КОЖУХ РАЗЛИВОЧНОГО СТАКАНА
UPPER SHELL OF NOZZLE

Настоящее изобретение относится к разливочным стаканам, применяемым в металлургическом производстве при перемещении расплавленного металла из верхнего металлургического сосуда в нижний металлургический сосуд, а более конкретно к кожуху, являющемуся наружной оболочкой разливочного стакана.
Корпус (тело) разливочного стакана, как правило, представляет собой трубчатую деталь, ограниченную с одной стороны керамической плитой с отверстием, которое вместе с внутренней полостью трубчатой детали формирует канал разливки.
Керамическая плита верхнего разливочного стакана и керамическая плита нижнего разливочного стакана должны находиться в тесном контакте друг с другом, чтобы защитить поток жидкого металла от воздействия внешней среды. Керамические плиты снабжены опорными поверхностями, которые используются для того, чтобы посредством удерживающего устройства зафиксировать нижний разливочный стакан в необходимом для осуществления литья положении.
Для уменьшения трещинообразования корпус разливочного стакана, выполняемый из огнеупорного материала, может быть заключен в кожух, который непосредственно контактирует с указанными толкателями и, как правило, выполнен из металла.
В канале разливки при протекании жидкого металла создается пониженное давление. Если контакт между керамическими плитами верхнего и нижнего стаканов будет неплотным и будут присутствовать зазоры, окружающий воздух станет всасываться через эти зазоры внутрь разливочных стаканов, что скажется на дефектности металла. Кроме того, за счет комбинированного действия кислорода и высоких температур огнеупорный материал может существенно окисляться в местах входа кислорода, то есть на уровне трещины. Это окисление еще больше увеличивает местное разрушение огнеупорного материала и расширяет трещину, так что возникает необходимость прекращения разливки.
Из уровня техники известен кожух разливочного стакана (см. заявку WO 2011000468, МПК B22D 41/56, опубл. 06.01.2011), включающий трубчатый элемент для размещения в нем трубчатой детали корпуса, ограничивающей канал разливки, и основание с полостью для размещения плиты корпуса, имеющей отверстие, ограничивающее канал разливки, при этом основание соединено с концом трубчатого элемента и имеет две опорные поверхности с выпуклым дугообразным профилем. Указанные опорные поверхности обеспечивают размещение толкателей под углом к оси канала разливки для повышения стойкости к возникающим в процессе работы механическим напряжениям.
Недостатком аналога является относительно низкая устойчивость изделия к растрескиванию, сложная для изготовления форма изделия, а также невозможность обеспечения подвода газа в канал разливки с целью формирования необходимой для снижения дефектности получаемого металла атмосферы.
В качестве прототипа заявляемого кожуха выбран известный из уровня техники кожух разливочного стакана (см. патент РФ RU 174144, МПК B22D 41/50, B22D 41/58, опубл. 04.10.2017), содержащий трубчатый элемент и полое основание, соединенное с концом трубчатого элемента с образованием внутреннего пространства с каналом разливки для размещения в них корпуса разливочного стакана. Основание кожуха имеет нижнюю поверхность, сопрягающуюся с верхней частью трубчатого элемента, и две опорные поверхности, сформированные стержневыми элементами и расположенные с двух сторон канала разливки. В основании со стороны нижней поверхности с двух сторон от канала разливки выполнены уступы, в которых размещены упомянутые стержневые элементы.
Недостаток этого решения заключается в следующем. В процессе фиксации разливочных стаканов удерживающее устройство направляет усилия на опорные поверхности керамических плит, которые расположены только с двух сторон канала разливки. Таким образом, силы, прикладываемые удерживающим устройством к керамическим плитам, распределены только по двум краям керамических плит, вследствие чего возникают изгибающие моменты, и керамические плиты верхнего и нижнего разливочных стаканов изгибаются так, что плотное прилегание имеет место только в областях, где присутствуют опорные поверхности.
Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании кожуха разливочного стакана, исключающего возможность попадания окружающего воздуха в поток жидкого металла в процессе литья.
Технический результат, достигаемый при решении технической проблемы, заключается в повышении равномерности распределения сил, прикладываемых к керамическим плитам верхнего и нижнего разливочных стаканов, и, как следствие, увеличении площади пятна контакта керамических плит.
Технический результат достигается за счет того, что кожух разливочного стакана содержит трубчатый элемент и полое основание, соединенное с концом трубчатого элемента с образованием внутреннего пространства с каналом разливки для размещения в них корпуса разливочного стакана. Основание кожуха имеет нижнюю поверхность, сопрягающуюся с верхней частью трубчатого элемента, и две опорные поверхности, сформированные стержневыми элементами и расположенные с двух сторон канала разливки. В основании со стороны нижней поверхности с двух сторон от канала разливки выполнены уступы, в которых размещены упомянутые стержневые элементы. Перпендикулярно уступам на нижней поверхности основания с двух сторон от канала разливки выполнены два дополнительных уступа, в которых размещены дополнительные стержневые элементы, при этом все четыре стержневых элемента образуют единую замкнутую конструкцию.
Дополнительные стержневые элементы могут быть выполнены прямоугольного сечения, что обеспечивает высокую жесткость и простоту изготовления.
В основании также может быть выполнено одно или несколько сквозных отверстий для подачи газа в канал разливки с целью снижения трещинообразования в самом разливочном стакане при заданных параметрах дефектности получаемого металла.
Далее настоящее изобретение поясняется представленным на фигуре чертежом, на котором приведен вариант исполнения заявляемого кожуха разливочного стакана.
Кожух разливочного стакана включает нижний трубчатый элемент (1), образующий канал разливки (2), в котором размещается трубчатая деталь корпуса разливочного стакана (не показана), а также полое основание (3), соединенное с верхним концом трубчатого элемента (1) и предназначенное для размещения плиты корпуса разливочного стакана (не показана). Таким образом, трубчатый элемент (1) и основание (3) кожуха образуют единую полость, в которой размещается огнеупорный корпус (тело) разливочного стакана.
Основание (3) имеет прямоугольную форму и снабжено параллельными верхней торцевой (4) и нижней (5) поверхностями, ориентированными перпендикулярно оси канала (2) разливки.
По краям основания (3) со стороны ее нижней поверхности (5) выполнены уступы (6), расположенные симметрично с двух сторон относительно канала (2) разливки, и дополнительные уступы (7), также расположенные симметрично относительно канала (2) разливки с двух других сторон. Уступы (6) и (7) образуют прямоугольные выемки и имеют сопряженные горизонтальную и вертикальную поверхности уступов, соединяющие боковые поверхности (8) основания с ее нижней поверхностью (5). В углах уступов (6) размещены стержневые элементы (9), предпочтительно металлические, связанные с горизонтальной и вертикальной поверхностями и проходящие, по существу, по длине уступов (6), предпочтительно на всю ширину основания (3). Стержневые элементы (9) имеют форму поперечного сечения, близкую к эллипсу. При этом свободные поверхности стержневых элементов (9) образуют опорные поверхности для контакта кожуха с толкателями удерживающего устройства (на чертежах не показаны). В углах дополнительных уступов (7) размещены дополнительные стержневые элементы (10), предпочтительно металлические и с прямоугольным сечением, соединенные с горизонтальной и вертикальной поверхностями дополнительных уступов, например, посредством сварки, и проходящие перпендикулярно стержневым элементам (9) от одного из них к другому. Все четыре стержневых элемента (9), (10) соединены, предпочтительно сварены, в единую замкнутую конструкцию.
В основании также может быть выполнено одно или несколько сквозных отверстий (11) для подачи газа в канал разливки (2). Каждое из указанных отверстий проходит во внутреннюю полость основания (3) через стержневой элемент (9) под углом примерно 45° по отношению к оси разливки. Таким образом, при наличии отверстия один стержневой элемент (9) выполнен сегментированным, как показано на чертеже.
Кожух разливочного стакана может быть выполнен из металлического материала, предпочтительно стали.
Устройство работает следующим образом.
Для установки и поддержания устройства в рабочем положении используют удерживающее устройство, которое направляет усилия на опорные поверхности стержневых элементов (9). При этом прикладываемое усилие от толкателей удерживающего устройства распределяется между стержневыми элементами (9) и соединяющими их дополнительными стержневыми элементами (10), а от стержневых элементов усилие распределяется между горизонтальными и вертикальными поверхностями соответственно уступов (6) и дополнительных уступов (7). Таким образом, в рабочем положении силы, прикладываемые удерживающим устройством к керамическим плитам через кожухи, распределяются по всему периметру керамических плит. В рабочем положении расплавленный металл из верхнего металлургического сосуда направляется в нижний сосуд через герметичный канал, образованный при соединении вышеописанным образом верхнего и нижнего разливочных стаканов, установленных в кожухи.
При необходимости через отверстия (11) в канал разливки (2) подают инертный газ (например, аргон) для создания в трубчатой детали корпуса разливочного стакана защитной атмосферы расплава с целью снижения трещинообразования в самом разливочном стакане при заданных параметрах дефектности получаемого металла.
Благодаря описанной конструкции кожуха разливочного стакана, снабженного четырьмя стержневыми элементами, образующими единую замкнутую конструкцию, распределенную вокруг канала разливки, обеспечивается высокая равномерность распределения сил, прикладываемых удерживающим устройством к керамическим плитам верхнего и нижнего разливочных стаканов, и увеличение пятна контакта керамических плит, что в свою очередь приводит к исключению возможности попадания окружающего воздуха в поток жидкого металла в процессе литья.