3. В іншому, побудова та функція пристрою відображення зношування є ідентичною. Комплект із конструктивних елементів 10.1, 10.2 і 10.3 може утворювати складову частину вогнетривкої футеровки металургійної посудини, яка зображена за допомогою фрагмента з боку стінки футеровки ливарного ковша на фіг. 3. Як ліворуч, так і праворуч від конструктивного елемента 10.3, поряд з конструктивним елементом 10.1, можна побачити також і звичайні футеровочні цеглини А. Таким чином, можна побачити, що конструктивні елементи 10.1, 10.2, 10.3 є вдвічі вищими (вертикально, в Z-напрямку координатної системи), ніж сусідні цеглини А футеровки. Можливо також, що конструктивні елементи (такі як 10.1, 10.2, 10.3) мають висоту або ширину, яка 3 UA 112392 C2 5 10 15 багаторазово, насамперед цілочисельно багаторазово, перевищує висоту або ширину нормальних футеровочних цеглин. Якщо футеровка витрачена (стерта) до зони зношування, що відзначена у вигляді хвилястої лінії V, то це розпізнається обслуговуючим персоналом без проблем, оскільки ширина b (в Хнапрямку) на гарячому кінці конструктивного елемента 10.2 збільшується до ширини В на холодному кінці конструктивного елемента 10.2. У варіанті реалізації згідно фіг. 4 швидкозношувана частина конструктивного елемента від торця S до області уступу St1 виконана у інший спосіб, а саме, трикутною у вертикальному розрізі так, що в цілому, для цієї ділянки отримуємо геометрію призми, до якої на холодній частині конструктивного елемента 10.2 приєднується ділянка із прямокутним поперечним перерізом. Досягання встановленої межі зношування може бути оптично виявлене, коли зношена цеглина 10.2 змінює свою геометрію із трикутної на прямокутну. У цьому пристрої відображення зношування, для комплекту зношення досить однієї-двох цеглин, що позначаються як 10.3, і геометрія яких виконана спільно з геометрією конструктивного елемента 10.2, а саме з пазом N, що є набагато більшим у порівнянні з пазом N згідно фіг. 1, і який виконаний у вигляді жолоба з трикутним поперечним перерізом. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 40 45 50 1. Пристрій відображення зношування в системі з'єднання з вогнетривких керамічних цеглин (А), що має наступні ознаки: A) пристрій відображення зношування складається з комплекту щонайменше двох вогнетривких керамічних конструктивних елементів (10.1, 10.2, 10.3), Б) кожний конструктивний елемент (10.1, 10.2, 10.3) має щонайменше одну поверхневу ділянку із тривимірним профілюванням (Ρ, Ν), причому профілювання (Ρ, Ν) сполучених поверхневих ділянок сусідніх конструктивних елементів (10.1, 10.2; 10.2, 10.3) доповнюють один одного з геометричним замиканням, B) у напрямку (Y) зношування конструктивних елементів (10.1, 10.2, 10.3) профілювання (Ρ, Ν) проходять: B1) тільки по частковій довжині або B2) з різною геометрією, або B3) тільки по частковій довжині та з різною геометрією. 2. Пристрій відображення зношування за п. 1 щонайменше з одним профілюванням (Ρ, Ν) з групи: перемичка, уступ, шип, штифт, ребро, піраміда, зуб пилки, отвір, канал, паз, призма, еліпс, дуга кола. 3. Пристрій відображення зношування за п. 1 щонайменше з одним профілюванням (Ρ, N), яке у напрямку зношування (Y) збільшується у напрямку (Χ, Z) перпендикулярно до напрямку зношування (Y). 4. Пристрій відображення зношування за п. 1 щонайменше з одним профілюванням (Ρ, Ν), яке у напрямку зношування (Y) зменшується у напрямку (Χ, Ζ) перпендикулярно до напрямку зношування (Y). 5. Пристрій відображення зношування за п. 1, у якому щонайменше один конструктивний елемент (10.1, 10.2, 10.3) у напрямку зношування (Y) змінює свою ширину (В) перпендикулярно до напрямку зношування (Y). 6. Пристрій відображення зношування за п. 1, у якому щонайменше один конструктивний елемент у напрямку зношування (Y) змінює свою висоту перпендикулярно до напрямку зношування (Y). 7. Пристрій відображення зношування за п. 1 з комплектом із трьох конструктивних елементів (10.1, 10.2, 10.3). 8. Облицьований вогнетривкими керамічними цеглинами промисловий агрегат щонайменше з одним пристроєм відображення зношування за п. 1. 9. Агрегат за п. 8 з декількома пристроями відображення зношування різних конструктивних форм. 4 UA 112392 C2 5 UA 112392 C2 6 UA 112392 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7