EA013176B1

EA013176B1 - Линейно скользящий шиберный затвор для металлургической емкости

Info

Publication number: EA013176B1
Application number: EA200801060A
Authority: EA
Inventors: Вилльям Розе; Доминик Веррелль; Альбер Гош
Original assignee: Тех-Гате С.А.
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2010-02-26
Also published as: DE602006002376D1; EP1863606A1; AU2006222134B2; ES2313603T3; ES2377460T3; JP2008532768A; EP1863606B1; MX2007011106A; KR20070112249A; NZ561453A; US7648053B2; WO2006094846A1; EP1900459A2; ATE405362T1; TW200631695A; CN101146636B; BRPI0608041A2; EP1900459B1; JP4734405B2; TWI372664B

Abstract

В изобретении описан линейно скользящий шиберный затвор (10) для металлургической емкости, содержащий подвижную пластину (20), включающую осесимметричную часть 20' из жаростойкого материала в форме диска с первым отверстием (30), и неподвижную пластину (22) со вторым отверстием (32). Имеется также подвижный поддон (26), на котором закреплена подвижная пластина (20) с возможностью скольжения относительно неподвижной пластины (22) и регулирования при этом выпуска из металлургической емкости в зависимости от относительного положения первого и второго отверстий (30, 32). Согласно изобретению затвор содержит крепежное кольцо (300) для крепления подвижной пластины, включающее группу упругих крепежных элементов (320) для упругого крепления подвижной пластины (20) к крепежному кольцу (300) с возможностью ее радиального расширения и по меньшей мере три жестких звена (302), взаимосвязанных соответствующими шарнирными соединениями (306) с обеспечением однородного распределения по окружности прижимной силы, прилагаемой к подвижной пластине (20) упругими крепежными элементами (320). Также предлагается пластина (20, 22) из жаростойкого материала специально для описанного линейно скользящего шиберного затвора.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к линейно скользящему шиберному затвору (с прямолинейно движущейся пластиной) для металлургической емкости.

Уровень техники

Скользящие шиберные затворы в металлургии используют для открывания или перекрытия выпускного отверстия таких металлургических емкостей, как разливочный ковш, промежуточный разливочный ковш, конвертер или электродуговая печь. Такие шиберные затворы позволяют регулировать скорость истечения расплавленного металла за счет регулирования величины выпускного отверстия. Типичным является применение в установках непрерывной разливки стали, в которых расплавленную сталь подают с заданной скоростью из промежуточного ковша в кристаллизатор установки.

В основном можно выделить два разных вида линейно скользящих шиберных затворов. В так называемых трехпластинчатых шиберных затворах подвижная пластина (плита) выполнена подвижной в продольном направлении, т.е. скользящей между верхней и нижней неподвижными пластинами, причем последние неподвижны относительно емкости. Каждая пластина имеет отверстие, причем отверстия в неподвижных пластинах коаксиальны. Положение отверстия в подвижной пластине относительно коаксиальных отверстий определяет апертуру выпускного отверстия и, следовательно, скорость истечения металла. Скорость истечения регулируют путем линейного скользящего перемещения подвижной пластины. Во втором типе скользящих шиберных затворов нижняя неподвижная пластина отсутствует, однако принцип работы скользящего шиберного затвора остается неизменным. Настоящее изобретение относится в основном к скользящим шиберным затворам последнего типа.

Критическим элементом в таких линейно скользящих шиберных затворах является подвижная пластина, которая, как правило, включает плоскую деталь, выполненную из соответствующего жаростойкого материала. Из-за значительных термических, механических и химических воздействий на подвижную пластину всего через несколько операций разливки в жаростойком материале образуются трещины. При рабочих температурах вблизи отверстия, превышающих 1500°С, и соответствующем термическом расширении образование трещин происходит, например, из-за растягивающих напряжений в жаростойком материале, вызванных разницей температур, или из-за напряжений сжатия, связанных с закреплением подвижной пластины. Другими причинами могут быть химическое воздействие расплавленного металла и механическое истирание из-за существенного контактного давления. Известно также, что истирание наиболее выражено в области подвижной пластины, которая скользит под отверстием неподвижной пластины. Для этой области локализованного истирания характерна тенденция увеличения отверстия в подвижной пластине в направлении скольжения, т.е. отверстие становится овальным. Последние два фактора вносят свой вклад в образование трещин в жаропрочном слое, что влечет за собой два основных нежелательных последствия. С одной стороны, возникает необходимость в замене подвижной пластины, и, с другой стороны, уменьшается герметичность канала выпуска, что приводит к возникновению рисков утечки горячего металла и формирования газовых включений в струе металла. Например, при непрерывной разливке стали жаростойкие пластины обычно нуждаются в замене самое большое через пять циклов срабатывания скользящего шиберного затвора.

Соответственно, желательно увеличить стойкость, т. е. срок службы жаростойких пластин вообще и подвижной пластины в частности. За счет снижения частоты замен можно достичь существенной экономии в стоимости текущего обслуживания и заменяемых деталей.

Так как скользящий шиберный затвор является устройством, ответственным за сохранность всей установки, есть необходимость в большей подконтрольности процесса ухудшения параметров жаростойких пластин и в большей осведомленности о состоянии скользящего шиберного затвора вообще и жаростойких пластин в частности.

Для того чтобы решить часть из приведенных выше проблем в патенте И8 3764042 предложен механизм со скользящим затвором, т.е. скользящий шиберный затвор, в котором запорный элемент выпускного отверстия емкости представляет собой диск, установленный с возможностью поворота на линейно подвижном поддоне. При каждом закрытии выпускного отверстия диск поворачивают, что продлевает срок его службы. Механизм, раскрытый в И8 3764042, имеет относительно простую конструкцию, но позволяет поворачивать диск только в сочетании с операцией скольжения. Так как возможный угол поворота ограничен, требуется несколько операций скольжения, чтобы достичь определенного углового положения, что приводит к дополнительному износу жаростойких пластин. Другой недостаток механизма, выполненного по И8 3764042, связан с рисками с точки зрения безопасности, возникающими при выполнении поворота в процессе работы. Например, поломка, приводящая к невозможности поворота, может вызвать невозможность закрытия выпускного отверстия.

В патенте ЕР 0346258 предложена осесимметричная подвижная пластина, имеющая центральное отверстие. Подвижная пластина выполнена с возможностью в процессе работы поворота в скользящем затворе. Скользящий шиберный затвор, раскрытый в ЕР 0346258, содержит комбинированный механизм, позволяющий как линейное скольжение подвижной пластины, так и, независимо от этого, поворот подвижной пластины вокруг ее оси симметрии.

- 1 013176

Однако этот комбинированный механизм относительно сложен и требует наличия на месте разливки дополнительного привода для выполнения операции скольжения. Более того, в раскрытом устройстве необходимо использовать относительно сложный управляющий механизм для регулирования работы обоих приводов. Как следствие, можно ожидать значительной предрасположенности к сбоям в тяжелых условиях работы на металлургических производствах. Кроме того, поворот подвижной пластины во время работы скользящего шиберного затвора требует дополнительного вмешательства соответствующим образом обученного оператора разливки.

Все это может служить причинами, по которым вышеописанное устройство не нашло в настоящее время широкого промышленного применения. Тем не менее решения, раскрытые в предшествующем уровне техники, а именно осевая симметрия подвижной пластины для снижения термомеханических напряжений и поворот подвижной пластины для делокализации истирания, следует считать положительным вкладом в продление срока службы подвижной пластины.

Другой тип линейно скользящего шиберного затвора для металлургической емкости описан в ΌΕ 3805074. В одном из вариантов затвор содержит подвижную пластину с осесимметричной частью из жаростойкого материала в форме диска, имеющую центральное первое отверстие и охваченную наружным стальным ободом, установленным на горячепрессовой посадке. Затвор также содержит неподвижную пластину со вторым отверстием и подвижный поддон или поддон для крепления подвижной пластины, который выполнен с возможностью перемещения подвижной пластины относительно неподвижной пластины так, чтобы регулировать выпускное отверстие металлургической емкости за счет изменения относительного положения первого и второго отверстий. Хотя в ΌΕ 3805074 не предусмотрен механизм для поворота подвижной пластины, она, однако, может быть повторно использована после первого использования, с установкой ее осесимметрично с поворотом в ручную на 90° и переставляется в ее опоре, так что представляются, по существу, неизношенные поверхности в новом направлении скольжения. Недостатком этого устройства является отсутствие надежных средств или, альтернативно, необходимость чрезмерных боковых распорных усилий для предотвращения непреднамеренного вращения подвижной пластины, в частности, если она повторно используется и, таким образом, имеется износ под углом направления скольжения. Другим серьезным недостатком является значительное термомеханическое напряжение, действующее на жаростойкую часть подвижной пластины при работе из-за ее жесткой фиксации. Следует отметить, что шиберные затворы, раскрытые в И8 3764042 и ЕР 0346258, также имеют жесткую фиксацию пластин и, соответственно, подвергаются трещинообразованию и износу жаростойкой части.

Для уменьшения вредного влияния жесткой фиксации на жаростойкие пластины в ЕР 0222978 и И8 4187965 предлагается упругое крепление продолговатой овальной жаростойкой пластины, в частности подвижной пластины. В этих документах предлагается для одной более длиной и одной более коротко сторон овальной жаростойкой пластины соответственно использовать прямую планку, упруго прижимаемую к одной из граничных сторон жаростойких пластин, а другая сторона опирается на опорный поддон или раму. Между планкой для длинной стороны и планкой для короткой стороны соответственно установлены пружины для обеспечения гибкой упругой фиксации. Усилие пружин регулируется посредством болтов, присоединяющих планки к раме. Такое упругое крепление подвижной пластины позволяет компенсировать напряжения, относящиеся к термическому расширению жаростойкой пластины. Однако, кроме использования, не достаточно оптимальной овальной формы, другой недостаток заключается в том, что упругие усилия крепления не могут регулироваться независимо и ввиду овальной формы различны для продольного и бокового направления пластин соответственно.

Раскрытое в ЕР. 2713525 решение имеет отношение к фиксации жаростойких пластин, но направленно на решение проблемы приложения к пластине равномерно распределенного напряжения, другими словами, на решение проблемы изостатического крепления жаростойких пластин. Для ее решения предлагается устройство с фиксированной конструкцией, размещаемое на постоянном расстоянии от пластины. Относительное перемещение фиксированных и подвижных элементов приводит к сжимающим напряжениям, перпендикулярным пластине, которые равномерно распределены по периферии жаростойкой части. Крепежный ограничитель может регулироваться со смещением, и устройство позволяет устранить металлическое кольцо, т. е. наружный стальной обод по периметру жаростойкой части. Несмотря на возможность регулирования и равномерное распределение крепежного давления, устройство из ЕР 2713525 имеет жесткое изостатическое крепление. Такое устройство, следовательно, не устраняет негативный эффект жесткой фиксации и не может привести к решению этой проблемы. Более того, представляется, что ввиду недостаточной фиксации в тангенциальном направлении при использовании с круглой жаростойкой частью крепежное устройство из ЕР 2713525 вообще не может быть использовано в скользящем шиберном затворе для вращения подвижной пластины.

- 2 013176

Краткое изложение сущности изобретения

В основу настоящего изобретения положена задача создания усовершенствованного скользящего шиберного затвора, в котором возможно дополнительно уменьшить термомеханические напряжения, прикладываемые к жаростойкой пластине во время работы, и тем самым увеличить срок эксплуатации жаростойкой пластины, а также создания жаростойкой пластины специально для такого скользящего шиберного затвора.

Для достижения этой цели в настоящем изобретении предложен линейно скользящий шиберный затвор для металлургической емкости, содержащий подвижную пластину, включающую осесимметричную часть из жаростойкого материала в форме диска с первым отверстием, и неподвижную пластину со вторым отверстием. Также имеется подвижный поддон, на котором закреплена подвижная пластина с возможностью скольжения относительно неподвижной пластины и регулирования при этом выпуска из металлургической емкости в зависимости от относительного положения первого и второго отверстий. Согласно изобретению затвор далее содержит крепежное кольцо для крепления подвижной пластины, включающее группу упругих крепежных элементов для упругого крепления подвижной пластины к крепежному кольцу с возможностью ее радиального расширения и по меньшей мере три жестких звена, взаимосвязанных соответствующими шарнирными соединениями с обеспечением однородного распределение по окружности прижимной силы, прилагаемой к подвижной пластине упругими крепежными элементами.

В соответствии с другим аспектом изобретения предлагаются пластина из жаростойкого материала для описанного линейно скользящего шиберного затвора, включающая осесимметричную часть из жаростойкого материала в форме диска с круглым отверстием, выполненном в его центре, и наружный стальной обод, установленный на горячепрессовой посадке по периметру указанной жаростойкой части. Согласно изобретению пластина содержит средства блокировки, предотвращающие ее поворот по отношению к крепежному кольцу указанного шиберного затвора и включающие шпильку, зафиксированную в стальном ободе.

Предпочтительные варианты осуществления представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет более понятно из нижеследующего описания нескольких, не служащих ограничением вариантов выполнения, приведенных со ссылкой на приложенные чертежи, на которых показано:

на фиг. 1 - вид в перспективе первого варианта выполнения скользящего шиберного затвора в раскрытом состоянии, на котором, в частности, показана подвижная пластина;

на фиг. 2 - другой вид в перспективе скользящего шиберного затвора с фиг. 1, на котором показан храповой механизм, предназначенный для поворота подвижной пластины;

на фиг. 3 - вид сверху второго варианта выполнения изобретения с изображением другого храпового механизма;

на фиг. 4 - частичный разрез храпового механизма с фиг. 3;

на фиг. 5 - вид сверху подвижной пластины, отображающий возможную картину поворота;

на фиг. 6 - третий вариант выполнения изобретения, отображающий опору подвижной пластины с крепежным кольцом;

на фиг. 7 - частичный разрез крепежного кольца с фиг. 6;

на фиг. 8 - вид в перспективе фиксатора крепежного кольца с фиг. 6;

на фиг. 9 - вид в перспективе четвертого варианта выполнения скользящего шиберного затвора, отображающий узел снижения давления;

на фиг. 10 - вид сбоку скользящего шиберного затвора с фиг. 9 в полностью уплотненном состоянии;

на фиг. 11 - вид сбоку скользящего шиберного затвора с фиг. 9 в частично разуплотненном состоянии;

на фиг. 12 - продольный вид сбоку с фиг. 10;

на фиг. 13 - продольный вид сбоку с фиг. 11;

на фиг. 14 - частичный вид сбоку с фиг. 11, отображающий инструмент для открывания корпуса скользящего шиберного затвора;

на фиг. 15 - продольный разрез скользящего шиберного затвора с фиг. 3, взятый по линии ХУ-ХУ.

- 3 013176

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 показан линейно скользящий шиберный затвор, в общем обозначенный ссылочным номером 10 (называемый далее шибер). Шибер 10 содержит корпус 12 с крышкой 14 и раму 16. Крышка 14 с помощью петли 18 соединена с рамой 16 возможностью поворота, так что корпус 12 можно распахнуть, как показано на фиг. 1, например, для проверки и текущего обслуживания. В зависимости от требований петля 18 может быть установлена не на длинной стороне корпуса 12, а на короткой. Раскрытие корпуса 12 дает возможность доступа к подвижной пластине 20 и неподвижной пластине 22. Корпус 12 можно открывать и закрывать с помощью запорного узла 23, расположенного на стороне, противоположной петле 18. Запорный узел 23 содержит необходимое запорное средство на крышке 14 и соответствующее сопряженное средство на раме 16 и приводится в действие вручную с помощью ручки рычага, воздействующего на запорное средство 23. Подвижная пластина 20 установлена на поворотной опоре 24 подвижной пластины с блокировкой вращения относительно этой опоры. Опора 24 подвижной пластины установлена на подвижном поддоне 26 блокировкой линейного перемещения, но с возможностью поворота вокруг оси 25.

В процессе работы шибер 10 закрыт и его крышка 14 неподвижно скреплена с металлургической емкостью (не показана). В соответствии с известным принципом работы линейное перемещение подвижного поддона 26 по стрелке 28 или 28' изменяет взаимное расположение первого отверстия 30 в подвижной пластине 20 и второго отверстия 32 в неподвижной пластине 22. Изменение взаимного положения первого и второго отверстий 30, 32 или их несовпадение соответственно позволяет регулировать выпуск из металлургической емкости или перекрыть этот выпуск. В процессе работы подвижный поддон 26 перемещают с помощью привода для регулирования выпуска (не показан), например с помощью линейного гидравлического цилиндра, соединенного с корпусом 12 через первую муфту 34.

На фиг. 2 шибер 10 с фиг. 1 показан под другим углом. На длинных сторонах рамы 16 установлены уплотнительные узлы 36 и 36'. Уплотнительные узлы 36, 36' создают плотный контакт под давлением между подвижной пластиной 20 и неподвижной пластиной 22 при закрытом корпусе 12, например, в рабочем состоянии шибера 10. В соответствии с известным принципом работы уплотнительные узлы 36, 36' выполнены таким образом, чтобы обеспечивать постоянное контактное давление по поверхностям подвижной пластины 20 и неподвижной пластины 22. Это контактное давление в основном не зависит от возможного наличия угла между этими поверхностями и от положения подвижного поддона 26 при его перемещении.

На фиг. 2 также показан храповой механизм 40. Храповой механизм 40 соединен с поворотной опорой 24 подвижной пластины и установлен на подвижном поддоне 26 на стороне, противоположной подвижной пластине 20. Фактически подвижный поддон 26 образует жесткую раму или жесткую связь в кинематической схеме храпового механизма 40. Соответственно храповой механизм 40 выполнен таким образом, что может быть заменен на подвижном поддоне 26 другим механизмом. Храповой механизм 40 содержит храповое колесо 42, неподвижно скрепленное с поворотной опорой 24 подвижной пластины, и толкатель 44, который может перемещаться относительно храпового колеса 42 в направлении стрелок 45 и 45'. На толкателе 44 с возможностью поворота установлена собачка 46. Храповой механизм 40 действует как узел, преобразующий линейное воздействие толкателя 44 в поворот подвижной пластины 20. На подвижном поддоне 26 закреплена вторая муфта 48, позволяющая соединить привод (не показан), такой как гидравлический цилиндр, с храповым механизмом 40, а точнее с толкателем 44. Вторая муфта 48 движется вместе со скользящим поддоном 26 и проходит сквозь соответствующее отверстие в раме 16. Соответственно вторая муфта 48 также служит внешним визуальным индикатором положения подвижного поддона 26. Это позволяет избежать случайного разрушения подвижной пластины 26 выбросами кислорода, что обычно происходит в случае перекрытия выпускного отверстия металлургической емкости.

Храповой механизм 40 придает определенное вращательное движение дискретными шагами подвижной пластине 20 и обеспечивает определенное угловое положение подвижной пластины 20. В соответствии с принципом работы храпового механизма 40 поворот подвижной пластины 20 может осуществляться только в направлении, показанном стрелкой 49. Непредусмотренный поворот в разрешенном направлении 49 также невозможен. Фактически корпус 12 открывают обычно только для замены подвижной пластины 20 и/или неподвижной пластины 22, обеспечивая тем самым заданное контактное давление между подвижной пластиной 20 и неподвижной пластиной 22. Это происходит главным образом потому, что если шибер 10 открыли, то пластины 20, 22 заменяют вне зависимости от их состояния. Более того, поворот подвижной пластины 20 обычно осуществляют при заданном контактном давлении. Это контактное давление при повороте может быть равным контактному давлению прижатия в рабочем состоянии или, в зависимости от требований, сниженному контактному давлению. В другом варианте выполнения для достижения того же эффекта движение поворотной опоры 24 подвижной пластины может осуществляться с некоторым трением. Из-за наличия контактного давления (рабочего или пониженного) предотвращается любой случайный поворот подвижной пластины 20 в допустимом направлении 49, и заданное угловое положение подвижной пластины 20, будучи установленным, в дальнейшем сохраняется.

- 4 013176

Следовательно, нет необходимости в процессе работы иметь на шибере 10 привод линейного перемещения и, в частности, нет необходимости в наличии привода линейного перемещения при разливке. Фактически поворот преимущественно выполняют, когда шибер 10 находится в нерабочем состоянии, например, на осмотровой площадке. Кроме того, благодаря использованию храпового механизма 40 нет необходимости в использовании соответствующего регулировочного оборудования для обеспечения определенного углового положения подвижной пластины 20.

Так как поворот подвижной пластины 20 с помощью храпового механизма 40 функционально не зависит от перемещения подвижного поддона 26, безопасность использования по сравнению с предшествующим уровнем техники возрастает. Даже в маловероятном случае неправильного срабатывания, например, храпового механизма 40 шибер 10 все же может продолжать работу в обычном режиме, так как поворот и линейное перемещение подвижной пластины механически не связаны.

На случай необходимости облегчить поворот и уменьшить истирание подвижной пластины 20 и неподвижной пластины 22 шибер 10 снабжен узлом снижения давления, предназначенным, как упоминалось ранее, для уменьшения рабочего контактного давления и показанным на фиг. 9-14. Что касается фиг. 1 и 2, то на фиг. 9-14 аналогичным или идентичным деталям даны одинаковые ссылочные обозначения.

В упрощенном варианте выполнения узел 50 снижения давления, как показано на фиг. 9, содержит приспособление для захвата и фиксации, предназначенное для ограничения амплитуды откидывания корпуса 12. На фиг. 9 показан узел 50 снижения давления, содержащий защелку 52 и ограничитель 54. Защелка 52 с возможностью поворота установлена на крышке 14 с помощью оси 56. Ограничитель 54 содержит основание 58, установленное на раме 16, и выступ 60, соединенный с основанием 58. Как показано на фиг. 10 и 11, представляющих вид сбоку по стрелке X с фиг. 9, защелка 52 имеет зуб 62, выполненный с возможностью заходить за выступ 60 ограничителя 56. Защелка 52 фиксируется относительно выступа 60 соответствующим средством или, при соответствующем расположении, просто за счет собственного веса. При закрытом корпусе 12, как показано на фиг. 10 и 12, между подвижной пластиной 20 и неподвижной пластиной 22 устанавливается рабочее контактное давление. Чтобы снизить или смягчить это контактное давление регулируемым образом, узел 50 снижения давления в сочетании с запорным узлом 23 и петлей 18 допускает относительное небольшое заданное перемещение, обозначенное позицией 63 на фиг. 10.

Как видно на фиг. 11, при открытом с помощью рычагов 64 запорного узла 23 корпусе 12 выступ 60 захвачен зубом 62, так что амплитуда открывания корпуса 12 ограничена заданной малой величиной, т. е. смещением 63. На фиг. 12 и 13 дан вид по стрелке XII с фиг. 9. По сравнению с закрытым корпусом 12, т.е. при приложении полного давления, как показано на фиг. 12, в условиях частичного сниженного давления существует некоторый наклон крышки 14 относительно рамы 16, как показано на фиг. 13. Можно заметить, что, несмотря на этот наклон, подвижная пластина 20 и неподвижная пластина 22 сохраняют параллельность и к их поверхностям прикладывается равномерное контактное давление благодаря уплотнительным узлам 36 и 36', упомянутым ранее.

Можно отметить, что петля 18 расположена на короткой стороне корпуса 12 шибера 10, изображенного на фиг. 9-13. На фиг. 9 также показана горловина 66 коллектора, скрепленная с поворотной опорой 24 подвижной пластины (на фиг. 9 не показано) и установленная с герметичным контактом ниже по направлению выпуска подвижной пластины 20. Запорный узел 23, показанный на фиг. 9, выполнен с возможностью открывания корпуса 12 вбок. Хотя это не показано, шибер 10, скрепленный нормально с металлургической емкостью, помещают при регулируемом частичном снижении давления с использованием узла 50 на осмотровую площадку. В этом случае шибер 10 ориентируют вертикально, как показано на фиг. 9-14. В таком положении запорный узел 23 и узел 50 снижения давления расположены так, что с ними удобно работать. Более того, при этом облегчен доступ ко второй муфте 48.

Как показано на фиг. 14, при необходимости раскрыть корпус 12 используют инструмент 68, размыкающий защелку 52 и ограничитель 54, переводя их в положение, обозначенное пунктирными линиями. Для этого защелка 52 снабжена каналом, соответствующим концевой части инструмента 68. Фактически такой же инструмент 68 используют вместе с рычагами 64 запорного узла 23, имеющими такие же каналы. На фиг. 14 можно также видеть, что основание 58 ограничителя 54 имеет вытянутые прорези 70, позволяющие точно установить допустимое смещение 63 и, следовательно, степень снижения контактного давления. Можно отметить, что протяженность прорезей выбрана таким образом, чтобы выдерживать заданный контакт между подвижной пластиной 20 и неподвижной пластиной 22. За счет допустимого относительно небольшого смещения узел 50 снижения давления обеспечивает регулируемое уменьшение рабочего контактного давления. Он также предотвращает случайное открывание корпуса 12.

На фиг. 3 дан вид в плане выполненного в соответствии со вторым вариантом реализации изобретения шибера 10 с храповым механизмом 140. Что касается фиг. 1 и 2, то на фиг. 3 аналогичным или идентичным деталям даны одинаковые ссылочные обозначения. Храповой механизм 140 установлен на подвижном поддоне 26 и содержит храповое колесо 142, толкатель 144 и собачку 146. Храповое колесо 142 снабжено группой зубцов 150, наклоненных по отношению к радиусу храпового колеса 142. Как будет ясно далее, храповой механизм 140 выполнен так, чтобы поворачивать подвижную пластину 20 задан

- 5 013176 ными дискретными шагами, составляющими в данном варианте, например, 15°, и обеспечивать заданное угловое положение подвижной пластины 20. Храповой механизм 140 с фиг. 3 более детально показан на фиг. 4. Гладкие несущие опоры 152, 152' закреплены на подвижном поддоне 26 и предназначены для направления толкателя 144. На гладких несущих опорах 152, 152' установлены регулируемые ограничители 154, 154', предназначенные для ограничения хода толкателя 144 в заданном диапазоне в обоих направлениях, обозначенных стрелками 45 и 45'. Ограничители 154, 154' работают в паре с соответствующими упорами 156, 156', закрепленными на толкателе 144. Собачка 146 закреплена с возможностью поворота на оси 158, выполненной на толкателе 144. Первая пружина 160 обеспечивает при повороте прилегание собачки 146 к данному зубцу 150.

Как лучше всего видно на фиг. 15, на которой дан разрез по линии ХУ-ХУ с фиг. 3, внутрь муфты 48 введена вторая пружина 162. Вторая пружина 162 упирается в подвижный поддон 26 и воздействует на толкатель 144 через соединительный стержень 163. При отсутствии воздействия линейного привода, соединенного с муфтой 48, вторая пружина 162 удерживает толкатель 144 в положении, показанном на фиг. 3, 4 и 15. Муфта 48 защищает вторую пружину 162 от нежелательных воздействий. Что касается фиг. 1-3, то на фиг. 15 аналогичным или идентичным деталям даны одинаковые ссылочные обозначения. Можно отметить, что на фиг. 15 показана также горловина 66 коллектора и защитная металлическая крышка 67, которая отсутствует на изображениях на фиг. 1-3.

Возвращаясь к фиг. 4, можно видеть, что на толкателе 144 закреплен регулируемый блокирующий элемент 164, проходящий через него перпендикулярно в направлении храпового колеса 142. Блокирующий элемент 164 и вторая пружина 162 образуют механизм блокировки, предназначенный для предотвращения поворота подвижной пластины 20 в разрешенном направлении по стрелке 49. Дополнительная блокировка в разрешенном направлении 49 может понадобиться в случае, если вышеупомянутое контактное давление не достаточно для предотвращения поворота в разрешенном направлении 49 или если при работе может возникнуть значительный вращающий момент. В варианте выполнения, представленном на фиг. 3 и 4, блокирующий элемент 164 предотвращает также поворот в противоположном направлении, так как собачка 146 не плотно сцепляется с храповым колесом 142. Вторая пружина 162 находится в предварительно напряженном состоянии, и ее жесткость выбирают таким образом, чтобы обеспечить блокирующее воздействие блокирующего элемента 164 на храповое колесо 142. За счет достаточного усилия со стороны линейного привода вторая пружина 162 может быть сжата. Таким образом, при перемещении толкателя 144 по стрелке 45 блокирующий элемент 164 выходит из взаимодействия с храповым колесом, что делает возможным поворот в разрешенном направлении 49.

Как лучше всего видно на фиг. 5, подвижная пластина 20 включает целиковый диск 20', выполненный из жаростойкого материала (например, оксид алюминия, диоксид циркония, диоксид кремния, оксид магния, углерод или любая комбинация этих компонентов), и имеет ориентированное по оси центральное круглое отверстие, т.е. первое отверстие 30. Диск 20' снабжен кольцевым ободом 20, выполненным из стали соответствующей марки. В соответствии с принципом работы стальной обод 20 насаживают на диск 20' с натягом, чтобы обеспечить целостность последнего даже в случае образования в нем трещин. В конкретном варианте выполнения выбраны следующие параметры подвижной пластины 20: наружный диаметр 450 мм; диаметр отверстия 90 мм; толщина жаропрочной части 40 мм; толщина стального обода 5 мм и температура его горячепрессовой посадки 1000°С. Однако значения этих параметров зависят от конкретных требований и могут быть выбраны другими. Так как подвижная пластина 20 имеет круговую симметрию (осесимметрична), предпочтительное направление отсутствует и ее можно беспрепятственно поворачивать. Другими словами, жаростойкий диск 20' изотропен в основных возможных направлениях. Предпочтительный характер поворота и функция храпового механизма 40, 140 будут более понятны из следующего описания фиг. 5.

В соответствии с фиг. 1 подвижная пластина 20, показанная на фиг. 5, ориентирована по стрелкам 28 и 28'. На фиг. 5 первая область локального истирания обозначена ссылочным номером 200 (показана сплошной линией). Область 200 составляет часть подвижной пластины 20, которая скользит под вторым отверстием 32 и протяженность которой соответствует диапазону скольжения, обозначенному ссылочным номером 202. В процессе регулирования выпуска область 200, по меньшей мере, частично находится в потоке расплавленного металла. Следовательно, при работе шибера 10 область 200 подвержена значительной эрозии и коррозии. В соответствии с принципом работы шибера 10 истирание области 200 возрастает в направлении первого отверстия 30, что приводит к известному явлению увеличения отверстия 30 в направлении стрелки 28. Для того чтобы делокализовать истирание полезной поверхности жаростойкой подвижной пластины 20 и для того чтобы избежать несимметричного увеличения отверстия 30, за счет храпового механизма 40, 140 подвижную пластину 20 поворачивают в направлении стрелки 49. В варианте выполнения, представленном на фиг. 3, храповое колесо 142 снабжено 24 зубцами, так что дискретный поворот при каждом перемещении толкателя 144 составляет 15°. Соответственно линейный привод, соединенный с храповым механизмом 40, 140 позволяет поместить не подвергшиеся истиранию области 204, 206, 208 (показанные сплошными линиями) в область скольжения 202 и под второе отверстие 32. Как показано с помощью указателя углового перемещения на картине поворота, изображенной на фиг. 5, выполнены несколько последовательных ходов толкателя 144, например 6 ходов в

- 6 013176 данном примере, чтобы получить данную величину поворота, например на 90°, в данном примере.

Приведенный в качестве примера способ действия шибера 10, снабженного храповым механизмом 40, 140, заключается в том, что осуществляют следующие операции:

в процессе разливки инициализацию, регулирование и перекрытие выпуска из металлургической емкости (не показана) в соответствии с известным принципом работы с помощью шибера 10;

после разливки передачу металлургической емкости с шибером 10 на осмотровую площадку (не показана) и переворачивание емкости, например, для освобождения от остаточного продукта, так что шибер 10 располагается вертикально и становится доступным;

подсоединение линейного привода (не показан) ко второй муфте 48, т.е. к храповому механизму 40, 140;

по желанию, снижение рабочего контактного давления на заданную величину с использованием запорного узла 23 и узла 50 снижения давления;

по желанию, установку первого и второго отверстий 30, 32 в положение максимального потока путем перемещения подвижного поддона 26;

установку линейного привода на выполнение заданного числа ходов, чтобы задействовать храповой механизм 40, 140 на поворот подвижной пластины дискретными шагами в заданное угловое положение;

отсоединение линейного привода от второй муфты 48;

по желанию, выполнение других операций по обслуживанию скользящего шиберного затвора.

Хотя поворот подвижной пластины преимущественно осуществляют после каждой операции разливки, можно отметить, что подвижную пластину 20 и неподвижную пластину 22 заменяют только после некоторого числа разливок, что зависит от их состояния. Как будет понятно далее, за счет делокализации истирания подвижной пластины 20 это число разливок превышает число, которое допустимо для скользящих шиберных затворов, известных из предшествующего уровня техники и имеющих неповоротную подвижную пластину.

Автоматизированная система (не показана) обычно регулирует работу линейного привода. Чтобы гарантировать действительное выполнение заданного числа ходов и, если более точно, действительное достижение заданного углового положения, при повороте подвижной пластины 20 измеряют один или более рабочих параметров линейного привода, например гидравлического цилиндра. В эти параметры входят, например, эффективное перемещение поршня, время, потраченное на данное перемещение, давление в обеих камерах гидравлического цилиндра и продолжительность и/или изменение во времени циклов сжатия. Например, превышение давлением заданного допустимого диапазона обозначает заклинивание или затирание пластин 20, 22 или других механических компонентов шибера 10. Напротив, снижение давления ниже допустимого диапазона означает разрыв кинематической цепочки храпового механизма 40, 140. Фактором, преимущественно принимаемым во внимание, является значение контактного давления в процессе поворота, например знание уставок уплотнительных узлов 36, 36' и узла снижения давления в случае его использования. Такое автоматическое управление храповым механизмом 40, 140 и его линейным приводом позволяет обнаруживать возможный сбой и, таким образом, вносит свой вклад в обеспечение заданного углового положения подвижной пластины 20 в течение ее срока службы.

В аналогичном подходе возможно в процессе работы шибера 10 измерять один или более рабочих параметра привода для регулирования выпуска. Вышеупомянутые параметры, измеренные в процессе работы привода для регулирования выпуска, дают дополнительную информацию о состоянии шибера 10 вообще и пластин 20, 22 в частности.

Путем выполнения следующих операций или их частичной комбинации можно создать в информационной системе базу данных о динамике работы шибера 10:

идентификацию скользящего шиберного затвора (например, с использованием штрихового кода);

отслеживание изменения механических деталей идентифицированного скользящего шиберного затвора (например, время работы детали, выполненное число циклов перемещения для открытия/закрытия скользящего шиберного затвора и т.д.);

отслеживание изменения подвижной пластины и неподвижной пластины шибера (например, время работы пластин, количество угловых положения подвижной пластины и т.д.);

регистрацию в процессе поворота рабочих параметров линейного привода шибера (например, числа перемещений поршня, длительность перемещения, значения давления поршня, длительность актов давления и т.д.);

регистрацию в процессе работы рабочих параметров линейного привода для регулирования потока (например, числа перемещений поршня, длительность перемещения, значения давления поршня, длительность актов давления и т.д.).

- 7 013176

Информацию о динамике в информационной системе создают с учетом механических параметров шибера 10, измеренных на станции технического обслуживания, на осмотровой площадке и на месте разливки. Эту информацию о динамике используют в качестве исходной для устройства управления работой шибера 10, а также для составления графика профилактического обслуживания. Информация о динамике дает возможность оптимального использования и конструкции шибера 10 в общем и составления графика поворотов с целью минимизации истирания подвижной пластины 20 в частности. Например, такие эмпирические данные для шибера 10 позволяют максимально увеличить срок службы его составных частей, в частности пластин 20, 22, за счет предотвращения преждевременной их замены. Более того, информация о динамике повышает безопасность работы за счет проведения по обязательному графику необходимого профилактического обслуживания.

Возвращаясь к рассмотрению фиг. 5, можно на основе настоящего раскрытия изобретения сделать несколько выводов:

можно утверждать, что форма диска из жаростойкого материала с центральным отверстием оптимальна в отношении термических и механических нагрузок;

геометрическая конфигурация фиксации в радиальном направлении подвижной пластины на ее опоре оказывает значительное влияние на появление трещин;

для снижения механических нагрузок и обеспечения приемлемых температур на границе диска в процессе работы предпочтительным является отношение наружного диаметра диска к диаметру отверстия большее или равное 4 и наиболее предпочтительно равное 5.

обычная горячепрессовая посадка стального обода достаточна для того, чтобы избежать концентрации напряжений, вызванных осевой фиксацией подвижной пластины на опоре и обеспечивать целостность подвижной пластины в случае появления трещин;

увеличение числа точек радиальной фиксации, а именно более 4, оказывает положительное воздействие на износостойкость подвижной пластины и при этом снижает растягивающие нагрузки;

увеличение числа точек радиальной фиксации ограничено сопровождающим снижением степени свободы, что приводит к возрастанию компрессионных нагрузок;

толщина жаростойкого слоя оказывает малое влияние на растягивающие нагрузки;

известные варианты жесткой радиальной фиксации подвижной пластины не позволяют уменьшить растягивающие нагрузки в жаростойком слое, хотя обеспечивают приемлемые компрессионные нагрузки, и фактически должна быть обеспечена некоторая свобода расширения без отрицательного воздействия на регулирование выпуска при свободном смещении подвижной пластины.

На фиг. 6-8 показаны детали крепежного кольца 300, выполненного в соответствии с третьим вариантом изобретения. Что касается фиг. 1 и 2, то на фиг. 6 аналогичным или идентичным деталям даны одинаковые ссылочные обозначения. Крепежное кольцо 300 выполнено в соответствии с приведенными выше принципами и не связано с храповым механизмом 40, 140. Подвижная пластина 20 в шибере 10 с фиг. 6 соответствует подвижной пластине 20 с фиг. 5. Она содержит жаростойкий слой 20' в форме диска, охваченного ободом 20, и имеет центральное отверстие, т.е. первое отверстие 30. Крепежное кольцо 300 обеспечивает фиксацию подвижной пластины 20 на поворотной опоре 24, которая имеет возможность поворота на подвижном поддоне 26. Как видно на фиг. 6, крепежное кольцо 300 содержит 4 дугообразных жестких звена 302 и крепежный элемент 304. Жесткие звенья 302 и крепежный элемент 304 взаимосвязаны с помощью поворотного соединения 306 шарнирного типа, дающего возможность поворота вокруг оси, перпендикулярной плоскости фиг. 6. Со стальным ободом 20 скреплена небольшая шпилька 308, которая входит в паз 310 в крепежном элементе 304. Шпилька 308 (также показанная на фиг. 5) взаимодействует с пазом 310 таким образом, чтобы предотвращать поворот подвижной пластины 20 по отношению крепежного кольца 300 и при этом не препятствовать радиальному расширению подвижной пластины в области шпильки 308. Фактически глубина паза 310 больше, чем высота шпильки 308. Можно отметить, что шпилька 308 предотвращает поворот подвижной пластины 20 без необходимости изменения круговой формы жаростойкого диска 20'. С помощью крепежного элемента 304 предотвращается поворот крепежного кольца 300 на опоре 24 подвижной пластины. По окружности крепежного кольца 300 симметрично расположена группа упругих крепежных элементов 320. Крепежные элементы 320 упруго зажимают подвижную пластину 20 в крепежном кольце 300, допуская некоторое радиальное ее расширение во время работы. В варианте выполнения, представленном на фиг. 6, крепежные элементы 320 в количестве девяти расположены в крепежном кольце 300 со сдвигом на постоянный угол, равный 40° и обозначенный ссылочным номером 321. Как упоминалось ранее, достаточное число точек радиальной фиксации позволяет уменьшить растягивающие нагрузки на подвижную пластину 20. В процессе работы крепежные элементы 320 также берут на себя функцию стального обода 20, который, как было установлено, при высоких температурах шибера 10 имеет тенденцию к пластической деформации в недопустимой степени.

- 8 013176

Каждый упругий крепежный элемент 320, как лучше всего видно на фиг. 7, содержит цилиндрическую пружину 322, закрепленную в соответствующем жестком звене 302 и проходящую до прижимной (крепежной) детали 324. Хотя описана цилиндрическая пружина 322, не исключено использование других соответствующих средств, таких как дисковые пружины или надувные подложки. С прижимной деталью 324 скреплен резьбовой вал 326, который проходит через соответствующее отверстие в крепежном кольце 300. Гайка 328 позволяет создать предварительно напряженное состояние цилиндрической пружины 322, так чтобы поддерживать жесткую фиксацию защелки в пределах определенной степени расширения. Допускается некоторое расширение по сравнению с тем, что соответствует предварительно напряженному состоянию цилиндрической пружины 322, но только до ширины радиального зазора 330. Как показано на фиг. 7, крепежное кольцо 300 в сочетании с крепежными элементами 320 обеспечивает достаточную фиксацию подвижной пластины 20, хотя и допускает в некоторой степени радиальное расширение.

В области, радиально противоположной крепежному элементу 304, крепежное кольцо 300 снабжено запорным элементом 340 перекидного типа. Крепежное кольцо 300 и запорный элемент 340 выполнены так, чтобы упростить замену подвижной пластины 20 и избежать при этом разрегулировки ее предварительно напряженного крепления. Это осуществляется с помощью фиксатора 342, который лучше всего виден на фиг. 8. Фиксатор 342 крепят с возможностью поворота на конце одного из жестких звеньев 302 с помощью оси 343, и при этом он сцепляется с соответствующим углублением на краю встречного звена 302. Фиксатор 342 имеет перпендикулярный оси 343 поворота канал 344, позволяющий использовать инструмент 68 в направлении стрелок 345 для размыкания и замыкания крепежного кольца 300. Запорный элемент 340 в сочетании с шарнирными соединениями 306 позволяет расширить крепежное кольцо 300 для замены подвижной пластины 20. Понятно, что шарнирные соединения 306 в сочетании с упругими крепежными элементами 320 обеспечивают автоматическую центровку подвижной пластины 20 по отношению к крепежному кольцу 300 и подвижному поддону 26. Хотя это не показано, очевидно, что крепежное кольцо может быть успешно использовано для неподвижной пластины 22 шибера 10.

Возвращаясь к фиг. 1 и 2, можно отметить, что подвижная пластина 20 и неподвижная пластина 22 имеют идентичную конфигурацию, т.е. идентичные размеры. Точнее говоря, кроме осевой симметрии обе пластины 20, 22 симметричны по отношению к центральной диаметральной плоскости симметрии. Следовательно, использованную подвижную пластину 20 можно применить в качестве неподвижной пластины 22 и наоборот, так чтобы использовать их ранее нерабочую поверхность в качестве новой рабочей поверхности. При необходимости соответствующие пластины 20, 22 можно механически обработать. Понятно, что увеличенный срок службы и пониженное истирание, достигнутые в раскрытом шибере 10, создают возможности для повторного использования пластин 20, 22.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Линейно скользящий шиберный затвор (10) для металлургической емкости, содержащий подвижную пластину (20), включающую осесимметричную часть 20' из жаростойкого материала в форме диска с первым отверстием (30) и неподвижную пластину (22) со вторым отверстием (32);

подвижный поддон (26), на котором закреплена подвижная пластина (20) с возможностью скольжения относительно неподвижной пластины (22) и регулирования при этом выпуска из металлургической емкости в зависимости от относительного положения первого и второго отверстий (30, 32), отличающийся тем, что он содержит крепежное кольцо (300) для крепления подвижной пластины, включающее группу упругих крепежных элементов (320) для упругого крепления подвижной пластины (20) к крепежному кольцу (300) с возможностью ее радиального расширения и по меньшей мере три жестких звена (302), взаимосвязанных соответствующими шарнирными соединениями (306) с обеспечением однородного распределения по окружности прижимной силы, прилагаемой к подвижной пластине (20) упругими крепежными элементами (320).
2. Шиберный затвор по п.1, дополнительно содержащий поворотную опору (24) подвижной пластины, установленную на подвижном поддоне (26) с возможностью вращения, причем подвижная пластина (20) установлена на поворотной опоре (24) подвижной пластины с возможностью вращения относительно подвижного поддона (26), а крепежное кольцо (300) установлено на поворотной опоре (24) подвижной пластины заблокированным от поворота на этой опоре (24).
3. Шиберный затвор по п.1 или 2, в котором неподвижная пластина (22) включает осесимметричную часть из жаростойкого материала в форме диска со вторым отверстием (32) и имеется дополнительное крепежное кольцо (300) для крепления неподвижной пластины (22), включающее группу упругих крепежных элементов (320) для упругого крепления неподвижной пластины (22) к крепежному кольцу (300) с возможностью ее радиального расширения и по меньшей мере три жестких звена (302), взаимосвязанных соответствующими шарнирными соединениями (306) с обеспечением однородного распределения по окружности прижимной силы, прилагаемой к неподвижной пластине (22) упругими крепежными элементами (320).
4. Шиберный затвор по любому из пп.1-3, в котором крепежное(ые) кольцо(а) содержит(ат) регули

- 9 013176 руемые средства предварительного напряжения для приложения заданной предварительной нагрузки к упругим крепежным элементам (320).
5. Шиберный затвор по п.4, в котором каждый упругий крепежный элемент (320) имеет соответствующие регулируемые средства предварительного напряжения, включающие крепежную деталь (324), пружинное средство, фиксируемое крепежным кольцом (300) и упирающееся в указанную крепежную деталь и резьбовой вал (326), скрепленный с крепежной деталью, установленный на крепежном кольце (300) во взаимодействии с гайкой (328) с возможностью предварительного напряжения пружинного средства.
6. Шиберный затвор по п.5, в котором пружинное средство выполнено в виде цилиндрической пружины (322) или дисковой пружины.
7. Шиберный затвор по п.5 или 6, в котором резьбовой вал (326) проходит через отверстие в крепежном кольце (300).
8. Шиберный затвор по любому из предшествующих пунктов, в котором крепежное(ые) кольцо(а) (300) обеспечивают радиальный зазор (330), допускающий(ие) радиальное расширение указанных пластин (20, 22) до ширины этого зазора.
9. Шиберный затвор по любому из предшествующих пунктов, в котором указанная(ые) пластина(ы) (20, 22) включает(ют) осесимметричную часть 20' из жаростойкого материала в форме диска и наружный стальной обод (20), установленный по периметру жаростойкой части (20'), причем обод (20) и крепежное кольцо (300) включают взаимосвязанные средства блокировки, предотвращающие поворот пластин(ы) (20, 22) по отношению к крепежному кольцу(ам) (300).
10. Шиберный затвор по п.9, в котором указанные средства блокировки включают шпильку (308), зафиксированную в стальном ободе (20'') и паз (310), выполненный в крепежном(ых) кольце(ах) (300), причем шпилька (308) и паз (310) взаимодействуют с возможностью блокировки поворота указанной(ых) пластин(ы) (20, 22) по отношению к крепежному(ым) кольцу(ам) (300).
11. Шиберный затвор по любому из предшествующих пунктов, в котором упругие крепежные элементы (320) расположены по внутренней стороне крепежного(ых) кольца(колец) (300) в количестве более четырех.
12. Шиберный затвор по п.11, в котором крепежные элементы (320) расположены в крепежном кольце(ах) 300 со сдвигом на постоянный угол.
13. Шиберный затвор по п.12, в котором упругие крепежные элементы (320) расположены симметрично относительно оси по окружности крепежного кольца (колец) (300).
14. Шиберный затвор по любому из предшествующих пунктов, в котором жесткие звенья (302) имеют дугообразную форму.
15. Шиберный затвор по любому из предшествующих пунктов, в котором указанные шарнирные соединения (306) выполнены с возможностью поворота относительно оси, в основном перпендикулярной к поверхности пластин(ы) (20, 22).
16. Пластина (20, 22) из жаростойкого материала для линейно скользящего шиберного затвора по любому из пп.1-15, включающая осесимметричную часть из жаростойкого материала в форме диска (20') с круглым отверстием (30), выполненном в его центре, и наружный стальной обод (20), установленный на горячепрессовой посадке по периметру указанной жаростойкой части (20'), отличающаяся тем, что она содержит средства блокировки, предотвращающие ее поворот по отношению к крепежному кольцу (300) указанного шиберного затвора и включающие шпильку (308), зафиксированную в стальном ободе (20).
17. Пластина по п.16, в которой отношение наружного диаметра упомянутой жаростойкой части (20') к диаметру указанного отверстия (30) больше или равно четырем и предпочтительно больше или равно пяти.
18. Пластина по п.16 или 17, в которой упомянутая жаростойкая часть (20') выполнена изотропной из оксида алюминия, диоксида циркония, диоксида кремния, оксида магния, углерода, или любой комбинации двух или более этих компонентов.
19. Пластина по любому из пп.16-18, в которой упомянутая жаростойкая часть (20') имеет толщину около 40 мм.
20. Пластина по любому из пп.16-19, в которой упомянутая жаростойкая часть (20') имеет внешний диаметр около 450 мм, а диаметр отверстия около 90 мм.