РАЗЛИВОЧНЫЙ СТАКАН
CASTING NOZZLE

Изобретение относится к разливочному стакану. Подобный разливочный стакан может быть использован для перемещения расплавленного металла из одного (верхнего) металлургического резервуара в другой (нижний) металлургический резервуар, например, для перевода расплавленного металла из разливочного ковша в промежуточный ковш.
Такие разливочные стаканы выполняют по меньшей мере из одного огнеупорного материала (для противостояния высоким температурам плавки) и содержат трубчатую область, ограничивающую первую часть разливочного канала, и выполненную в виде плиты область с отверстием, определяющую вторую часть (общего) разливочного канала. Эта выполненная в виде плиты область, которая, как правило, выполнена за одно целое с трубчатой зоной, расположена на одном конце трубчатого элемента. Это ведет к Т-образной конструкции всего разливочного стакана.
Обычно в зоне разлива металлургического плавильного резервуара расположены два таких разливочных стакана. При этом, один из двух упомянутых стаканов расположен по существу внутри огнеупорной футеровки резервуара, например, гнездового кирпича. Такой так называемый внутренний стакан установлен так, что его трубчатая область расположена у его верхнего конца, а выполненная в виде плиты область - у его нижнего конца.
Такой монтаж позволяет использовать выполненную в виде плиты область в качестве одной части шибера. С этой целью выполненная в виде плиты область имеет у свободного (низкого) конца плоскую поверхность, которая простирается перпендикулярно продольной оси разливочного стакана, т.е. более или менее горизонтально в установленном положении разливочного стакана.
Соответственно, второй разливочный стакан (часто называемый наружным разливочным стаканом или обменным стаканом) может быть установлен ниже внутреннего стакана, например, установлен наоборот так, что его выполненная в виде плиты часть расположена у его верхнего конца, а трубчатая часть - у его нижнего конца. Зачастую, после монтажа этот стакан может быть перемещен. Кроме того, свободная поверхность пластинчатой области должна быть плоской так, чтобы обеспечить возможность ее использования в качестве поверхности скольжения в механизме перемещения 2 или 3 плит.
Кроме того, известна герметизация по меньшей мере части такого стакана при помощи металлической обоймы (металлического кожуха). Этот кожух укрепляет стакан и облегчает замену стакана. Металлический контейнер дополнительно обеспечивает геометрическую точность для эффективного соединения с соответствующим рабочим или обменным механизмом и механическую опору для относительно хрупких огнеупорных керамических элементов стакана.
Из - за сочетания возникающих при предварительном нагреве стакана термомеханических сил, в стакане создаются напряжение обменного движения и/или литья, которые могут приводить к трещинам в его стенке, в особенности в зоне сопряжения, где соединяются выполненная в виде плиты и трубчатая области.
С помощью компьютерного моделирования изобретатели проанализировали первопричину упомянутого образования трещин. Было отмечено, что в нижнем (подвижном) элементе наибольшие напряжения возникают над опорным механизмом стакана, и они наиболее велики у центральной поперечной оси над механизмом загрузки. В разливочном стакане классической Т-образной формы эти опорные усилия создают зону высоких напряжений между опорной поверхностью и разливочным стаканом, трещина вдоль которой может распространиться от наружной области к отверстию (сливному каналу) трубчатой области под опорным фланцем (выполненным в виде плиты элементом).
Кроме того, было замечено, что в условиях эксплуатации относительное расширение вызывает деформацию поверхности. В то время как поверхности пары пластин вокруг разливочного канала удерживаются во взаимном тесном контакте, поверхности в наружных областях отделяются, как проиллюстрировано на фиг.1.
Целью данного изобретения является разработка разливочного стакана, который может быть использован и в качестве наружного, и а качестве внутреннего стакана, который обеспечивает требуемую точность для эффективного плотного прилегания в соответствующем удерживающем или толкающем механизме, в то же время обеспечивая необходимую стабильность в пределах температур, возникающих при монтаже, предварительном нагреве и эксплуатации.
Изобретатели обнаружили, что недостатки устройств, известных в уровне техники, могут быть преодолены при помощи монтажа по меньшей мере одного элемента жесткости в огнеупорном материале выполненного в виде плиты элемента или между упомянутым выполненным в виде плиты элементом и металлической обоймой. Еще один вариант осуществления изобретения, который приводит к аналогичным результатам, заключается в выполнении одного элемента жесткости в виде части металлической обоймы, которая выступает в огнеупорный материал выполненного в виде плиты элемента.
В самом общем варианте осуществления изобретение относится к разливочному стакану, выполненному по меньшей мере из одного огнеупорного материала, и содержащий трубчатый элемент, ограничивающий первую часть разливочного канала, и выполненный в виде плиты элемент, изготовленный за одно целое с трубчатым элементом и выступающий на одном конце из трубчатого элемента в продолжение его окружности, при этом выполненный в виде плиты элемент имеет отверстие, ограничивающие вторую часть разливочного канала и плоскую поверхность на его свободном конце, которая простирается перпендикулярно продольной оси разливочного стакана, а по меньшей мере часть выполненного в виде плиты элемента и/или трубчатого элемента заключена в металлическую обойму, при этом в огнеупорном материале выполненного в виде плиты элемента между выполненным в виде плиты элементом и металлической обоймой, или выступая из металлической обоймы в выполненный в виде плиты элемент, расположен по меньшей мере один элемент жесткости.
Этот вариант конструкции наружной оболочки упрощает задачу придания монолитной жесткости в опорном контейнере. Дополнительная жесткость, обеспечиваемая такими внутренними встроенными элементами жесткости, предоставляет возможность поглощения сосредоточенных нагрузок соответствующего опорного механизма и равномерного распределения всех подобных нагрузок по большой площади заключенного в оболочку огнеупорного керамического материала, и таким образом, по передней и трубчатой областям стакана.
Различные варианты конструкции встроенных элементов жесткости способны обеспечить максимальную прочность с минимальным весом и максимальной совместимостью с механизмом поддержки устройства смены стакана.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, разливочный стакан содержит два элемента жесткости, расположенные на противоположных концах выполненного в виде плиты элемента. Обычно пластинчатый элемент выполнен в форме параллелепипеда, прежде всего при его использовании в выдвижном шибере. В этом случае он содержит два (из четырех) противоположных опорных фланца, на которые действует поддерживающий механизм.
Элементы жесткости могут быть выполнены в различных формах. Они могут быть выполнены в форме штыря, винтовой пружины, стержня или аналогичного предмета.
Наряду с разливными стаканами, содержащими выполненный в виде плиты элемент со свободной поверхностью округлой формы, выполненный в виде плиты элемент может быть выполнен в форме кольца.
Элемент жесткости (усиливающий элемент) может быть расположен между огнеупорным керамическим материалом и металлической обоймой (первый вариант). Согласно второму варианту, усиливающий элемент является частью металлической обоймы и расположен в виде фланца вдоль внутренней стенки обоймы. Эти два варианта осуществления изобретения будут более подробно раскрыты ниже со ссылкой на примеры.
Элемент жесткости может быть расположен так, что одна из его поверхностей образует часть плоской поверхности выполненного в виде плиты элемента. В этом случае он предпочтительно расположен на наружной окружности плоской поверхности выполненного в виде плиты элемента. Таким образом, риск любой деформации области наружной окружности выполненного в виде плиты элемента в соответствии с фиг.1 минимизирован.
Как по существу описано в ЕР 1133373 В1, амортизирующая зона сопряжения может быть расположена между основным (внутренним) огнеупорным материалом и элементом (элементами) жесткости и/или (наружной) металлической обоймой. Упомянутая амортизирующая зона сопряжения может быть выполнена из второго огнеупорного материала, деформируемого при температурах, возникающих при эксплуатации разливочного стакана при отливке. Для дополнительных подробностей приводится ссылка на ЕР 1 133 373 B1.
Принцип настоящего изобретения может быть использован для разливочных стаканов четкой Т-образной формы, т.е. для стаканов, содержащих выполненную в виде плиты область, опорные поверхности которой простираются более или менее параллельно плоской поверхности на их свободном конце. Принцип настоящего изобретения может быть также использован для разливочных стаканов согласно фиг.3 в ЕР 1 133 373 В1 (идентичным стаканам согласно ЕР 1 590 1 14 В1), содержащих несущие поверхности (противоположные свободной плоской поверхности), которые образуют с продольной осью разливочного канала угол, не равный 90°.
В последнем случае часть (части) элемента (элементов) жесткости образуют часть секций скошенной поверхности (опорные поверхности).
Элемент (элементы) жесткости могут быть выполнены из любого материала, улучшающего изготовление, использование или замену разливочного стакана при отливке металла. К одному из наиболее предпочтительных материалов относится металл, но может быть также предпочтительной и керамика с высоким пределом прочности при изгибе.
Другие признаки настоящего изобретения раскрываются в зависимых пунктах формулы изобретения и прочих материалах заявки.
Изобретение описано далее более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых схематически показаны:
Фиг.1: поперечное сечение разливочного стакана после эксплуатации согласно известному уровню техники.
Фиг.2: поперечное сечение разливочного стакана согласно изобретению (вариант 1 осуществления изобретения).
Фиг.3: поперечное сечение разливочного стакана согласно изобретению (вариант 2 осуществления изобретения).
На фиг.1 показан внутренний стакан 10 и внешний стакан 12 по существу Т-образной формы с фланцами схожей геометрической конструкции, однако оба стакана 10, 12 могли бы быть охарактеризованы идентичными конструкциями.
В известном стакане при эксплуатации при повышенных температурах относительное расширение вызывает деформацию поверхности. Контакт между соответствующими секциями 10s/12s плоской поверхности сохраняется только вокруг центрального разливочного канала 14, в то время как области 12so наружной поверхности разделяются и создают неограниченные зоны, свободно прогибающиеся под давлением замыкающих усилий (стрелки С), создающих напряжение прогиба / разрыва, сконцентрированное у точки соприкосновения, выполненной в виде плиты части и трубчатого элемента, что может приводить к образованию трещины «CS» от наружной области к отверстию 14.
Представленный на фиг.2 стакан 12 содержит трубчатую область 12t, ограничивающую первую часть разливочного канала 14. Эта трубчатая область 12t изготовлена из обычного огнеупорного керамического материала и выполнена за одно целое с продолжающейся вверх выполненной в виде плиты областью 12р. Площадь поперечного сечения этой выполненной в виде плиты области 12р больше части 12t и содержит внутреннюю часть 12pi, изготовленную из того же огнеупорного материала, что и трубчатый элемент 12t, и две металлические части 12pm, простирающиеся вдоль двух противоположных сторон внутренней части 12pi. В то время как внутренние поверхности металлических частей 12pm соприкасаются с соответствующими областями наружных поверхностей огнеупорной части 12pi, наружные поверхности части 12m входят в контакт с обоймой 16, как описано ниже.
Выполненный в виде плиты элемент 12р на его свободном конце (напротив трубчатой части 12t) имеет плоскую верхнюю поверхность 12s, которая ограничена сочетанием соответствующих поверхностей огнеупорной части 12pi и двух металлических усиливающих вставок 12pm, представляющих собой элементы жесткости. Следуя наружной (периферийной) конструкции, элементы жесткости (металлические части 12pm) характеризуются верхней вертикальной наружной поверхностью 12рmо, за которой следует наклонный участок 12pmi поверхности, в то время как соответствующие внутренние стенки простираются в вертикальном направлении от верхней поверхности 12s к соответствующим нижним концам.
Металлический кожух 16 заключает в себе выполненный в виде плиты элемент 12р и присоединенную область трубчатого элемента 12t. Продольная ось стакана 12 указана буквой "L".
Когда представленный на фиг.1 стакан 12 заменяют на стакан с представленной на фиг.2 конструкцией со встроенными элементами жесткости, возникающие при работе температурные условия вновь создают относительную температурную деформацию поверхности плиты 12s. Однако упомянутые элементы жесткости 12pm принимают на себя давление от механизма сжатия и предотвращают возникновение момента изгибающего усилия на огнеупорном материале стакана 12.
Помимо этого важного эффекта, стакан 12 согласно фиг.2 обеспечивает дополнительное преимущество, заключающееся в обеспечении повышенной механической стабильности его скошенных опорных поверхностей, оснащенных противоположными секциям 12pmi поверхности секциями кожуха, так как элементы жесткости 12pm расположены непосредственно за этими опорными поверхностями.
Элементы жесткости 12pm могут быть выполнены в виде двух штырей (стержней) и помещены внутри огнеупорного керамического материала, выполненного в виде плиты элемента 12р, т.е. они полностью окружены огнеупорным материалом.
Соответствующая область поперечного сечения согласована с наружной формой выполненного в виде плиты элемента 12р. Прежде всего, элемент 12pm жесткости обеспечивает наклонные секции 12pmi нижних поверхностей, простирающиеся параллельно соответствующим наклонным опорным поверхностям 16b металлической обоймы 16.
На фиг.3 изображен разливочный стакан 10, используемый в качестве внутреннего стакана, соответствующим представленному на фиг.1 внутреннему стакану 10.
Стакан 10 также содержит трубчатую часть 10t, за которой следует (здесь: на ее нижнем конце) выполненная в виде плиты часть 10р. Зона сопряжения между трубчатой частью 10t и выполненной в виде плиты частью 10р обозначена буквой «Т».
На фиг.3 показано, что трубчатая часть 10t (на ее нижнем конце) окружена муфтой 18, выполненной из огнеупорного материала, отличного от огнеупорного материала части 10t. Муфта 18 проходит вокруг выполненного в виде плиты элемента 10р и, в свою очередь, заключена в наружную металлическую обойму 16, которая заканчивается немного раньше свободной и плоской области 10s поверхности на нижнем конце стакана 10.
Амортизирующий слой «S» сопряжения, изготовленный из материала, деформируемого при температурах, возникающих в ходе использования разливочного стакана, может быть введен между огнеупорным элементом 10р разливочного стакана и второй охватывающей огнеупорной муфтой 18.
Следуя форме муфты 18, кожух 16 характеризуется наличием цилиндрической части на его верхнем конце, за которой следует наклонный (простирающийся наружу) участок 16b и простирающаяся наружу горизонтальная часть 16h, за которой следует последний простирающийся вертикально участок 16v.
Эта часть оболочки 16, оснащенная горизонтальной частью 16h и вертикальным участком 16v, механически усилена двумя элементами 10рm жесткости, выступающими из противоположной внутренней стенки обоймы 16. Оба элемента жесткости сконструированы в виде штырей с прямоугольным поперечным сечением. Они заменяют часть герметизирующего материала муфты 18.
Огнеупорный материал трубчатой части 10t продолжается в область выполненного в виде плиты элемента 10р и характеризуется сужающейся вовнутрь частью 10pi, образующей внутреннюю часть секции 10s поверхности вокруг разливочного канала 14.
Два металлических стержня 10рm снова работают в качестве элементов жесткости, аналогичных представленным на фиг.2 элементам жесткости. Согласно представленному на фиг.3 варианту, эти элементы жесткости 10рm выполнены за одно целое с наружной металлической обоймой 16.
Форма кожуха и любых примыкающих элементов жесткости, например, 12pm или 10рm, во всех проиллюстрированных вариантах осуществления изобретения может иметь профиль, соотнесенный с любой конкретной формой механизма.