CZ2021101A3 - Zařízení pro tavbu kovů - Google Patents

Abstract

Zařízení pro tavbu kovů, které obsahuje zadní stěnu (11), dno , horní část (1), nosnou klenbu (2) a čelní stěnu (4), kde zadní stěna nosná klenba a horní část představují plášť zařízení a kde dno a čelní stěna představují spodní část zařízení. Horní část (1) má menší plochu než dno (6). Nosná klenba (2), na níž ve spodní části zařízení navazuje čelní stěna (4) opatřená otvorem pro montáž hořáku, vystupuje ze zadní stěny (11) a horní stěny (1) a v kolmý řez přes klenbu vytváří pomyslné vrcholy zadní stěny (11) a boků klenby (5) trojúhelník. Z bočního pohledu vytváří pomyslné vrcholy čelní stěny (4) a nosné klenby (2) trojúhelník. Zadní stěna (11) obsahuje vstup a výstup horní chladící smyčky (9). Zadní stěna (11) nebo dno obsahuje vstup a výstup spodní chladící smyčky (10). Smyčky (9, 10) ve vzájemné kombinaci procházejí stěnami pláště a spodní části zařízení. Výhodně jsou plášť zařízení a spodní část zařízení oddělitelné na sobě nezávislé části, k jejichž vzájemnému spojení slouží pákový mechanismus.

Description

Zařízení pro tavbu kovů

Oblast techniky

Tento vynález se týká zařízeni pro tavbu kovů, obvykle označovaný jako tzv. box, které je využitelné v oblasti výroby a zpracování kovů, zejména oceli. Zařízení se nejčastěji umisťuje v plášti elektrické obloukové pece (obr.8a a 8b), kde slouží jako prostup do vnitřní části pece, kde probíhá tavení oceli pomoci elektrického oblouku.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy zařízení umístěné v plášti elektrické obloukové pece, který je zavedenou terminologii nazýván obecně jako „box nebo ,jet-box. Toto zařízení slouží jako prostup do vnitřní části pece, kde probíhá tavení oceli pomocí elektrického oblouku.

Do tohoto zařízení se vkládají výkonné hořáky, které urychlují tavbu oceli. Dalším důvodem používání je přiblížení hořáku blíže k tavenině a tím zvýšení efektivity hořáku. Dále je možné využít toto zařízeni jako injektážní port pro přísady do oceli či pro měření teploty a odběr vzorku oceli. Toto zařízení je vystaveno vysokým teplotám v peci a dále může dojít k mechanickému poškození či proražení od padajícího šrotu. Další poškození muže vzniknou od odraženého proudu kyslíku z vlastního hořáku od velkého kusu šrotu.

Trubkové boxy

Starší a v současné době méně používaný tzv. box se vyrábí ze silnostěnných trubek naskládaných jedna vedle druhé a na koncích propojených tvarovkou. Ve finále se vše svaří a vznikne chlazená krabice s otvorem. Celý systém musí tvořit chladiči smyčku. Jedná se o známý stav výroby.

• Výhodou je levná a poměrně jednoduchá výroba.

• Nevýhoda je v omezeném sortimentu trubek. Díky tomuto způsobu výroby, však vznikají otevřená místa, kterými může uniknout z vnitřního prostoru pece tekutá struska a zaplavit hořák nebo i vytéct ven z pece a tím ohrozit další zařízení.

Lité boxy

Další ze způsobu výroby jsou odlévané boxy z čisté elektrovodné mědi. Jedná se až o 1000 kg těžké měděné odlitky ve tvaru zkoseného kvádru, Jedná se o známý stav výroby. Nevýhodou je, že je náročný na čistotu mědi a kapacitu slévárny.

Obráběné a svařované boxy

Poslední dobou se provádí výroba velice náročným a drahým způsobem. Do válcovaného měděného plechu o velké tloušťce se frézuji drážky, které ve finále tvoři chladicí smyčku. Opět se jedná se o známý stav výroby

Nevýhodou tohoto způsobu výroby je jeho cena, která je až 3x vyšší než u klasického odléváni. Výhodou je vyšší kvalita materiálu díky použiti válcovaného plechu a dále je zajištěn přímý kontakt chladicí vody s hlavním materiálem, ale životnost vzhledem k ceně a složitosti není výrazně vyšší než u litých boxů.

- 1 CZ 2021 - 101 A3

Podstata vynálezu

Tento vynález se týká zařízení pro tavbu kovů, obvykle označovaný jako tzv. box, které je využitelné v oblasti výroby a zpracování kovů, zejména oceli. Odstraňuje nevýhody dosavadního stavu techniky představeného shora popsanými boxy, přičemž zejména řeší níže popsané problémy:

• Nutnost využiti velkých sléváren na měď a složitých technologických postupů;

• Komplikované a drahé obráběni a složité svařováni;

• Velká spotřeba drahého materiálu jako je měď;

• Velký odvod tepla z prostoru pece z důvodu vystavené ploše boxu v peci.

Předmětné zařízeni podle tohoto vynálezu spočívá ve speciálně navrženém tvaru a vnitřní chladicí smyčce.

• Základní inovace spočívá ve tvaru profilu, který vychází z trojúhelníku v horní části zakulacené. Tim fakticky vzniká klenba, která plynule navazuje na boky klenby vetknutých do dna a zadní stěny. Tim vzniká mnohem odolnější tvar než rovnoboké krabice používané doposud. Zadní stěna pak následně přechází v obdélník, aby tento box bylo možné instalovat do boční stěny pece, kde je obtížné vytvořit troujúhelníková prostup.

• Inovaci tvaru dochází k zmenšeni plochy vystavené tepelnému záření. Toto zlepšuje chlazeni a snižuje odvod tepla z pece.

• Celkově dochází k úspoře materiálu použitého pro výrobu zařízeni a tím je možné vyrábět toto zařízeni i v menších továrnách s potřebným vybavením.

Konstrukční řešení

A) Zařízení vytvořené odléváním:

Využívá standardní technologie odlévání do písku. Slouží jako rovnocenná náhrada běžně vyráběných boxů. Inovace spočívá v kompaktním tvaru, který zajišťuje vyšší odolnost vůči prostředí v peci. Další inovací jsou variace provedení. Při zachování stejné zástavbové výšky máme tři varianty provedení.

Chladící okruh je vyroben z tenkostěnné trubky. Chladící smyčky jsou navrženy pro horní a spodní část tak, aby co nejlépe ochlazovali nejvíce exponovaná místa.

Zařízení zobrazené na Obr. la až Id představuje základní provedení se dvěma otvory pro injektážními porty. Na vnitřní straně čelní stěny jsou jímky pro teploměry. Základní tvar vyplývá z přiložených obrázků.

Druhá varianta je zobrazena na Obr. 2a a 2b. Zde je možné vidět jeden otvor injektážního portu. Z důvodu úspory materiálu je druhá strana zúžena na co nejmenší rozměr, aby došlo k co největší úspoře materiálu. Jinak jsou všechny tvary totožné se základní variantou.

Pozice vlevo nebo vpravo pro injektáží port je volitelná.

V další variantě je zařízení představeno na Obr. 3a a 3b, u nějž je zúžení pro zástavbu do menších pecí. Toto zařízení však již nelze osadit injektážními porty. Výhoda tohoto provedení spočívá v nízké hmotnosti, tudíž v nižší spotřebě elektrovodné mědi.

Tyto obrázky la až Id, 2a a 2b a 3a a 3b slouží nejen pro ilustraci, ale jako technické výkresy, z nichž lze abstrahovat konkrétní tvar a poměry stran a velikostí jednotlivých částí zařízení podle

-2CZ 2021 - 101 A3 tohoto vynálezu. Výhodné rozměry činí: výška 750 mm, šířka 410 mm, hloubka 491 mm, přičemž odklon stěny s otvorem pro vložení hořáků od spodní stěny činí 50 stupňů a sklon osy otvoru od horizontální roviny činí shodně 50 stupňů.

B) Zařízení vytvořené ohýbáním plechů a svařováním:

Využívá standardní technologie ohýbání plechů a svařování, kterou je vytvořeno zařízení podle tohoto vynálezu ve formě svařence, zobrazené na Obr. 4a a 4b, přičemž sestává ze dvou částí, kde plášť tvořený ze zadní stěny, horní části a nosné klenby, kde zadní sténaje ve spodní části spojena vzpěrou, představuje základní díl zobrazený na Obr. 5a, 5b a 5c a dno s čelní stěnou představuji spodní díl zobrazený na Obr. 6a a 6b.

Hlavní inovace spočívá ve využití nového způsobu chlazení. Celá konstrukce je provedena právě tak, aby bylo možné využít nového způsobu proudění chladicí kapaliny v závislosti na co nej jednodušší výrobě.

Další inovace jev rozdělení zařízení - boxu - na dva díly, jak bylo uvedeno výše. Toto dělení má několik výhod.

Umožňuje lepší přístup k hořáku, kde je možné vysunout pouze spodní díl (dno) s hořákem (nezobrazen) ven z pláště. Rozdělení dále usnadňuje výrobu a zkoušky obou dílů boxu. Rozdělení má výhodu při poškození jedné z částí boxu tak, že není nutné měnit celý box ale jen poškozenou část. Výroba je levnější výroba než u litých boxů. Jeho hlavní využití je pro zkušební provoz při zavádění chemické energie u nových zákazníků.

Tvary a rozměry jednotlivých boxu odpovídají tvarům a rozměrům boxů litých uvedených v předchozí části. Tudíž je možná jejich vzájemná náhrada. Je zde opět využito klenby v horní časti. V přední a spodní části je pak vytvořen tvar pro zasunutí dna. Zaústění vstupu a výstupu chladící vody je pomocí podélně seříznuté trubky, aby tlaková ztráta boxu byla co nejmenší.

- Plášť (základní díl zařízení):

Tato část zařízení se vyrábí pomocí svařování. Hlavní dva díly jsou nosný díl a chladící kanály, které spolu vytvoří horní chladící smyčku. Nosný díl resp. nosná klenba je přesně tvarově řezaný plech ohnutý pomocí ohraňovacího lisu do tvaru U. Do tohoto plechu se pak postupně přivařují předem připravené kanály. Dále je pak plášť vybaven vstupem a výstupem pro chladící vodu a přechodovým rohem mezi klenbou a obdélníkovou zadní částí. Viz Obr.5a, 5b a 5c.

- Dno (spodní díl zařízení):

Opět se použije stejný postup jako u pláště, kde se na ohnutý nosný díl postupně navařují kanály. Tyto kanály ve finále tvoří dolní chladící smyčku. Dále je dno vybaveno vstupem a výstupem chladící vody, držákem hořáku. Viz Obr. 6a a 6b

- Zařízení v celku (obsahuje spojení pláště a dna):

Dno se po osazení instrumentací položí na vzpěru pláště a zasune se směrem do boxu, až čelní stěna dosedne na rám v přední části pláště. Zajistí se pomocí pákového excentrického mechanismu. Vůle mezi oběma díly jsou zvoleny s ohledem na hutní provoz. Po zkouškách v reálném provozu budou doladěny.

- Tvarové varianty:

Na obr. 4a a 4b je zobrazen box velikostně odpovídající variantě podle Obr. 2a a 2b s jedním otvorem pro injektážní port a použitelný jako jeho plná náhrada.

-3 CZ 2021 - 101 A3

Na obr. 7a a 7b je zobrazen výškově totožný box jako ve zúžené variantě podle Obr. 3a a 3b, bez injektážního portu použitelný jako jeho náhrada.

Zkoušky a analýzy

Analýzy jsou provedeny u jednotlivých výrobků zvlášť. Po dokončeni výroby prototypu se provede zkouška průtoku s měřením tlaků.

Praktické zkoušky:

- Po dokončeni výroby

Zkouška se provádí u lokálního dodavatele. Je provedena průtoková zkouška spojená s měřením tlaků na vstupu a výstupu.

- Zkouška nasazení do reálného provozu

Po dohodě s provozovatelem obloukové pece je provedeno reálné nasazeni do provozu. Zde se měří teploty a tlaky na vstupu a výstupu ze zařízeni. Dále se zhodnotí stav zařízení po určeném počtu taveb.

Objasnění výkresů

Obr. la znázorňuje axonometrický pohled na přední část zařízení podle tohoto vynálezu vytvořené odléváním;

Obr. 1b znázorňuje přední pohled na zařízení podle Obr. 1;

Obr. 1c znázorňuje boční pohled na zařízeni podle Obr. 1;

Obr. Id znázorňuje řez A-A kolmý na klenbu zařízení podle Obr. 1;

Obr. 2a znázorňuje axonometrický pohled na variantu s jedním injektážním otvorem podle tohoto vynálezu vytvořené odléváním;

Obr. 2b znázorňuje přední pohled na variantu s jedním injektážním otvorem podle Obr. 2;

Obr. 3a znázorňuje axonometrický pohled na úzkou variantu bez injektážního otvoru podle tohoto vynálezu vytvořené odléváním;

Obr. 3b znázorňuje přední pohled na variantu úzkou variantu bez injektážního otvoru podle Obr. 3;

Obr. 4a znázorňuje axonometrický pohled na přední část varianty zařízení s jedním injektážním otvorem podle tohoto vynálezu vytvořené ohýbáním plechů a svařováním;

Obr. 4b znázorňujeaxonometrický pohled na zadní část zařízení obsahující spojení pláště a spodního dílu s jedním injektážním otvorem podle tohoto vynálezu vytvořené ohýbáním plechů a svařováním;

Obr. 5a znázorňujeaxonometrický pohled na zadní část plašte zařízení podle obr.4

Obr. 5b znázorňuje boční pohled na plášť zařízení zařízení podle obr. 4

Obr. 5c znázorňujekolmý řez na klenbu pláště zařízení podle obr. 4

-4CZ 2021 - 101 A3

Obr. 6a znázorňuje axonometrický pohled na zadní část dna zařízení podle tohoto vynálezu vytvořené ohýbáním plechů a svařováním;

Obr. 6b znázorňuje axonometrický pohled na přední část dna zařízení podle Obr. 4;

Obr.7a znázorňuje axonometrický pohled na úzkou variantu bez injektážního otvoru podle tohoto vynálezu vytvořené ohýbáním plechů a svařováním;

Obr. 7b znázorňuje přední pohled na úzkou variantu zařízení bez injektážního otvoru podle Obr. 7a;

Obr. 8a znázorňuje axonometrický pohled na zařízení podle tohoto vynálezu, tj. box umístěný v peci.

Obr. 8b znázorňuje řez přes box umístěný v peci.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Zařízení se dvěma injektážními otvory 8 znázorněné na Obr.la až Id, vytvořené metodou odlévání, je vhodné pro velké pece, kde je nutné dodávat velké množství přídavných materiálů nebo kde je možné umístit pouze jedno toto zařízení.

Zařízení obsahuje plášť sestávající ze zadní rovné stěny 11 obdélníkového tvaru, dna 6 a horní části j_, kde horní část j_má menší plochu než dno 6, přičemž ze zadní stěny 11 a horní stěny 1 vystupuje nosná klenba 2 opatřená vyztuženími 3, na níž ve spodní části zařízení navazuje čelní stěna 4 opatřená otvorem 7 pro montáž hořáku a jedním otvorem 8 pro injektážní port, přičemž z bočního pohledu vytváří pomyslné vrcholy čelní stěny 4 a nosné klenby 2_trojúhelník. Boky 5 klenby plynule navazují na zadní stěnu 11, čelní stěnu 4 a dno 6 přičemž v kolmém řezu přes klenbu vytváří pomyslné vrcholy zadní stěny 11 a boků klenby 5 trojúhelník. Zadní stěna 11 obsahuje vstup a výstup horní chladící smyčky 9 a vstup a výstup spodní chladící smyčky 10. kde tyto smyčky 10,11 procházejí chladicími kanály 13 ve stěnách pláště a spodní části zařízení.

Celní stěna 4 obsahuje jímku 12 teploměru.

Pomyslné vrcholy čelní stěny 4 mají v čelním pohledu přibližně trojúhelníkový tvar, který navazuje na trojúhelníkový tvar klenby, přičemž z čelního pohledu je zařízení symetrické.

Příklad 2

Zařízení s jedním injektážním otvorem znázorněné na Obr.2a až 2b je vhodné pro velké pece a střední, kde je výhodné injektovat materiál do více míst současně.

Toto zařízení je shodné jako zařízení podle příkladu 1, s tím rozdílem, že z čelního pohledu je zařízení asymetrické z důvodu přítomnosti pouze jednoho otvoru 8 pro injektážní port.

Příklad 3

Zařízení bez injektážního otvoru znázorněné na Obr.3a až 3b je vhodné pro střední a malé, kde se přídavný materiál dodává jiným způsobem nebo jako doplnění pro dříve uvedená zařízení pro instalaci dalšího hořáku.

Toto zařízení je shodné jako zařízení podle příkladu 1, s tím rozdílem, že neobsahuje otvor 8 pro

-5CZ 2021 - 101 A3 injektážní port.

Příklad 4

Zařízení s jedním injektážním otvorem znázorněné na Obr.4a až 4b, vytvořené metodou ohýbání a svařování plechů, je určené pro velké pece a střední jako levnější náhrada litých boxů.

Zařízení jako zařízení podle příkladu 1, s tím rozdílem, že sestává ze dvou vzájemně spojených částí na sobě nezávislých částí, kde plášť je tvořen ze zadní stěny 1JL, horní části 1 a nosné klenby 2, kde zadní stěna 1J1 je ve spodní části spojena vzpěrou a takto vytvořený plášť představuje základní díl dále zobrazený na Obr. 5a, 5b a 5c, a kde dno 6 s čelní stěnou 4 představují spodní díl zobrazený na Obr. 6a a 6b.

Za účelem vzájemného spojení těchto dvou částí obsahuje spodní díl pákový mechanismus 15. Spodní díl dále obsahuje držák 14 hořáku.

Na rozdíl od zařízení podle příkladu 1 je dále spodní chladící smyčka 10 vytvořena ve spodním díle.

Příklad 5

Zařízení znázorněné na Obr.7a až 7b stejně jako zařízení podle příkladu 4, s tím rozdílem, že neobsahuje otvor 8 injektážního portu a je vhodné pro střední amalé, jako levnější náhrada litých boxů.

Příklad 6

Zařízení podle kteréhokoliv z výše uvedených příkladů zobrazené na Obr. 8a a 8b usazené do pece.

Průmyslová využitelnost

Vynález je průmyslově využitelný v oblasti hutníhoprůmyslu k efektivnější výrobě kovů v hutních zařízení, jako jsou zejména pece.

Claims (12)

1. Zařízeni pro tavbu kovů, vyznačující se tím, že obsahuje zadní stěnu (11), dno (6), horní část (1), nosnou klenbu (2) a čelní stěnu (4),

- kde zadní stěna nosná klenba a horní část představují plášť zařízení a kde dno a čelní stěna představují spodní část zařízení,

- přičemž horní část (1) má menší plochu než dno (6),

- přičemž nosná klenba (2), na níž v dolní části zařízení navazuje čelní stěna (4) opatřená otvorem (7) pro montáž hořáku, vystupuje ze zadní stěny (11) a horní stěny (1),

- přičemž z bočního pohledu vytváří pomyslné vrcholy čelní stěny (4) a nosné klenby (2) trojúhelník,

- přičemž v kolmém řezu přes klenbu vytváří pomyslné vrcholy zadní stěny (11) a boků klenby (5) trojúhelník,

- přičemž zadní stěna (11) obsahuje vstup a výstup horní chladící smyčky (9);

- přičemž zadní stěna (11) nebo dno (6) obsahuje vstup a výstup spodní chladící smyčky (10),

- přičemž tyto smyčky (10,11) ve vzájemné kombinaci procházejí chladícími kanály (13) ve stěnách pláště a spodní části zařízení.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že plášť zařízení tvořený ze zadní stěny (11), horní části (1) a nosné klenby (2) a spodní část zařízení tvořená dnem (6) a čelní stěnou (4) j sou oddělitelné na sobě nezávislé části, přičemž zadní stěna (11) v místě uchycení spodní části je propojena vzpěrou (16).

3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosná klenba (2) je opatřená vyztuženími (3).

4. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se t í m, že zadní stěna (11) má obdélníkový tvar.

5. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se t í m, že spodní díl a/nebo plášť je alespoň z části vytvořen ohýbáním plechů a svařováním.

6. Zařízení podle nároku 2, vyznačující setím, že spodní díl obsahuje držák (14) hořáku.

7. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se t í m, že za účelem spojení spodního dílu a pláště obsahuje spodní díl pákový mechanismus (15).

8. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 7, vyznačující se t í m, že boky (5) klenby plynule navazují na zadní stěnu (11), čelní stěnu (4) a dno (6).

9. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačující se t í m, že čelní stěna (4) je opatřena alespoň jedním otvorem (8) pro injektážní port.

10. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 9, vyznačující se t í m, že čelní stěna (4) obsahuje jímku (12) teploměru.

11. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 10, vyznačující se t í m, že pomyslné vrcholy čelní stěny (4) mají v čelním pohledu přibližně trojúhelníkový tvar.

12. Použití zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 11 jako součást pece.