СИЛЬФОН ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТРУИ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА

Полезная модель относится к металлургии, а именно - к защите струи расплавленного металла от окисления при разливке и может быть использована на машинах для непрерывного литья.
3
Известен сильфон для защиты струи расплавленного металла (патент UA №88410, B22D 7/12, B22D 11/106, B22D 35/00, дата публикации 12.10.2009), выполненный в виде защитного экрана из термостойкого эластичного материала, внутри которого размещена каркасная сгораемая гильза, а снаружи расположены поперечные элементы жесткости. Защитный экран выполнен в виде трубы цилиндрической или эллиптической формы из мулито-кремнеземистого эластичного материала с термостойкостью от 1100°C до 1600°C и плотностью от 150 до 250 кг/м. Внутренний диаметр трубы составляет от 3 до 4 диаметров струи расплавленного металла, а внешний диаметр составляет 1,0-1,15 диаметра канала для подачи расплавленного металла в форму. Каркасная сгораемая гильза выполнена из картона. Поперечные элементы жесткости выполнены в виде колец из бандажной проволоки, охватывающих трубу по ее внешнему периметру. Сильфон используется совместно с устройством для подачи инертного газа во внутреннее пространство трубы.
Сильфон работает следующим образом. Перед началом разливки сильфон устанавливают на горловину устройства для приемки расплавленного металла, например, на керамическую воронку центрального канала сифонного литья. Разливочный ковш с расплавленным металлом подают к упомянутому центральному каналу и располагают его выпускной стакан над сильфоном и, по возможности, соосно с ним. Закрепляют на выпускном стакане ковша устройство для подачи инертного газа, и приоткрывают выходное отверстие или шиберный затвор в ковше для центрирования струи расплавленного металла относительно упомянутого центрального канала. В результате термического воздействия струи сгорает каркасная гильза в сильфоне. Ковш с закрепленным на нем устройством для подачи инертного газа опускают на верхнюю кромку сильфона, изолируя зону истечения расплавленного металла от воздействия атмосферного воздуха. При этом возможные неточности во взаимном расположении выпускного стакана ковша и упомянутого центрального канала компенсируются за счет эластичности материала трубы, ее сравнительно большого диаметра по сравнению с диаметром струи расплавленного металла, а также выполнения трубы, при необходимости, эллиптической формы. Далее включают подачу инертного газа во внутреннее пространство трубы и полностью открывают выходное отверстие или шиберный затвор в ковше. После наполнения центрального канала сифонного литья расплавленным металлом разливочный ковш с устройством для подачи инертного газа поднимают над сильфоном, перекрывают подачу расплавленного металла и инертного газа и перемещают разливочный ковш на следующую позицию. Недостатками известного сильфона являются:
- недостаточная надежность из-за высокой вероятности раскрытия зоны защиты струи при разливке вследствие потери устойчивости трубы от воздействия ковша на ее верхнюю кромку;
- неудобство использования из-за отсутствия элементов крепления к сопрягаемым частям устройств для разливки расплавленного металла, что вызывает необходимость выполнения дополнительных операций по перемещению сильфона между позициями разливки и операций по перемещению разливочного ковша для сжатия сильфона.
Известен сильфон для защиты струи расплавленного металла (патент SU №1502173, B22D 7/12, дата публикации 23.08.1989), выполненный в виде защитного экрана из термостойкого материала, концевые части которого выполнены с возможностью крепления к сопрягаемым частям устройств для разливки и приемки расплавленного металла. Защитный экран выполнен в виде внутреннего и наружного гофрированных экранов цилиндрической формы, расположенных коаксиально друг относительно друга с образованием между их стенками изолированной полости. Гофрированные экраны выполнены из газонепроницаемой асбестовой ткани с предельной температурой использования до 500°C и состоят из двух частей, между которыми закреплена кольцевая рамка со штуцером для подачи инертного газа и газораспределительными каналами, сообщающимися с полостями между стенками внутреннего и наружного экранов и полостью внутреннего экрана. Концевые части сильфона выполнены в виде металлических фланцев, соединенных с верхними и нижними кромками экранов. На внешних поверхностях фланцев расположены уплотнительные кольца. На упомянутой кольцевой рамке с двух противоположных сторон закреплены цапфы, на которых шарнирно закреплены рычаги, выполненные в виде Х-образных рамок. Концы рычагов выполнены с фигурными прорезями, которые шарнирно соединены со штифтами на фланцах. Пары рычагов с каждой стороны сильфона соединены между собой пружинами, закрепленными на участках между концами и средней частью рычагов.
Сильфон работает следующим образом. Перед началом разливки сильфон устанавливают нижним фланцем на горловину устройства для приемки расплавленного металла, например, на изложницу или кристаллизатор. Разливочный ковш с расплавленным металлом подают к упомянутой горловине и располагают его выпускной стакан над, например, изложницей и, по возможности, соосно с ней. Далее приоткрывают выходное отверстие или шиберный затвор в ковше для центрирования струи расплавленного металла относительно изложницы и включают подачу инертного газа в сильфон. За счет избыточного давления инертного газа в его наружной полости гофры экранов растягиваются и вместе с ними перемещаются вверх кольцевая рамка и верхний фланец. При этом рычаги Х-образных рамок поворачиваются относительно цапф, растягивая связывающие их пружины. Рабочее положение сильфона фиксируется при крайнем положении рычагов Х-образных рамок, ограниченного их шарнирными соединениями с фланцами. В рабочем положении верхний фланец с уплотнением должен соприкасаться с сопрягаемой поверхностью выпускного стакана ковша. Ковш опускают на некоторое расстояние вниз, надавливая на верхний фланец, перемещая его вниз и, соответственно, сжимая гофры экранов, что обеспечивает необходимую изоляцию зоны истечения струи расплавленного металла. Избыточное давление инертного газа во внутренней полости препятствует попаданию в нее атмосферного воздуха, а в наружной полости - поддерживает сильфон в рабочем положении. После наполнения изложницы расплавленным металлом его подачу и подачу инертного газа перекрывают. Избыточный инертный газ стравливают из полостей сильфона. По мере уменьшения давления в его полостях пружины начинают сжиматься и складывают рычаги Х-образных рамок и связанные с ними посредством фланцев гофры экранов. Разливочный ковш поднимают над сильфоном и перемещают на следующую позицию. Недостатками известного устройства являются:
- сложное конструктивное исполнение и сравнительно высокая стоимость изготовления;
- недостаточная надежность вследствие:
- сравнительно невысокой термостойкости материала гофрированных экранов, что приводит к их прожиганию брызгами расплавленного металла и последующему «складыванию» в результате падения давления в полостях и, как следствие, к раскрытию зоны защиты струи при разливке;
- возможного заклинивания шарнирно-пружинного механизма сильфона в результате «заметалливания» его соединений и пружин при разливке.
- неудобство использования из-за отсутствия возможности крепления к сопрягаемым частям устройств для разливки расплавленного металла, что вызывает необходимость выполнения дополнительных операций по перемещению сильфона между позициями разливки и операций по перемещению разливочного ковша для сжатия сильфона.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования сильфона для защиты струи расплавленного металла за счет иного его конструктивного исполнения и использования иного материала для его изготовления.
Технический результат от реализации этой задачи заключается в существенном упрощении конструкции сильфона и снижении стоимости его изготовления при повышении надежности и удобства в эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в сильфоне для защиты струи расплавленного металла, выполненном в виде защитного экрана из термостойкого материала, концевые части которого выполнены с возможностью крепления к сопрягаемым частям устройств для разливки и приемки расплавленного металла, согласно полезной модели защитный экран выполнен в виде рукава, его концевые части выполнены в виде манжет с расположенными в них элементами крепления к сопрягаемым частям упомянутых устройств, между манжетами закреплены поперечные элементы жесткости, выполненные в виде колец, а в качестве термостойкого материала рукава используют тканый материал на основе кремнеземных волокон.
При этом целесообразно, чтобы рукав был выполнен соединением кромок термостойкого материала продольным швом «взамок» или «запошивочным» швом двумя параллельными строчками.
Целесообразно, чтобы рукав был выполнен с поперечным сечением круглой, овальной или прямоугольной формы и одинаковыми или разными размерами его сечений в верхней и нижней частях.
Целесообразно, чтобы форма и размеры колец соответствовали форме и размерам рукава в местах их крепления.
Целесообразно, чтобы кольца были закреплены путем сложения материала рукава с схватыванием каждого из них и последующего соединения с рукавом одним кольцевым швом или посредством кольцевых накладок из термостойкого материала путем их сложения с схватыванием соответствующего кольца и последующего соединения сложенных кромок с рукавом кольцевым швом или соединения кромок каждой из кольцевых накладок с рукавом одним кольцевым швом с обеих сторон от кольца.
Целесообразно, чтобы манжеты были образованы подгибом материала рукава и соединены с ним, по меньшей мере, одним кольцевым швом.
Целесообразно, чтобы расположенные в манжетах элементы крепления были выполнены из стальной низкоуглеродистой проволоки с выступающими из манжет концами.
Рукав может быть выполнен с защитным покрытием на наружной поверхности.
Заявляемая конструкция сильфона обеспечивает достижение технического результата. В частности, за счет выполнения защитного экрана в виде рукава с манжетами существенно упрощается конструкция и стоимость его изготовления по сравнению с известными техническими решениями. Выполнение концевых частей в виде манжет с расположенными в них элементами крепления к сопрягаемым частям устройств для разливки и приемки расплавленного металла позволяет осуществлять надежное крепление рукава как к разливочному ковшу, так и к устройству для приемки расплавленного металла, обеспечивая надежную изоляцию зоны истечения металла. Такое выполнение крепления рукава исключает также необходимость в дополнительных операциях по перемещению рукава между позициями разливки и разливочного ковша для взаимодействия с ним. Выполнение рукава с поперечными элементами жесткости в виде колец позволяет обеспечить сохранение формы рукава при разливке расплавленного металла. Применение для изготовления рукава термостойкого материала на основе кремнеземных волокон обеспечивает его эксплуатацию без изменения своих свойств при фактических тепловых режимах на машинах для непрерывного литья. Кроме этого, материал на основе кремнеземных волокон является огнестойким и не прожигается при попадании на него брызг расплавленного металла, что существенно повышает надежность рукавов, т.к. исключает раскрытие зоны защиты струи в процессе разливки.
Сущность полезной модели поясняется представленными фигурами чертежа:
- на фиг.1 показан общий вид рукава;
- на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 (вариант выполнения манжеты с двойным подгибом кромки материала рукава);
- на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1 (вариант соединения кромок материала «запошивочным» продольным швом);
- на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.1 (вариант соединения кромок материала продольным швом «взамок»);
- на фиг.5 - сечение В-В на фиг.1 (вариант выполнения поперечного элемента жесткости из материала рукава);
- на фиг.6 - сечение В-В на фиг.1 (вариант выполнения поперечного элемента жесткости в виде кольцевой накладки путем сложения материала с схватыванием кольца);
- на фиг.7 - сечение В-В на фиг.1 (вариант выполнения поперечного элемента жесткости в виде кольцевой накладки и соединения ее с рукавом с обеих сторон от кольца);
- на фиг.8 - сечение Г-Г на фиг.1 (вариант выполнения манжеты с одинарным подгибом кромки материала рукава);
- на фиг.9 - общий вид рукава конической формы;
- на фиг.10 - пример использования рукава (исходное положение);
- на фиг.11 - пример использования рукава (рабочее положение).
В рассматриваемом примере исполнения защитный экран состоит (фиг.1, 10, 11) из рукава 1 цилиндрической формы с закрепленными на ней поперечными элементами жесткости 2 и верхнюю 3 и нижнюю 4 манжеты с элементами крепления к сопрягаемым частям устройств для разливки 5 и приемки 6 расплавленного металла.
Рукав выполнен соединением кромок 7 и 8 термостойкого материала «запошивочным» продольным швом, по меньшей мере, двумя параллельными строчками 9 (фиг.4). Поперечные элементы жесткости 2 закреплены на рабочей части 1 с постоянным шагом t и содержат металлическое кольцо 10 (фиг.5-7). Поперечные элементы жесткости 2 выполнены из материала рукава 1 путем его сложения с схватыванием соответствующего кольца 10 и последующего соединения с рукавом 1, по меньшей мере, одним кольцевым швом 11 (фиг.5). Диаметры колец 10 выполнены соответствующими диаметру D рукава 1 в местах их крепления, а количество колец 10 зависит от длины рукава 1.
Манжеты 3 и 4 образованы двойным или одинарным подгибами материала рукава 1, соединенными с ним, по меньшей мере, одним кольцевым швом 12 (фиг.2, 8). Расположенные в манжетах 3 и 4 элементы крепления 13 выполнены из стальной низкоуглеродистой проволоки с выступающими из упомянутых манжет концами 14 (фиг.1). Диаметры манжет 3 и 4 выполнены соответствующими диаметрам сопрягаемых частей устройств для разливки 5 и приемки 6 расплавленного металла.
С учетом конкретных условий эксплуатации возможны иные варианты исполнении рукава и его элементов, не влияющие на достижение заявленного технического результата.
В частности, рукав 1 может выполняться соединением кромок 7 и 8 термостойкого материала продольным швом «взамок», по меньшей мере, двумя параллельными строчками 9 (фиг.4).
Поперечные элементы жесткости 2 могут выполняться в виде кольцевых накладок 15 из, по меньшей мере, одного слоя термостойкого материала путем его сложения с схватыванием соответствующего кольца 10 и последующего соединения с рукавом 1, по меньшей мере, одним кольцевым швом 16 (фиг.6). Поперечные элементы жесткости 2 могут выполняться также в виде кольцевых накладок 17 из одного слоя термостойкого материала, противоположные кромки которых соединены с рукавом 1, по меньшей мере, одним кольцевым швом 18 с обеих сторон от кольца 10 (фиг.7).
Поперечные элементы жесткости 2 могут быть закреплены на рукаве 1 с изменяющимся шагом t по его длине (не показаны).
При разных диаметрах сопрягаемых частей устройств 5 и 6 рукав 1 может выполняться расширяющейся книзу или кверху, например, конической формы (фиг.9) или прямоугольной формы (не показана).
Вышеприведенные примеры исполнения рукава 1 не исчерпывают все возможные варианты его исполнения.
Во всех рассмотренных вариантах исполнения заявляемый рукав выполнен из термостойкого тканого материала на основе кремнеземных волокон с рабочей температурой использования до 1000°С и температурными пиками до 1700°С. Данный материал может эксплуатироваться без изменения своих свойств при указанных тепловых режимах и не прожигается при попадании на него брызг расплавленного металла. Эти качества исключают раскрытие зоны защиты струи в процессе разливки, что существенно повышает надежность рукавов при непрерывной разливке. Для придания материалу рукава 1 качеств воздухонепроницаемости он может выполняться с дополнительным защитным покрытием наружной поверхности посредством, например, алюминиевой или иной фольги.
Рукав используют при непрерывной разливке стали следующим образом. Перед началом разливки верхнюю манжету 3 посредством расположенного в ней элемента крепления затягивают на сопрягаемой части разливочного ковша 5 или на предварительно закрепленном на нем устройстве 19 для подачи инертного газа и за счет перекручивания концов 14 фиксируют на ковше 5 в собранном положении (фиг.10). Разливочный ковш 5 перемещают к первой горловине устройства 6 для приемки расплавленного металла, например, к изложнице, располагают его выпускной стакан, по возможности, соосно с ней и опускают ковш 5 на заданное расстояние вниз. После этого на устройстве 19 включают подачу инертного газа и приоткрывают выходное отверстие или шиберный затвор в ковше 5 для центрирования струи расплавленного металла. Далее освобождают нижнюю манжету 4, после чего рукав под собственным весом распрямляется, изолируя зону истечения струи. Нижнюю манжету 4 закрепляют посредством элемента крепления 13 на сопрягаемой части устройства 6 (фиг.11). Выполнение элементов крепления 13 из низкоуглеродистой проволоки позволяет быстро осуществлять крепление манжет 3 и 4 на прилегающих поверхностях разливочного ковша 5 и горловине устройства 6. В процессе истечения расплавленного металла поперечные элементы жесткости 2 обеспечивают заданную, например, цилиндрическую форму рукава 1 и необходимый зазор между термостойким материалом и струей металла. После наполнения приемного устройства 6 расплавленным металлом на устройстве 19 перекрывают подачу инертного газа и закрывают выходное отверстие или шиберный затвор в ковше 5. Нижнюю манжету 4 отсоединяют от горловины устройства 6. Разливочный ковш 5 вместе с рукавом 1 и устройством 19 для подачи инертного газа перемещают на следующую позицию, где повторяют указанные операции. Материал рукава 1, изготовленный основе кремнеземных волокон, имеет высокую термостойкость. За счет этого качества материала рукав не подвержен сквозному прожиганию при случайном попадании брызг расплавленного металла на его внутреннюю поверхность. Это позволяет выполнять такие «нештатные» операции разливки до их полного завершения без нарушения изоляции зоны истечения струи расплавленного металла.
Как показали результаты тестовой проверки, заявляемая конструкция сильфона обеспечивает быстрое и надежное крепление манжет посредством расположенных в них элементов крепления к прилегающим поверхностям разливочных ковшей и устройства для приемки расплавленного металла. В процессе разливки металла рукав устойчиво сохраняет заданную форму и надежно изолирует зону истечения металла от воздействия атмосферного воздуха. Рукав прост в изготовлении и удобен в эксплуатации. Предлагаемая конструкция рукава является универсальной, что расширяет технологические возможности его применения для различных видов непрерывного литья.