Конструкция крепления керамического элемента огнеупорного блока

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям, содержащим сварные, паяные или клеевые соединения, например к конструкциям крепления керамического элемента огнеупорных блоков, и может быть использовано при изготовлении элементов огнеупорных стенок. Цель изобретения - повышение надежности и технологичности соединения керамического элемента огнеупорных блоков с металлическими деталями. Конструкция содержит керамический элемент, металлическую деталь (МД) и расположенный в зазоре между ними гибкий металлический элемент, выполненный в виде пластины с отогнутой периферийной областью и прикрепленный к обеим деталям. Между границами участков крепления в проекции на любую из двух сторон пластины имеется промежуточная область. Центральная область металлической пластины прикреплена к керамическому элементу, а периферийная - к МД. Часть пластины установлена с зазором относительно основания МД. Периферийная область металлической пластины может быть прикреплена к боковой поверхности МД. При этом в случае выполнения промежуточной области криволинейной пластина устанавливается с зазором относительно боковой поверхности МД. По одному из вариантов конструкции по боковой поверхности МД выполнены пазы, а промежуточная область пластины выполнена вогнутой и размещена в этих пазах. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям, содержащим сварные, паяные или клеевые соединения, например к конструкциям крепления керамического элемента огнеупорных блоков, и может быть использовано в современном машиностроении при изготовлении элементов огнеупорных стенок. Целью изобретения является повышение надежности и технологичности соединения керамического элемента огнеупорных блоков с металлическими деталями. На фиг.1 схематично изображена конструкция крепления, в которой периферийная область металлической пластины крепится к основанию металлической детали; на фиг. 2 - то же, но периферийная область металлической пластины крепится к боковой поверхности металлической детали и пластина установлена с зазором относительно центральной части металлической детали; на фиг.3 - то же, но промежуточная область металлической пластины выполнена вогнутой и размещена в пазу металлической детали; на фиг.4 - расположение пазов на металлической детали. Огнеупорный блок состоит из керамического элемента 1, металлической детали 2, металлической пластины 3, скрепленной методом пайки, сварки, клейки с керамическим элементом по центральной области, а с металлической деталью - по периферийной области. На фиг.2 позицией 4 обозначен зазор между металлической пластиной и основанием металлической детали; на фиг.3 - зазор между промежуточной областью металлической пластины и металлической деталью (два варианта А и Б выполнения зазора 4 между промежуточной областью пластины 3 и металлической деталью 2); вариант А, когда основание металлической детали шире, чем основание керамического элемента, зазор выполняется за счет притупления углов металлической детали, прилежащих к ее основанию, а промежуточная область загнута в виде двугранного угла, составленного боковой поверхностью и основанием металлической детали; вариант В, когда основание металлической детали уже, чем основание керамического элемента, зазор образуется за счет внутреннего угла между основанием и боковой поверхностью, а промежуточная область пластины выполнена цилиндрической. В конструкции, изображенной на фиг.4, вогнутая часть 5 промежуточной области пластины входит в паз 6 металлической детали. Такая конструкция крепления позволяет в некоторых случаях использовать ее в качестве механического крепления к металлической детали. В конструкции крепления керамического элемента огнеупорного блока, содержащего керамический элемент, металлическую деталь и размещенную между ними металлическую пластину с отогнутой периферийной областью, центральная область металлической пластины крепится к керамическому элементу, а периферийная - к металлической детали. При этом в проекции на любую из двух сторон металлической пластины области крепления металлической пластины к керамическому элементу и металлической детали разделены промежуточной областью, а часть пластины установлена с зазором относительно металлической детали. Периферийная область металлической пластины может крепиться к боковой поверхности металлической детали. При креплении периферийной области металлической пластины к боковой поверхности металлической детали промежуточная область металлической пластины может быть выполнена криволинейной и установлена с зазором относительно боковой части металлической детали. При прикреплении периферийной области металлической пластины к боковой поверхности металлической детали промежуточная область пластины может быть также выполнена вогнутой и размещаться в пазу на боковой поверхности металлической детали. Соединение указанной металлической пластины центральной областью с керамическим элементом вместо соединения пластины с керамическим элементом по периферийной области обеспечивает большую площадь контакта с керамическим элементом, тем самым увеличивая прочность и надежность соединения. Достоинством такой конструкции является ее герметичность против проникновения через основание керамического элемента в крепление осаждающихся компонентов внешней среды, так как центральная область металлической пластины, соединяясь с основанием керамического элемента, полностью перекрывает это основание, чем предотвращает осаждение указанных компонентов в креплении и способствует повышению его надежности. Еще одно достоинство описываемой конструкции выявляется в случае использования металлической пластины из драгоценных металлов, например из серебра. В этом случае периферийная область металлической пластины может быть выполнена существенно меньшей, чем в известных конструкциях, поскольку в отличие от них, где периферийная область крепится к керамическому элементу, в данном случае она крепится к металлической детали и, следовательно, прочность крепления периферийной области много выше, за счет чего и может быть уменьшена площадь крепления, т.е. периферийная область. Конструкция с креплением периферийной области пластины к боковой поверхности металлической детали удобна при сборке, так как металлическая пластина сама фиксируется на металлической детали, поскольку она надета на нее. Причем конструкция с пластиной, имеющей вогнутую промежуточную область, входящую в пазы боковой поверхности металлической детали, может быть использована в качестве механического крепления. Для изготовления и сборки указанной пластины не требуется сложных приспособлений. Для выполнения крепления деталей предлагаемого огнеупорного блока могут быть применены различные технологии: пайка, клейка, диффузионная, точечная и ультразвуковая сварка, а также механическое крепление, что создает дополнительные возможности для упрощения и удешевления технологии. Это повышает технологичность конструкции. Периферийная область металлической пластины может быть соединена как с основанием металлической детали, так и с ее боковой поверхностью. Оптимальное отношение ширины промежуточной области между областями крепления металлической пластины к керамическому элементу и металлической детали к ее толщине составляет 1-20. При этом под шириной промежуточной области металлической пластины понимается минимальное из расстояний между проекциями этих областей на обе стороны металлической пластины вдоль поверхности той стороны металлической пластины, где этот минимум достигается. Если указанное отношение меньше 1, то в металлической пластине затруднена деформация, появляющаяся при термическом нагружении огнеупорного блока, следствием чего может быть его разрушение в месте крепления пластины с керамическим элементом. При отношении выше 20 ухудшаются условия теплоотвода от керамического элемента в металлическую деталь, что сопровождается перегревом керамического элемента и нарушением соединения. Кроме того, теряется жесткость крепления, что в ряде случаев может быть недопустимо по условиям работы огнеупорного блока. Таким образом, соблюдение величины указанного отношения в пределах 1-20 содействует повышению надежности крепления огнеупорного блока. При креплении периферийной области металлической пластины к боковой поверхности металлической детали, чтобы обеспечить возможность прогиба основания керамического элемента, между основанием металлической детали и лежащей над ним центральной зоной металлической пластины имеется зазор. При этом промежуточная область металлической пластины может быть криволинейной, так и плоской. Указанный зазор может отсутствовать, и металлическая пластина может лежать на основании металлической детали. В этом случае, чтобы обеспечить возможность прогиба основания керамического элемента промежуточная область металлической пластины выполняется криволинейной. При прогибе основания керамического элемента промежуточная область разгибается, обеспечивая возможность поднятия основания керамического элемента при его прогибе. Для того чтобы обеспечить возможность разгиба промежуточной криволинейной области металлической пластины в случае ее выпуклости в сторону от металлической детали между промежуточной областью металлической пластины и металлической деталью обеспечивается зазор. Промежуточную криволинейную область можно выполнить вогнутой и разместить ее в пазу металлической детали. В этом случае также будет обеспечена возможность разгибания промежуточной области. Кроме того, такая конструкция может быть использована в качестве механического крепления, если металлическая пластина достаточно жесткая. Таким образом, при креплении периферийной области металлической пластины к боковой поверхности металлической детали за счет перечисленных факторов также обеспечивается эффект повышения надежности и технологии. П р и м е р. Фрагмент огнеупорной рамочной стенки, состоящей из утроенного огнеупорного блока (см. фиг.1), имеющего единое водоохлаждаемое медное основание - рамку длиной 155 мм, шириной 6 мм, высотой 50 мм, трех керамических элементов из керамики на основе MgO высотой 30 мм, длиной 50 мм, шириной 6 мм, расположенных на расстоянии 2 мм друг от друга, и трех согнутых (см. фиг.1) металлических пластин из серебра толщиной 0,3 мм, длиной 30 мм, шириной центральной области 6 мм, периферийной (с каждой стороны) 1 мм, внутренним радиусом закругления цилиндрической промежуточной зоны 0,4 мм. Каждый керамический элемент присоединен к металлической пластине методом пайки в центральной зоне пластины, оставшаяся периферийная часть пластины присоединена к металлической детали методом пайки. Перед осуществлением процесса пайки керамической детали с металлической пластиной паяемую поверхность керамики покрывают слоем серебра толщиной 0,2 мм (с учетом пропитки), наносимого методом вжигания. Пайку пластины с керамической и металлической деталями осуществляют серебряным припоем марки ПСр-72, укладываемым в виде фольги толщиной 0,10 мм. Пайку проводят в вакууме при температуре 1100 К. Отметим, что КТР серебра и MgO близки, поэтому остаточные напряжения в керамике малы. Полученная таким образом паяная конструкция испытана путем термонагружения, при котором температура горячего основания керамического элемента составляет 2000 К, а холодного 350 К. После испытания растрескивание паяных соединений было на уровне 2%. Предложенная конструкция позволит достаточно просто осуществлять гибкое крепление керамических элементов с малой площадь сечения или малой ширины, а также повысить надежность паяных конструкций огнеупорных блоков и увеличить срок их эксплуатации.

Формула изобретения

1. КОНСТРУКЦИЯ КРЕПЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА ОГНЕУПОРНОГО БЛОКА, содержащая керамический элемент, металлическую деталь и расположенный в зазоре между ними гибкий металлический элемент, выполненный в виде пластины с отогнутой периферийной областью и прикрепленной к обоим деталям, причем между границами участков крепления в проекции на любую из двух сторон пластины имеется промежуточная область, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и технологичности, центральная область металлической пластины прикреплена к керамическому элементу, а периферийная - к металлической детали, при этом часть пластины установлена с зазором относительно металлической детали. 2.Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что периферийная область металлической пластины прикреплена к боковой поверхности металлической детали. 3. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что промежуточная область металлической пластины выполнена криволинейной и установлена с зазором относительно боковой части металлической детали. 4. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что на боковой поверхности металлической детали выполнены пазы, а промежуточная область металлической пластины выполнена вогнутой и размещена в пазу металлической детали.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4