УСТРОЙСТВО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ РАСПЫЛИТЕЛЬНЫХ СОПЕЛ
SPRAYER NOZZLE DRIVE

Изобретение относится к устройству перемещения распылительных сопел в направляющем сегменте установки непрерывной разливки для изготовления металлических заготовок различной ширины, при этом направляющий сегмент включает направляющие ролики, закрепленные в опорной раме направляющего сегмента, при этом направляющие ролики образуют линию транспортировки, при этом в упомянутой линии транспортировки, в плоскости, расположенной нормально к направлению транспортировки металлической заготовки, между соседними направляющими роликами расположены по меньшей мере два распылительных сопла, которые соединены соответственно с устройствами перемещения для изменения расстояния распылительных сопел друг от друга и для изменения расстояния по нормали от распылительных сопел до верхней поверхности линии транспортировки.
В установке непрерывной разливки заготовка, которая выходит из кристаллизатора по меньшей мере в частично затвердевшем состоянии, в расположенной далее направляющей проводке, образованной чаще всего следующими друг за другом отрезками направляющих сегментов, подвергается интенсивному распылительному охлаждению. Охлаждающее средство, чаще всего распыляемая вода или водовоздушная смесь, посредством распылительных сопел распыляется веерообразно в свободное пространство следующими друг за другом в направлении транспортировки заготовки направляющими роликами. Так как в установке непрерывной разливки обычно изготавливаются заготовки разной ширины, то необходимо располагать распылительные сопла таким образом, чтобы в плоскости, лежащей нормально к направлению транспортировки заготовки, обеспечивалась равномерная подача охлаждающего средства на поверхность заготовки. В случае заготовок, имеющих слябовое поперечное сечение, данное охлаждение ограничивается в основном широкими сторонами отлитой заготовки.
В случае слябового поперечного сечения при возрастающей ширине сляба для достижения в значительной степени равномерной подачи охлаждающего средства на поверхность широкой стороны сляба и обеспечения по возможности равномерного охлаждения заготовки рядом располагают два, при необходимости три, распылительных сопла. Неравномерное охлаждение ведет к образованию трещин на слябе, в особенности в области внешней поверхности или в краевой области.
Для обеспечения равномерной подачи охлаждающего средства уже известно использование устройств перемещения для изменения расстояния друг от друга распылительных сопел, расположенных в проходящей по нормали к направлению транспортировки заготовки плоскости, также для изменения расстояния по нормали от этих распылительных сопел до внешней поверхности металлической заготовки. За счет этого должно предотвращаться нежелательное наложение вееров распыления от двух соседних распылительных сопел и избыточное распыление на края заготовки.
Из документа DE 2507971 А1 уже известно устройство перемещения распылительных сопел, где множество распылительных сопел закреплены шарнирно на рычажной системе, выполненной например в виде параллельных коромысел. Перемещение такой рычажной системы приводит, согласно описанному примеру осуществления, при наличии трех, расположенных в одной плоскости распылительных сопел к образованию трех вееров распыления, которые при каждой выбранной ширине сляба могут переставляться из одной рабочей позиции в другую с сохранением постоянной области наложения и без избыточного распыления на края заготовки. Для этого элемент рычажного механизма с перемещающим шпинделем смещается в нужном направлении.
Из документа DE 263 6666 В1 известно устройство перемещения распылительных сопел, выполненное в виде множества соединенных параллельных коромысел, при этом каждое из этих параллельных коромысел несет одно распылительное сопло, а вся система в целом посредством маховика перемещается из одного рабочего положения в другое рабочее положение в соответствии с выбранной толщиной сляба.
Подобные устройства перемещения распылительных сопел для различных форматов заготовок далее известны из документов DE 3039443 Al, DE 3207668 А1 и ЕР 0028686 А1.
Устройства перемещения распылительных сопел работают внутри направляющей проводки для заготовки на небольшом расстоянии от горячей поверхности металлической заготовки в термически высоко нагруженной области и в области с высоким загрязнением, так что шарнирные соединения в полной кинематической цепи имеют возможность выхода из строя при нарушении функциональности. Дополнительно подвижные элементы располагаются в элементах направляющей проводки для заготовки или в направляющих сегментах в труднодоступных местах, вследствие чего ремонтные работы затруднены.
Задачей настоящего изобретения является устранение перечисленных недостатков и создание устройства перемещения распылительных сопел, которое характеризуется особенной пригодностью для обслуживания и хорошей доступностью.
Поставленная задача решается для устройства перемещения распылительных сопел описанного выше вида тем, что для каждого распылительного сопла, расположенного в плоскости, лежащей нормально к направлению транспортировки заготовки, предусмотрен держатель сопел, который закреплен на поршне исполнительного механизма по меньшей мере одного устройства перемещения, при этом при перемещении в осевом направлении поршня исполнительного механизма осуществляется параллельное перемещение распылительного сопла, при этом устройство перемещения закреплено на несущей раме направляющей проводки для заготовки в области, удаленной от линии транспортировки, предпочтительно во внешней области направляющей проводки, которая является легкодоступной. Таким образом, все устройства перемещения и управления расположены в области, удаленной от термического воздействия. Устойчивое расположение, заданное для конкретных рабочих условий, обеспечивается соединением поршня исполнительного механизма и держателя сопел таким образом, что отсутствует какое-либо относительное перемещение между этими двумя деталями.
Для обеспечения оптимального распределения охлаждающего средства по всей ширине заготовки для всех возможных сечений заготовки является целесообразным, что угол наклона поршня исполнительного механизма устройства перемещения к воображаемой верхней поверхности линии перемещения в плоскости, лежащей нормально к направлению транспортировки заготовки, согласуется с углом раскрытия струи охлаждающего средства, выходящей из распылительного сопла. Также и угол раскрытия струи охлаждающего средства лежит в упомянутой плоскости. Для этого угол раскрытия струи охлаждающего средства, выходящей из распылительного сопла, и также конструкция распылительного сопла определены так, что давление распыления струи охлаждающего средства, выходящей из распылительного сопла, которое зависит от расстояния от распылительного сопла до поверхности металлической заготовки, изменяется несильно. За счет угла раскрытия и расстояния от среза сопла до поверхности заготовки обеспечивается влияние на удельную подачу охлаждающего средства и на охлаждающую способность.
В качестве охлаждающего средства применяется подготовленная вода (водяное охлаждение) или распыленная посредством подходящей распылительной среды, например воздуха, вода (охлаждение туманом).
Количество необходимых устройств перемещения вдоль направляющей проводки для заготовки необходимо минимизировать. Это может достигаться посредством того, что последовательные распылительные сопла, лежащие в нескольких, расположенных в направлении транспортировки заготовки друг за другом плоскостях вдоль линии транспортировки, снабжены направленным в направлении транспортировки заготовки держателем сопел, причем сопла перемещаются синхронно с держателем сопел.
Для уменьшения колебательных движений на держателе сопел и для его общей стабилизации держатель сопел посредством по меньшей мере одного направляющего элемента перемещается на устройстве перемещения. Целесообразно, если продольная ось поршня исполнительного механизма устройства перемещения и продольная ось по меньшей мере одного направляющего элемента расположены в одной плоскости, при этом поршень исполнительного механизма устройства перемещения расположен предпочтительно между двумя направляющими элементами.
Устройство перемещения предпочтительно включает в себя приводимый в действие гидравлически или пневматически цилиндр давления.
Распылительное сопло включает в себя помимо собственно корпуса сопла, в котором осуществляется распыление жидкости и в выходном отверстии которого осуществляется образование веера распыления, также линию подачи охлаждающего средства и подвод охлаждающего средства, который присоединен к держателю сопел, при этом линия подачи охлаждающего средства расположена в направляющем элементе с возможностью перемещения в плоскости, лежащей нормально к направлению транспортировки заготовки, при этом направляющий элемент закреплен в несущей направляющие ролики опорной раме сегмента направляющей проводки. Линия подачи охлаждающего средства включает в себя в случае бинарного охлаждения линию подачи для охлаждающей воды, а также линию подачи для распылительной среды.
Для обеспечения легкого монтажа и демонтажа устройства перемещения и/или распылительного сопла направляющий элемент для размещения линии подачи охлаждающего средства выполнен в виде направляющей вилки, имеющей расположенный нормально к направлению транспортировки заготовки открытый направляющий шлиц. Направляющий элемент выполнен с возможностью регулировки для обеспечения точного позиционирования распылительных сопел между следующими друг за другом направляющими роликами для заготовки.
Для обеспечения возможности крепления нескольких расположенных друг за другом в направлении транспортировки заготовки распылительных сопел на общем держателе сопел также и в области изогнутой части направляющей проводки для заготовки, а также для одновременного обеспечения точного позиционирования вееров распыления между роликами направляющей проводки подвод охлаждающего средства выполняют с вращающимся подводом, который позволяет осуществлять отклонение в плоскости, лежащей параллельно направлению транспортировки заготовки.
Для уменьшения собственных колебаний длинных распылительных сопел и колебаний, вызванных силой отдачи струи охлаждающего средства, выходящей из отверстия распылительного сопла, линия подачи охлаждающего средства усилена опорным листом, расположенным в плоскости, лежащей нормально направлению транспортировки заготовки.
При очень широких слябах является целесообразным располагать рядом друг с другом более чем два распылительных сопла. При конструкции с по меньшей мере тремя распылительными соплами, расположенными в плоскости, нормальной к направлению транспортировки заготовки, держатели сопел для расположенных по краям сопел связаны с соединительным рычажным механизмом, а расположенными между крайними соплами последующие сопла посредством своих держателей подвешены на этом упомянутом соединительном рычажном механизме.
Простое по конструкции выполнение заключается в том, что при использовании по меньшей мере трех распылительных сопел в плоскости, лежащей нормально к направлению транспортировки заготовки, расположенные внутри распылительные сопла закреплены на не перемещающемся, жестко закрепленном держателе сопел.
Для автоматического согласования положения сопел и фактической ширины сляба каждое устройство перемещения снабжено контролирующими и управляющими устройствами, в частности датчиком перемещения и предпочтительно гидравлическим исполнительным элементом для определения положения поршня исполнительного механизма, которые в свою очередь соединены с системой управления литейной установкой.
Предпочтительно устройство перемещения для позиционирования распылительных сопел имеет гидравлический исполнительный элемент с клапанами переключения, которые управляются посредством трехпозиционного регулятора или импульсно-модулируемого регулятора.
Дальнейшие преимущества и детали настоящего изобретения приведены в последующем описании не ограничивающего примера осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг.1 - основной принцип осуществления устройства для двух различных значений ширины заготовки с одной стороны литой заготовки, в схематическом изображении в разрезе направляющей проводки для заготовки литейной установки по плоскости, нормальной к направлению транспортировки заготовки,
Фиг.2 - основной принцип осуществления устройства для двух различных значений ширины заготовки с одной стороны литой заготовки, в схематическом изображении в частичном разрезе направляющей проводки для заготовки литейной установки,
Фиг.3 - изображение изменения геометрического положения распылительного сопла, расположенного между соседними направляющими роликами на изогнутом участке направляющей проводки для заготовки,
Фиг.4 - закрепление распылительного сопла на держателе сопел согласно первому возможному варианту осуществления,
Фиг.5 - закрепление распылительного сопла на держателе сопел согласно второму возможному варианту осуществления,
Фиг.6 - вид сверху устройства перемещения с держателем сопел,
Фиг.7 - возможное осуществление устройства перемещения распылительного сопла с тремя распылительными соплами, в разрезе направляющей проводки для заготовки литейной установки по плоскости, нормальной к направлению транспортировки заготовки.
На фиг.1 и 2 изображено расположение устройства перемещения распылительного сопла согласно изобретению, предусмотренного в направляющей проводке литейной установки для изготовления слябовых заготовок. Фиг.2 показывает частичный разрез литейной установки на переходе от изогнутого участка направляющей проводки к прямому участку на выходе литейной установки, при этом показаны существенные компоненты устройства перемещения распылительного сопла и его преимущества при расположении в обеих геометрически различающихся позициях.
Отлитая в непоказанном кристаллизаторе металлическая заготовка 1 после выхода из кристаллизатора удерживается в направляющей проводке 2 для заготовки посредством направляющих роликов 3, которые воздействуют на противолежащие широкие стороны заготовки la, lb, при этом заготовка в направляющей проводке в направлении R транспортировки отклоняется из по существу вертикального литейного положения в по существу горизонтальное положение транспортировки. Между расположенными друг за другом в направлении подачи заготовки направляющими роликами 3а, 3b, 3с, 3d, 3е расположены распылительные сопла 4, 5, 6, 7, при этом в плоскости, нормальной к направлению транспортировки заготовки, например в плоскости разреза, в области распылительного сопла 5 расположены два распылительных сопла 5а, 5b, веерные струи 9а, 9b охлаждающего средства от которых попадают на поверхность 1а широкой стороны металлической заготовки 1 таким образом, что достигается в значительной степени равномерная подача охлаждающего средства. Если, например, отливается металлическая заготовка 1′, более широкая, чем металлическая заготовка 1, то осуществляется согласование позиции распылительных сопел 5а, 5b в соответствии с положениями 5а′, 5b′, показанными штриховой линией. Таким образом автоматически образуются веерные струи 9а′, 9b′ охлаждающего средства, с помощью которых также равномерно охлаждается вся ширина заготовки. Необходимое количество охлаждающего средства может, например, для увеличенной ширины заготовки соответственно регулироваться посредством повышения давления охлаждающего средства. Расположенные в направляющей проводке 2 для заготовки в два ряда, из которых показан только один, и поддерживаемые в опорной раме 2а направляющие ролики 3, 3а, 3b, 3с, 3d, 3t образуют линию 1с транспортировки литой металлической заготовки.
Каждое распылительное сопло 5а, 5b присоединено к держателю 10 сопел, который в свою очередь жестко без возможности относительного перемещения соединен с поршнем 11 исполнительного механизма устройства 12 перемещения. На фиг.2 изображено схематично устройство 12 перемещения с поршнем 11 исполнительного механизма и с полной возможностью перемещения поршня исполнительного механизма и держателя 10 сопел, что показано двойной стрелкой. Устройство 12 перемещения включает в себя цилиндр 40 давления, приводимый в действие гидравлически или пневматически. Держатель 10 сопел, например, при смене формата разливаемой металлической заготовки 1 от заготовки с первой шириной к металлической заготовке 1′ со второй шириной, которая, например, является большей, посредством обратного движения поршня 11 исполнительного механизма устройства 12 перемещения переводится в позицию, показанную как держатель 10' сопел, за счет чего устанавливается оптимальное охлаждение струями охлаждающего средства для заданной ширины заготовки. Устройство 12 перемещения закреплено на рамной конструкции направляющей проводки 2 в области, которая по возможности далеко расположена от горячей металлической заготовки, то есть на несущей консоли 13 удаленной от горячей металлической заготовки 1 стороны рамной конструкции направляющей проводки для заготовки.
Держатели 10, 10′ сопел проходят по существу в направлении транспортировки заготовки через продольную область, которая содержит множество расположенных друг за другом направляющих роликов 3а, 3b, 3с или 3с, 3d, 3е …. Множество расположенных друг за другом в каждой соответствующей области направляющей проводки распылительных сопел 4, 5, 6 или 7, 8 … закреплены на общем держателе сопел 10, 10′ и могут перемещаться совместно при осуществлении движения держателя сопел. Для непоказанного подробно случая, типичного для установки непрерывной разливки, при котором направляющая проводка сформирована из множества сегментов проводки, все сопла, расположенные друг за другом в направлении транспортировки заготовки и закрепленные на одном держателе сопел, проходящем в продольном направлении сегмента направляющей проводки, могут быть позиционированы совместно при перемещении держателя сопел. За счет этого в значительной степени уменьшаются затраты на систему трубопроводов для распылительного охлаждения для каждого сегмента, а количество необходимых устройств перемещения сокращается до по меньшей мере двух.
В случае особо широких металлических заготовок, в частности при ширине заготовки более 2,0 м, необходимы 3 устройства перемещения для трех расположенных рядом сопел, что обеспечивает равномерную по ширине заготовки подачу охлаждающего средства.
В случае прямолинейного участка направляющей проводки, как показано в правой половине фиг.2, распылительные сопла 7, 8 перемещаются совместно и параллельно, между соседними направляющими роликами 3с, 3d, 3е от поверхности заготовки или к ней, при этом удерживается расположение распылительных сопел по середине в пространстве между направляющими роликами. В случае изогнутого участка направляющей проводки, как показано в левой половине фиг.2, при параллельном перемещении распылительных сопел 4, 5 может в различной степени возникать потеря центрального положения между направляющими роликами проводки. Эти соотношения показаны на фиг.3. За счет параллельного перемещения струя охлаждающего средства непосредственно попадает на поверхность одного из направляющих роликов. Для того чтобы при любом положении держателя сопел, которое зависит от ширины отливаемой заготовки, обеспечивалась возможность установки распылительного сопла в центре зазора между соседними направляющими роликами, каждое распылительное сопло 4, 5, 6 закреплено на держателе сопел 10 внутри изогнутого участка проводки с возможностью обеспечения отклонения посредством подвода 15 охлаждающего средства. Одновременно длина линии 16 подачи охлаждающего средства, которая проложена между подводом 15 охлаждающего средства и распылительным соплом 17 в поперечном направлении к рамной конструкции направляющей проводки для заготовки, проходит в направляющем элементе 18, который в свою очередь закреплен на рамной конструкции направляющей проводки. Направляющим элементом 18 является направляющая вилка 19, имеющая расположенный в плоскости, нормальной к направлению транспортировки заготовки, открытый направляющий шлиц 19а. В этом направляющем шлице 19а с возможностью скольжения установлена линия 16 подачи охлаждающего средства, что обеспечивает ориентирование головки 17 распылительного сопла и, таким образом, струи 9 охлаждающего средства в центральной части между соседними роликами 3а, 3b … направляющей проводки. За счет закрепления с возможностью отклонения подвода 15 охлаждающего средства или распылительного сопла 4, 5 … на держателе 10 сопел предотвращается изгибание распылительного сопла в области линии подачи охлаждающего средства. Направляющие элементы 18 закреплены на не показанной подробно рамной конструкции направляющей проводки 2 для заготовки.
Для уменьшения колебательных движений распылительных сопел в области согнутых линий 16 подачи охлаждающего средства предусмотрены опорные листы 20, которые усиливают стабильность линий подачи охлаждающего средства по отношению к изгибу и колебаниям в плоскости, нормальной к направлению транспортировки заготовки (фиг.1). При бинарном охлаждении (водовоздушный туман) линия подачи охлаждающего средства содержит линию собственно для охлаждающего средства и линию для распыляющего средства. Смешивание обоих компонентов и образование струи 9 охлаждающего средства осуществляется в распылительной головке 17.
Первое возможное выполнение держателя 10 сопел и закрепления распылительного сопла 4 на держателе показано на фиг.4. Держатель 10 сопел включает в себя две профилированные трубы 22, 23 для подачи, подвода и распределения охлаждающего средства, такого как подготовленная вода, а также распылительного средства, такого как воздух, для выбранного количества распылительных сопел 4. Профилированные трубы 22, 23 присоединены посредством соединительных планок 24, 25 к устойчивому к колебаниям держателю сопел. К профильным трубам по бокам приспособлены монтажные колодки 26, 27, которые в области проходных отверстий 28, 29 имеют монтажные фланцы 30 для герметичного закрепления подвода 15 охлаждающего средства для распылительного сопла. Проходные отверстия 28, 29 соответствуют подводам сред в распылительное сопло, которое изображено центральной линией. Проходные отверстия 28, 29 в монтажных колодках 26, 27 соответственно выполнены как продольные прорези 32, с тем чтобы даже при отклонении распылительного сопла не возникало сужение поперечного сечения. Распылительное сопло с помощью соединительного винта 31 закреплено на держателе 10 сопел. Для обеспечения герметичного соединения деталей при одновременном обеспечении возможности отклонения распылительного сопла соединительный винт может быть снабжен пружинным элементом и уплотнительными элементами для проходных отверстий.
Второй предпочтительный вариант конструктивного выполнения держателя 10 сопел и закрепление распылительного сопла 4 на держателе сопел показано на фиг.5. Держатель 10 сопел содержит также две жестко установленные на расстоянии друг от друга профилированные трубы 22, 23 для подвода охлаждающей среды и распылительного средства к распылительным соплам. На и в профилированных трубах в соответствии с количеством подключенных распылительных сопел вварены гильзы 33 цилиндра для установки с возможностью поворота вращающихся подводов 34, через которые охлаждающая среда и распылительное средство через проходные отверстия 28, 29 поступают в подвод 15 охлаждающей среды распылительного сопла 4. Распылительное сопло 4 жестко соединено с подводом 15 охлаждающего средства посредством резьбового соединения на монтажном фланце 30 вращающегося подвода 34 и выполнено с возможностью отклонения совместно с вращающимся подводом, а также с опорой на гильзе 33 цилиндра держателя 10 сопел в направлении оси 36 отклонения с осевым ограничением посредством установочного кольца 37. Проходные отверстия 28, 29 выполнены герметизированными в области перехода от гильзы цилиндра к вращающемуся подводу посредством множества уплотнительных колец 38.
Принципиальная конструкция устройства 12 перемещения, закрепленного на несущей консоли 13 рамной конструкции направляющей проводки 2, показана подробно на фиг.6. Устройство 12 перемещения включает в себя цилиндр давления 40, приводимый в действие гидравлически или пневматически, с поршнем 11 исполнительного механизма, который жестко соединен с держателем 10 сопел. Держатель сопел удерживает два направляющих элемента 41, выполненные в виде направляющих штанг, которые расположены с двух сторон от поршня исполнительного механизма, параллельно ему и в одной общей плоскости с упомянутым поршнем 11 исполнительного механизма. Направляющие элементы 41 проходят через опорную раму 42 устройства перемещения, при этом они выполнены с возможностью осевого перемещения скольжением в упомянутой раме, причем при приведении в действие цилиндра 40 давления они совершают синхронное перемещение с поршнем 11 исполнительного механизма. Направляющие элементы 41 служат для стабилизации держателя 10 сопел. На держателе сопел соответственно подключены гибкие подводящие линии 43, 44 для охлаждающего средства и средства распыления, обеспечивающие снабжение рабочими средами шести распылительных сопел 4-7. За счет этого обеспечивается значительное упрощение системы трубопроводов для охлаждающего средства в смонтированной направляющей проводке.
На фиг.7 показано расположение 3 распылительных сопел 5а, 5b, 5с в плоскости, лежащей нормально направлению транспортировки заготовки и между соседними роликами направляющей проводки. Лежащие по краям и охлаждающие краевые области сляба распылительные сопла 5а, 5b, как описано со ссылкой на фиг.1, имеют возможность согласования с изменяющейся шириной заготовки, тогда как внутреннее распылительное сопло 5с, охлаждающее центральную часть сляба, не имеет возможности изменения положения. Оно установлено на жестко закрепленном держателе 10 сопел. Также возможно, что держатель сопел, предназначенный для упомянутого центрального распылительного сопла, соединен с поршнем 11 исполнительного механизма устройства 12 перемещения, которое изображено штриховой линией, за счет чего все три распылительных сопла могут совершать согласованные друг с другом перемещения для согласования с различной шириной заготовки.
Каждое устройство 12 перемещения снабжено контролирующими и управляющими устройствами 45, которые соединены с системой 46 управления литейной установкой и включают в себя по меньшей мере один датчик перемещения и предпочтительно гидравлический, исполнительный элемент для определения положения поршня (см. фиг.1). Система управления литейной установкой задает основные параметры литейной установки, которые определяются, например, указанием формата отливаемой заготовки и маркой стали, в соответствии с ними устанавливается заранее заданное положение распылительных сопел в направляющей проводке. Эти заранее заданные значения для позиционирования распылительных сопел одновременно применяются для всех контролирующих и управляющих устройств.