CZ296269B6

CZ296269B6 - Zátková tyc

Info

Publication number: CZ296269B6
Application number: CZ20011645A
Authority: CZ
Inventors: Hanse@Eric
Original assignee: Vesuvius Crucible Company
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1999-11-16
Publication date: 2006-02-15
Also published as: ATE223774T1; HUP0104124A3; RU2223840C2; MY124629A; EP1140393B1; TR200101377T2; UA67807C2; KR20010093089A; DE69902943T2; CA2351426C; BR9915498A; DE69902943D1; ES2183652T3; HUP0104124A2; CN1094400C; JP2002530199A; PT1140393E; CZ20011645A3; US6464116B1; HU224250B1

Abstract

Zátková tyc se zlepsenou plynotesností a tuhostí má prostredky pro udrzování stlacení tesnicího krouzku (11, 11´) ve styku s prstencovou tesnicí plochou (10) telesa záruvzdorného materiálu, kdyz je zátková tyc uvedena na vysokou teplotu. Podle základního provedení jsou tyto prostredky vytvoreny jako objímka (12), vytvorená z materiálu majícího vysoký koeficient tepelné roztaznosti, jejíz dilataceudrzuje tesnicí krouzek pod stlacením, kdyz je zátková tyc uvedena na vysokou teplotu.

Description

Zátková tyč

Oblast techniky

Předložený vynález se týká nové zátkové tyče pro regulaci toku roztaveného kovu z licího zařízení, například oceli nebo litiny, z rozdělovače nebo licí pánve, konkrétněji se týká zátkové tyče vytvořené jako jeden kus, která má prostředky pro připojení ke zdvihacímu mechanismu. Podle zvláštního vytvoření má zátková tyč také prostředky pro zavádění inertního plynu, například argonu, do lázně roztaveného kovu v průběhu procesu kontinuálního odlévání.

Dosavadní stav techniky

Takováto zátková tyč a její použití je odborníkovu známo, zejména z US patentů 4 946 083 a US 5 024 422, na něž se odkazuje. Mezi jiným, tyto dokumenty popisují zátkovou tyč vytvořenou jako jeden kus, která má prostředky pro připojení k zdvihacímu mechanismu, sestávající z:

a) podlouhlého tělesa ze žáruvzdorného materiálu, která má vývrt umístěný koaxiálně vzhledem k tělesu zátkové tyče a upravený pro pevné vložení kovové tyče pro jeho připojení k zdvihacímu mechanismu. Axiální vývrt tělesa ze žáruvzdorného materiálu má rozšířenou část s prstencovou těsnicí plochou nacházející se v odstupu od horního konce tělesa ze žáruvzdorného materiálu. Prostředky pro připojení kovové tyče jsou obecně umístěny mezi rozšířenou částí a dolním koncem tělesa ze žáruvzdorného materiálu. Těleso ze žáruvzdorného materiálu může mít na svém dolním konci prostředky pro zavádění plynu do lázně roztaveného kovu; a

b) podlouhlé kovové tyče připojené k tělesu ze žáruvzdorného materiálu a mající axiální vývrt komunikující ve své dolní části s vývrtem tělesa ze žáruvzdorného materiálu. Tyč má nákružek nesoucí prstencovou těsnicí plochu přivrácenou k prstencové těsnicí ploše vývrtu tělesa ze žáruvzdorného materiálu pro vytvoření plynotěsného těsnění. Horní konec tyče je upraven pro připojení ke zdvihacímu mechanismu, který umožňuje přemisťování zátkové tyče vertikálně uvnitř licího zařízení, například distributoru.

Zátková tyč je zpravidla, nikoliv však nezbytně, připojena k potrubí přívodu plynu prostřednictvím horního konce tyče. Prostředky pro připojení tělesa ze žáruvzdorného materiálu jsou zpravidla umístěny mezi nákružkem a dolním koncem kovové tyče. V průběhu použití takovéto zátkové tyče je plyn zaváděný do zátkové tyče veden do axiálního vývrtu v tělese za žáruvzdorného materiálu v jeho dolní části. Díky prostředkům pro zavádění plynu do lázně roztaveného kovu, které má těleso ze žáruvzdorného materiálu ve své dolní části, zátková tyč umožňuje zavádění plynu do lázně roztaveného kovu. Vzájemně přivrácené těsnicí plochy tyče a tělesa ze žáruvzdorného materiálu zabraňují podstatným ztrátám inertního plynu, jakož i infiltraci vzduchu.

Pro další zlepšení těsnosti bylo navrženo umístit mezi tyto těsnicí plochy plynotěsný prstencový těsnicí kroužek. Patent US 4 496 083 například popisuje, že když se použije těsnicí kroužek o tloušťce asi 0,4 mm z materiálu odolného vůči vysokým teplotám, např. z grafitu, poskytuje rozhraní mezi prstencovými těsnicími plochami tyče a tělesa ze žáruvzdorného materiálu těsnost odolávající tlaku až 3 bar, tj. 300 000 Pa.

Německý patent DE40 40 189 Cl popisuje zátkovou tyč obsahující podlouhlé žáruvzdorné těleso, mající

a) axiální vývrt a prostředky (blokovací čep) pro připojení kovové tyče,

b) kovovou tyč a

c) trubicovité těleso stlačující těsnicí kroužek působením matice.

-1 CZ 296269 B6

U zařízení podle tohoto dokumentuje nezbytné upravit nebo jemně nastavit těsnost při upevnění montážní tyče do tělesa zátkové tyče přitažením matice proti hornímu konci zátky. Tento systém není samoutahovací a vyžaduje lidský zásah (utažení matice), když zátka dosáhne konečné teploty. Takovýto zásah nad lázní roztaveného kovu je nesnadný a mimořádně nebezpečný. Těsnění je podstatné pro odlévání roztaveného kovu vysoké kvality. V první řadě je nezbytné zajisti dobrou ochranu proti infiltraci vzduchu způsobující oxidaci roztaveného kovu v průběhu lití. Na druhé straně je také nezbytné minimalizovat ztráty inertního plynu (v případě, že se inertní plyn vstřikuje skrze zátkovou tyč), což zapříčiňuje zvýšení výrobních náklad, které rozhodně není zanedbatelné.

Nehledě na tyto otázky těsnosti, také je podstatné, aby připojení zátkové tyče ke zdvihacímu mechanismu zůstalo pokud možno tuhé.

Dosud používaný systém neposkytuje zcela uspokojivé řešení zobou těchto hledisek.

Při provádění svého výzkumu v této oblasti přihlašovatel zjistil, že tyto problémy jsou dány skutečností, že těsnicí kroužek mezi vzájemně přivrácenými prstencovými těsnicími plochami tyče a tělesa ze žáruvzdorného materiálu nezůstává stlačen po celou operaci lití.

Předpokládá se, že tato ztráta stlačení těsnicího kroužkuje dána alespoň částečně rozdílem mezi koeficienty tepelné roztažnosti různých materiálů, tvořících zátkovou tyč. Zejména účinkem zvýšení teploty zátkové tyče během lití kovová tyč dilatuje více než těleso ze žáruvzdorného materiálu. Větší roztažení kovové tyče má za následek oddělení prstencových těsnicích ploch tyče a tělesa ze žáruvzdorného materiálu a v důsledku toho zmenšení stlačení těsnicího kroužku se všemi nepříznivými důsledky.

Podstata vynálezu

Podle předloženého vynálezu je tento problém odstraněn opatřením zátkové tyče zvláštními prostředky pro udržování stlačení těsnicího kroužku ve styku s prstencovou těsnicí plochou tělesa žáruvzdorného materiálu, když je zátková tyč uvedena na vysokou teplotu. Zátková tyč podle předloženého vynálezu je, nehledě na prostředky pro udržování stlačení těsnicího kroužku, obdobná té, která je popsaná v patentech US 4 946 083 a US 5 024 422, na které se odkazuje.

Podle vynálezu jsou prostředky pro udržování stlačení těsnicí plochy při uvedení zátkové tyče na vysokou teplotu tvořeny objímkou, uspořádanou ve formě válce na koncích otevřeného, která je nasazena na kovovou tyč. Předložený vynález se týká zátkové tyče vytvořené jako jeden kus, která může být připojena ke zdvihacímu mechanismu, sestávající z podlouhlého tělesa z žáruvzdorného materiálu, majícího (i) vývrt umístěný koaxiálně vzhledem k tělesu a upravený pro pevné vložení kovové tyče pro jeho připojení k zdvihacímu mechanismu, přičemž axiální vývrt má rozšířenou část, která představuje prstencovou těsnicí plochu nacházející se v odstupu od horního konce tělesa, (ii) prostředky pro připevnění uvedené kovové tyče;

podlouhlé kovové tyče upevněné k tělesu, upravené na svém horním konci pro připojení ke zdvihacímu mechanismu pro vertikální přemisťování zátkové tyče uvnitř licího zařízení; a objímky mající na svém dolním konci těsnicí plochu přivrácenou k těsnicí ploše tělesa, přičemž zátková tyč má prostředky umístěné na kovové tyči pro blokování objímky,

-2CZ 296269 B6 přičemž zátková tyč se vyznačuje tím, že objímka je vytvořena z materiálu majícího koeficient tepelné roztažnosti větší než je koeficient tepelné roztažnosti kovové tyče a má takovou délku, že účinkem teploty, na kterou je zátková tyč uvedena v průběhu lití, se objímka roztáhne alespoň dostatečně pro kompenzaci účinku roztažení kovové tyče.

Podle zvláštního vytvoření vynálezu může být zátková tyč připojena na přívodní potrubí plynu. Uvedené podlouhlé těleso ze žáruvzdorného materiálu má tedy na svém dolním konci prostředky pro zavádění plynu do lázně roztaveného kovu, a uvedená kovová tyč má axiální vývrt komunikující ve své dolní části s tělesem z žáruvzdorného materiálu.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 je dílčí pohled v řezu na horní konec zátkové tyče podle zvláštního provedení vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na tomto obrázku je zátková tyč 1_ sestávající z podlouhlého tělesa 2 ze žáruvzdorného materiálu s axiálním vývrtem 3 rozprostírajícím se od jeho horního konce 4 k dolnímu konci (neznázorněnému). Těleso ze žáruvzdorného materiálu může, ale nemusí, být na svém dolním konci opatřeno prostředky pro zavádění inertního plynu (neznázorněnými) do lázně kovu. Těleso ze žáruvzdorného materiálu má také prostředky 5 pro připojení kovové tyče 6. Kovová tyč 6 také může mít axiální vývrt 7, který probíhá skrze ni od jejího horního konce 8 k jejímu dolnímu konci 9. Horní konec 8 může být uspořádán pro vložení konektoru (neznázoměného) pro přívod inertního plynu. Dále, horní konec 8 tyče je uspořádán pro upevnění zdvihacího mechanismu (neznázoměného). Plyn pod tlakem, například argon, může být zaváděn do axiálního vývrtu3 tělesa ze žáruvzdorného materiálu pomocí tyče 6 a zaváděn do lázně kovu skrze dolní konec tělesa ze žáruvzdorného materiálu.

Těleso 2 ze žáruvzdorného materiálu má rozšířenou část 10, která vytváří těsnicí plochu. Na této těsnicí ploše spočívají dva grafitové těsnicí kroužky Π, 1T a zabraňují tak infiltraci vzduchu nebo ztrátám inertního plynu. Na tyči 6 je upevněna objímka 12 a udržuje pod tlakem těsnicí kroužky 11, 11'. Horní část 13 objímky je blokována podložkou 14, která je přidržována maticí 15. Podložka 14 je s výhodou ve styku s horním koncem 4 tělesa 2 ze žáruvzdorného materiálu pro poskytnutí zvýšené tuhosti sestavě.

Objímka 12 sestává z materiálu majícího koeficient tepelné roztažnosti větší než kovová tyč 6, a má dostatečnou délku, takže účinkem teploty, na kterou je zátková tyč uvedena v průběhu lití, se roztahuje směrem k dolnímu konci kovové tyče pro alespoň částečnou kompenzaci efektu roztažení kovové tyče. Roztažení objímky s výhodou v podstatě přesně kompenzuje roztažení kovové tyče.

Jak je zřejmé na obr. 1, objímka 12 může vyčnívat na horním konci 4 tělesa 2 ze žáruvzdorného materiálu, jestliže je to třeba pro zajištění dostatečné délky objímky. V tomto případě je podložka 14 s výhodou opatřena osazením 16, které umožňuje zablokování objímky 12 při zajištění kontaktu mezi podložkou 14 a horním koncem 4 tělesa 2 ze žáruvzdorného materiálu. Objímka 12 je nasazena na kovové tyči 6, tvoříc s ní volnou sestavu, otáčivě posuvně nebo jenom posuvně. Horní konec 13 objímky 12 se právě opírá o blokovací prostředky 14 a 15 umístěné pevně na kovové tyči 6 tak, že účinkem roztažení je objímka 12 axiálně protažena jen ve směru opačném uvedeným blokovacím prostředkům.

Podle jednoho vytvoření vynálezu sestává blokovací prostředek z nákružku obdobného nákružku popsanému v patentech US 4 946 083 a US 5 024 422, na které se odkazuje.

-3 CZ 296269 B6

Materiál objímky a její délka se volí jako funkce rozměrů a materiálu kovové tyče (zpravidla vyrobené obrobením tyčové oceli s koeficientem tepelné roztažnosti řádu 12,5 pm°C'¹) a tělesa ze žáruvzdorného materiálu (zpravidla sestávajícího ze žáruvzdorného materiálu získaného izostatickým lisováním s koeficientem tepelné roztažnosti 3 až 6 pm°C'¹). Materiál objímky a jeho délka se snadno stanoví na základě termofyziky. Vycházeje z hodnot stanovených první aproximaci, které zpravidla poskytují vynikající výsledky, je pak možné bez obtíží optimalizovat systém metodou pokusu a omylu.

Podle vynálezu objímka sestává z materiálu s vysokým koeficientem tepelné roztažnosti schopného odolávat zvýšeným teplotám, kterým je zátková tyč vystavena v průběhu lití. Například může být použit žáruvzdorný materiál s vysokým koeficientem tepelné roztažnosti, jako například fritovaný hořčík. Výhodné materiály pro tuto aplikaci lze nalézt mezi kovy nebo kovovými slitinami s vysokým koeficientem tepelné roztažnosti, které mají vysokou teplotu bodu tavení. Obecně, pro objímku se volí materiál mající koeficient tepelné roztažnosti 1,1 až 3 krát větší než tyčová ocel. Jestliže je kovová tyč vyrobena obráběním tyčové oceli mající koeficient tepelné roztažnosti řádu 12 pm°C'¹, je zvláště vhodná nerezová ocel (např. s koeficientem tepelné roztažnosti řádu 17,5 pnfC'¹).

Těleso ze žáruvzdorného materiálu je zpravidla vytvořeno z konvenčního žáruvzdorného materiálu, jako například žáruvzdorného materiálu na bázi oxidu hlinitého, oxidu křemičitého a grafitu. Typické složení je například, v procentech hmotnostních, A1₂O₃: 53 %, SiO₂: 13 %, uhlík: 31 %, a asi 3 % jiných materiálů, jako například ZrO₂.

Mezi těsnicími plochami je s výhodou umístěn prstencový těsnicí kroužek 11, který je plynotěsný. Typicky se použije těsnicí kroužek z grafitu o tloušťce 0,2 až 30 mm.

Podle předloženého vynálezu se použije jeden nebo více obvyklých těsnicích kroužků. Prstencový těsnicí kroužek či kroužek jsou umístěny mezi dolní plochou objímky a těsnicí plochou tělesa ze žáruvzdorného materiálu. Nejlepší výsledky byly pozorovány, když byly mezi dolní plochu objímky a těsnicí plochu tělesa ze žáruvzdorného materiálu umístěny dva grafitové těsnicí kroužky o tloušťce 9 mm.

Podle výhodného provedení vynálezu jsou těsnicí plocha tvořená rozšířenou částí 10 tělesa 2 ze žáruvzdorného materiálu a těsnicí kroužek 11 či kroužky 11, 11' rovinné. Bylo zjištěno, že v tomto případě je získáno mnohem lepší zachování stlačení kroužku 11 či kroužků 11, 1T. Podle jednoho příkladu provedení, s tělesem ze žáruvzdorného materiálu získaného izostatickým lisováním (koeficient tepelné roztažnosti 3,6 pm°C'¹), mají tloušťku 9 mm. Kovová tyč je vyrobena obráběním tyčové oceli s koeficientem tepelné roztažnosti 12,5 pm^oC‘*.

Jestliže se použije objímka z nerezové oceli s koeficientem tepelné roztažnosti 17,5 pm°C¹, pak podle výpočtu by objímka měla mít délku asi 61 mm.

Podle jiného vytvoření vynálezu jsou prostředky pro udržování stlačení těsnicího kroužku, když je zátková tyč uvedena na vysokou teplotu, realizovány umístěním upevňovacího bodu kovové tyče k tělesu ze žáruvzdorného materiálu v místě situovaném mezi těsnicí plochou a horní částí tyče. V tomto případě je významnější roztažení a tím je těsnicí kroužek více stlačován kovovou tyčí, která se roztahuje účinkem teploty, na kterou je zátková tyč uvedena v průběhu lití.

Podle zvláštního provedení vynálezu má zátková tyč také prostředky pro zabránění oddělení kovové tyče od tělesa ze žáruvzdorného materiálu. Tak například, je-li jako prostředek pro upevnění tyče v tělese ze žáruvzdorného materiálu použita kovová vložka mající axiální závitový vnitřní vývrt, zakotvená v tělese ze žáruvzdorného materiálu, je tyč pro zabránění vyšroubování z vložky opatřena dvojicí paralelních rovinných ploch v místě, kde vystupuje z tělesa ze žáruvzdorného materiálu, a tyto rovinné plochy se opírají o integrální vidlicovou patku, pevně spoje-4CZ 296269 B6 nou s tělesem žárovzdorného materiálu. Toto pevné spojení může být realizováno kolíkem vloženým v hřídeli provlečeném skrze vidlicovou patu a protaženým do tělesa za žáruvzdorného materiálu. V tomto případě může podložka podle vynálezu s výhodou plnit také úlohy vidlicové patky.

Podle dalšího zvláštního provedení vynálezu těleso ze žáruvzdorného materiálu zátkové tyče sestává alespoň částečně z žáruvzdorného materiálu relativně nepropustného pro plyny. Zcela konkrétně těleso ze žáruvzdorného materiálu může sestávat z alespoň dvou různých žáruvzdorných materiálů, první část sestává ze směsi relativně nepropustné pro plyny, v podstatě obklopující oblast umístění těsnicích kroužků, a druhá část sestává ze žáruvzdorného materiálu odolného vůči korozi roztavenými kovy.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zátková tyč, sestávající z (a) podlouhlého tělesa (2) z žáruvzdorného materiálu, majícího (i) vývrt (3) umístění koaxiálně vzhledem k tělesu (2) a upravený pro pevné vložení kovové tyče (6) pro jeho připojení k zdvihacímu mechanismu, přičemž axiální vývrt (3) má rozšířenou část (10), která představuje prstencovou těsnicí plochu nacházející se v odstupu od horního konce (4) tělesa (2), a (ii) prostředky (5) pro připevnění uvedené kovové tyče (6);

(b) podlouhlé kovové tyče (6) upevněné k tělesu (2), upravené na svém horním konci (8) pro připojení ke zdvihacímu mechanismu pro vertikální přemisťování zátkové tyče (1) uvnitř licího zařízení; a (c) objímky (12) mající na svém dolním konci těsnicí plochu přivrácenou k těsnicí ploše (10) tělesa (2), přičemž zátková tyč má prostředky (14, 15) umístěné na kovové tyči (6) pro blokování objímky (12), vyznačující se tím, že objímka (12) je vytvořena z materiálu majícího koeficient tepelné roztažnosti větší než je koeficient tepelné roztažnosti kovové tyče (6) a má takovou délku, že účinkem teploty, na kterou je zátková tyč uvedena v průběhu lití, se objímka (12) roztáhne alespoň dostatečně pro kompenzaci účinku roztažení kovové tyče (6).
2. Zátková tyč podle nároku 1,vyznačující se tím, že obsahuje jeden nebo více těsnicích kroužků (11, 11') ve styku s těsnicí plochou (10) tělesa (2).
3. Zátková tyč podle nároku 2, vyznačující se tím, že těsnicí kroužek či kroužky (11, 11') a těsnicí plocha (10) tělesa (2) jsou plošné.
4. Zátková tyč podle některého z nároků 1 až 3,vyznačující se tím, že kovová tyč (6) má axiální vývrt (7) komunikující ve své dolní části (9) s vývrtem (3) tělesa (2).
5. Zátková tyč podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že těleso (2) má na své dolním konci prostředky pro zavádění plynu do lázně roztaveného kovu.
6. Zátková tyč podle některého z nároků 1 až 5, v y z n a č u j í c í se t í m , že objímka (12) vyčnívá na horním konci (4) tělesa (2).

-5CZ 296269 B6
7. Zátková tyč podle některého z nároků 1 až 6, v y z n a č u j í c í se t í m , že objímka (12) je vytvořena z materiálu majícího koeficient tepelné roztažnosti 1,1 až 3 krát větší než materiál tvořící kovovou tyč (6).
8. Zátková tyč podle některého z nároků 1 až 7, v y z n a č u j í c í se t í m , že objímka (12) je vytvořena z nerezové oceli, kovová tyč (6) sestává z oceli, a těleso (2) je vytvořeno ze žáruvzdorného materiálu získaného izostatickým lisováním.
9. Zátková tyč podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že prostředky pro blokování objímky (12) na kovové tyči (6) zahrnují nákružek.
10. Zátková tyč podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že prostředky pro blokování objímky (12) na kovové tyči (6) zahrnují matici (15) našroubovanou pevně na kovové tyči (6) opírající se proti objímce (12).
11. Zátková tyč podle nároku 10, v y z n a č uj í c í se tím, že prostředky pro blokování objímky (12) na kovové tyči (6) zahrnují také jednu nebo více podložek (14).
12. Zátková tyč podle nároku 11, v y z n a č u j í c í se tím, že podložka (14) má vnitřní osazení, takže objímka (12) může vyčnívat na konci (4) tělesa (2), zatímco podložka (14) je ve styku s horním koncem (4) tělesa (2).
13. Zátková tyč podle některého z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že zátková tyč zahrnuje prostředky pro zabránění oddělení kovové tyče (6) od tělesa (2).