УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМЕНЫ ТРУБ И ВНУТРЕННЕЕ СОПЛО ДЛЯ РАЗЛИВКИ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА
DEVICE FOR REPLACEMENT OF PIPES AND INNER NOZZLE FOR POURING OF MOLTEN METAL

Область техники
Изобретение в общем имеет отношение к области непрерывной разливки расплавленного металла. Более конкретно, оно имеет отношение к зажиму внутреннего сопла в установке для непрерывной разливки металла.
Предпосылки к созданию изобретения
В установке для непрерывной разливки металла расплавленный металл обычно содержится в металлургическом резервуаре, например в разливочном устройстве, до его перемещения в другой резервуар, например в литейную форму. Металл перемещают из одного резервуара в другой при помощи системы сопел, предусмотренной в основании металлургического резервуара, содержащей внутреннее сопло, расположенное по меньшей мере частично в металлургическом резервуаре и входящее в тесный контакт со скользящей передаточной плитой (или разливочной плитой), расположенной ниже и снаружи от металлургического резервуара, которую совмещают с внутренним соплом при помощи устройства для удержания и замены плит, установленного под металлургическим резервуаром. Этой разливочной плитой может быть калиброванная плита, разливочная труба или капсула, содержащая две или несколько плит. Так как все эти типы плит являются частью сопла, которое содержит плиту, соединенную с трубчатой секцией различной длины, в зависимости от вида применения, то чтобы отличать их от заслонок, которые используют, например, в разливочном ковше, они будут называться далее как "скользящий стакан", "разливочный стакан", "сменный разливочный стакан" или их комбинация. Разливочный стакан может быть использован для перемещения расплавленного металла в виде свободного потока в случае короткой трубы или в виде направленного потока в случае длинной, частично погруженной разливочной трубы.
Пример такой установки для разливки металла описан в патенте ЕР 1289696. Для создания тесного контакта между внутренним соплом и скользящим разливочным стаканом устройство для удержания и замены труб содержит средство зажима, предназначенное для нажима на внутреннее сопло, в частности, вниз, и средство прижима, предназначенное для прижима скользящей плиты разливочного стакана, в частности, вверх, так чтобы прижать внутреннее сопло и разливочный стакан друг к другу. Эти средства зажима и прижима обычно расположены вдоль продольных кромок внутреннего сопла и скользящей плиты, причем продольное направление соответствует направлению замены плиты.
Одной из трудностей является необходимость поддержания возможно более идеальной герметичности границы раздела внутреннего сопла / скользящей плиты, чтобы расплавленный металл мог протекать между ними, не повреждая поверхности огнеупорных элементов при замене изношенного разливочного стакана на новый. Более того, отсутствие герметичности (плохой контакт между двумя огнеупорными элементами) позволяет просачиваться воздуху, что является вредным как для огнеупорных элементов, так и для качества литого металла.
Задачей настоящего изобретения является повышение герметичности поверхностей контакта между плитой внутреннего сопла и скользящей плитой разливочного стакана. Задачей настоящего изобретения также является оптимизация распределения напряжений в огнеупорных элементах, чтобы повысить их срок службы.
Раскрытие изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для замены трубы, предназначенное для удержания и замены сменного разливочного стакана для разливки расплавленного металла из резервуара, причем указанное устройство для замены трубы содержит каркас с разливочным отверстием, при этом указанный каркас подходит для прикрепления к нижней стороне резервуара для разливки металла и содержит первый, верхний, участок и второй, нижний, участок, которые соединяются в средней плоскости сечения, образующей плоскость, в которой внутреннее сопло и сменный разливочный стакан образуют скользящий контакт, причем верхний боковой участок каркаса содержит:
(a) средство для приема и зажима на месте в его положении разливки опорной поверхности внутреннего сопла напротив опорного участка верхнего бокового участка каркаса, так что сквозное расточное отверстие внутреннего сопла имеет флюидную связь с разливочным отверстием; а нижний боковой участок каркаса содержит:
(b) проход, идущий вдоль первой оси первого направления (X) между впускным отверстием и выпускным отверстием, подходящий для приема и перемещения сменного разливочного стакана от указанного впуска к указанному выпуску, проходящего положение разливки при совмещении с разливочным отверстием каркаса;
(c) средство для смещения и средство для направления указанного сменного разливочного стакана из положения резерва в положение разливки при совмещении с разливочным отверстием каркаса и, возможно, для его направления к выпуску, причем указанное направляющее средство идет по существу параллельно первому направлению (X);
(d) средство прижима, совмещенное с направляющим средством и расположенное по существу параллельно первому направлению (X) на уровне положения разливки разливочного стакана, предназначенное для прижима указанного сменного разливочного стакана в его положении разливки в направлении верхнего участка каркаса;
отличающееся тем, что по меньшей мере два средства зажима расположены перпендикулярно к указанному первому направлению (X).
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения средства зажима содержат по меньшей мере первый зажимной элемент, пересекающий указанное первое направление (X) и расположенный по существу перпендикулярно к нему.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения средства зажима содержат три зажимных элемента, причем соответствующие центроиды ортогональных проекций на среднюю плоскость сечения зажимных элементов в их зажатом положении образуют вершины треугольника.
Как это известно специалистам в данной области, центроид плоской фигуры представляет собой точку пересечения всех прямых линий, которые делят указанную фигуру на две части равного момента относительно линии. В треугольнике центроид представляет собой точку пересечения медиан. В частности, треугольник, образованный при помощи центроидов проекций средств зажима, определен при помощи одной или любой комбинации любых следующих геометрий:
a) первая высота треугольника, называемая высотой X, которая проходит через первую вершину, называемую вершиной X, является по существу параллельной первому направлению (X);
b) первая медиана треугольника, называемая медианой X, которая проходит через первую вершину, называемую вершиной X, является по существу параллельной первому направлению (X);
(с) треугольник в соответствии с (a) или (b), в котором вершина X указывает в направлении впускного отверстия;
d) треугольник в соответствии с (a) или (b), в котором вершина X указывает в направлении выпускного отверстия;
e) все углы треугольника являются острыми;
(f) треугольник является равнобедренным, преимущественно в соответствии с (а) и (b), предпочтительнее в соответствии с (а), (b), так что вершина X представляет собой точку встречи двух сторон равной длины, предпочтительнее в соответствии с (а), (b) и (e);
(g) треугольник в соответствии с (f), в котором угол 2α, образованный при помощи центроида разливочного отверстия и двух вершин треугольника, кроме вершины X, составляет от 60 до 90°; и
(h) треугольник, в котором угол, образованный при помощи вершины X, составляет меньше чем 60°.
Предпочтительно, чтобы первый зажимной элемент, соответствующий вершине X, перекрывал угловой сектор, γ, от 14 до 52°, а две других зажимных элемента перекрывают угловой сектор, β, от 10 до 20°, причем все углы измерены относительно центроида разливочного отверстия. Также является предпочтительным, чтобы внутренний гребень (то есть смежный с полостью разливки) проекции указанного первого зажимного элемента, соответствующий вершине X, пересекал первую ось (X) с касательной, нормальной к ней. В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения указанный первый зажимной элемент, идущий нормально к первому направлению (X), установлен с возможностью перемещения между холостым положением и положением зажима, с перемещением из одного положения в другое при помощи средства приведения в действие коленчатого вала.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения устройство для замены трубы содержит по меньшей мере одно газовое соединение с источником газа, причем указанное соединение выполнено между двумя из трех зажимных элементов, и идет преимущественно по существу параллельно первому направлению (X).
В соответствии с настоящим изобретением также предлагается внутреннее сопло, сердечник которого изготовлен из огнеупорного материала, предназначенное для разливки расплавленного металла из металлургического резервуара и подходящее для установки на верхний участок устройства для замены разливочной трубы, причем указанное внутреннее сопло содержит:
(a) по существу трубчатый участок с осевым сквозным расточным отверстием, флюидно соединяющим впускное отверстие с выпускным отверстием; и
(b) плиту, которая содержит первую, контактную, поверхность, перпендикулярную к осевому сквозному расточному отверстию и содержащую выпускное отверстие, и вторую поверхность, противоположную первой контактной поверхности, соединяющую стенки трубчатого участка с боковыми кромками, определяющими периметр и толщину плиты;
И отличается тем, что плита внутреннего сопла содержит три отдельных опорных элемента, выступающие из боковых кромок, причем каждый опорный элемент содержит опорную реборду, обращенную в направлении контактной поверхности, при этом указанные опорные элементы распределены вокруг периметра плиты так, что центроиды ортогональных проекций на плоскость, параллельную контактной поверхности опорных реборд, образуют вершины треугольника.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения треугольник, образованный при помощи центроидов проекций трех опорных реборд, определен при помощи одной или любой комбинации любых следующих геометрий:
a) первая высота треугольника, называемая высотой X, которая проходит через первую вершину, называемую вершиной X, является по существу параллельной первой оси (X);
b) первая медиана треугольника, называемая медианой X, которая проходит через вершину X, является по существу параллельной указанной первой оси (X);
c) треугольник является таким, что высота X или медиана X пересекает центральную ось (Z) сквозного расточного отверстия сопла у центра сквозного расточного отверстия;
d) все углы треугольника являются острыми;
(e) треугольник является равнобедренным, преимущественно в соответствии с (a) и (b), а предпочтительнее в соответствии с (a), (b) и (c), так что вершина X представляет собой точку встречи двух сторон равной длины, предпочтительнее в соответствии с (a), (b), (c) и (d);
(f) треугольник в соответствии с (с), в котором угол 2α, образованный при помощи центра сквозного расточного отверстия и двух вершин треугольника кроме вершины X, составляет от 60 до 90°; и
(g) треугольник, в котором угол, образованный при помощи вершины X, составляет меньше чем 60°.
Все поверхности, кроме первой, контактной, поверхности плиты внутреннего сопла преимущественно по меньшей мере частично облицованы металлической оболочкой, причем три опорные реборды являются частью указанной металлической оболочки. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения внутреннее сопло содержит средство газового соединения, имеющее флюидную связь с разливочным сквозным расточным отверстием внутреннего сопла, так чтобы расплавленный металл, протекающий через внутреннее сопло, мог быть закрыт слоем инертного газа, такого как Ar, He, Ne и т.п. Средство газового соединения также может иметь флюидную связь с канавкой, лежащей на контактной поверхности внутреннего сопла, чтобы защищать расплавленный металл от окисления в случае утечки на границе раздела между контактной поверхностью внутреннего сопла и поверхностью скольжения разливочного стакана. Средство газового соединения преимущественно расположено между двумя опорными ребордами.
В соответствии с настоящим изобретением также предлагается сборка описанного выше устройства для замены трубы и внутреннего сопла, в которой внутреннее сопло содержит опорные элементы, сопряженные со средствами зажима устройства для замены трубы. Внутреннее сопло преимущественно также соответствует описанному здесь выше.
В соответствии с настоящим изобретением также предлагается металлическая оболочка для облицовки описанного здесь выше внутреннего сопла, причем указанная металлическая оболочка содержит основную поверхность с отверстием для размещения трубчатой части сопла и боковые кромки, идущие от периметра основной поверхности, отличающаяся тем, что указанная металлическая оболочка содержит три отдельных опорных элемента, выступающие из указанных боковых кромок, причем каждый опорный элемент содержит опорную реборду, ориентированную в направлении удаления от указанной основной поверхности, при этом указанные реборды расположены вокруг периферии металлической оболочки, так что центроиды каждого из указанных трех опорных элементов образуют вершины треугольника. В данном случае центроид представляет собой геометрический центр конфигурации объекта. Различные геометрии описанных здесь выше опорных реборд внутреннего сопла применимы с соответствующими изменениями к данной металлической оболочке, так как реборды являются частью металлической оболочки.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания его неограничительных примеров осуществления, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1а показан вид в перспективе внутреннего сопла в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения в его ориентации разливки.
На фиг.1b показан вид в перспективе сопла, показанного на фиг.1, после его переворота сверху вниз в вертикальном направлении.
На фиг.2 показан вид сверху сопла, показанного на фиг.1, зажатого на месте в устройстве для замены трубы в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2а показан разрез, поясняющий конструкцию зажимного элемента, показанного на фиг.2.
На фиг.3 и 3а показаны виды сверху сопла, показанного на фиг.1.
На фиг.4 показан разрез зажимного элемента.
На фиг.5 показан вид сбоку в разрезе внутреннего сопла, показанного на фиг.1, стоящего в положении разливки на устройстве для замены трубы, до осуществления его зажима.
На фиг.5a-5d показаны разрезы вдоль продольной плоскости, поясняющие операции зажима при помощи средства зажима, показанного на фиг.4, осуществляемые для зажима опорной реборды внутреннего сопла.
На фиг.6а-с показано распределение напряжений вокруг разливочного канала для различных размещений средств зажима внутреннего сопла.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение имеет отношение к устройству для замены трубы, предназначенному для удержания и замены скользящего разливочного стакана, установленного под металлургическим резервуаром и предназначенного для разливки расплавленного металла, содержащегося в резервуаре, а также для направления скользящего разливочного стакана в положение разливки, в котором он выступает из разливочного канала внутреннего сопла, предусмотренного в металлургическом резервуаре. Направление замены плиты соответствует продольному направлению устройства, а направления, не параллельные указанному продольному направлению, соответствуют поперечным направлениям устройства, причем направление, перпендикулярное к продольному направлению, называют также нормальным направлением. Как скользящая плита разливочного стакана, так и внутреннее сопло имеют две по существу продольные кромки и две поперечные, обычно нормальные кромки.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается прикладывать усилие зажима вдоль поперечных кромок внутреннего сопла и прикладывать силу прижима к продольным кромкам разливочного стакана, так что улучшается герметичность у контактной плоскости поперечных кромок внутреннего сопла / скользящей плиты. Другими словами, за счет средств зажима и средств прижима, расположенных указанным образом, можно прикладывать силу, создающую контакт по существу на всей окружности внутреннего сопла / контактной плоскости скользящего разливочного стакана, так что улучшается герметичность и, таким образом, увеличивается срок службы деталей и повышается качество литого металла. В частности, авторы настоящего изобретения обнаружили, что выгодно прикладывать усилия указанным образом по сравнению с известным приложением усилий, когда прикладывают противоположные силу прижима и силу зажима и когда высокое давление на продольные кромки внутреннего сопла и скользящей плиты может изгибать и разделять соответствующие поперечные кромки.
Более того, средства зажима, расположенные в поперечном направлении, могут дополнительно содействовать точной установке внутреннего сопла относительно каркаса устройства для замены трубы вдоль продольного направления, что является особенно выгодным. В самом деле, к внутреннему соплу приложены существенные силы сдвига в продольном направлении во время замены плиты разливочного стакана, так что силы зажима, распределенные в поперечном направлении, способствуют повышению устойчивости внутреннего сопла в продольном направлении, и, таким образом, фиксируют сопло в продольном направлении несмотря на напряжения сдвига, вызванные заменами плиты.
Термин "средство зажима" относится к средству, установленному с возможностью поворота на каркасе устройства для замены трубы и предназначенному для приложения усилия зажима к поверхности зажима внутреннего сопла, причем указанное усилие передается к противоположной опорной поверхности, расположенной напротив опорной поверхности каркаса устройства для замены трубы. Обычно усилие, приложенное при помощи средства зажима к внутреннему соплу, представляет собой направленное вниз усилие, которое приложено к верхней поверхности внутреннего сопла, а усилие, приложенное при помощи средства прижима к скользящей плите разливочного стакана, является противоположным первому усилию и обычно ориентировано в направлении вверх и приложено к нижней поверхности плиты. Вертикальным направлением считают направление потока расплавленного металла из выпуска металлургического резервуара. Поперечным направлением считают любое направление, пересекающееся с продольным направлением, а нормальным направлением считают направление, перпендикулярное как к продольному, так и к вертикальному направлениям, так что продольное, нормальное и вертикальное направления образуют ортогональную систему координат. Более того, следует иметь в виду, что направление вперед определено относительно направления замены разливочного стакана в устройстве для замены трубы, причем плита движется из заднего положения вперед, чтобы занять следующие последовательные положения: резервное положение (когда другой разливочный стакан находится в положении разливки), положение разливки (когда расточное отверстие разливочного стакана совмещена со сквозным расточным отверстием внутреннего сопла), положение герметизации (когда поверхность герметизации, предусмотренная на плите разливочного стакана, расположена напротив выпуска сквозного расточного отверстия внутреннего сопла и герметизирует его) и положение удаления (когда скользящая сторона плиты выведена из устройства для замены трубы). Также следует иметь в виду, что несколько огнеупорных поверхностей плит как внутреннего сопла, так и разливочного стакана обычно облицованы при помощи металлической оболочки. Разливочный стакан обычно содержит трубчатое удлинение различной длины в зависимости от вида применения. Трубчатое удлинение может быть достаточно длинным, так что его конец погружен в расположенный ниже по ходу металлургический резервуар, например в литейные формы установки для непрерывной разливки металла. Погруженная разливочная труба изготовлена из огнеупорного материала.
В дальнейшем описании по существу вертикальное направление, соответствующее направлению разливки, называют направлением Z, а центральную ось сквозного расточного отверстия внутреннего сопла называют осью Z, которая является параллельной направлению Z, когда внутреннее сопло установлено в его положении разливки в устройстве для замены труб. Продольное направление, соответствующее направлению замены плиты, называют направлением X, которое по существу является нормальными к направлению Z, причем ось X параллельна направлению X и проходит через центроид разливочного отверстия устройства для замены труб.
Настоящее изобретение основано на том наблюдении, что традиционные устройства для замены трубы, например, такие как раскрытые в ЕР 1289696, в котором средства зажима для удержания внутренней трубы на верхнем участке каркаса, которые расположены по существу параллельно направлению X и по существу сверху от средств 18 прижима, прижимающих разливочный стакан вверх к контактной поверхности внутреннего сопла 12, имеют проблемы, связанные с обеспечением герметичности. Авторы настоящего изобретения провели анализ распределения напряжений вокруг разливочного отверстия и пришли к выводу, что уровень сжимающего напряжения в поперечном участке плит намного ниже, чем с продольных сторон, что может создавать тонкий, но неприемлемый зазор, приводящий к утечке расплавленного металла (фиг.6а). Для решения этой проблемы в соответствии с настоящим изобретением предлагается размещать по меньшей мере два, а преимущественно три зажимных элемента 20 поперечно к направлению X, вдоль которого расположены средства 18 прижима. Это кажущееся простым решение позволяет неожиданным образом решить проблему риска утечки известных систем для замена трубы, как это описано далее более подробно.
В установке для непрерывной разливки расплавленного металла, например для непрерывной разливки расплавленной стали, устройство 10 для удержания и замены скользящих разливочных стаканов используют для разливки металла, который содержится в металлургическом резервуаре, например в разливочном устройстве, в другой резервуар, например в одну или несколько литейных форм. Устройство 10, частично показанное на фиг.2, установлено под металлургическим резервуаром при совмещении с отверстием в его дне, так чтобы ввести через него внутреннее сопло 12, закрепленное в каркасе устройства 10 для замены трубы и прикрепленное к основанию металлургического резервуара, например, с использованием цемента. Вид сбоку типичного устройства для замены трубы показан на фиг.1 в патенте ЕР 1289696. Сквозное расточное отверстие 14 внутреннего сопла 12 образует разливочный канал, а устройство 10 выполнено так, что оно может направлять скользящую плиту разливочного стакана в положение разливки, так что осевое расточное отверстие стакана входит во флюидную связь со сквозным расточным отверстием 14 внутреннего сопла. Для этого устройство 10 содержит средство 16 для направления скользящего сопла через впуск и от положения резерва в положение разливки. Например, средство для направления может быть выполнено в виде направляющих 16. Направляющие 16 расположены вдоль продольных кромок 17а, 17b канала устройства 10 и идут от впуска устройства в холостое положение и в положение разливки. Более того, в положении разливки разливочного стакана устройство 10 содержит средство 18 прижима, расположенное параллельно направлению X, предназначенное для прижима плиты разливочного стакана к контактной поверхности внутреннего сопла 12, например сжатые пружины 18, причем указанное средство прижима предназначено для приложения усилия к нижней поверхности каждой из двух продольных кромок скользящей плиты разливочного стакана, так чтобы ввести плиту в тесный контакт с контактной поверхностью внутреннего сопла 12 и, таким образом, создать герметичное соединение между сквозным расточным отверстием 14 внутреннего сопла и осевым расточным отверстием разливочного стакана. Как это показано на фиг.2, пружины 18 распределены вдоль продольных кромок 17а, 17b устройства 10 по существу параллельно направлению X. Устройство 10 дополнительно содержит средство 20 для зажима внутреннего сопла, которое описано далее более подробно, выполненное так, чтобы прикладывать усилие к верхней поверхности двух поперечных кромок внутреннего сопла 12, так чтобы удерживать внутреннее сопло прижатым к устройству 10. В описании настоящего изобретения поперечным направлением считают направление, которое не является параллельным направлению X или которое пересекается с ним.
Внутреннее сопло 12 содержит металлическую оболочку 22 для облицовки всех поверхностей, кроме первой, контактной поверхности (26) плиты 24 внутреннего сопла, изготовленных из огнеупорного материала, как это показано на фиг.1b. Металлическая оболочка 22 армирует огнеупорный элемент 24 и преимущественно сцеплена с плитой с использованием цемента. Огнеупорная плита играет основную роль в том, чтобы выдерживать высокие температуры, когда сопло контактирует с расплавленным металлом, однако его прочностные свойства, в частности сопротивление сжатию, сопротивление сдвигу, сопротивление трению и сопротивление износу, являются недостаточными, когда имеется концентрация напряжений. По этой причине огнеупорную плиту облицовывают металлической оболочкой, к которой приложены механические напряжения, но которая изолирована от любого возможного контакта с расплавленным металлом. Толщина металлической оболочки может варьироваться ориентировочно от 1 мм до значения больше чем 6 мм, причем металлическая оболочка имеет более толстые стенки тогда, когда она изготовлена из литейного чугуна. Металлическая оболочка удалена от контактной поверхности 26 внутреннего сопла (фиг.1b), когда эта поверхность введена в тесный контакт с поверхностью скольжения плиты разливочного стакана. Металл не может быть использован для облицовки контактной поверхности, так как он будут поврежден с драматическими последствиями в случае любой утечки расплавленного металла. Как уже было указано здесь выше, контактная поверхность 26 внутреннего сопла предназначена для входа в тесный контакт с поверхностью скольжения разливочного стакана, когда указанный стакан толкают при помощи устройства 10 на место в положение разливки, то есть в положение напротив внутреннего сопла 12. Один конец сквозного расточного отверстия 14 внутреннего сопла открыт в контактной поверхности 26.
Внутреннее сопло 12 содержит три отдельных опорных элемента 30а, 30b, 30с, выступающие из боковых кромок и распределенные вокруг периметра плиты. Каждый опорный элемент содержит соответствующую опорную реборду (34а, 34b, 34с), обращенную в направлении контактной поверхности 26. Центроиды ортогональной проекции соответствующих реборд на плоскость, параллельную контактной поверхности 26, образуют вершины треугольника. Опорные элементы и их реборды в действительности являются частью металлической оболочки, облицовывающей части плиты внутреннего сопла. Это является предпочтительным потому, что в этом случае усилие зажима приложено к поверхности металла, который не крошится, как может крошиться огнеупорный материал, когда к нему приложены высокие концентрации сжимающих напряжений и напряжений сдвига. Поверхности трех реборд образуют опорную поверхность. Они преимущественно являются копланарными, однако это не является существенным в соответствии с настоящим изобретением. Они преимущественно являются параллельными контактной поверхности 26, однако это не является существенным, так как небольшой наклон реборд может помочь центрировать внутреннее сопло в устройстве 10 для замены трубы. Однако совершенно ясно, что опорные реборды внутреннего сопла должны быть согласованы с опорным участком и со средством 20 зажима устройства для замены трубы 10. Напротив опорных реборд (34а, 34b, 34с) внутреннее сопло содержит поверхности (32а, 32b, 32с) зажима, которые подходят для приема средства зажима устройства для замены трубы, так чтобы прижать в заданном положении опорные реборды внутреннего сопла к согласованным опорным участкам каркаса устройства для замены трубы. Поверхности зажима преимущественно являются металлическими и могут быть частью второй поверхности плиты, противоположной контактной поверхности, или могут быть частью опорных элементов, но отдельной от указанной второй поверхности, как это показано на фиг.1.
Опорные элементы 30а, 30b, 30с являются отдельными и выступают из периферийной поверхности 36 плиты внутреннего сопла 12, причем указанная поверхность 36 идет от нижней контактной поверхности 26 плиты, преимущественно, но не обязательно, по существу в вертикальном направлении Z. В одном варианте осуществления огнеупорный материал может находиться между опорной ребордой и поверхностью зажима опорного элемента внутреннего сопла. В этом варианте осуществления к части огнеупорного элемента приложены сжимающие напряжения от средства 20 зажима, однако любые концентрации напряжений поглощаются и распределяются при помощи металлического слоя, отделяющего огнеупорный элемент от средства зажима и опорных поверхностей устройства для замены труб. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления опорные реборды и расположенные напротив поверхности зажима разделены только металлом. Это гарантирует, что усилие зажима совсем не будет приложено к огнеупорному материалу, а будет приложено только к металлу. В примере, показанном на чертежах, три опорных элемента 30а, 30b, 30с полностью изготовлены из металла, так что только металл находится между опорными ребордами 34а, 34b, 34с и поверхностями 32а, 32b, 32с зажима.
Как это показано на фиг.3, внутреннее сопло 12 имеет две по существу продольные противоположные кромки 40а, 40b и две другие противоположные кромки 42а, 42b, по существу нормальные к продольным кромкам. Более того, вертикальная центральная продольная плоскость Р может быть задана осями X и Z, а три опорных элемента 30а, 30b, 30с могут быть расположены в виде буквы Y на периферии 36 сопла 12, причем основание 44а буквы Y находится в центральной продольной плоскости Р и совпадает с осью X, а две ветви 44b, 44с буквы Y расположены по двум сторонам от указанной плоскости Р, причем все ветви буквы Y встречаются в центроиде 46 сквозного расточного отверстия 14 внутреннего сопла. Более конкретно, второй опорный элемент 30b и третий опорный элемент 30с имеют соответственно вторую опорную реборду 34b и третью опорную реборду 34с, которые расположены с разных сторон от продольной плоскости Р. В описанном примере вторая и третья опорные реборды расположены симметрично, однако это не является обязательным. Более того, каждая из ортогональных проекций опорных реборд 34b, 34с на плоскость, параллельную контактной поверхности 26, имеет центроид 34'b, 34'c, расположенный под углом α (альфа) от 30 до 45° относительно продольной плоскости Р, относительно центра 46 внутреннего сопла 12, соответствующего центру разливочного отверстия 28. Кроме того, каждая из второй 34b и третьей 34c опорных реборд вписана в угловой сектор β (бета) от 10 до 20° относительно центра 46 внутреннего сопла 12. Более того, первый опорный элемент 30а имеет первую опорную реборду 34а, проходящую через продольную плоскость Р сопла 12. Более конкретно, опорная реборда 34а идет по существу симметрично относительно плоскости Р, причем центроид 34' этой поверхности расположен в плоскости Р. Опорная реборда 34а может находиться на поверхности, вписанной в угловой сектор γ (гамма) от 14 до 52° относительно центра 46 внутреннего сопла 12. В случае, показанном на фиг.3, центроиды 34'а, 34'b, 34'с проекции опорных реборд соответствуют центроидам проекции поверхностей 32'а, 32'b, 32'с зажима.
Внутреннее сопло 12 может дополнительно содержать средство 48 газового соединения, которое имеет флюидную связь с центральным расточным отверстием 14 сопла и/или с канавкой, лежащей на контактной поверхности 26. Предпочтительно, чтобы указанное средство 48 было расположено между вторым 30b и третьим 30 с опорными элементами. В этом случае средство 48 содержит один или два канала, открытые в поперечной вертикальной поверхности или в поперечной кромке 49, принадлежащей периферийной поверхности 36 и соединяющей два опорных элемента 30b, 30c. Вдуваемым газом может быть, например, аргон.
Средства 20 зажима устройства для замены трубы содержат два зажимных элемента, расположенных поперечно относительно оси X. Преимущественно три зажимных элемента 50а, 50b, 50c расположены в виде буквы Y на периферии внутреннего сопла 12 (фиг.2), при этом первый зажимной элемент 50а в основании Y расположен на заднем участке центральной продольной плоскости Р, а второй 50b и третий 50с зажимные элементы, образующие ветви Y, расположены с двух сторон от переднего участка указанной плоскости Р. Можно видеть, что средства зажима установлены так, чтобы прикладывать усилие к поперечным кромкам 42а, 42b внутреннего сопла. Зажимные элементы 50а, 50b, 50c имеют конфигурацию, дополнительную к конфигурации опорных элементов 30а, 30b, 30c. Таким образом, первый 50а, второй 50b и третий 50c зажимные элементы прикладывают соответствующие усилия к первой 34а, второй 34b и третьей 34c опорным ребордам, описанным выше.
Второй и третий зажимные элементы 50b, 50c могут быть по существу одинаковыми. Поэтому далее будет описана конструкция только элемента 50b со ссылкой на фиг.2 и 2а. Зажимной элемент 50b с возможностью поворота установлен на оси 52b, закрепленной в каркас 31, которая идет по существу в поперечном направлении. Элемент 50b имеет один свободный конец, имеющий так называемую поверхность 54b зажима, предназначенную для входа в контакт с поверхностью 32b зажима опорного элемента 30b и для приложения усилия зажима к указанной поверхности 32b за счет нажима на нее. Для этого элемент 50b приводят в действие при помощи поворотного устройства 56b (поворачивают вокруг вертикальной оси), действующего как кулачок в контакте с элементом 50b. Более конкретно, когда кулачок 56 вращается, он прикладывает горизонтальное усилие к свободному концу элемента 50b по стрелке, показанной на фиг.2а, которое поворачивает свободный конец вниз и, таким образом, поворачивает поверхность 54b вокруг оси 52b. Поворот вниз поверхности 54b создает усилие зажима, приложенное к поверхности 32b, которое передается к противоположной опорной реборде 34b, которая за счет этого будет прижата в заданном положении к соответствующему опорному участку каркаса. Следует иметь в виду, что зажимной элемент 50b не прикладывает только направленное вниз усилие зажима, а создает также горизонтальное усилие, предназначенное для того, чтобы блокировать реборду 34b горизонтально. Следует иметь в виду, что в рамках настоящего изобретения могут быть использованы и другие зажимные приспособления, известные специалистам в данной области, которые имеют несколько другую ориентацию, чем зажимное приспособление средства зажима в соответствии с настоящим изобретением.
Далее будет описана конструкция первого зажимного элемента 50а со ссылкой на фиг.4, 5 и 5a-5d. Первый зажимной элемент 50а имеет такую же форму, что и элемент 50b, показанный на фиг.2а, за исключением того, что он более вытянут по сравнению с элементом 50b. Элемент 50а установлен с возможностью поворота на оси 52а, закрепленной в каркас 31 и идущей в направлении, поперечном к направлению X, и имеет свободный конец, содержащий поверхность 54а, предназначенную для входа в контакт с поверхностью 32а зажима, за счет нажима на нее. Элемент 50а может быть приведен в действие иначе чем элемент 50b, в частности, при помощи средства, действующего как соединительный шток. Более конкретно, он может быть приведен в действие при помощи поворотного устройства 56а, установленного с возможностью поворота вокруг оси, в данном примере нормально к оси X, и действующего как кулачок в контакте с цилиндром 58. Цилиндр 58 может совершать поступательное перемещение в направлении X. Он имеет шток 60, действующий как соединительный шток, один конец 62 которого установлен с возможностью поворота вокруг свободного конца цилиндра 58, а противоположный конец 64 которого установлен с возможностью поворота вокруг свободного конца зажимного элемента 50а. Более того, цилиндр 58 имеет гнездо для штока 66, возвращаемого в холостое положение при помощи средства 68 возврата зажимного элемента 50а, например при помощи сжатой пружины.
Зажимной элемент 50а установлен с возможностью перемещения между холостым положением и положением зажима, и приводится в действие при помощи штока следующим образом. Холостое положение показано на фиг.5а. Для перемещения в положение зажима необходимо повернуть устройство 56а вокруг его оси, так что оно перемещает цилиндр 58 в горизонтальном направлении, показанном стрелкой 70. За счет этого перемещения соединительный шток 60 поворачивает элемент 50а вокруг его оси 52а, как это показано на фиг.5b, 5c и 5d, так что поверхность 54а зажима зажимного элемента нажимает на поверхность 32а зажима опорного элемента, при этом зажимной элемент 50а находится в своем положении зажима. Одновременно с перемещением цилиндра 58 шток 66 упирается в вертикальную стенку опорного элемента 30а, что приводит к сжатию пружины 68, как это показано на фиг.5c и 5d. За счет сжатия этой пружины система может вернуться в холостое положение просто за счет поворота устройства, действующего как кулачок 56а. В самом деле, в такой системе коленчатого вала, когда элемент 50а находится в положении зажима, показанном на фиг.5d, поворот устройства 56а позволяет цилиндру 58 совершать поступательное перемещение в направлении стрелки 72 под действием отпускания пружины 68, что позволяет зажимному элементу вернуться в положение, показанное на фиг.5а.
Устройство 10, показанное на чертежах, дополнительно содержит между двумя зажимными элементами 50b, 50c два канала впуска газа для сопла 12, открытых в вертикальной поперечной поверхности 51 устройства 10. Таким образом, когда элемент 50а находится в положении зажима, каналы вдувания газа устройства 10 будут идти от каналов 48 сопла 12, причем положения зажима элементов 50b, 50с обеспечивает особенно герметичное соединение указанных каналов.
Далее со ссылкой на чертежи будет описан способ зажима внутреннего сопла 12 в устройстве 10. В начале процесса зажима внутреннее сопло 12 просто устанавливают на каркас 31 устройства для замены трубы 10. Способ зажима содержит первую операцию прижима поперечной вертикальной поверхности 49 сопла 12, расположенной между опорными элементами 30b, 30c, к поперечной вертикальной поверхности 51 каркаса 31 устройства 10, для чего первый зажимной элемент 50а перемещают в положение зажима. При этом первый зажимной элемент 50а совершает поступательное перемещение по стрелке 70 на фиг.5а, упирается в опорный элемент 30а и прижимает внутреннее сопло 12 к передней поперечной кромке 51 устройства 10, в результате чего сопло очень точно прижимается к указанной передней кромке. Следует иметь в виду, что образование зажимным элементом 50а положения зажима одновременное приводит к сжатию уплотнений, расположенных в каналах 48 вдувания газа. Эти уплотнения могут быть установлены на внутреннем сопле или на устройстве. Они преимущественно изготовлены из графита. Поступательное перемещение по стрелке 70 позволяет управлять сжатием. После того как зажимной элемент 50а будет находиться в положении зажима, процесс сборки продолжают за счет факультативного одновременного приведения в действие двух зажимных элементов 50b, 50c, чтобы они заняли положение зажима. Таким образом, после зажима первого элемента 50а во второй операции способа производят зажим двух других элементов 50b, 50c, что позволяет получить очень простой способ зажима, в котором все зажимные элементы 50а, 50b, 50c и их средства приведения в действие образуют особенно предпочтительную систему зажима.
Среди преимуществ описанных здесь выше внутреннего сопла 12 и устройства 10 для замены трубы следует отметить преимущество, связанное с тем, что средство зажима прикладывает усилие к поперечным кромкам 42а, 42b внутреннего сопла, в то время как средство 18 прижима прикладывает усилие к продольным кромкам плиты скользящего разливочного стакана и к продольным кромкам 17а, 17b устройства 10. В результате давление будет приложено по существу ко всей окружности контактной поверхности между внутренним соплом 12 и скользящей плитой, что приводит к повышению герметичности (фиг.6(c)).
Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что после использования внутреннего сопла 12 эта же самая металлическая оболочка 22 может быть вновь использована для облицовки нового огнеупорного элемента.
Настоящее изобретение позволяет значительно повысить герметичность границы раздела между контактной поверхностью 26 внутреннего сопла и поверхностью скольжения плиты разливочного стакана в устройстве 10 для замены трубы. На фиг.6 показано распределение сжимающего напряжения, полученное в результате размещения средств зажима вокруг периферии разливочного отверстия: чем темнее цвет, тем выше сжимающее напряжение. На фиг.6(a) показана известная ранее конфигурация, описанная, например, в ЕР 1289696, в которой средства 20 зажима на месте внутреннего сопла расположены вдоль продольных кромок, параллельно оси X, и лежат по существу сверху от средств 18 прижима скользящей поверхности разливочного стакана к контактной поверхности 26 внутреннего сопла. Можно видеть, что давление является высоким только на участке рядом с продольными кромками, причем имеется низкое давление вдоль поперечного направления, что приводит к высокому риску утечки расплавленного металла при разливке и к значительному всасыванию воздуха.
На фиг.6(b) и (c) показана конфигурация в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.6(b) показаны два зажимных элемента 20 для зажима внутреннего сопла, которые расположены по существу нормально к оси X. Можно видеть, что часть плиты, которая содержит ось X, имеет более высокий уровень давления, чем в известной ранее геометрии на фиг.6(a). На фиг.6(c) показаны три зажимных элемента 20, которые расположены вокруг периметра внутреннего сопла, причем центроиды ортогональных проекций средств 20 зажима в их положениях зажима на плоскость контактной поверхности внутреннего сопла образуют вершины треугольника, или оси 'Y', которые соединяются в центроиде 46 сквозного расточного отверстия внутреннего сопла, как уже было указано здесь выше. На фиг.6(c) показано, что уровень сжатия является очень однородным, причем ко всему периметру плиты приложено высокое давление, что обеспечивает герметичность границы раздела между двумя поверхностями внутреннего сопла и разливочного стакана. Так как система с тремя зажимами является эффективной, то обсуждаются несколько вариантов осуществления такой системы с тремя зажимами.
Высотой треугольника является прямая линия, проходящая через вершину и перпендикулярная к противоположной стороне. Пересечение высот образует центр вписанной окружности. Медианой треугольника является прямая линия, проходящая через вершину и среднюю точку противоположной стороны, причем она делит треугольник на две равные площади. Точку пересечения медиан называют центроидом.
В одном варианте осуществления желательно, чтобы одна медиана, называемая медианой X, и/или высота, называемая высотой X, обе из которых проходят через вершину X проецируемого треугольника, была соосна с осью X, как это показано на фиг.2(a) и 6(c). Другие два средства 20 зажима расположены с двух сторон от оси X. Треугольник преимущественно является равнобедренным, причем две его стороны равной длины соединяются в вершине X, как это показано на чертежах.
Вершина X может быть обращена к впускному отверстию. Эта конфигурация является предпочтительной в случае газового соединения, расположенного между второй и третьей вершинами, другими, чем вершина X, так как трение, приложенное в продольном направлении при помощи разливочного стакана, которое вводится в нижний участок устройства для замены трубы и соответственно выводится из него, будет толкать внутреннее сопло к указанному соединению, в результате чего будет обеспечено газонепроницаемое соединение. Более того, силы трения взаимодействуют с системой коленчатого вала, установленной на первом средстве зажима, как уже было указано здесь выше. Альтернативно, вершина X может быть обращена к выпускному отверстию.
Все углы треугольника преимущественно являются острыми, чтобы обеспечивать равномерное распределение средств зажима вокруг периферии сопла. В частности, угол γ вершины X преимущественно составляет меньше чем 60°. С другой стороны, угол 2α, образованный при помощи центроида (46) разливочного отверстия и двух вершин треугольника, других, чем вершина X, преимущественно составляет от 60 до 90°.
Как это показано на чертежах, треугольник преимущественно является равнобедренным, преимущественно с медианой X, соосной с осью X. Предпочтительнее вершина X должна быть точкой пересечения двух сторон равной длины (в этой конфигурации медиана X и высота X являются соосными).
Позиционные обозначения
10 устройство для замены трубы.
12 внутреннее сопло.
14 сквозное расточное отверстие внутреннего сопла
16 направляющее средство
17а, 17b продольные кромки устройства
18 средство прижима
20 средство зажима
22 металлическая оболочка
24 огнеупорный элемент
26 контактная поверхность
28 разливочное отверстие
30а, 30b, 30c опорные элементы
31 каркас
32а, 32b, 32c поверхности зажима опорных элементов
34а, 34b, 34c опорные реборды опорных элементов
36 периферийная поверхность
40а, 40b продольные кромки сопла
42а, 42b поперечные кромки сопла
44а, основание Y.
44b, 44с ветви Y.
46 центроид сквозного расточного отверстия
48 средство газового соединения
49 поперечная поверхность сопла
50а, 50b, 50с зажимные элементы
51 поперечная поверхность устройства
52а, 52b ось зажимного элемента
54b поверхность зажима зажимного элемента
56а, 56b, 56с поворотное устройство или кулачок
58 цилиндр
60 шток, действующий как соединительная тяга
66 шток
68 средство возврата
70 горизонтальное направление
72 направление, противоположное направлению 70