КАЧАЮЩИЙСЯ СТОЛ
OSCILLATING TABLE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к качающемуся столу, в частности к столу, используемому при производстве слитков и блюмов для обеспечения качания кристаллизатора.
Уровень техники
Традиционные качающиеся столы описаны в различных патентных документах. Среди них документ US 5642769 описывает устройство непрерывного литья, содержащее качающий и направляющий кристаллизатор механизм, установленный на опорной конструкции. В частности, описанный качающийся стол содержит:
- опорную конструкцию, закрепленную на основании,
- промежуточную опорную конструкцию между вышеупомянутой первой конструкцией и кристаллизатором,
- и сам кристаллизатор.
Промежуточная опорная конструкция предназначена для качания под действием гидравлического или механического привода и связана с опорой и с кристаллизатором посредством первой и второй упругих мембран соответственно.
Механизм, направляющий кристаллизатор, содержит эту вторую мембрану, которая, так же как и первая мембрана, выполнена подобно рессоре в виде диска кольцевой формы. Этот кольцевой формы диск связан вблизи своего внутреннего ребра с кристаллизатором и вблизи своего внешнего ребра с промежуточной опорной конструкцией с помощью механического крепежного средства.
Такой качающийся стол, однако, имеет серию недостатков.
Первым недостатком является факт создания упругих мембранных элементов между конструкцией, закрепленной на основании, и подвижной промежуточной конструкцией. Использование мембраны делает невозможным получение очень широких аксиальных качаний, так как размах мембраны ограничен ее предельным динамическим напряжением сдвига. Эта мембрана фактически должна гасить в поле упругих деформаций все направляющие силы, и каждая точка мембраны на внутреннем отверстии подвергнута не только растяжению в радиальном направлении, но также растяжению со стороны соседних точек вдоль окружности; чрезмерная нагрузка приводит к достижению предельного динамического напряжения сдвига и затем к разрушению такой мембраны.
Вторым недостатком представляется тот факт, что соединения мембран с опорной конструкцией и подвижной конструкцией должны быть выполнены посредством значительного количества винтов, штифтов или других механических крепежных средств, необходимых для перераспределения нагрузок, создаваемых силами, индуцированными колебаниями на такой ограниченной толщине вышеупомянутой мембраны.
Еще одним недостатком такого качающегося стола является то, что затруднительно выполнение операции замены кристаллизатора в случае, например, когда формат продукции литья должен быть изменен. Более того, качающийся стол сконструирован таким образом, что отсутствует возможность установки криволинейного кристаллизатора.
И наконец, следующим недостатком является тот факт, что охлаждающая вода под давлением, развивающая значительную силу, действующую на нижнюю мембрану, связывающую закрепленную на земле конструкцию с подвижной промежуточной конструкцией, ограничивает полезную работу кристаллизатора, так как даже сама вода в состоянии движения создает нежелательные инерционные и дополнительные силы, что отрицательно влияет на динамику элементов в движении.
В других известных в уровне техники качающихся столах присутствие подшипников как объектов изнашивания делает их использование невыгодным, так как они требуют частого технического обслуживания с немалыми затратами и большим потреблением времени. Более того, в течение процесса сталелитейного производства нежелательные движения качающегося стола создают обусловленные ими люфты подшипников, величина которых увеличивается с повышением частоты качаний.
Одна из попыток преодоления некоторых из этих недостатков была предпринята в столе, описанном в US 5623983. Однако его недостаток заключается в громоздкой конструкции и чрезмерном общем весе. Поэтому требуются более высокие усилия при запуске, т.е. более сильный импульс качания. Более того, срок действия рессор ограничен часто чередующимися напряжениями изгиба, что обусловлено высокой инерцией. Отклонения и смещения кристаллизатора от необходимой траектории имеют место, а также более заметно влияние нагрева. И наконец, геометрия такого стола делает трудной операцию замены кристаллизатора.
Поэтому назрела потребность в создании инновационного качающегося стола, который делает возможным преодоление вышеперечисленных недостатков.
Сущность изобретения
Первоочередной целью настоящего изобретения является создание качающегося стола для слитков или блюмов, который имеет высокую крутильную и поперечную жесткость и обеспечивает высокую точность перемещения кристаллизатора с большей амплитудой качания исключительно в направлении вытяжки слитка.
Следующей целью является создание качающегося стола более простой конструкции с отсутствующими механическими элементами, подверженными износу, такими как, например, подшипники, вращающиеся штифты, сочленения, катки и т.п., что практически устраняет необходимость в техническом обслуживании с экономией времени и средств.
Настоящее изобретение направлено на преодоление вышеописанных недостатков посредством создания качающегося стола, который по п.1 содержит
- подвижную конструкцию, установленную в неподвижно закрепленной на основании опорной конструкции, содержащую кристаллизатор, определяющий направление (X) вытяжки слитка и установленный с возможностью качания посредством первых упругих направляющих элементов, расположенных поперек направления вытяжки слитка,
- приводы, предназначенные для передачи переменных импульсов кристаллизатору в практически вертикальном направлении для обеспечения качания,
- при этом вышеупомянутые первые упругие направляющие элементы содержат четное число пар первых упругих балок и четное число пар вторых упругих балок, причем вышеупомянутые пары балок расположены поочередно в двух первых плоскостях, параллельных друг другу, и равноудалены от вышеупомянутого направления (X) вытяжки слитка, а вышеупомянутые вторые пары вторых балок расположены поочередно в двух вторых плоскостях, параллельных друг другу, и равноудалены от направления (X) вытяжки слитка, при этом вышеупомянутые вторые плоскости практически перпендикулярны вышеупомянутым первым плоскостям для обеспечения крутильной и поперечной жесткости относительно направления вытяжки слитка и для обеспечения качания кристаллизатора только в направлении (X) вытяжки слитка.
Простота конструкции вышеупомянутого качающегося стола обусловлена устройством зажима для держателя кристаллизатора кристаллизатора, известного как гильза.
Вышеупомянутый подвес связан с кристаллизатором, содержит на одном конце коллекторную плиту для подачи, по меньшей мере, одной охлаждающей жидкости и отличается тем, что он снабжен гидравлическими фиксирующими средствами для фиксации вышеупомянутого держателя кристаллизатора к подвижной конструкции качающегося стола.
Особая конфигурация центрирующих и направляющих элементов кристаллизатора, предпочтительно пар упругих балок круглой или сплющенной формы, обеспечивает одно оптимальное направление его качания исключительно в направлении вытяжки слитка благодаря взаимодействию растяжения и сжатия при работе на изгиб, исключая все крутильные движения вокруг оси, перпендикулярной оси вытяжки слитка, которые могли бы быть вызваны крутящим моментом.
Более того, такие балки дают возможность получить высокую боковую жесткость всей подвижной конструкции, включая устройство подвески кристаллизатора.
Качающийся стол настоящего изобретения, кроме всего, гарантирует очень высокую крутильную и поперечную жесткость, что также дает возможность получить следующие преимущества:
- низкую инерционность, так как элементы в движении и вес их сведены к минимуму;
- низкий общий вес, который равен только приблизительно 1600 кг, не считая электромагнитного смесителя, который закреплен статически и вследствие этого практически сокращает вес наполовину по сравнению с подвижной частью традиционного стола;
- возможность работы с более широкими амплитудами, чем те, что у столов с мембранами, в которых размах мембран ограничен их предельным динамическим напряжением сдвига;
- возможность качания по дуге окружности заданного радиуса, т.е. возможность установки криволинейного кристаллизатора благодаря возможности устанавливать часть направляющих элементов в наклонном положении относительно горизонтальной плоскости с общей осью вращения;
- возможность необязательной установки смесителя внутри конструкции, предусмотренного, например, в случае производства специальной или высококачественной стальной продукции, предохраняя его тем самым от всевозможных повреждений, например от высокой тепловой нагрузки, от утечки жидкой стали и т.п.;
- возможность быстрой замены кристаллизатора, когда такая необходимость вызвана износом или изменением формата, благодаря гидравлическим фиксаторам, расположенным на вершине стола.
Следующим преимуществом является то, что гидравлические цилиндры соединены с конструкцией пластинчатыми рессорами, а не штифтами или другими механическими элементами, например подшипниками или шарнирами, что обычно подразумевает техническое обслуживание. Полное отсутствие вращающихся элементов в качающемся столе, таким образом, делает возможным устранение всех нежелательных движений, обусловленных люфтами, величина которых обычно увеличивается со временем при условии высокой частоты качаний.
Качающийся стол в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает установку прямолинейного или криволинейного кристаллизатора с продольными охлаждающими полостями, выполненными в стенках, что обеспечивает их небольшие деформации, вызванные давлением охлаждающей жидкости, которая протекает внутри отверстий и вследствие этого повышает общую жесткость.
Предпочтительно, чтобы коллекторная плита, подающая вышеупомянутую жидкость, будучи частью устройства подвески кристаллизатора, была закреплена на столе посредством вышеупомянутых гидравлических фиксаторов; присутствие крепежных винтов и болтов вследствие этого сведено к минимуму, и время замены сокращено. Вследствие этого по сравнению с решениями известного уровня техники охлаждающая вода не оказывает негативного влияния на динамику элементов в движении.
Зависимые пункты формулы изобретения описывают предпочтительные воплощения изобретения.
Краткое описание чертежей
Следующие характеристики и преимущества настоящего изобретения в дальнейшем станут очевидными в свете подробного описания предпочтительного, хотя и не единственного, варианта выполнения качающегося стола, показанного в качестве примера, не носящего ограничительный характер, с помощью прилагаемых чертежей, где:
фиг.1 представляет вертикальное сечение качающегося стола согласно настоящему изобретению;
фиг.2 представляет сечение А-А качающегося стола по фиг.1;
фиг.3 представляет вертикальное сечение варианта качающегося стола согласно настоящему изобретению;
фиг.4 представляет вертикальное сечение первого воплощения узла качающегося стола по фиг.1;
фиг.5а представляет вертикальное сечение второго воплощения узла качающегося стола по фиг.4;
фиг.5b представляет вариант второго воплощения узла по фиг.4.
Осуществление изобретения.
Фиг.1 представляет качающийся стол, в целом обозначенный позицией 1, который имеет внешнюю несущую конструкцию 10 или первую опорную конструкцию, закрепленную на основании. Вторая конструкция 20 предназначена для установки трубчатого кристаллизатора 30, установленного в держателе кристаллизатора 34, снабженном коллектором 7 для подачи и распределения, по меньшей мере, одной охлаждающей жидкости, и связана с внешней несущей конструкцией 10. Кристаллизатор 30 и коллектор 7 объединены верхним закрывающим фланцем 38.
Качательное движение второй конструкции 20 и, следовательно, держателя кристаллизатора 34 с кристаллизатором 30 обеспечивается приводом, содержащим, например, пару гидравлических двигателей 3, таких как цилиндры. Эти гидравлические двигатели 3 связаны с основанием посредством соединенных друг с другом пластинчатых рессор и с другой стороны связаны со второй конструкцией 20 как с подвижным элементом также посредством связанных друг с другом пластинчатых рессор. В конструкции привода колебательного движения отсутствуют подшипники, штифты, шарниры или другие механические элементы, что исключает зазоры в этих деталях, являющихся объектами износа, влекущими за собой частые операции технического обслуживания. Для того чтобы исключить отклонение кристаллизатора 30 от требуемой траектории движения вдоль направления вытяжки слитка или оси X, предусмотрено наличие упругих направляющих элементов 11, 11', 12, 12' второй конструкции 20, содержащей в своей центральной полости держатель кристаллизатора 34, плотно закрепленный к тому же посредством гидравлических зажимов 15 или других механических средств.
Такие направляющие элементы 11, 11', 12, 12', например, в форме связанных друг с другом круглых или плоских упругих балок расположены, как показано, например, на фигурах 1 и 2.
В предпочтительном выполнении такие направляющие упругие элементы содержат четыре пары первых упругих балок 11, 11' и четыре пары вторых упругих балок 12, 12'. Число пар первых и вторых балок может быть различным, но в любом случае четным.
Четыре пары первых упругих балок 11, 11' расположены попарно соответственно в двух первых вертикальных плоскостях, параллельных друг другу и оси Х вытяжки слитка, и равноудалены от вышеупомянутой оси. Аналогично четыре пары вторых упругих балок 12, 12' расположены попарно соответственно в двух вторых вертикальных плоскостях, параллельных друг другу и оси Х вытяжки слитка, и равноудалены от вышеупомянутой оси; вышеупомянутые вторые плоскости соответственно перпендикулярны вышеупомянутым первым плоскостям.
Балки 11, 11', 12, 12', такие как, например, круглые или другие практически сплющенные с формой сечения, например, в виде прямоугольника, первым своим концом закреплены ко второй конструкции 20 держателя кристаллизатора 34, т.е. к подвижной части качающегося стола, и вторым своим концом закреплены к внешней несущей конструкции 10.
Системы для крепления балок к опорной конструкции 20 выполнены, например, в виде скоб, приваренных к вышеупомянутой конструкции, имеющих сквозные отверстия, в которые вставлены балки; концы этих балок имеют резьбу и фиксируются на держателях с помощью гаек.
Фиксация балок на внешней несущей конструкции 10 может быть выполнена аналогичным образом, т.е. посредством введения конца балки с резьбой в тело конструкции и закрепления балки гайками.
В каждой из таких первых и вторых вертикальных плоскостях расстояние между верхней парой балок, расположенных вблизи верхней части кристаллизатора, и нижней парой, расположенной вблизи нижней части, предпочтительно одинаковое. Первые упругие балки 11, 11' параллельны друг другу, так же как и вторые упругие балки 12, 12'.
Упругие балки расположены с обеспечением жесткости в направлении, поперечном относительно направления вытяжки слитка Х, или в направлении качания и обеспечением гибкости только в направлении X.
В одном выполнении изобретения предусмотрено использование пластинчатых пружин или подобных в качестве упругих направляющих элементов кристаллизатора 30.
То обстоятельство, что в каждой из вышеупомянутых первых и вторых вертикальных плоскостях каждая из упругих балок каждой пары имеет первый конец, закрепленный на подвижней части стола, и второй конец, закрепленный на фиксированной части на противоположном краю относительно соответствующих концов непосредственно соседнего балки той же самой пары, в совокупности с тем, что расположение пар соответствующих балок относительно первой и второй плоскостей является асимметричным относительно направления вытяжки слитка или оси Х (как это видно для балок 12 и 12' на фиг.1 или фиг.2), делает возможным колебание кристаллизатора только вдоль направления Х вытяжки слитка.
Фактически такая конфигурация пар упругих балок 11, 11', 12, 12' обеспечивает противоположную направленность скручивающих моментов, которые могут возникнуть в направлении Х вытяжки слитка. В соответствии со знаком момента половина балок будет подвергнута растяжению, работая как тяга, тогда как другая половина будет подвергнута сжатию, работая как упор.
Второе выполнение качающегося стола, являющееся предметом настоящего изобретения, относится к установке криволинейного кристаллизатора внутри второй опорной конструкции 20. Один из примеров такого стола показан на фиг.3. В этом случае в двух первых вертикальных плоскостях расположены две пары первых упругих направляющих элементов 35, 35', например, в виде связанных друг с другом упругих скругленных или плоских балок, при этом каждая пара имеет заданный наклон, равный по абсолютной величине, но противоположный по направлению другой паре в горизонтальной плоскости, перпендикулярной направлению Х вытяжки.
В каждой первой вертикальной плоскости две пары первых упругих балок 35, 35' соответственно пересекаются в воображаемой точке пересечения 37, которая определяет общий центр поворота. Два центра вращения расположены на оси вращения, лежащей на вышеупомянутой горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению Х вытяжки слитка, для обеспечения качания стола по дуге окружности, соответствующей заданному радиусу кривизны.
В общем случае пары первых упругих балок 35, 35' в каждой первой вертикальной плоскости не параллельны друг другу, они могут иметь различный наклон, и их воображаемая точка пересечения определяет один общий воображаемый центр вращения.
Аналогично первому выполнению предусмотрены четыре пары вторых упругих балок 36, 36', расположенных попарно в двух вторых вертикальных плоскостях, параллельных друг другу и оси Х вытяжки слитка и равноудаленных от упомянутой оси; вышеупомянутые вторые плоскости соответственно перпендикулярны вышеупомянутым первым плоскостям. Вторые упругие балки 36, 36' в отличие от первых балок 35, 35' расположены горизонтально и все параллельны друг другу.
В этом выполнении то обстоятельство, что в каждой из вышеупомянутых первой и второй вертикальных плоскостях каждая из упругих балок каждой пары имеет первый конец, закрепленный к подвижной части стола, и второй конец, закрепленный к фиксированной части с противоположной стороны относительно соответствующих концов соседней балки той же самой пары, в совокупности с асимметричным относительно направления Х расположением пар соответствующих балок в первой и во второй плоскостях, делает качание кристаллизатора 30 возможным только вдоль направления Х вытяжки слитка по дуге окружности, соответствующей заданному радиусу кривизны, практически равному радиусу кривизны криволинейного кристаллизатора или другой величине.
В обоих выполнениях качающегося стола согласно изобретению применение весьма простых упругих направляющих элементов и их специальной конфигурации обеспечивает очень высокую степень точности хода кристаллизатора и значительное снижение дефектов на слитке при качании.
Качающийся стол в соответствии с настоящим изобретением благодаря вышеописанным улучшениям позволяет улучшить компактность и конструктивную простоту и обеспечить работу с частотой качания выше 6 Гц, т.е. выше, чем обычная частота, равная 4 Гц.
При условии компактности и низкого веса подвижной части стола в соответствии с настоящим изобретением нет необходимости в снабжении конструкции дополнительными упругими направляющими элементами, например компрессионными, воздушными или пластинчатыми рессорами, для облегчения ее веса.
В случае производства литейной продукции, например изготовления специальных или высококачественных сталей, предусмотрено использование электромагнитного смесителя 4, расположенного между внешней несущей нагрузку конструкцией 10 и промежуточной опорной конструкцией 20, предпочтительно защищенного от тепловой нагрузки. Общий вес качающегося стола без смесителя 4 равен приблизительно 1600 кг, т.е. приблизительно половине веса обычного качающегося стола.
Дальнейшие преимущества качающегося стола в соответствии с настоящим изобретением обусловлены возможностью простой установки во второй опорной конструкции 20 прямолинейного или криволинейного трубчатого кристаллизатора.
К тому же устройство держателя кристаллизатора 34 кристаллизатора закреплено на качающемся столе 1 вместе с коллектором 7 кольцевой формы в виде отливки или сварной конструкции для подачи охлаждающих жидкостей, которая охватывает верхнюю часть кристаллизатора и поверхностью 60 опирается на опорную конструкцию 20 посредством гидравлических зажимов 15.
Вышеупомянутый кристаллизатор 30, являющийся предпочтительно монолитным, оснащен продольными охлаждающими полостями 5, выполненными в его стенках: это уменьшает деформацию стенок благодаря давлению охлаждающей воды, протекающей внутри полостей 5, вследствие чего повышается жесткость. Такое повышение жесткости также обусловливает улучшение теплообмена между стенками кристаллизатора и жидкой сталью, обеспечивая уменьшение ребристости слитка и улучшение качества оболочки такового; такой тип конструкции кристаллизатора также позволяет ремонт его сужения со временем.
Продольные охлаждающие полости 5 вышеупомянутого так называемого первичного охлаждения, будучи близко расположенными к внутренним стенкам 6 кристаллизатора, обеспечивают прекрасный теплообмен и, следовательно, перенос тепла от жидкого металла изнутри кристаллизатора наружу. Предпочтительно, чтобы продольные полости 5 были расположены параллельно друг другу в направлении Х вытяжки слитка.
Жидкость первичного охлаждения, обычно вода, поступающая в полости 5 сверху вниз из первой нагнетающей камеры 31 кольцевой формы коллектора 7, подается не показанными здесь шлангами. Поступление сверху вниз обеспечивает лучший теплообмен в верхней части кристаллизатора.
Предпочтительно, чтобы внутренняя стенка держателя кристаллизатора 34 кристаллизатора и внешняя стенка кристаллизатора 30 были разграничены каналом 5' для повторного подъема первичной охлаждающей жидкости, причем вышеупомянутый канал сообщается с полостями 5 в основании кристаллизатора 30.
Предпочтительно, чтобы коллектор 7 также содержал камеру 32 возвратного контура первичной охлаждающей жидкости и вторую нагнетающую камеру 33 вторичной охлаждающей жидкости, предпочтительно неочищенной воды, которая используется для нагнетания в форсунки 40, расположенные рядом с опорными роликами 50, и проходит в следующий канал или несколько каналов 5'', выполненных в держателе кристаллизатора 34 для охлаждения слитка непосредственно на выходе кристаллизатора. Эта же вода также охлаждает вышеупомянутые опорные ролики.
Наличие трехкамерного коллектора 7 и взаимосвязанных полостей, выполненных в толще стенок кристаллизатора и держателя кристаллизатора, обеспечивает компактность всего качающегося стола и уменьшение веса промежуточной опорной конструкции 20 и, кроме того, снижает инерционность подвижной части стола.
Предпочтительно, чтобы камеры 31, 32, 33 были расположены внутри коллектора 7 по концентрическим направлениям относительно вышеупомянутого направления Х вытяжки слитка. В плоскости, перпендикулярной направлению Х вытяжки слитка, кристаллизатор 30 может иметь, например, круглую, квадратную, прямоугольную или иную форму.
Качающийся стол в соответствии с настоящим изобретением может иметь другие варианты выполнения держателя кристаллизатора 34, показанные на фигурах 5а и 5b.
Подвес кристаллизатора, показанный на фиг.5а, с коллектором 7, нагнетающим охлаждающую жидкость, предпочтительно, но не обязательно кольцевой формы, содержит только камеру 31, подающую первичную охлаждающую жидкость, и камеру 32 возвратного контура вышеупомянутой жидкости. Кроме того, продольные полости 5 выполнены в стенке кристаллизатора 30 и только один или более каналов 5' предусмотрены для повторного подъема первичной охлаждающей жидкости. Также в этом случае продольные каналы сообщаются с каналами 5' в нижней части кристаллизатора 30.
Предпочтительно, чтобы вторичное охлаждение, т.е. охлаждение неочищенной водой слитка на выходе кристаллизатора и опорных роликов 50, выполнялось посредством одной или более внешних нагнетающих воду коллекторных плит, расположенных в нижней части кристаллизатора.
Первый вариант, показанный на фиг.5а, снабжен внешним коллектором 70, закрепленным к внешней опорной конструкции 10, установленной на основании, в которой установлено устройство подвески кристаллизатора. В этом первом выполнении внешний коллектор выполнен кольцеобразной формы с камерой, в которую подается под давлением охлаждающая жидкость, обычно неочищенная вода, по трубам 80. Во внутренней части камеры предусмотрено множество отверстий 100, предназначенных для направления струй вышеупомянутой жидкости к опорным роликам и слитку.
Второй вариант, показанный на фиг 5b, снабжен трубами 80', которые питают коллекторную плиту 90 кольцевой формы, питающую в свою очередь распыляющие насадки 200, расположенные у опорных роликов 50.
Это второе выполнение держателя кристаллизатора в этих двух вариантах обеспечивает повышение компактности коллектора 7, уменьшение габаритов, упрощение конструкции и снижение общего веса узла подвес-кристаллизатор, так как требуется меньшее количество уплотнителей.
Такая вторичная охлаждающая система в обоих вариантах, и с распыляющими насадками, и с перфорированной камерой, закреплена к опорной конструкции качающегося стола, и, кроме того, она не качается с держателем изложницы, что уменьшает инерционность подвижной части.
Дальнейшее преимущество обусловлено тем, что такая внешняя вторичная охлаждающая система не заменяется при замене кристаллизатора и может быть использована для вытяжки разных слитков.