ОГНЕУПОРНАЯ ПЛИТА (ВАРИАНТЫ) И ШИБЕРНЫЙ ЗАТВОР ЛИТЕЙНОГО КОВША

Полезные модели относятся к области металлургии, а именно к конструкции огнеупорных изделий, предназначенных для непрерывной разливки стали и других жидких металлов, и конструкции шиберных затворов, в которых данные изделия используются.
Известно, что применяемые в металлургии плиты для шиберных затворов, являются их наиболее изнашиваемой частью. От способности плиты шиберного затвора выполнять свою функцию непрерывно в течение нескольких разливок зависит долговечность затвора, качество регулирования скорости разливки металла и безопасность процесса.
3
Известна плита для бесстопорной разливки металла, содержащая матрицу с вкладышем, установленным с зазором по отношению к матрице на части периметра, причем зазор заполнен огнеупорным теплоизолирующим материалом с коэффициентом теплопроводности не менее чем в пять раз меньшим коэффициента теплопроводности материала вкладыша [Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №925549 от 05.05.1980, МПК В 22 D 41/08, опубл. 07.05.82, Бюл. №17]. Плита имеет увеличенный срок службы за счет снижения термических напряжений в процессе эксплуатации.
Недостатком данной плиты является сложность изготовления и недостаточная способность компенсации температурных расширений. Возможны такие случаи (более характерные для непрерывной разливки жидкого металла), когда установившиеся температурные расширения начинают превышать прочностные характеристики материала матрицы.
6
Известен комплект изнашиваемых плит для шиберных затворов сталеразливочных ковшей [Описание полезной модели к свидетельству РФ №8642 от 10.06.1998, МПК В 22 D 41/08, опубл. 16.12.1998, Бюл. №12], который включает основание из высокостойкого огнеупорного
материала с контактной и рабочей плоскостями и металлический бандаж с установочными выступами, размещенный на боковой поверхности плиты с натягом, причем установочные выступы размещены на внешней поверхности криволинейных участков бандажа симметрично продольной оси плиты. Данная конструкция является законченным самостоятельным изделием, решает задачу унификации комплекта плит, обеспечения точности их геометрических размеров при снижении габаритов.
К недостаткам данной конструкции можно отнести ее относительную сложность. Тепловые деформации в плитах способствуют возникновению в них высоких термических напряжений, что в сочетании с перемещением пластин относительно друг друга и при наличии гарантированного зазора между поверхностью установочных выступов и стенками гнезда для установки плиты и гарантированным зазором между фланцевым выступом (углублением) в плите и ответным углублением (выступом) в ковшевом стакане (стакан-коллекторе) может привести к спонтанному перемещению плиты в гнезде и разрушению слоя мертеля между плитой и стаканом. Уменьшение зазора между поверхностью установочных выступов и стенками гнезда для установки плиты приведет к невозможности для огнеупорной плиты расширяться при нагреве и увеличению тепловых деформаций и преждевременному износу. Особенно это проявляется при повторном использовании плит, в случае их беззамкового соединения по плоскости с ковшевым стаканом (стакан-коллектором), например, при использовании так называемых плоских плит. Кроме этого, недостаточная способность металла бандажа компенсировать тепловые расширения плиты создает предпосылки для возникновения и дальнейшего развития трещин.
Отсутствие первоначального гарантированного зазора между поверхностью установочных выступов и боковыми стенками гнезда для установки плиты приводит к возникновению избыточных тепловых напряжений, в том числе сконцентрированных в точках контакта выступов со стенками гнезда.
Следует отметить, что имеющиеся установочные выступы на бандаже не способствуют компенсации температурных расширений плит, потому что они не обладают необходимой податливостью и об их применении в данном качестве ничего не известно. Подтверждением этому служит, в том числе, восьмилетний опыт производства данных плит на предприятии патентообладателя и опыт эксплуатации шиберных затворов, оснащенных ими.
Задача, решаемая первой полезной моделью группы и достигаемый технический результат заключаются в создании огнеупорных плит с расширенными эксплуатационными возможностями, обеспечивающими многократную разливку металла через один комплект плит, и увеличенным ресурсом работы, а также - в дальнейшем повышении надежности плит за счет их способности противостоять периодически повторяющимся температурным расширениям на нескольких разливках.
Для решения поставленной задачи и получения заявленного технического результата в огнеупорной плите, включающей основание из высокостойкого огнеупорного материала с контактной и рабочей плоскостями и металлический бандаж с установочными выступами, размещенный на боковой поверхности основания плиты, установочные выступы бандажа выполнены с возможностью последующей компенсации температурных расширений.
Кроме этого:
- установочные выступы металлического бандажа выполнены в виде локальных деформированных участков на его поверхности;
- установочные выступы металлического бандажа выполнены в виде скоб связанных неразъемно с его поверхностью;
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания плиты с натягом;
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания плиты посредством слоя клеящего вещества;
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания
плиты посредством применения эластичного огнеупорного материала.
7
Известна пластина клапана (огнеупорная плита) шиберного затвора на выпускном отверстии сосуда для жидкого металла [Описание изобретения к патенту РФ №2216431 от 17.03.1999, МПК В 22 D 41/34, опубл. 10.09.2002 и 20.11.2003], которая содержит огнеупорную пластину, охватывающую ее металлическую оболочку (обечайку), простирающуюся на боковую и противоположную рабочей поверхности, и центровочное средство, образованное двумя упорными поверхностями, которые входят в зацепление с упорными поверхностями металлической рамы. Тем самым обеспечивается точность центровки пластин, простота и дешевизна их изготовления.
Потенциально металлическая оболочка, которая охватывает пластину сбоку и снизу может быть использована для компенсации ее температурных деформаций и может являться альтернативой бандажу. В этом случае простота и дешевизна изготовления такой сборной пластины являются относительными. Кроме того, не обеспечивается возможность работы пластины с переворотом, т.е. не обеспечивается возможность использовать в качестве рабочих последовательно контактной и рабочей плоскостей.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков второй полезной модели группы является техническое решение по свидетельству РФ №8642, описанному ранее. Критический анализ перечисленных недостатков также применим и ко второй полезной модели. При этом следует обратить дополнительное внимание на недостаточную надежность фиксации плоской плиты относительно плоского же торца ковшевого коллектора или стакан-коллектора. При осуществлении возвратно-поступательного движения плит относительно друг друга прочности слоя мертеля может быть недостаточно, особенно это сказывается при каждой последующей разливке, когда силы трения между пластинами возрастают, а установочные выступы, более предназначенные для первичной установки плиты, не в полной мере обеспечивают свою функцию при работе затвора.
Задача, решаемая второй полезной моделью группы и достигаемый технический результат заключаются в создании огнеупорных плит с расширенными эксплуатационными возможностями, обеспечивающими многократную разливку металла через один комплект плит, и увеличенным ресурсом работы, а также - в дальнейшем повышении надежности плит за счет их способности противостоять периодически повторяющимся температурным расширениям на нескольких разливках и циклическим нагрузкам, возникающим в результате перемещения пластин при работе относительно друг друга.
Для решения поставленной задачи и получения заявленного технического результата в огнеупорной плите, включающей основание из высокостойкого огнеупорного материала с контактной и рабочей плоскостями и металлический бандаж с установочными выступами, размещенный на боковой поверхности основания плиты, установочные выступы металлического бандажа выполнены с возможностью последующей компенсации температурных расширений, при этом плита снабжена центровочным устройством, выполненным в виде, по меньшей мере, одной пары фиксирующих пазов, расположенных на кромке бандажа по обе стороны от продольной оси плиты со стороны контактной плоскости ее основания, и выполненных с возможностью контакта с фиксаторами соответствующего гнезда монтажной плиты или каретки шиберного затвора.
Кроме этого:
- установочные выступы металлического бандажа выполнены в виде локальных деформированных участков на его поверхности;
- установочные выступы металлического бандажа выполнены в виде скоб связанных неразъемно с его поверхностью;
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания плиты с натягом;
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания плиты посредством слоя клеящего вещества;
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания плиты посредством применения эластичного огнеупорного материала.
Перечисленный выше для первой и второй полезной модели группы уровень техники применим также и к третьей полезной модели, включая информацию о прототипе.
Задача, решаемая третьей полезной моделью группы и достигаемый технический результат заключаются в создании огнеупорных плит с расширенными эксплуатационными возможностями, обеспечивающими многократную разливку металла через один комплект плит, и увеличенным ресурсом работы, а также - в дальнейшем повышении надежности плит за счет их способности противостоять периодически повторяющимся температурным расширениям на нескольких разливках и циклическим нагрузкам, возникающим в результате перемещения пластин при работе относительно друг друга.
Для решения поставленной задачи и получения заявленного технического результата в огнеупорной плите, включающей основание из высокостойкого огнеупорного материала с контактной и рабочей плоскостями и металлический бандаж с установочными выступами, размещенный на боковой поверхности основания плиты, установочные выступы металлического бандажа выполнены с возможностью последующей компенсации температурных расширений, при этом плита снабжена центровочным устройством, выполненным в виде, по меньшей мере, одной пары фиксаторов, выполненных в виде дополнительных выступов на боковых участках бандажа, расположенных по обе стороны от продольной оси плиты, и выполненных с возможностью контакта с фиксирующими отверстиями соответствующего гнезда монтажной плиты или каретки шиберного затвора.
Кроме этого:
- установочные выступы металлического бандажа выполнены в виде локальных деформированных участков на его поверхности;
- установочные выступы металлического бандажа выполнены в виде скоб связанных неразъемно с его поверхностью;
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания плиты с натягом;
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания плиты посредством слоя клеящего вещества;
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания плиты посредством применения эластичного огнеупорного материала;
- дополнительные выступы на боковых участках бандажа выполнены в виде продолжения его кромок, выступающих за контактную плоскость основания плиты;
- дополнительные выступы на боковых участках бандажа выполнены выступающими наружу от боковой поверхности основания плиты;
- дополнительные выступы на боковых участках бандажа выполнены в виде дополнительных скоб связанных неразъемно с его поверхностью
Перечисленный выше для второй полезной модели группы уровень техники применим также и к четвертой полезной модели, с поправкой на информацию об установочных выступах, которую не следует принимать во внимание, поскольку четвертая полезная модель группы ограничена использованием в качестве средства для компенсации температурных расширений огнеупорной плиты лишь бандажа (как в прототипе), с оснащением его дополнительной функцией фиксации плиты, аналогично техническому решению второго варианта полезной модели.
Задача, решаемая четвертой полезной моделью группы и достигаемый технический результат заключаются в создании огнеупорных плит с расширенными эксплуатационными возможностями, обеспечивающими многократную разливку металла через один комплект плит, и увеличенным ресурсом работы, а также - в дальнейшем повышении надежности плит за счет их способности противостоять периодически повторяющимся температурным расширениям на нескольких разливках и циклическим нагрузкам, возникающим в результате перемещения пластин при работе относительно друг друга.
Для решения поставленной задачи и получения заявленного технического результата в огнеупорной плите, включающей основание
из высокостойкого огнеупорного материала с контактной и рабочей плоскостями и металлический бандаж, размещенный на боковой поверхности основания плиты, последняя снабжена центровочным устройством, выполненным в виде, по меньшей мере, одной пары фиксирующих пазов, расположенных на кромке бандажа по обе стороны от продольной оси плиты со стороны контактной плоскости ее основания, и выполненных с возможностью контакта с фиксаторами соответствующего гнезда монтажной плиты или каретки шиберного затвора.
Кроме этого:
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания плиты с натягом;
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания плиты посредством слоя клеящего вещества;
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания плиты посредством применения эластичного огнеупорного материала.
Информация об уровне техники для четвертой полезной модели группы применима и для пятой полезной модели.
Задача, решаемая пятой полезной моделью группы и достигаемый технический результат заключаются в создании огнеупорных плит с расширенными эксплуатационными возможностями, обеспечивающими многократную разливку металла через один комплект плит, и увеличенным ресурсом работы, а также - в дальнейшем повышении надежности плит за счет их способности противостоять периодически повторяющимся температурным расширениям на нескольких разливках и циклическим нагрузкам, возникающим в результате перемещения пластин при работе относительно друг друга.
Для решения поставленной задачи и получения заявленного технического результата в огнеупорной плите, включающей основание из высокостойкого огнеупорного материала с контактной и рабочей плоскостями и металлический бандаж, размещенный на боковой поверхности основания плиты, последняя снабжена центровочным устройством,
выполненным в виде, по меньшей мере, одной пары фиксаторов, выполненных в виде дополнительных выступов на боковых участках бандажа, расположенных по обе стороны от продольной оси плиты, и выполненных с возможностью контакта с фиксирующими отверстиями соответствующего гнезда монтажной плиты или каретки шиберного затвора.
Кроме этого:
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания плиты с натягом;
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания плиты посредством слоя клеящего вещества;
- металлический бандаж размещен на боковой поверхности основания плиты посредством применения эластичного огнеупорного материала;
- дополнительные выступы на боковых участках бандажа выполнены в виде продолжения его кромок, выступающих за контактную плоскость основания плиты;
- дополнительные выступы на боковых участках бандажа выполнены выступающими наружу от боковой поверхности основания плиты;
- дополнительные выступы на боковых участках бандажа выполнены в виде дополнительных скоб связанных неразъемно с его поверхностью.
7
Известен шиберный затвор на выпускном отверстии сосуда для жидкого металла [Описание изобретения к патенту РФ №2216431 от 17.03.1999, МПК В 22 D 41/34, опубл. 10.09.2002 и 20.11.2003], который содержит металлическую раму, предназначенную для размещения на ней пластины клапана, и которая снабжена упорными поверхностями на которых центрируется пластина после ее установки в направлении движения рамы, при этом пластина выполнена с металлической оболочкой, оснащенной центровочным средством, расположенным со стороны тыльной части пластины.
Конструкция известного шиберного затвора является оптимальной
для используемой пластины клапана. Однако необходимость использовать пластины в металлической оболочке с центровочными средствами, расположенными со стороны их тыльной части значительно усложняет конструкцию и пластины и затвора в целом, предполагая при этом высокую точность изготовления упомянутых деталей и узлов. Кроме этого, в шиберном затворе не обеспечивается возможность работы пластины с переворотом для использования в качестве рабочих последовательно ее контактной и рабочей плоскостей, поскольку контактная плоскость приклеена к тыльной части оболочки.
Задача, решаемая шестой полезной моделью группы и достигаемый технический результат заключаются в создании шиберного затвора, предназначенного для работы с упомянутыми выше 2-5 вариантами огнеупорных плит на нескольких разливках без их замены, и который будет отличаться расширенными эксплуатационными возможностями, проявляемыми, например, в способности противостоять циклическим нагрузкам, возникающим в результате перемещения пластин относительно друг друга при работе затвора. Кроме этого, упрощается конструкция затвора, снижаются требования к точности изготовления гнезд под плиты и обеспечивается их улучшенная базировка относительно стаканов (ковшевого стакана и стакан-коллектора) и, соответственно, друг друга.
Для решения поставленной задачи и получения заявленного технического результата в шиберном затворе литейного ковша, содержащем монтажную плиту и/или каретку с гнездом, внутри которых размещена огнеупорная плита с металлическим бандажом, гнездо монтажной плиты и/или каретки снабжено фиксаторами или фиксирующими отверстиями, расположенными на краях гнезда по обе стороны от продольной оси монтажной плиты и/или каретки, выполненными с возможностью контакта с соответствующими фиксирующими пазами или фиксаторами металлического бандажа огнеупорной плиты, которая выполнена по любому из перечисленных выше со второго по пятый варианты полезной модели.
Полезные модели иллюстрируются чертежами, где:
на фиг.1-3 показана конструкция нескольких вариантов огнеупорной плиты;
на фиг.4 показан вид сверху огнеупорной плиты, установленной в гнездо шиберного затвора;
на фиг.5 - вид сверху варианта огнеупорной плиты;
на фиг.6-11 изображены некоторые варианты сечения А-А фиг.3;
на фиг.12, 14, 16 и 18 - варианты вида Б фиг.4;
на фиг.13, 15, 17 и 19 - варианты сечений, соответственно: В-В фиг.12, Г-Г фиг.14, Д-Д фиг.16 и Е-Е фиг.18;
на фиг.20 показан вид Ж фиг.18;
на фиг.21 - один из вариантов вида Ж фиг.18;
на фиг.22-24 показаны фрагменты конструкции шиберного затвора, оснащенного огнеупорной плитой с некоторых вариантами центровочных устройств.
Огнеупорная плита по первому варианту полезной модели включает основание 1 из высокостойкого огнеупорного материала с контактной 2 и рабочей 3 плоскостями и металлический бандаж 4 с установочными выступами 5, размещенный на боковой поверхности 6 основания 1 плиты. Особенностью полезной модели является то, что установочные выступы 5 металлического бандажа 4 выполнены с возможностью последующей компенсации температурных расширений, при этом выступы 5 выполнены в виде локальных деформированных участков 7 на поверхности бандажа 4 или в виде скоб 8, связанных неразъемно с поверхностью бандажа. Возможность компенсации температурных расширений установочными выступами 5 обеспечивается за счет их деформации при тепловом расширении плиты во время разливки металла, при этом обеспечивается минимальный гарантированный зазор 6 (равный, как правило, 0,2-0,5 мм) между выступами 5 и боковой стенкой гнезда 9 монтажной плиты 10 (или каретки) шиберного затвора 11, необходимый для первичной фиксации плиты. Металлический бандаж 4 может быть размещен на боковой поверхности основания 1 плиты с натягом или посредством слоя (из-за очевидности условно
не показан) клеящего вещества. Кроме этого, металлический бандаж 4 может быть размещен на боковой поверхности основания 1 плиты посредством применения эластичного огнеупорного материала (также условно не показан), отличающегося от клеящего вещества, типа мертеля, за счет сохраняющихся в процессе эксплуатации упругих свойств.
Основание 1 плиты может иметь разные варианты выполнения, например, быть цельным, составным, иметь основу и вкладыш из более качественного материала, быть бикерамической и т.д. (эти варианты, за исключением первого, условно не показаны из-за очевидности).
Огнеупорная плита по второму варианту полезной модели включает те же самые элементы, что и в первом варианте с поправкой на то, что огнеупорная плита снабжена центровочным устройством 12, выполненным в виде, по меньшей мере, одной пары фиксирующих пазов 13, расположенных на кромке 14 бандажа 4 по обе стороны от продольной оси плиты со стороны контактной 2 плоскости ее основания 1, и выполненных с возможностью контакта с фиксаторами 15 соответствующего гнезда 9 монтажной плиты 10 (или каретки) шиберного затвора 11.
Огнеупорная плита по третьему варианту полезной модели включает те же самые элементы, что и в первом варианте с поправкой на то, что огнеупорная плита снабжена центровочным устройством 16, выполненным в виде, по меньшей мере, одной пары фиксаторов 17, выполненных в виде дополнительных выступов (та же поз.17) на боковых участках 18 бандажа 4, расположенных по обе стороны от продольной оси плиты, и выполненных с возможностью контакта с фиксирующими отверстиями 19 соответствующего гнезда 9 монтажной плиты 10 (или каретки) шиберного затвора 11.
Дополнительные выступы 17 на боковых участках 18 бандажа 4 выполнены в виде продолжения его кромок 14, выступающих за контактную 2 плоскость основания 1 плиты или наружу от боковой поверхности 6 основания 1 плиты. Кроме этого, дополнительные выступы
17 могут быть выполнены в виде дополнительных скоб 20 связанных неразъемно с поверхностью боковых участков 18 бандажа 4, двух жестко связанных между собой, например, контактной сваркой отбортовок 21 и т.д.
Огнеупорная плита по четвертому варианту полезной модели включает элементы центровочного устройства 12, такие же, как и во втором варианте, при этом на бандаже 4 отсутствуют выступы 5, а если они и присутствуют, то исключительно в виде установочных (как в свидетельстве РФ №8642) - дополнительных к устройству 12, но не как специальные конструктивные элементы для компенсации температурных расширений.
Огнеупорная плита по пятому варианту полезной модели включает элементы центровочного устройства 16, такие же, как и во третьем варианте, при этом, как и в четвертом варианте на бандаже 4 отсутствуют выступы 5, а если они и присутствуют, то исключительно в виде установочных - дополнительных к устройству 16, но не как специальные конструктивные элементы для компенсации температурных расширений.
Шиберный затвор 11 литейного ковша (условно не показан), как упоминалось выше, содержит монтажную плиту 10 (и/или каретку) с гнездом 9, внутри которого размещена огнеупорная  плита с металлическим бандажом 4, гнездо 9 монтажной плиты 10 (и/или каретки) снабжены фиксаторами 15 или фиксирующими отверстиями 19, расположенными с краев или на краях гнезд 9 по обе стороны от продольной оси монтажной плиты 10 (и/или каретки), выполненными с возможностью контакта с соответствующими фиксирующими пазами 13 или фиксаторами 17, 20, 21 металлического бандажа 4 огнеупорной плиты, которая выполнена по любому из перечисленных выше пяти вариантов полезной модели.
Проанализируем существенность признаков полезной модели.
Возможность установочных выступов 5, 7 и 8 компенсировать температурные расширения является их дополнительной функцией. Как упоминалось выше, эта возможность обеспечивается за счет деформации
выступов 5, 7 и 8 при тепловом расширении плиты во время разливки металла, при этом обеспечивается минимальный гарантированный зазор δ между выступами 5, 7 и 8 и гнездом 9 затвора 11, необходимый для первичной фиксации огнеупорной плиты. Бандаж 4 обеспечивает первоначальное единство формы даже разрозненных по ряду причин частей основания 1 плиты без ущерба выполняемой функции. При этом бандаж 4 не должен быть слишком прочным, т.к. при температурном расширении плиты не должны возникать изгибающие напряжения, приводящие к ее «вспучиванию». Выходом из этой ситуации стало использование для этой цели компенсаторов температурных расширений, выполненных в виде выступов 5, 7 и 8 разнообразной конструкции. Их использование для установки огнеупорной плиты в гнезде 9 на сегодня является очевидным. Однако существуют критерии, когда выступы 5, 7 и 8 выполняют функцию установочных, а когда - компенсаторов температурных расширений. Это оценивается по их способности деформироваться под действием температурных расширений, поскольку отсутствие этой способности неминуемо приведет к появлению локальных напряженных участков на боковой поверхности 6 плит и, соответственно, трещин, размер которых (более 0,2 мм) будет способствовать протеканию металла, либо эти расширения разрушат основание 1.
В общем, установочные выступы 5, 7 и 8 металлического бандажа 4 выполняют в виде локальных деформированных участков на его поверхности. Это могут быть «пуклевки», просечки, отгибы и т.д., как одиночные, так и расположенные в ряд (см. фиг.11), выполненные на поверхности бандажа 4 таким образом, чтобы в минимальной степени ослаблять его поперечное сечение. Их следует располагать на поверхности бандажа 4 в местах наибольших деформаций, однако на практике это лучше делать на радиусных участках бандажа 4 на некотором удалении от его прямолинейных участков - в четырех местах. При установке огнеупорной плиты в гнездо 9 все или некоторые из типовых унифицированных выступов 5, 7 или 8 следует доработать под конкретное гнездо 9. Как правило, доработка сводится к тому, что огнеупорная
плита устанавливается с некоторым усилием, достаточным для деформирования выступов 5, 7 и 8, когда каждый из них приобретает индивидуальную высоту. В дальнейшем, при расширении плиты локальные ограничения не препятствуют работе бандажа 4 на растяжение, однако они останавливают дальнейшее распространение деформаций, распределяя их по всему объему основания 1. Количество выступов 5, 7 или 8 на каждом из четырех участков может быть как по одному, так и более, например по три выступа 7 разной длины с соблюдением, по возможности, принципа центральной или осевой симметрии для однотипных конструктивных элементов, находящихся на соседних участках.
Все вышеперечисленное характерно и для выступов 5, выполненных в виде скоб 8, связанных неразъемно с поверхностью бандажа 4. Скобы 8 могут иметь форму дуг, консолей, профилей и т.д. Они легче поддаются деформированию при установке в гнездо 9. Следует отметить, что скоба 8 (см. фиг.5) может иметь значительные размеры по сравнению с размерами, например, скоб 8 (см. фиг.9). Несмотря на это по функциональным возможностям ее следует рассматривать как два объединенных между собой выступа 8 (см. фиг.10).
7
Известно решение, в котором температурные расширения компенсируются при помощи зажима (скобы), установленного с одной стороны огнеупорной плиты [см. описание изобретения к патенту РФ №2254208 от 29.03.2000, МПК В 22 D 41/34, опубл. 20.06.2005, Бюл. №17]. Однако в этом случае зажим не является частью бандажа, более того, компенсация температурных расширений происходит лишь с одной стороны плиты, что приводит к ее более значительным перемещениям относительно стакана, а это может привести к преждевременному разрушению слоя связующего вещества. Именно по этой причине температурные расширения целесообразно компенсировать с разных сторон относительно разливочного отверстия.
Металлический бандаж 4 размещен на боковой поверхности 6 основания 1 плиты с натягом. Это достигается посадкой бандажа 4 на основание 1 нагоряче или в зависимости от конструкции бандажа 4,
который может быть с разъемом или состоять из двух частей (см. фиг.21), которые стягиваются, например, при помощи болтов, заклепок, контактной сварки и т.д. Кроме этого, бандаж 4 может быть размещен на боковой поверхности 6 плиты посредством слоя клеящего вещества, такого, например, как огнеупорный мертель (на фигурах слой клея условно не показан) и т.д. Более совершенной формой размещения бандажа 4 на огнеупорной плите является эластичный огнеупорный материал, который после  сборки и технологической термообработки обеспечивает необходимую степень фиксации бандажа 4 на боковой поверхности 6 плиты и сохраняет в дальнейшем некоторую степень податливости для компенсации неточностей изготовления соединяемых деталей или тех же самых температурных расширений.
В зависимости от варианта полезной модели огнеупорная плита может быть оснащена центровочным устройством 12 или 16, выполненным в одном из описанных выше видов с возможностью взаимодействовать с ответными фиксаторами 15 или фиксирующими отверстиями 19 гнезда 9 монтажной плиты 10 и/или каретки (та же поз.10). Это необходимо для обеспечения надежной фиксации огнеупорной плиты относительно ковшевого стакана 22 (или стакан-коллектора) шиберного затвора 11, контакт с которыми происходит при помощи слоя специального вещества, типа огнеупорного клея, пластичных огнеупорных материалов и т.д. В зависимости от типа соединения (по плоскости или в замок) требуется различная степень надежности фиксации, ведь в процессе эксплуатации затвора 11 относительное перемещение двух, контактирующих огнеупорных плит может привести к разгерметизации шва. Кроме этого, при разливке металла большое значение имеет соосность выпускных отверстий 23 огнеупорных плит, поскольку ступенчатая форма канала (см. поз.23) способствует более интенсивному размыванию его стенок. В первую очередь это следует учитывать на шиберных затворах, эксплуатируемых без замены огнеупорных плит несколько разливок подряд. Выполнение центровочных устройств 12 и 16 на бандаже 4 (т.е. на периферии основания 1 плиты) решает проблему оптимизации размещения точек приложения рабочих
усилий - они разнесены на оптимальную величину относительно продольной оси огнеупорной плиты и находятся в зоне минимальных температурных деформаций. На практике это место выбирают примерно посередине прямолинейных участков бандажа 4, дальнейшая оптимизация местоположения центровочных устройств 12 и 16 не дает существенных преимуществ.
7
Следует отметить, что известны технические решения, в которых бандажи огнеупорных плит оснащены фиксаторами (язычками) разнообразной конструкции, такими, например, как в патенте РФ №2165335 от 25.10.1996, МПК В 22 D 41/22, опубл. 20.04.2001, Бюл. №11. Однако в этих случаях фиксаторы выполняют другую функцию, например, закрепления плиты в специальной выемке в определенном положении и никоим образом не способствуют восприятию рабочих усилий.
В остальном, все особенности заявленных технических решений огнеупорной плиты можно свести к пяти основным вариантам.
В 1-ом варианте выступы 5, 7 и 8 используются в качестве средства для компенсации температурных расширений;
Во 2-ом варианте, как и в 1-ом - также используются выступы 5, 7 и 8 и, дополнительно, центровочное устройство 12, выполненное в виде двух фиксирующих пазов 13;
В 3-ем варианте, как и в 1-ом - также используются выступы 5, 7 и 8 и, дополнительно, центровочное устройство 16, выполненное в виде двух фиксаторов (фиксирующих выступов 17, 20 или 21);
В 4-ом варианте температурные расширения компенсируются возможностями бандажа 4, при этом, как и во 2-ом варианте имеется центровочное устройство 12, выполненное в виде двух фиксирующих пазов 13;
В 5-ом варианте температурные расширения также, как и в 4-ом варианте компенсируются возможностями бандажа 4, при этом, как и в 3-ем варианте имеется центровочное устройство 16, выполненное в виде двух фиксаторов (фиксирующих выступов 17, 20 или 21).
Для использования вышеперечисленных огнеупорных плит по 2-5
вариантам гнезда 9 монтажной плиты 10 (и/или каретки) шиберного затвора 11 литейного ковша снабжены специальными конструктивными элементами 15 и 19 для размещения фиксирующих пазов 13 или фиксаторов (фиксирующих выступов 17, 20 или 21). Тем не менее, и огнеупорная плита по 1-ому варианту может быть установлена в гнезде 9 затвора 11, оснащенному лишь фиксирующими отверстиями 19, которые не будут препятствовать размещению бандажа 4, в отличие от выступающих фиксаторов 15.
Огнеупорная плита работает традиционно, включая следующие особенности.
При прохождении металла через отверстие 23 основание 1 начинает разогреваться. Происходят тепловые деформации разогретой зоны. По мере прохождения очередной порции жидкого металла через отверстие 23 зона разогрева смещается к периферии основания 1 и деформации достигают уровня, когда наличие каких-либо дефектов или неоднородностей материала основания 1 могут привести к его разрушению, что исключается при эксплуатации шиберных затворов. В это время металлический бандаж 4 начинает растягиваться с усилием, достаточным для компенсации распределенных по боковой поверхности 6 основания 1 усилий деформации, которые потенциально способны разрушить его. При дальнейшем росте тепловых деформаций выступы 5, 7 или 8 начинают взаимодействовать с боковой стенкой гнезда 9, т.е. упираться в нее и деформироваться. Такое воздействие на основание 1 обеспечивает необходимую степень нейтрализации усилий тепловых деформаций, которая достаточна для нормальной безаварийной работы затвора. Таким образом производится разлив металла. До следующего заполнения разливочного ковша огнеупорные плиты могут несколько остыть. Тепловые деформации при этом уменьшатся, геометрические размеры бандажа 4 приблизятся к первоначальным значениям с поправкой на остаточные деформации, связанные с частичной потерей упругих свойств металла и величиной которых можно пренебречь. Выступы 5, 7 или 8 выйдут из зацепления с боковой стенкой гнезда 9, или упруго сдеформируют.
При работе затвора 11 на следующей разливке последовательность вышеописанных действий повторяется с той лишь разницей, что условия работы более ужесточаются за счет инертности происходящих процессов и их цикличности. В этом случае особое значение приобретает наличие выступов 5, 7 или 8, которые благодаря меньшим, по сравнению с длиной бандажа размерами практически не изменяют своих размеров и способны многократно осуществлять свою функцию противодействия тепловым деформациям. Существует определенный предел размыва и износа огнеупорных плит, когда их дальнейшая эксплуатация, даже с учетом возможного переворота и смены рабочих поверхностей (например, для плиты с фиг.3), становится небезопасной. Тогда эти плиты удаляют и на их место ставят новые.
Огнеупорные плиты, оснащенные фиксирующими пазами 13 или фиксаторами 17, 20 или 21 эксплуатируются точно так же, как и традиционные плиты, с поправкой на более надежную и стабильную фиксацию плит относительно ковшевого стакана 22 (или стакан-коллектора). Такие плиты выдерживают большее количество разливок без замены, нежели традиционные плиты.
Эксплуатация шиберного затвора в целом не отличается от эксплуатации традиционных шиберных затворов, с той лишь разницей, что в нем используются оригинальные огнеупорные плиты.
В результате решения поставленных задач созданы надежные многоразливочные огнеупорные плиты с расширенными эксплуатационными возможностями, обеспечивающими многократную разливку металла через один комплект плит, и обладающие увеличенным ресурсом работы. Повысилась надежность плит за счет их способности противостоять периодически повторяющимся температурным расширениям на нескольких разливках и циклическим нагрузкам, возникающим в результате перемещения пластин при работе относительно друг друга.
Кроме этого, создан шиберный затвор, предназначенного для работы с упомянутыми выше огнеупорными плитами на нескольких разливках без их замены.