UA63022C2 - Stopper rod - Google Patents

Description

Даний винахід стосується нового стержня стопора для регулювання потоку розплавленого металу з розливального пристрою, наприклад, сталі або чавуну з розподільника або розливального ковша, точніше, суцільного стержня стопора, що має засіб під'єднання до підйомного механізму. У конкретному варіанті втілення стержень стопора також має засіб подачі інертного газу, такого, як аргон, у резервуар з розплавленим металом під час безперервного розливу.

Такий стержень стопора та його застосування добре відомі спеціалістам, зокрема, з патентів США 4,946,083 та 5,024,422, на які робиться посилання. Серед іншого, у цих документах описано суцільний стержень стопора, який може бути під'єднаний до підйомного механізму, що складається з: а) видовженого корпусу з вогнетривкого матеріалу, що має отвір, розташований співвісно по відношенню до корпусу стержня стопора і пристосований для фіксованого приймання металевого стержня для його під'єднання до підйомного механізму. Подовжній канал корпусу з вогнетривкого матеріалу має збільшену частину з кільцевою ущільнюваною поверхнею, що розташовується на певній відстані від верхнього кінця корпусу з вогнетривкого матеріалу. Засоби під'єднання металевого стержня, як правило, розташовуються між збільшеною частиною та нижнім кінцем корпусу з вогнетривкого матеріалу. На своєму нижньому кінці корпус з вогнетривкого матеріалу може мати засіб подачі газу у резервуар з розплавленим металом; та б) видовженого металевого стержня, який є під'єднаним до корпусу з вогнетривкого матеріалу і має подовжній канал, який у своїй нижній частині сполучається з каналом корпусу з вогнетривкого матеріалу.

Стержень має буртик з кільцевою ущільнюваною поверхнею, яка прилягає до кільцевої ущільнюваної поверхні корпусу з вогнетривкого матеріалу для створення газонепроникного ущільнення. Верхній кінець стержня пристосовано для під'єднання до підйомного механізму, який дозволяє вертикальне переміщення стержня стопора всередині розливального пристрою, такого, як розподільник. Засоби прикріплення до корпусу з вогнетривкого матеріалу, як правило, розташовуються між буртиком та нижнім кінцем металевого стержня. Стержень стопора може бути приєднаний до лінії подачі газу, найчастіше, але не обов'язково, через верхній кінець стержня.

При застосуванні такого стержня стопора поданий газ переміщується до подовжнього каналу корпусу з вогнетривкого матеріалу у його нижній частині. Завдяки засобові подачі газу у резервуар з розплавленим металом, який корпус з вогнетривкого матеріалу має у своїй нижній частині, стержень стопора дозволяє подачу газу у резервуар з розплавленим металом. Кільцеві ущільнювані поверхні стержня та корпусу з вогнетривкого матеріалу, прилеглі одна до одної, запобігають значній втраті інертного газу та проникненню повітря. Для ще більшого поліпшення цієї щільності було запропоновано помістити між цими ущільнюваними поверхнями кільцеву газонепроникну прокладку. У патенті США 4,946,083, наприклад, вказано, що за наявності прокладки товщиною приблизно 0,4мм, виконаної з матеріалу, стійкого до високих температур, наприклад, графіту, поверхня поділу між кільцевими ущільнюваними поверхнями стержня та корпусу з вогнетривкого матеріалу забезпечує щільність, здатну витримувати тиск до З бар.

Таке ущільнення є необхідним для розливу високосортного розплавленого металу. Насамперед необхідно забезпечити добрий захист від проникнення повітря, яке зумовлює окиснення розплавленого металу під час розливання. З іншого боку, коли інертний газ подають через стержень стопора, також обов'язково звести до мінімуму втрати інертного газу, що викликає підвищення собівартості, яке є надто значним. Система, яку застосовують у нинішній час, все ж повністю не забезпечує задовільного рішення цих двох проблем.

Здійснюючи дослідження у цій галузі, автор виявив, що ці проблеми зумовлені тим, що з різних причин (відкручування стержня, розширення стержня тощо) у місці щільного з'єднання між кільцевими ущільнюваними поверхнями стержня та корпусу з вогнетривкого матеріалу, прилеглими одна до одної, може статися послаблення непроникності. Автором було виявлено, що затяжка стержня стопора може бути поліпшена через застосування корпусу з вогнетривкого матеріалу певного типу.

Згідно з даним винаходом, застосовують стопор, що має суцільний корпус з вогнетривкого матеріалу, виконаний принаймні частково з вогнетривкого матеріалу, відносно непроникного для газів.

Даний винахід, таким чином, стосується суцільного стержня стопора, який може бути під'єднаний до підйомного механізму, та складається з: (а) видовженого корпусу з вогнетривкого матеріалу, що має () отвір, розташований співвісно по відношенню до корпусу стержня стопора і пристосований для фіксованого приймання металевого стержня для його під'єднання до підйомного механізму, подовжній канал корпусу з вогнетривкого матеріалу має збільшену частину, яка являє собою кільцеву ущільнювану поверхню, що розташовується на певній відстані від верхнього кінця корпусу з вогнетривкого матеріалу; (і) засіб під'єднання вищезгаданого металевого стержня; і (б) видовженого металевого стержня, який є під'єднаним до корпусу з вогнетривкого матеріалу, верхній кінець якого пристосовано для під'єднання до підйомного механізму для вертикального зміщення стержня стопора всередині розливального пристрою; який характеризується тим, що вищезгаданий корпус з вогнетривкого матеріалу принаймні частково виконано з вогнетривкого матеріалу, відносно непроникного для газів.

Згідно з конкретним варіантом втілення винаходу, стержень стопора може бути з'єднаний з лінією подачі газу. Таким чином, вищезгаданий видовжений корпус з вогнетривкого матеріалу має на своєму нижньому кінці засіб подачі газу у резервуар з розплавленим металом, і вищезгаданий металевий стержень має подовжній канал, який сполучається у його нижній частині з каналом корпусу з вогнетривкого матеріалу. Під матеріалом, відносно непроникним для газу, слід розуміти матеріал, питома проникність якого (виражена у м?) в околі робочої температури стержня стопора є меншою за питому проникність традиційно застосовуваних матеріалів. В оптимальному варіанті питома проникність в околі робочої температури стержня стопора з відносно непроникного вогнетривкого матеріалу є меншою за половину питомої проникності традиційно застосовуваних матеріалів. Традиційні матеріали, як правило, мають питому проникність від 5-1077м2 до 5-1075м2, Відносно непроникні матеріали, яким віддають перевагу згідно з даним винаходом, мають питому проникність, меншу, ніж 5-10717м?, Підходящі вогнетривкі матеріали, відносно непроникні для газів, вибирають із сумішей з включенням домішок, здатних зменшувати середній діаметр пор. Ці домішки добре відомі спеціалістам. Наприклад, до складу вогнетривкого матеріалу можуть бути включені флюси, такі, як луги (МагО, КгО, Сао, ВгОз,...), кремнеземи і т. ін. Також можуть бути включені металічні елементи, які утворюють карбіди при доведенні до високої температури. Також можна встановити середній діаметр пор шляхом застосування порошкової композиції, гранулометрію якої вибирають для зменшення середнього діаметра пор. Звичайно, можна поєднувати кілька таких способів. В оптимальному варіанті до складу вогнетривкого матеріалу включають флюси.

Автором було виявлено, що важко одержати вогнетривкий матеріал, який би вигідно поєднував такі властивості, як непроникність та стійкість до руйнування розплавленою сталлю. Таким чином, згідно з конкретним варіантом втілення винаходу, корпус з вогнетривкого матеріалу виконують з принаймні двох різних вогнетривких матеріалів; корпус з вогнетривкого матеріалу, що має першу частину, виконану з суміші, відносно непроникної для газів, що практично оточує ділянку, де розміщується ущільнювальна прокладка, а другу частину виконують з вогнетривкого матеріалу, стійкого до руйнування розплавленим металом. Згідно з цим варіантом втілення, частину корпусу з вогнетривкого матеріалу яка перебуває у контакті з розплавленим металом, в оптимальному варіанті виконують з вогнетривкого матеріалу, стійкого до руйнування, а частина, виконана з суміші, відносно непроникної для газів, що практично оточує ділянку, де розміщується щільне з'єднання, не контактує з розплавленим металом.

У цьому разі під матеріалом, відносно непроникним для газу, слід розуміти матеріал, питома проникність якого в околі робочої температури стержня стопора є меншою за питому проникність матеріалу або матеріалів, стійких до руйнування. В оптимальному варіанті питома проникність в околі робочої температури стержня стопора з відносно непроникного вогнетривкого матеріалу є меншою за половину питомої проникності стійкого до руйнування матеріалу.

Традиційні стійкі до руйнування матеріали, як правило, мають питому проникність від 5-1077 до 5-10: 16щ2, Відносно непроникні матеріали, яким віддають перевагу згідно з даним винаходом, мають питому проникність, меншу, ніж 5-1077м2.

Корпус з вогнетривкого матеріалу згідно з даним винаходом виконують будь-яким з традиційних способів, добре відомих спеціалістам; зокрема, цей корпус з вогнетривкого матеріалу може бути виконаний шляхом холодного або гарячого штампування, або навіть ізостатичного пресування. Для полегшення в разі, коли корпус з вогнетривкого матеріалу виконано з кількох різних вогнетривких матеріалів, перевагу віддають попередньому штампуванню принаймні однієї з частин, найчастіше, частини, яка є менш доступною. Як правило, в оптимальному варіанті штампують ту частину корпусу з вогнетривкого матеріалу, яка оточує ділянку, у якій попередньо було розміщено ущільнювальну прокладку.

Стержень стопора згідно з цією патентною заявкою по суті є подібним до описаного у патентах США 4,946,083 та 5,024 422, на які робиться посилання.

Як варіант, також можна застосовувати стержень стопора, який також має засіб підтримання стиснення ущільнювальної прокладки у контакті з кільцевою ущільнюваною поверхнею корпусу з вогнетривкого матеріалу, як описано у бельгійській патентній заявці, поданій одночасно з даною патентною заявкою.

Фігури 1 та 2 є частиною виду у розрізі верхнього кінця стержня стопора згідно з цими способами втілення винаходу.

На цих фігурах стержень стопора 1 складається з видовженого корпусу з Р вогнетривкого матеріалу 2 з подовжнім каналом 3, що проходить від його верхнього кінця 4 до його нижнього кінця (не показано). Корпус з вогнетривкого матеріалу оснащено засобом подачі інертного газу (не показано) у резервуар з металом.

Корпус з вогнетривкого матеріалу також має засіб 5 для під'єднання металевого стержня 6. Металевий стержень 6 також має подовжній канал 7, який проходить крізь нього від його верхнього кінця 8 до його нижнього кінця 9. Верхній кінець 8 може бути пристосований для приймання з'єднувача (не показано) для подачі інертного газу. Крім того, верхній кінець 8 стержня пристосовано для закріплення на підйомному механізмі (не показано). Газ під тиском, такий, як аргон, подають у подовжній канал З корпусу з вогнетривкого матеріалу за допомогою стержня 6, і він переміщується до резервуара з металом через нижній кінець корпусу з вогнетривкого матеріалу.

Корпус з вогнетривкого матеріалу 2 має збільшену частину 10, що утворює ущільнювану поверхню. Дві графітові прокладки (11 та 11) лежать на цій ущільнюваній поверхні і, таким чином, перешкоджають проникненню повітря або втраті інертного газу.

Корпус з вогнетривкого матеріалу 2 виконано з двох різних вогнетривких матеріалів; корпус з вогнетривкого матеріалу виконують з першої частини 16, яку виконують із суміші, відносно непроникної для газів, і вона практично оточує ділянку, де розміщуються ущільнювальні прокладки 11 (та 11, а другу частину 17 виконують з вогнетривкого матеріалу, стійкого до руйнування розплавленими металами.

На фігурі 1 металевий стержень 6 має буртик 12 з кільцевою ущільнюваною поверхнею, яка прилягає до кільцевої ущільнюваної поверхні 10 каналу корпусу з вогнетривкого матеріалу для створення ущільнення від газів.

На фігурі 2 муфту 14 посаджено на стержень 6, і вона утримує прокладки 11 і 11" у стиснутому стані.

Верхня частина муфти блокується кільцевою прокладкою 13, яка, у свою чергу, утримується гайкою 15.

Кільцева прокладка 13 в оптимальному варіанті перебуває у контакті з верхнім кінцем 4 корпусу з вогнетривкого матеріалу 2 для забезпечення більшої жорсткості вузла.

Муфту 14 виконано з матеріалу, який має коефіцієнт теплового розширення, більший, ніж має металевий стержень 6, і має довжину, достатню для того, щоб під дією температури, до якої стержень стопора доводять під час розливання, вона достатньо розширювалася у напрямку нижнього кінця металевого стержня принаймні для того, щоб компенсувати вплив розширення металевого стержня.

В оптимальному варіанті розширення муфти практично точно компенсується розширенням металевого стержня.

Як можна побачити на фігурі 2, муфта 14 може виступати над верхнім кінцем корпусу з вогнетривкого матеріалу 2, якщо це необхідно для забезпечення достатньої довжини муфти. Муфту 14 посаджено на металевий стержень 6, і вона утворює з ним рухомий вузол, з можливістю повертання, ковзання або лише ковзання. Верхній кінець муфти 14 стикується з блокуючими засобами 13 та 15, жорстко закріпленими на металевому стержні 6 таким чином, щоб під дією розширення, муфта 14 витягувалася уздовж осі лише у напрямку, протилежному вищезгаданим блокуючим засобам. Матеріал, з якого виконано муфту, а також її довжину вибирають залежно від розмірів та матеріалів, з яких виконують металевий стержень (як правило, виготовляють на верстаті зі сталевого прута з коефіцієнтом теплового розширення порядку 12,5мкм С) та корпус з вогнетривкого матеріалу (який, як правило, виготовляють з вогнетривкого матеріалу, який одержують шляхом ізостатичного пресування з коефіцієнтом теплового розширення 3-бмкм:"С7).

Матеріал, з якого виконано муфту, а також її довжину легко визначають, застосовуючи основні принципи теплофізики.

Виходячи з показників, визначених таким чином при грубому наближенні, які в цілому дають відмінні результати, можна настроювати систему емпірично без будь-яких труднощів.

Згідно з винаходом, муфту виконано з матеріалу з високим коефіцієнтом теплового розширення, здатного витримувати підвищені температури до яких стержень стопора нагрівається під час розливання.

Наприклад, застосовують вогнетривкі матеріали з високим коефіцієнтом теплового розширення, такі, як частково оплавлений окис магнію. Найкращими матеріалами для такого застосування є метали або сплави металів з високим коефіцієнтом теплового розширення і високою температурою плавлення.

Згідно з конкретним варіантом втілення винаходу, стержень стопора також має засоби запобігання відокремленню металевого стержня від корпусу з вогнетривкого матеріалу. Такі засоби описано у бельгійській патентній заявці Мое9800838, на яку робиться посилання. Таким чином, якщо як засіб прикріплення стержня до корпусу з вогнетривкого матеріалу застосовувати металеву вставку, що має нарізний подовжній внутрішній канал, з фіксацією у корпусі з вогнетривкого матеріалу, це запобігатиме викручуванню стержня зі вставки шляхом утворення пари паралельних плоских поверхонь у місці виходу з корпусу з вогнетривкого матеріалу та спирання на ці плоскі поверхні фланця, жорстко з'єднаного з корпусом з вогнетривкого матеріалу. Це жорстке з'єднання може бути здійснене шляхом встановлення штифта у стержень, який проходить крізь фланець і входить у корпус з вогнетривкого матеріалу.

Фіг. 1

ЩО є - че : 15 . із я влгв -І 1 Щ

АЛ г ' ся І й з По- - з т,

Фіг. 2 ; с н

К. явне

Ї

Ї ш-

Х

Claims (9)

1. Стержень стопора, який містить видовжений корпус з вогнетривкого матеріалу, який має подовжній канал, розташований співвісно по відношенню до корпусу і пристосований для фіксованого приймання металевого стержня для його під'єднання до підйомного механізму, причому подовжній канал корпусу має розширену частину з кільцевою ущільнювальною поверхнею, що розташована на певній відстані від верхнього кінця корпусу; під'єднаний до корпусу видовжений металевий стержень, пристосований його верхнім кінцем для під'єднання до підйомного механізму для вертикального переміщення стержня стопора всередині розливального пристрою, та засіб під'єднання видовженого металевого стержня, який відрізняється тим, що корпус виконано з принаймні двох різних вогнетривких матеріалів, першу частину виконано з суміші, відносно непроникної для газів, що має питому проникність, нижчу ніж 5-1077 ме, причому вона практично оточує ділянку, де розміщується ущільнювальна прокладка, причому цей матеріал не перебуває у контакті з розплавленим металом, і принаймні другу частину виконано з вогнетривкого матеріалу, стійкого до руйнування розплавленим металом.

2. Стержень стопора за п. 1, який відрізняється тим, що металевий стержень має подовжній канал, який сполучається у його нижній частині з каналом корпусу.

3. Стержень стопора за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що корпус на своєму нижньому кінці має засіб подачі газу у резервуар з розплавленим металом.

4. Стержень стопора за будь-яким з пп. з 1 по 3, який відрізняється тим, що матеріал, відносно непроникний для газів, вибирають з вогнетривких матеріалів, що містять домішки, здатні зменшувати середній діаметр пор, такі, як флюси та/або металічні елементи, які утворюють карбіди, коли їх доведено до високої температури.

5. Стержень стопора за п. 4, який відрізняється тим, що матеріал, відносно непроникний для газів, вибирають з матеріалів, що містять флюси, вибрані з лужних оксидів або кремнеземів.

6. Стержень стопора за будь-яким з пп. з 1 по 3, який відрізняється тим, що матеріал, відносно непроникний для газів, одержують з порошкової композиції, гранулометрію якої визначають для одержання матеріалу зі зменшеною питомою проникністю.

7. Стержень стопора за будь-яким з пп. з 1 по б, який відрізняється тим, що затяжка між стержнем та ущільнювальною поверхнею корпусу забезпечується буртиком, розташованим на стержні.

8. Стержень стопора за будь-яким з пп. з 1 по 7, який відрізняється тим, що він також має засіб підтримання стиснення ущільнювальної прокладки у контакті з кільцевою ущільнювальною поверхнею корпусу.

9. Стержень стопора за п. 8, який відрізняється тим, що має муфту, посаджену на стержень, як засіб підтримання стиснення ущільнювальної прокладки.