Ковшевой шиберный затвор
BUCKET SLIDE SHUTTER

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сталеразливочным и промежуточным ковшам, оборудованным шиберными затворами, снабженными системами предотвращения зарастания разливочного канала ковшевого стакана.
Известен шиберный затвор литейного ковша, содержащий монтажную раму, каретку, снабженную направляющими, параллельными продольной оси затвора, с механизмом ее перемещения, неподвижную и подвижную огнеупорные плиты, размещенные соответственно в монтажной раме и каретке и поджатые одна к другой, стакан-коллектор и ковшевой стакан, имеющие разливочные каналы, а также систему предотвращения зарастания разливочного канала ковшевого стакана в виде установленного на монтажной раме устройства дополнительного подогрева ковшевого стакана, верхняя часть которого расположена в полости, выполненной в огнеупорном гнездовом блоке, вмонтированном в футеровку литейного ковша, а внутри устройства расположен непосредственно сам ковшевой стакан. Устройство дополнительного подогрева ковшевого стакана содержит корпус из огнеупорного материала, закрытый сверху и снизу крышками из огнеупорного материала, причем корпус и крышки заключены в металлические обечайки, между поверхностями которых установлены теплоизоляционные прокладки, при этом внутри корпуса расположен подключаемый к электропитанию нагревательный элемент, выполненный с поверхностью волнообразной формы с одинаковым шагом, установленный в кольцевых пазах верхней и нижней крышек (RU, №134463 U1, МПК B22D 41/22 (2006.01), опубл. 20.11.2013 г.).
При эксплуатации данного шиберного затвора необходим подвод электропитания к нагревательному элементу устройства дополнительного подогрева ковшевого стакана, что требует принятия специальных мер по обеспечению безопасности эксплуатации шиберного затвора, а также влечет за собой выполнение дополнительных операций при его эксплуатации и обслуживании.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является шиберный затвор сталеразливочного ковша, содержащий монтажную раму, каретку с механизмом ее перемещения, неподвижную и подвижную огнеупорные плиты с отверстиями, размещенные соответственно в монтажной раме и каретке и прижатые одна к другой двумя пружинными блоками, каждый из которых снабжен системой воздушного охлаждения и двумя опорными роликами, поджимающими снизу каретку, взаимосвязанные с неподвижной огнеупорной плитой ковшевой стакан и с подвижной огнеупорной плитой стакан-коллектор с разливочными каналами, а также систему предотвращения зарастания разливочного канала ковшевого стакана, включающую цилиндрическую пористую огнеупорную вставку, размещенную в теле подвижной огнеупорной плиты на некотором удалении от ее отверстия и контактирующую своей нижней частью со штуцером, жестко закрепленным на каретке и связанным с трубопроводом для подачи при закрытом шиберном затворе в разливочный канал ковшевого стакана газовой смеси, выделяющей при сгорании тепло, достаточное для предотвращения образования на стенках канала отложений в виде корки, уменьшающей его проходное сечение (Новые огнеупоры. - 2013. №11. - С. 18-24).
Известное устройство не обеспечивает достижение требуемого технического результата поскольку используемая в нем система предотвращения зарастания разливочного канала ковшевого стакана имеет невысокую длительность активного функционирования затвора из-за ее эксплуатации только при перекрытом канале ковшевого стакана, т.е. когда подвижная огнеупорная плита находится в положении, при котором ее цилиндрическая пористая вставка совмещена с отверстием неподвижной огнеупорной плиты в период пауз при разливке металлического расплава. Это снижает эффективность функционирования данной системы, поскольку процесс зарастания разливочного канала ковшевого стакана протекает также и при открытом канале ковшевого стакана. К особенностям данной конструкции затвора следует отнести необходимость обеспечения в процессе его эксплуатации одновременного подвода сжатого воздуха к системе воздушного охлаждения пружинных блоков, а также газовой смеси к пористой огнеупорной вставке, обеспечивающей при сгорании поддержание теплового баланса в разливочном канале ковшевого стакана в период пауз. Наличие двух трубопроводов для подачи разных энергоносителей не только увеличивает громоздкость всей конструкции шиберного затвора, но и требует при его обслуживании выполнения дополнительных операций, связанных с подсоединением и разъединением самих трубопроводов.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования ковшевого шиберного затвора, в котором за счет конструктивных особенностей обеспечивается создание вертикально направленного вибрационного воздействия на огнеупорные элементы шиберного затвора при открытом и при перекрытом канале ковшевого стакана, способствующего непрерывному механическому разрушению связей между частицами отложений, формирующихся на стенках разливочного канала ковшевого стакана, что приводит к увеличению длительности активного функционирования системы предотвращения зарастания канала ковшевого стакана и устранению необходимости в дополнительном энергоносителе при упрощении обслуживания и эксплуатации шиберного затвора.
Поставленная задача решается тем, что в ковшевом шиберном затворе, содержащем неподвижную и подвижную огнеупорные плиты с отверстиями, размещенные соответственно в монтажной раме и каретке с механизмом ее перемещения и прижатые одна к другой двумя пружинными блоками, каждый из которых снабжен системой воздушного охлаждения и двумя опорными поджимающими роликами, взаимосвязанные с неподвижной плитой ковшевой стакан и с подвижной плитой стакан-коллектор с разливочными каналами, и систему предотвращения зарастания разливочного канала ковшевого стакана, согласно изобретению система предотвращения зарастания разливочного канала ковшевого стакана выполнена в виде четырех пневматических вибраторов, жестко закрепленных вертикально снизу на каретке попарно противоположно на одинаковом расстоянии от оси разливочного канала стакана-коллектора и взаимосвязанных своими рабочими полостями посредством трубопровода, подключенного к системе воздушного охлаждения пружинных блоков.
Целесообразно подключение трубопровода к системе воздушного охлаждения пружинных блоков с помощью гибкого металлического рукава.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез ковшевого шиберного затвора; на фиг. 2 -вид снизу ковшевого шиберного затвора; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 6 - положение составных элементов пневматического вибратора в процессе его функционирования (а - при пуске пневматического вибратора, б и в - во время колебательного процесса); на фиг. 7 - положение составных элементов концевых выключателей двух пневматических вибраторов при открытом (а) разливочном канале ковшевого стакана и закрытом (б) разливочном канале ковшевого стакана.
Ковшевой шиберный затвор содержит монтажную раму 1, каретку 2, для перемещения которой служит механизм, включающий толкатель 3, размещенный во втулке 4 монтажной рамы 1 и подвижно связанный передним концом с зацепами 5 каретки 2, а задним - со штоком силового гидроцилиндра (условно не показан). В посадочных местах монтажной рамы 1 и каретки 2 соответственно размещены неподвижная и подвижная огнеупорные плиты 6, 7 с отверстиями, прижатые одна к другой двумя пружинными блоками, в корпусах 8 которых установлены по три упругих элемента в виде тарельчатых пружин 9, развивающих при сжатии расчетное усилие, предаваемое каретке 2 через два ролика 10, закрепленных с возможностью вращения на горизонтальных осях 11, жестко зафиксированных в корпусе 8 пружинного блока. При этом корпуса 8 пружинных блоков размещены с возможностью относительного поворота на угол в несколько градусов в проемах несущих балок 12, посредством шарниров 13 и замковых элементов 14, связанных с монтажной рамой 1. На каждой из двух несущих балок 12 посредством шарнира 15 и замкового элемента 16 прикреплена откидная планка 17, удерживающая три регулировочных винта 18, снабженных гайками 19 и контактирующих своей головной частью с тарельчатыми пружинами 9 пружинных блоков. Сверху к неподвижной огнеупорной плите 6 соосно с ее отверстием примкнут ковшевой стакан 20 с разливочным каналом, а снизу к подвижной огнеупорной плите 7 соосно с ее отверстием примкнут стакан-коллектор 21 с разливочным каналом, прижимаемый к ней с помощью байонетной втулки 22, установленной в профилированном пазу, выполненном в нижней части каретки 2. Каждый из пружинных блоков имеет систему воздушного охлаждения его тарельчатых пружин 9 для устранения потери ими упругих свойств, включающую трубопровод 23 для подачи под избыточном давлением охлаждающего воздуха.
Ковшевой шиберный затвор укомплектован также системой предотвращения зарастания разливочного канала ковшевого стакана 20, состоящей из четырех вертикально расположенных пневматических вибраторов 24-27, жестко закрепленных с помощью резьбового соединения вертикально снизу на каретке 2 попарно противоположно на одинаковом расстоянии от оси разливочного канала стакана-коллектора 21 и взаимосвязанных своими рабочими полостями посредством трубопровода 28, подключенного с помощью гибкого металлического рукава 29 к трубопроводу 23 системы воздушного охлаждения пружинных блоков.
Каждый из четырех пневматических вибраторов (фиг. 5) конструктивно выполнен в виде пустотелого цилиндрического корпуса, внутри которого размещен с возможностью относительного продольного перемещения сдвоенный поршень 30, удерживаемый в среднем положении частично сжатыми пружинами 31 и 32. В стенке пустотелого цилиндрического корпуса имеются два перепускных канала 33 и 34, а также два выпускных отверстия 35 и 36. На входе двух пневматических вибраторов 26 и 27 установлены концевые выключатели 37 и 38, каждый из которых имеет плунжер 39 с упорным диском и возвратную пружину 40.
Ковшевой шиберный затвор функционирует следующим образом.
Перед началом эксплуатации ковшевого шиберного затвора в его корпусные детали устанавливаются огнеупорные элементы и обеспечивается настройка требуемого усилия их прижатия. Предварительно сталеразливочный ковш с помощью цехового крана располагается горизонтально и раскрывается закрепленный на его днище шиберный затвор. Для этого его замковые элементы 14 переводятся в положение, позволяющее осуществить поворот несущих балок 12 на шарнирах 13 вместе с кареткой 2 относительно монтажной рамы 1. После размещения и фиксации в посадочных местах монтажной рамы 1 и каретки 2 соответственно неподвижной и подвижной огнеупорных плит 6, 7, несущие балки 12 поворачиваются в обратном направлении на шарнирах 13 и с помощью замковых элементов 14 соединяются с монтажной рамой 1. При этом обеспечивается центрирование зацепов 5 каретки 2 в прорезях переднего конца толкателя 3. Затем поочередно замковые элементы 16 переводятся в положение, позволяющее повернуть на шарнирах 15 откидные планки 17. В отверстия корпусов 8 пружинных блоков помещаются тарельчатые пружины 9 и откидные планки 17 поворачиваются на шарнирах 15 в обратном направлении и с помощью замковых элементов 16 фиксируются на несущих балках 12. Далее вращением регулировочных винтов 18 и фиксацией их гайками 19 относительно откидной планки 17 обеспечивается заданное усилие сжатия тарельчатых пружин 9, при котором они обеспечивают требуемую суммарную силу, передаваемую от корпусов 8 пружинных блоков через закрепленные на осях 11 ролики 10 и контактирующей с ними каретки 2 огнеупорным плитам 6 и 7 для создания контакта между их поверхностями скольжения, исключающего проход жидкой стали. После этого байонетная втулка 22 с размещенным в ней стаканом-коллектором 21 заводится в профильный паз в нижней части каретки 2 и поворачивается до упора стакана-коллектора 21 в подвижную огнеупорную плиту 7. В резьбовые отверстия в каретке 2 вкручиваются хвостовики пневматических вибраторов 24-27 и их рабочие полости взаимосвязываются между собой посредством трубопровода 28, который с помощью гибкого металлического рукава 29 подключается к трубопроводу 23 системы воздушного охлаждения пружинных блоков.
Подготовленный к работе ковшевой шиберный затвор (фиг. 1 и фиг. 2) с помощью приводного гидроцилиндра закрывается, а ковш переводится в вертикальное положение и после заполнения разливочного канала ковшевого стакана 20 стартовой смесью подается под плавильный агрегат для приема жидкой стали. Заполненный жидкой сталью ковш краном переносится к месту разливки, где трубопровод 23 системы воздушного охлаждения пружинных блоков гибким шлангом подключается к цеховой магистрали сжатого воздуха.
Для начала разливки включается силовой гидроцилиндр, который, воздействуя на толкатель 3, сообщает ему линейное перемещение во втулке 4 относительно монтажной рамы 1. Благодаря зацепам 5 вместе с толкателем 3 в том же направлении по роликам 10, вращающимся на осях 11 относительно корпусов пружинных блоков 8, будет перемещаться каретка 2 с размещенной в ней подвижной плитой 7 относительно неподвижной огнеупорной плиты 6, зафиксированной в монтажной раме 1. В момент совмещения отверстий обеих плит из разливочного канала ковшевого стакана 20 высыпается стартовая смесь и начинается истечение жидкой стали. С началом разливки включается подача под избыточным давлением воздуха по трубопроводу 23 к пружинным блокам для исключения перегрева и потери упругих свойств их тарельчатыми пружинами 9. Одновременно с этим часть подаваемого сжатого воздуха по гибкому металлическому рукаву 29 и трубопроводу 28 поступает в рабочие полости четырех пневматических вибраторов 24-27, симметрично расположенных относительно стакана-коллектора 21. При попадании в среднюю часть рабочей полости (фиг. 6а) сжатый воздух по перепускному каналу 33 поступает в нижнюю полость под сдвоенный поршень 30, который под действием давления перемещается вверх, сжимая пружину 32 и вытесняя через открытое выпускное отверстие 36 в атмосферу воздух из полости, находящейся над ним. Вблизи своего крайнего верхнего положения сдвоенным поршнем 30 перекрывается выпускное отверстие 36 и перепускной канал 33 и одновременно с этим открывается выпускное отверстие 35 и перепускной канал 34 (фиг. 6б), в результате чего происходит реверсирование движения самого поршня. Под действием давления на верхнюю часть поршня он начнет перемещение вниз, сжимая пружину 31 и вытесняя воздух через выпускное отверстие 35 в атмосферу из нижней части рабочей полости. Достигнув своего крайнего нижнего положения поршень открывает выпускное отверстие 36 и перепускной канал 33 (фиг. 6в), т.е. начнет совершать колебания, частота и амплитуда которых зависит от давления воздуха и жесткости пружин 31 и 32. Установившийся колебательный процесс вызывает вертикально направленное вибрационное воздействие на огнеупорные плиты 6, 7 шиберного затвора и ковшевой стакан 20 вдоль их разливочных каналов, которое способствует непрерывному разрушению связей между частицами отложений, формирующихся на стенках разливочного канала ковшевого стакана. При перекрытии разливочного канала ковшевого стакана, когда каретка 2 с помощью приводного гидроцилиндра будет перемещаться в крайнее левое положение, концевые выключатели 37 и 38 двух пневматических вибраторов будут автоматически переведены из открытого положения (фиг. 7а) в закрытое (фиг. 7б). Это достигается тем, что их плунжеры 39 с упорными дисками при контакте с корпусом монтажной рамы 1 перемещаются вправо, сжав возвратные пружины 40, и перекрывают поступление сжатого воздуха в полости пневматических вибраторов 26 и 27, которые остановятся. Два других пневматических вибратора 24 и 25, находящиеся вблизи перекрытого разливочного канала, будут продолжать работать. В момент повторного открывания канала ковшевого стакана, когда каретка 2 начнет перемещение в обратном направлении, возвратные пружины 40, воздействуя на упорные диски плунжеров 39, сдвигают их влево и открывают каналы для подачи сжатого воздуха в полости пневматических вибраторов 26 и 27 для начала их работы.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения по сравнению с устройством - ближайшим аналогами позволяет повысить эффективность функционирования ковшевого шиберного затвора за счет обеспечения создания вертикально направленного вибрационного воздействия на огнеупорные элементы шиберного затвора, способствующего непрерывному механическому разрушению связей между частицами отложений, формирующихся на стенках разливочного канала ковшевого стакана при увеличении длительности активного функционирования системы предотвращения зарастания разливочного канала ковшевого стакана, что приводит к снижению интенсивности его зарастания. Кроме того, при эксплуатации заявляемого ковшевого затвора устраняется необходимость в применении дополнительных энергоносителей и трубопроводов для их подачи к используемой системе, что упрощает конструкцию и эксплуатацию шиберного затвора.