HU226019B1 - Crack resistant valve plate for a slide gate valve and a slide gate valve - Google Patents

Description

1. ábra mást metsző, átlói (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8) vannak; a téglalap (R) sarkai ferde élekkel le vannak vágva, és amelyet az jellemez, hogy az élek (17, 18) legalább az öntőnyíláshoz (3) legközelebb (és így a fojtási területtől legtávolabb) lévő részének iránya legfeljebb 5°-kal tér el a következő irányok egyikétől:

a) a megfelelő sarkot metsző átlóra merőleges iránytól,

b) a megfelelő negyed másik átlójának irányától,

c) egy, az a) és b) irány közötti közbenső iránytól.

i

A leírás terjedelme 6 oldal (ezen belül 1 lap ábra)

HU 226 019 Β1

A találmány tárgya repedésálló tolózárlap üsttolózárhoz; általában az olvadt fém áramának szabályozására, amely különösen ellenálló a termomechanikai feszültségek okozta repedésekkel szemben, valamint az ilyen tolózárlapot tartalmazó üsttolózár.

Az üsttolózárakat általánosan alkalmazzák az olvadt fém áramának szabályozására az acélgyártásban és más kohászati folyamatokban. Ezek a tolózárak rendszerint tartalmaznak egy tartóvázat; egy felső, álló tolózárlapot, amely az olvadt fém áramának vezetésére szolgáló tölcsérrel vagy üstkifolyónyílással fedésben lévő kifolyónyílással van ellátva, valamint egy fojtólapja van, amely ugyancsak el van látva egy, az álló tolózárlap alatt csúsztatva mozgatható, fémvezető kifolyónyílással. A folyamatos öntésnél alkalmazott üsttolózárakban a mozgatható fojtólap alatt egy alsó, álló, repedésálló tolózárlap van. Ebben szintén van egy áramlásvezető kifolyónyílás, amely fedésben van a felső, álló tolózárlap kifolyónyílásával. Az olvadt fém átfolyó mennyisége függ attól, hogy mekkora az átfedés a csúsztatva mozgatható fojtólap kifolyónyílása és a felső, álló tolózárlap kifolyónyílása között. A mozgatható fojtólap rendszerint hosszabb az álló fojtólapnál, hogy kifolyónyílásának mind az elülső, mind a hátsó élénél fojtani tudja az olvadt fém áramát, valamint teljesen el tudja zárni a fémáramot akkor, ha kifolyónyílása és az álló lap kifolyónyílásai között nincs semmi átfedés. A fojtólapot az álló lapok között jellemzően hidraulikus kapcsolószerkezettel mozgatják. A fojtólap egy alsó mélyedésben, az álló lap egy felső mélyedésben van rögzítve, és mindegyik lap a mélyedésben egy tartófelületen fekszik, és együttműködik a másik lappal egy csúszó- vagy munkafelületen.

A fenti üsttolózáraknak mind a fojtólapja, mind az álló lapjai hőálló és erózióálló tűzálló anyagokból, így alumínium-oxidból, alumínium-oxid és szén keverékéből, vagy cirkónium-oxidból készülnek. Annak ellenére azonban, hogy az ilyen tűzálló anyagok hőállóak és erózióállóak, a rájuk ható jelentős termomechanikai feszültségek bizonyos mértékű repedezést idéznek elő. Acélgyártáskor például minden tolózárlap közelítőleg 1600 °C hőmérsékletnek van kitéve a fémáramlást vezető kifolyónyílás közvetlen közelében, míg a külső élekre csak a környezeti hőmérséklet hat. A fellépő nagy termikus gradiens jelentős termomechanikai feszültséget hoz létre, mert a lapok a kifolyónyílást közvetlenül körülvevő területen jóval nagyobb mértékben tágulnak, mint a lap többi részén. Ezek a feszültségek repedéseket idéznek elő, amelyek a lap kifolyónyílásától sugárirányban terjednek kifelé. Ha semmit sem tesznek annak érdekében, hogy ezeknek a repedéseknek a terjedését meggátolják, akkor a repedések teljesen a lap külső éléig érhetnek, és előidézik a lap törését.

A technika állása szerint különböző megoldásokat fejlesztettek ki, hogy ezeknek a repedéseknek a terjedését és a tolózárlapok ebből eredő törését megelőzzék. Egy erre irányuló kísérlet során tökéletesített befogószerkezeteket alakítottak ki. Ezeknek a szerkezeteknek a rendeltetése az, hogy a lap kerülete körül elegendő nyomást létesítve meggátolják a kifolyónyílástól kiinduló repedések továbbterjedését a lap éleihez. Az egyik ilyen szerkezet egy keretből áll, amely menetes orsóval működtetett ékekkel van ellátva. Az ékek a lap sarkaihoz szorulnak, amelyek az ékek szögével megegyező szögben le vannak élezve. Ilyen rendszert ismertet a DE-C2-3 522 134 számú szabadalmi irat. Ez a keret és ék típusú megfogószerkezet előrelépést jelent, de megállapítottuk, hogy a kialakításnak vannak bizonyos hátrányai, amelyek megakadályozzák teljes repedéskésleltető hatásának kifejtését. A megfogóerők általában nincsenek egyenletesen oda összpontosítva, ahol a legtöbb repedés bekövetkezik, vagyis a kifolyónyílás közelébe, ahol a legnagyobb a termomechanikai feszültség. Megfigyeltük továbbá, hogy az ilyen lapoknál a leélezett sarkok - az előzetes várakozásokkal ellentétben - nem akadályozzák meg optimálisan a repedések terjedését. Az ilyen eltérés az optimálistól abból ered, hogy a repedések a kifolyónyílás körül 360°-on nem egyenletesen oszlanak el, hanem minden - akár álló, akár mozgatható - tolózárlap hosszirányú középvonala mentén húzódnak. Úgy véljük, hogy a repedéseknek ez az aszimmetrikus eloszlása a lap kifolyónyílásai körül annak következménye, hogy a fojtólap hosszirányban csúszik az álló lapok oldalain.

Az US 5 626 164 számú szabadalom repedésálló tolózárlapot ismertet. Ennek a lapnak az alakja úgy van tervezve, hogy meggátolja repedések keletkezését és terjedését. A lapnak van egy középvonala. Az olvadt fémet vezető kifolyónyílás ennek a középvonalnak a hosszában van elhelyezve. Leélezett sarkok a középvonal felé a kifolyónyílás közelében egy megfogóerőt összpontosítanak. Mindegyik leélezett sarok merőleges egy egyenesre, amely a kifolyónyílás egy tangenciális pontjától a kifolyónyílásig terjed a középvonalon keresztül, és a lap összetartó éleivel párhuzamosan húzott, az élektől a kifolyónyílás szélességének felével egyenlő távolságban lévő egyenesek metszéspontján át.

A W0-A1-98/05451 számú szabadalmi irat ennek a megoldásnak egy változatát ismerteti. Ebben a változatban a lap oldalai által bezárt szögek úgy vannak meghatározva, hogy a lap élettartama meghosszabbodjon.

Az US 5 626 164 számú szabadalomból ismert megoldás ugyan már határozott előrelépést jelent a korábbi megoldáshoz képest, de a jelen szabadalmi bejelentés bejelentői arra törekedtek, hogy a lap alakját tovább optimalizálják. Nyilvánvaló, hogy szükség van olyan tolózárlapra, amelynek az alakja a megfogóerőket optimálisan a lap repedéseknek leginkább kitett területeire összpontosítja, hogy minden ilyen repedés hosszirányú terjedését maximálisan késleltesse. Ideális esetben a sarkok hosszúságának elégnek kell lennie ahhoz, hogy meggátolják nem kívánt mechanikai feszültségek ébredését a sarkokban.

A DE-A1-195 31 153 számú szabadalmi irat ismertet az 1. sz. főigénypont tárgyi körében leírtaknak megfelelő tolózárlapot. Az öntőnyíláshoz legközelebbi élek kissé ferdék a téglalap hosszirányához képest. Megállapítottuk, hogy az élek ilyen helyzete esetén nagy húzófeszültség ébred az öntőnyílás körül, és használat

HU 226 019 Β1 közben sugárirányban a kifolyónyílástól a lap oldalai felé irányuló, a téglalap hosszirányával párhuzamos repedések keletkezhetnek.

Jelen találmány célkitűzése általánosságban üsttolózárban alkalmazható repedésálló tolózárlap létrehozása, amely az ismert tolózáriapok valamennyi hátrányát kiküszöböli vagy legalább mérsékli, vagy legalább olyan tulajdonságokkal rendelkezik, mint az US 5 626 164 számú szabadalomból ismert tolózárlap.

A találmány szerinti tolózárlap körülírható egy téglalappal, amelynek két hosszabb oldala párhuzamos a tolózárlap hossztengelyével, és a téglalap két párhuzamos, rövidebb oldala között egy, a lap felezővonalához képest excentrikusán elhelyezkedő, körrel körülírható öntőnyílása van; a téglalap két, egymást a kör középpontjában metsző merőleges egyenessel négy negyedre van osztva; az egyik egyenes a téglalap hosszabb párhuzamos oldalai között középen helyezkedik el; mindegyik negyedben egymást metsző, átlók vannak; a téglalap sarkai ferde élekkel le vannak vágva; ezen élek legalább egy, az öntőnyílástól legtávolabb lévő részének az iránya legfeljebb 5°-kal tér el annak az átlónak az irányától, amelyik nem metszi a megfelelő sarkot, és amelyet az jellemez, hogy az élek legalább az öntőnyíláshoz legközelebb (és így a fojtási területtől legtávolabb) lévő részének iránya legfeljebb 5°-kal tér el a következő irányok egyikétől:

a) a megfelelő sarkot metsző átlóra merőleges iránytól,

b) a megfelelő negyed másik átlójának irányától,

c) egy, az a) és b) irány közötti közbenső iránytól.

A találmány szerinti tűzálló tolózárlap egy előnyös kiviteli alakjánál az élek vagy ezek vetülete a téglalap rövid oldala hosszának 1/8 és 3/8 része közötti, illetőleg 5/8 és 7/8 része közötti részen metszi a téglalap rövid oldalát, és az élek vagy ezek vetülete a téglalap rövid oldala hosszának 1/10 és 9/10 közötti részen metszi a téglalap rövid oldalát, továbbá az élek átmenetgörbékkel vannak összekötve.

A találmány szerinti tűzálló tolózárlap egy másik előnyös kiviteli alakjánál a téglalap párhuzamos oldalai közötti középvonalra aszimmetrikus.

A feltalálók megállapították, hogy egy ilyen lap a megfogóerőt - amely erő a csúszókapuban lévő lemezt tartja - optimálisan összpontosítja a lap két különböző területére. Egyrészt nyomás alatt van a fojtási terület, ami megakadályozza repedések fellépését ezen a részen, másrészt nyomás alatt van az öntőnyílás kerülete is, ami megakadályozza az öntőnyílástól sugárirányban kiinduló repedések terjedését.

A feltalálók megfigyelték továbbá, hogy az újonnan tervezett lap rendkívül előnyös. Először, jóval kevesebb repedést lehetett észlelni. Másodszor, ha mégis előfordultak repedések, akkor nem terjedtek ki a lap éleiig. Harmadszor, ha a találmány szerinti lapot alkalmas megfogókészülékkel együtt alkalmazták, akkor a repedések - ha egyáltalán kialakulnak - csak kevésbé veszélyes területen lépnek fel, vagyis nem fordultak elő sem a fojtási területen, sem közvetlenül az öntőnyílás és a legközelebbi élek közötti területen.

A tolózárlap vagy a hosszirányú középvonalra szimmetrikus, vagy egy másik, előnyös kiviteli alak esetén aszimmetrikus kialakítású.

Ennek az aszimmetriának a révén a tartólapot csak egy helyzetben lehet a felső mélyedésben és ugyancsak egy helyzetben lehet az alsó mélyedésben rögzíteni, úgyhogy a lap tartófelülete a csúszófelületévé vagy munkafelületévé válik, amikor a lap az egyik helyzetből a másikba megy át abban az esetben, amelyben a tartólapokat fel kívánják használni.

Belátható, hogy a találmány értelmében a tartózárlap nem szükségszerűen sokszög alakú. Ellenkezőleg, ha szorítószalagot alkalmaznak a lap körül, akkor ez lokalizált mechanikai feszültségeket ébreszthet a szomszédos élek által meghatározott csúcsoknál. Ezek a lokalizált mechanikai feszültségek repedéseket idézhetnek elő. Ezért előnyös a sarkokat lekerekíteni.

A találmány szerinti tolózárlapot annak példaképpeni kiviteli alakjai kapcsán, a csatolt ábrák segítségével részletesebben ismertetjük, ahol az

1. ábra egy találmány szerinti tolózárlap egyik kiviteli alakjának felülnézete, a

2. ábra egy találmány szerinti tolózárlap egy másik kiviteli alakjának felülnézete.

Az 1. ábrán látható 1 tolózárlapot olyan típusú üsttolózárakban alkalmazható, amelyek olvadt acél vagy más fém egy tölcsérből egy öntőszerszámba vagy egy üstből egy tölcsérbe irányuló áramát szabályozzák.

Az 1 tolózárlapban egy, az olvadt fém átfolyására szolgáló öntőnyílás van. A 3 öntőnyílás szabálytalan alakú, amelyet egy 4 középpontú C kör határol. Ezzel szemben a másik kiviteli alak esetén az 1 tolózárlap a C körnek megfelelő alakú öntőnyílással van ellátva (lásd 2. ábra).

Az 1. és 2. ábrán látható 1 tolózárlapot egy képzeletben R téglalap határolja, amelynek hosszabb oldalai párhuzamosak az üsttolózárban lévő 1 tolózárlap csúszásának mozgási pályájával. Két egymásra merőleges, 5 és 6 egyenes metszéspontja a C kör középpontjában van, és párhuzamos az R téglalap rövid, illetve hosszú oldalaival. Ezek az egyenesek az R téglalap négy negyedét határozzák meg. Mindegyik negyedben egymást metsző átlók vannak. A D1, D3, D5, D7 átló a C kör 4 középpontját az R téglalap négy, 7, 8, 9, 10 sarkával köti össze. A D2 és D4 átlók a 6 egyenes és az R téglalap rövidebb oldalát metsző pontját kötik össze az 5 egyenes és az R téglalap hosszabb oldalának metszéspontjával, míg a D6 és D8 átló pedig a 6 egyenes és az R téglalap rövidebb oldalának metszéspontját köti össze az 5 egyenes és az R téglalap hosszabb oldalának metszéspontjával.

A találmány értelmében a tolózárlap azon élei, amelyek kifejezetten úgy vannak tervezve, hogy az 1 tolózárlap befogásával keletkező erőket a fojtási területre összpontosítsák, vagyis a 15 és 16 élek a 3 öntőnyílástól a legtávolabb, és így a fojtási területhez a legközelebb legyenek, és annak legalább egy része amelyre a megfogóerő hat - párhuzamos az adott élt tartalmazó negyed D2 vagy D4 átlójával.

HU 226 019 Β1

Mind az 1., mind a 2. ábrán a 15 élnek legalább egy része párhuzamos a D2 átlóval, és a 16 élnek legalább egy része párhuzamos a D4 átlóval. Az 1. ábrán a 15 és 16 él teljes hosszában párhuzamos a D2 és D4 átlóval, míg a 2. ábrán a 15 és 16 élnek csak egy része párhuzamos a D2 és D4 átlóval.

A tolózárlapnak azok az élei, amelyek arra szolgálnak, hogy a megfogóerőket a 3 öntőnyílás köré összpontosítsák, vagyis a 17 és 18 él, amelyek a 3 öntőnyíláshoz a legközelebb vannak, a szóban forgó élt tartalmazó negyed D5 vagy D7 átlójára merőlegesek lehetnek, vagy más szavakkal, a D5 vagy D7 átlóra merőleges 19 vagy 20 iránnyal párhuzamosak lehetnek. Ez a kiviteli alak a 2. ábra szerinti 17 és 18 élen jól látható, amelyek merőlegesek a D5, illetőleg D7 átlóra.

Egy másik változat szerint a 17 és 18 él párhuzamos lehet az őket tartalmazó negyed D6 vagy D8 átlójával, mint ez az 1. ábrán látható, ahol a 17 és 18 él párhuzamos a D6 vagy D8 átlóval.

Egy további változat szerint a 17 és 18 él a két fentebb definiált irány közötti irányban állhat.

A 15, 16, 17 és 18 él érintkezhet egymással, és így tetragonális 1 tolózárlapot képeznek, amelynek oldalait a D2, D4, D6 és D8 átlók határozzák meg. Nyilvánvaló, hogy a mechanikai feszültségek elkerülése végett előnyös az éles sarkok elkerülése. Ezért a 15, 16, 17 és 18 él előnyös módon nem érintkezik közvetlenül egymással. Ezeket az éleket egyenesek választhatják el, amelyek előnyös módon párhuzamosak az 1. ábrán látható téglalap oldalaival. Még előnyösebb módon ezeket az éleket átmenetgörbék választják el egymástól.

A 2. ábrán a 15 és a 16 élt a 21 átmenetgörbe, a 17 és 18 élt a 22 átmenetgörbe köti össze. A találmány értelmében a leglényegesebb paraméter a 15, 16, 17 és 18 élek kialakítása. Ez határozza meg azt, hogy hogyan összpontosítják a megfogóerőket a repedések elkerülése végett. Ebből a szempontból kevésbé fontos a 15, 16, 17 és 18 éleknek a D1, D3, D5, illetőleg a D7 átlók szerinti 3 öntőnyíláshoz viszonyított helyzete. Előnyös azonban, ha a 15, 16, 17 és 18 él nem túl hosszú, hogy elkerüljük az éles sarkok miatt fellépő mechanikai feszültségeket, és nem túl rövid, hogy hatékonyan oda összpontosítsák a megfogóerőket, ahol ez szükséges.

A fojtási területhez legközelebb lévő éleknek, vagyis a 15 és a 16 élnek (vagy ezek vetületének) előnyös módon az R téglalap rövid oldala hosszának 1/8 és 3/8 része közötti, illetőleg 5/8 és 7/8 része közötti helyen kell metszenie az R téglalap rövid oldalát.

Ez a követelmény kevésbé fontos az 1 tolózárlap másik oldalán (vagyis azon az oldalon, ahol az élek a legközelebb vannak a 3 öntőnyíláshoz), úgyhogy a 17 és 18 élnek (vagy ezek vetületének) előnyös módon az R téglalap rövid oldala hosszának 1/10 és 9/10 közötti részen kell metszenie az R téglalap rövid oldalát.

Annak meghatározásához, hogy egy adott 1 tolózárlap a találmány szerint van-e tervezve vagy nem, meg kell szerkeszteni az R téglalapot, amely az 1 tolózárlapot körülírja. Ha az 1 tolózárlap nem szabályos mint általában, - akkor végtelen sok téglalap van, amely az 1 tolózárlapot körülírja, de csak egy olyan R téglalap van, amely körülírja az 1 tolózárlapot, és az élei párhuzamosak az 1 tolózárlap preferált mozgási pályájával. A tolózárlap preferált mozgási pályája könnyen meghatározható. A tolózárlap szerkesztésének fentebb meghatározott szabálya szerint tudjuk, hogy a 3 öntőnyílástól legtávolabb lévő oldalon az 1 tolózárlap 15, 16 éle legalább egy részének párhuzamosnak kell lennie az R téglalap egy negyedének D2 vagy D4 átlójával. Ha tehát ezeket az élrészeket a kereszteződésükig meghosszabbítjuk, akkor meghatározunk egy görbeszakaszt, amelynek a csúcsa a meghosszabbított 15 és 16 él metszéspontja. Ez a görbeszakasz hasonló a D2 és D4 átló és 11 metszéspontjuk (csúcsuk) által meghatározott görbeszakaszhoz.

Másrészt van legalább egy (de gyakran végtelen számú) párhuzamos egyenespár (E1, E2), ahol az egyik egyenes (E1) tartalmazza a 3 öntőnyílást körülíró C kör középpontját, a másik (E2) érintőleges a tolózárlapnak egy, a 3 öntőnyílástól legtávolabbi élével. Minden párhuzamos egyenespárhoz (E1, E2) csak egy egyenes (E3) található, amely merőleges mind az E1, mind az E2 egyenesre, és amely tartalmazza a 3 öntőnyílást körülíró C kör 4 középpontját.

Végül ezen egyenesek (E1, E2, E3) lehetséges kombinációi között van egy olyan, hogy E1 és E3 egybeesik az 1 tolózárlap szerkesztéséhez alkalmazott merőleges 5 és 6 egyenessel. Ha tehát a fentebb meghatározott görbeszelet csúcsát (eltolással) a merőleges E2 és E3 egyenes metszéspontjába visszük, akkor ezeknek az egyeneseknek (E2 és E3) csak egy olyan tájolása lehetséges, hogy a fentebb meghatározott görbeszeletet előállító egyenesek egybeesnek a D2 és D4 átlóval, és az E2 és E3 egyenes metszéspontja egybeesik a 11 csúccsal. A szerkesztési szabályt követve, a D2 és D4 átló és az (5 egyenessel így egybeeső) E1 egyenes metszéspontjainak a tolózárlap határán vagy a tolózárlapon kívül kell lennie, de sohasem a tolózárlapon. Ha ezt a tájolást megtaláltuk, akkor könnyen megrajzolható az R téglalap, amelynek az oldalai párhuzamosok az 5 és 6 egyenessel (vagy az E1 és E2 egyenessel).

Claims (7)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Tűzálló tolózárlap (1) üsttolózárhoz, amely körülírható egy téglalappal (R), amelynek két hosszabb oldala párhuzamos a tolózárlap (1) hossztengelyével, és a téglalap (R) két párhuzamos, rövidebb oldala között egy, a tolózárlap (1) felezővonalához képest excentrikusán elhelyezkedő, körrel (C) körülírható öntőnyílása (3) van; a téglalap (R) két, egymást a kör (C) középpontjában (4) metsző merőleges egyenessel (5, 6) négy negyedre van osztva; az egyik egyenes (6) a téglalap (R) hosszabb párhuzamos oldalai között középen helyezkedik el; mindegyik negyedben egymást metsző, átlói (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8) vannak; a téglalap (R) sarkai (7, 8, 9, 10) ferde élekkel (15,16,17, 18) le vannak vágva;

   azzal jellemezve, hogy az élek (17, 18) legalább az öntőnyíláshoz (3) legközelebb (és így a fojtási területtől

   HU 226 019 Β1 legtávolabb) lévő részének iránya legfeljebb 5°-kal tér el a következő irányok egyikétől:

   a) a megfelelő sarkot metsző átlóra merőleges iránytól,

   b) a megfelelő negyed másik átlójának irányától, 5

   c) egy, az a) és b) irány közötti közbenső iránytól.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti tolózárlap (1), azzal jellemezve, hogy az élek (15, 16) vagy ezek vetülete a téglalap (R) rövid oldala hosszának 1/8 és 3/8 része közötti, illetőleg 5/8 és 7/8 része közötti részen metszik a 10 téglalap (R) rövid oldalát.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti tolózárlap (1), azzal jellemezve, hogy az élek (17, 18) vagy ezek vetülete a téglalap (R) rövid oldala hosszának 1/10 és 9/10 közötti részen metszik a téglalap (R) rövid oldalát.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti tolózárlap (1), azzal jellemezve, hogy egyes élek (15, 16) átmenetgörbékkel vannak összekötve.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti tolózárlap (1), azzal jellemezve, hogy egyes élek (17, 18) átmenetgörbékkel vannak összekötve.
6. 6. Az 1. igénypont szerinti tolózárlap (1), azzal jellemezve, hogy a téglalap (R) párhuzamos oldalai közötti középvonalra aszimmetrikusan van kialakítva.
7. 7. Üsttolózár, azzal jellemezve, hogy az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti tolózárlapja (1) van.