Внутреннее сопло для разливки расплавленного металла из металлургического резервуара и способ его изготовления
Изобретение относится к области непрерывной разливки расплавленного металла. Внутреннее сопло для разливки расплавленного металла из металлургического резервуара содержит трубчатый участок с осевым сквозным расточным отверстием и плиту внутреннего сопла. Плита включает нижнюю плоскую контактную поверхность и расположенную напротив вторую поверхность. Нижняя поверхность имеет периметр. Вторая поверхность соединяет стенки трубчатого участка с боковыми кромками плиты. Внутреннее сопло дополнительно содержит металлическую оболочку для облицовки боковых кромок и второй поверхности, но не плоскости скольжения плиты внутреннего сопла. Металлическая оболочка содержит опорную поверхность. Опорная поверхность обращена и заглублена относительно плоскости. Опорная поверхность задана при помощи реборд двух отдельных опорных элементов, распределенных вокруг периметра плиты. Разливочный узел для металлургического резервуара включает устройство для удержания и замены скользящих стаканов для разливки расплавленного металла и внутреннее сопло. Опорная поверхность внутреннего сопла выполнена из металла. Техническим результатом является увеличение срока эксплуатации сопла и металлургического резервуара в установке для разливки металла. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники
Настоящее изобретение, в общем, имеет отношение к области непрерывной разливки расплавленного металла, а более конкретно к внутреннему соплу со специфическим средством для его прикрепления к устройству для замены труб в установке для разливки металла.
Предпосылки к созданию изобретения
В установке для разливки расплавленный металл обычно содержится в металлургическом резервуаре, например в разливочном устройстве, до его перемещения в другой резервуар, например в литейную форму. Металл перемещают из одного резервуара в другой при помощи системы сопел, предусмотренной в основании металлургического резервуара, содержащей внутреннее сопло, расположенное по меньшей мере частично в металлургическом резервуаре и входящее в тесный контакт со скользящей передаточной плитой (или разливочной плитой), расположенной ниже и снаружи от металлургического резервуара, которую совмещают с внутренним соплом при помощи устройства для удержания и замены плит, установленного под металлургическим резервуаром. Этой разливочной плитой может быть калиброванная плита, разливочная труба или капсула, содержащая две или несколько плит. Так как все эти типы плит являются частью сопла, которое содержит плиту, соединенную с трубчатой секцией различной длины, в зависимости от вида применения, то чтобы отличать их от заслонок, которые используют, например, в разливочном ковше, они будут называться далее как "скользящий стакан", "разливочный стакан", "сменный разливочный стакан" или их комбинация. Разливочный стакан может быть использован для перемещения расплавленного металла в виде свободного потока в случае короткой трубы или в виде направленного потока в случае длинной, частично погруженной разливочной трубы.
Пример устройства для замены труб для установки для разливки описан в патенте ЕР 1289696. Для создания тесного контакта между внутренним соплом и скользящим стаканом устройство для замены труб, предназначенное для удержания и замены разливочных стаканов, содержит средство зажима, предназначенное для прижима вниз внутреннего сопла к каркасу устройства, и средство прижима, предназначенное для прижима плиты разливочного стакана, в частности, вверх, так чтобы прижать плиту к внутреннему соплу и получить за счет этого тесный контакт.
Как уже было указано здесь выше, внутреннее сопло является неподвижным элементом во время разливки. Таким образом, его срок службы должен быть по меньшей мере равен сроку службы металлургического резервуара. Разливочный стакан, с другой стороны, может быть заменен во время разливки при помощи устройства для замены труб.
В патенте ЕР 1454687 раскрыто коллекторное сопло, предназначенное для соединения со скользящей заслонкой шибера, расположенного у основания разливочного ковша, который используют для разливки расплавленного металла в разливочное устройство. Аналогично внутреннему соплу разливочного устройства коллекторное сопло, раскрытое в патенте ЕР 1454687, содержит огнеупорный сердечник, образующий трубчатый участок, и плиту, причем большая часть внешней поверхности коллекторного сопла облицована при помощи металлической оболочки. На этом кончаются элементы сходства между двумя типами сопел. В самом деле, в отличие от внутреннего сопла, которое является предметом настоящего изобретения, коллекторное сопло разливочного ковша не подвергается никаким фрикционным нагрузкам во время использования, так как оно жестко прикреплено к скользящей заслонке шибера. Кроме того, коллекторное сопло подвешено у основания разливочного ковша, в то время как внутреннее сопло в соответствии с настоящим изобретением упирается в верхний участок каркаса устройства для замены труб. Следовательно, средства зажима, которые используют для этих двух типов сопел, отличаются, по существу, друг от друга. В случае коллекторного сопла, раскрытого в патенте ЕР 1454687, сопло введено в первый металлический цилиндр, причем указанный цилиндр содержит фланец, который входит в зацепление со вторым металлическим цилиндром, прикрепленным при помощи винтов к нижнему участку скользящей заслонки шибера. Ни один из первого и второго металлических цилиндров не является частью коллекторного сопла, причем они скорее являются средствами зажима, использованными для прикрепления коллекторного сопла к нижней поверхности скользящей заслонки шибера. Такое средство прижима сопла к металлургическому резервуару не является подходящим для прижима внутреннего сопла к верхнему участку каркаса устройства для замены труб.
Как внутреннее сопло, так и плита разливочного стакана изготовлены, по меньшей мере частично, из огнеупорного материала. При этом возникает одна проблема, связанная с тем, что усилия, приложенные за счет средств зажима или средств прижима, стремятся создать концентрации напряжений в огнеупорном материале. Эти концентрации напряжений могут повредить хрупкий огнеупорный материал, создавать в нем трещины или приводить к его разрушению.
Задачей настоящего изобретения является создание внутреннего сопла, в котором качество и целостность материала могут поддерживаться в течение всего срока службы как сопла, так и металлургического резервуара.
Раскрытие изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предлагается внутреннее сопло для разливки металла из металлургического резервуара, причем указанное внутреннее сопло содержит: а) по существу, трубчатый участок с осевым сквозным расточным отверстием, задающим первое направление и флюидно соединяющим впускное отверстие и выпускное отверстие, причем внутреннее сопло дополнительно содержит: b) плиту внутреннего сопла, которая содержит нижнюю плоскую контактную поверхность, имеющую периметр (Рm) и называемую плоскостью (Pg) скольжения, которая по существу является перпендикулярной к первому направлению (Z), причем указанная контактная поверхность содержит выпускное отверстие; и которая содержит вторую поверхность, расположенную напротив нижней контактной поверхности и соединяющую стенки трубчатого участка с боковыми кромками плиты, причем указанные боковые кромки идут от нижней контактной поверхности до второй поверхности и образуют периметр и толщину плиты, при этом внутреннее сопло дополнительно содержит: с) металлическую оболочку для облицовки по меньшей мере части или всех боковых кромок и второй поверхности, но не плоскости (Pg) скольжения плиты внутреннего сопла, причем указанная оболочка содержит: d) металлическую опорную поверхность, обращенную к плоскости (Pg) скольжения и заглубленную относительно нее, идущую от облицованного участка боковых кромок поверх периметра (Рm) контактной поверхности, отличающееся тем, что опорная поверхность задана при помощи реборд по меньшей мере двух отдельных опорных элементов, распределенных вокруг периметра плиты.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления реборды по меньшей мере двух опорных элементов имеют длину (L) и ширину (I), каждая из которых составляет по меньшей мере 5 мм, а преимущественно по меньшей мере 10 мм, чтобы придать достаточную устойчивость внутреннему соплу, когда его прижимают к верхнему участку каркаса устройства для замены труб. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, высота опорного элемента составляет по меньшей мере 10 мм.
Герметичность стыка между внутренним соплом и скользящим разливочным стаканом может быть улучшена, если опорная поверхность будет образована за счет реборд трех отдельных опорных элементов, распределенных вокруг периметра плиты, причем центроиды ортогональных проекций на плоскость (Pg) скольжения соответствующих реборд образуют вершины треугольника. Указанный треугольник преимущественно может быть определен при помощи одной или любой комбинации любых следующих геометрий:
a) первая высота треугольника, называемая высотой X, которая проходит через первую вершину, называемую вершиной X, является, по существу, параллельной первой оси (X);
b) первая медиана треугольника, называемая медианой X, которая проходит через вершину X, является, по существу, параллельной указанной первой оси (X);
c) треугольник является таким, что высота Х или медиана Х пересекает центральную ось (Z) сквозного расточного отверстия сопла у центроида (46) сквозного расточного отверстия;
d) все углы треугольника являются острыми;
e) треугольник является равнобедренным, преимущественно в соответствии с (с), а предпочтительнее в соответствии с (с), так что вершина Х представляет собой точку встречи двух сторон равной длины, предпочтительнее в соответствии с (с) и (d);
f) треугольник в соответствии с (с), в котором угол, 2α, образованный при помощи центра (46) сквозного расточного отверстия и двух других вершин треугольника, кроме вершины X, составляет от 60 до 90°; и
g) треугольник, в котором угол, образованный при помощи вершины X, составляет меньше чем 60°.
В соответствии с предпочтительным вариантом опорная реборда, соответствующая вершине X, перекрывает угловой сектор, γ, от 14 до 52°, а две другие опорные реборды перекрывают угловой сектор, β, от 10 до 20°, причем все углы измерены относительно центроида сквозного расточного отверстия. Внешний гребень опорной реборды, соответствующий вершине X, преимущественно имеет касательную, которая пересекает перпендикулярно первую ось (X).
Ортогональная проекция на плоскость скольжения плиты внутреннего сопла в соответствии с настоящим изобретением преимущественно вписана в прямоугольник, имеющий две следующие пары расположенных напротив друг друга кромок: две продольные кромки, по существу, идущие параллельно направлению (X), и две поперечные кромки, по существу, идущие перпендикулярно направлению (X), причем ни один по меньшей мере из двух опорных элементов не предусмотрен на продольных кромках оболочки. Проекция плиты может иметь и другие кромки, идущие в поперечном направлении (не обязательно перпендикулярно) относительно направления (X), с закругленными или со срезанными углами. Само собой разумеется, что опорные элементы могут быть расположены на этих поперечных, неперпендикулярных кромках плиты.
В одном варианте осуществления опорные реборды всех опорных элементов лежат в одной и той же плоскости, по существу, параллельной плоскости (Pg) скольжения. Однако опорные реборды могут лежать и в других плоскостях, в зависимости от геометрии опорных поверхностей, предназначенных для приема указанных опорных реборд в верхней части устройства для замены труб. Опорные реборды, лежащие в различных плоскостях, могут быть полезны в том случае, когда внутреннее сопло необходимо установить в специфической угловой ориентации, так как оно имело бы наклон в случае опорных реборд, лежащих в неправильных опорных поверхностях. Опорные реборды также могут быть не параллельными поверхности скольжения внутреннего сопла. Некоторый наклон помогает центрировать внутреннее сопло в его гнезде на устройстве для замены труб. В любом случае, конструкция опорных реборд внутреннего сопла должна обеспечивать сопряжение с опорными поверхностями устройства для замены труб.
По меньшей мере один из опорных элементов преимущественно выполнен в виде металлического опорного выступа, выходящего из периметра плиты, который содержит опорную реборду и расположенную напротив поверхность зажима, подходящую для приема средства зажима в участок приема внутреннего сопла устройства для замены труб. В соответствии с одним вариантом осуществления, опорная реборда по меньшей мере одного опорного выступа отделена от расположенной напротив поверхности зажима при помощи слоя огнеупорного материала, расположенного между двумя слоями металла. Металлические слои опорных реборд и поверхности зажима принимают все сжимающие напряжения от средств зажима и опорной поверхности устройства для замены труб и равномерно распределяют их в промежуточном огнеупорном элементе, поглощая и ослабляя все концентрации напряжений. Аналогично, после замены разливочного стакана значительные напряжения сдвига будут приложены к контактной поверхности внутреннего сопла и будут поглощаться слоями металла. Другими словами, сжимающие напряжения от средств зажима не будут влиять на полезную часть огнеупорного материала, который содержится внутри периметра Рm.
В другом варианте осуществления опорные реборды опорных выступов могут быть отделены от расположенной напротив поверхности зажима только металлом. В этом варианте осуществления все сжимающие напряжения, возникающие за счет зажима внутреннего сопла в его рабочем положении, будут приложены к металлу и совсем не будут влиять на огнеупорный материал.
Внутреннее сопло в соответствии с настоящим изобретением изготавливают при помощи облицовки части огнеупорного сердечника, в частности участков плиты, металлической оболочкой, которая содержит опорные реборды. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предлагается также металлическая оболочка для облицовки по меньшей мере участка или всей второй поверхности и боковых кромок плиты внутреннего сопла, описанных здесь выше, причем указанная металлическая оболочка содержит первую основную поверхность с отверстием для размещения трубчатой части сопла и боковые кромки, идущие от периметра первой основной поверхности, причем указанные боковые кромки поддерживают опорную поверхность; отличающаяся тем, что опорная поверхность разделена при помощи реборд по меньшей мере на два отдельных опорных элемента, распределенных вокруг периметра оболочки.
В соответствии с настоящим изобретением также предлагается сборка внутреннего сопла и устройства для замены труб, предназначенная для удержания и замены скользящих разливочных стаканов для разливки расплавленного металла из металлургического резервуара, в которой внутреннее сопло содержит опорную поверхность, а устройство содержит: каркас с разливочным отверстием, который содержит опорную поверхность, смежную с периметром указанного разливочного отверстия и подходящую для приема опорной поверхности сопла и для контактирования с ней; систему зажима, обращенную к опорной поверхности и выполненную так, чтобы нажимать на поверхность, противоположную опорной поверхности внутреннего сопла, называемую поверхностью зажима; отличающаяся тем, что опорная поверхность внутреннего сопла является металлической. Внутреннее сопло преимущественно является таким, как было описано здесь выше.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания его неограничительных примеров осуществления, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан вид в перспективе внутреннего сопла в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, в его ориентации разливки.
На фиг.2 показан вид в перспективе сопла, показанного на фиг.1, после его переворота сверху вниз в вертикальном направлении.
На фиг.2(а) показан с увеличением опорный элемент.
На фиг.3 показан вид в перспективе разрезанного двумя осевыми полуплоскостями сопла, показанного на фиг.1, зажатого в устройстве для замены труб.
На фиг.4 показан вид сбоку в разрезе двумя осевыми полуплоскостями сопла, показанными на фиг.3.
На фиг.5 и 5а схематично показаны виды сверху сопла, показанного на фиг.1.
На фиг.6 показаны два конструктивных варианта опорных элементов, (а) полностью из металла, (b) из огнеупорного материала, зажатого между двумя слоями металла.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение имеет отношение к созданию внутреннего сопла для разливки расплавленного металла, который обычно содержится в металлургическом резервуаре, например в разливочном устройстве, причем направление разливки является вертикальным направлением. Внутреннее сопло содержит огнеупорный сердечник, частично облицованный металлической оболочкой. Огнеупорный сердечник содержит полый трубчатый участок, прикрепленный к плите и имеющий сквозное расточное отверстие, идущее от одного конца трубчатого участка к нижней контактной поверхности плиты, расположенной в горизонтальной, по существу, плоскости, называемой плоскостью скольжения. Внутреннее сопло закреплено вертикально, так что его контактная поверхность ориентирована вниз к верхней стороне части устройства для замены труб. Плоскость скольжения входит в тесный контакт со скользящей плитой сменного разливочного стакана, перемещаемого со скольжением вдоль нижнего бокового участка устройства для замены труб в положение разливки, расположенное напротив внутреннего сопла. Внутреннее сопло дополнительно содержит металлическую оболочку для облицовки по меньшей мере части боковых кромок плиты внутреннего сопла. Металлическая оболочка содержит опорную поверхность, распределенную среди по меньшей мере двух отдельных опорных элементов 30с, 30b, 30с, предназначенную для упора в сопряженную опорную поверхность каркаса устройства для замены труб. Указанный каркас дополнительно содержит средство зажима, подходящее для приложения сжимающего усилия к поверхности 32а, 32b, 32с зажима опорных элементов внутреннего сопла, причем указанное средство зажима расположено напротив опорной поверхности 34а, 34b, 34с. В соответствии с настоящим изобретением опорная поверхность 34а-с и поверхность 32а-с зажима внутреннего сопла образованы из металла, так что имеется только контакт металл-металл между каркасом, средством зажима и опорными элементами, что позволяет рассеивать и распределять любые концентрации напряжений, возникающие за счет средства зажима.
Предлагается также предохранять огнеупорный материал внутреннего сопла за счет того, что поверхность внутреннего сопла, которая упирается в каркас, изготовлена скорее из металла, а не из огнеупорного материала. В результате, когда система зажима нажимает на внутреннее сопло, чтобы прижать его к каркасу, к металлической поверхности будут приложены концентрации напряжений, созданные при помощи средства зажима. Так как металл является менее хрупким, чем огнеупорный сердечник, то снижается вероятность образования трещин, а это означает уменьшение риска проникновения воздуха и утечки расплавленного металла, так что срок службы внутреннего сопла может быть увеличен и повышено качество разлитого металла. Опорная плоскость преимущественно достаточно заглублена относительно плоскости скольжения, так что износ нижней контактной поверхности, изготовленной из огнеупорного материала, не влияет на зажим внутреннего сопла в каркасе.
Металлическая оболочка может быть изготовлена из любого металла, подходящего для выполнения ее функций, а преимущественно из стали или из литейного чугуна. В частности, когда металлическая оболочка изготовлена из литейного чугуна, она может иметь толщину 6 мм и больше. При этом могут быть получены относительно сложные конфигурации оболочки, однако при сохранении приемлемой стоимости изготовления. В большинстве случаев металлическая оболочка может быть использована повторно для облицовки огнеупорного сердечника нового внутреннего сопла, используемого вместо изношенного внутреннего сопла.
Описанная здесь выше металлическая опорная поверхность образована при помощи опорных реборд 34а-с по меньшей мере двух опорных элементов 30а-с. Каждая реборда должна иметь достаточную площадь, так чтобы внутреннее сопло прочно упиралось в каркас. Например, толщина металлической оболочки стандартного внутреннего сопла не может быть использована в качестве опорной поверхности, так как ее толщина редко превышает 2 или 3 мм, что недостаточно для удержания внутреннего сопла на месте, в частности, когда новый разливочный стакан движется со скольжением в положение разливки, создавая при этом высокие напряжения сдвига.
В описании изобретения термин "система зажима" внутреннего сопла устройства для замены труб относится к комбинации зажимных элементов 50а-с и расположенных напротив опорных поверхностей 80а-с, предназначенных для зажима на месте сопряженных опорных элементов 30а-с внутреннего сопла, с их опорными ребордами 34а-с, которые упираются в опорные поверхности. Зажимные элементы прикладывают сжимающее усилие к поверхностям 32а-с зажима опорных элементов, которые расположены напротив опорных реборд 34а-с. Внутреннее сопло может дополнительно содержать одну или несколько следующих характеристик, изолированно или в комбинации.
Опорная поверхность выступает из периферийной поверхности плиты внутреннего сопла. Термин "периферийная поверхность" относится к поверхности, идущей от периферии нижней контактной поверхности плиты, преимущественно, по существу, в вертикальном направлении. Сопло содержит по меньшей мере два отдельных опорных элемента 30а-с, которые содержат соответствующие опорные реборды 34а-с. Термин "отдельный" относится к отличным, не смежным поверхностям. Они, например, могут быть разделены друг от друга зазором или ребром.
Каждая из опорных реборд имеет длину и ширину, превышающие 5 мм, а преимущественно равные 10 мм или больше. Таким образом, опорные реборды имеют достаточную площадь для закрепления сопла, упирающегося в каркас в его положении разливки.
Сопло может иметь три, и только три, отдельные опорные реборды 34а-с. Эта конфигурация сообщает высокую устойчивость внутреннему соплу, с равномерным распределением давления между всеми опорными элементами за счет средств зажима, аналогично стулу или столу с тремя ножками, которые являются более устойчивыми, чем при использовании четырех ножек. При использовании больше трех опорных реборд зажим может быть неудовлетворительным в случае небольших дефектов в их совмещении.
В предпочтительном варианте осуществления может быть задана вертикальная центральная продольная плоскость внутреннего сопла, которая содержит центральную ось Z сквозного расточного отверстия внутреннего сопла, при этом три опорные реборды 34а-с расположены в плоскости, перпендикулярной указанной вертикальной центральной продольной плоскости, с образование конфигурации в виде буквы Y на периферии металлической оболочки, причем основание Y расположено в указанной продольной плоскости, а две ветви Y расположены с двух сторон от указанной плоскости и встречаются в центроиде контактной поверхности внутреннего сопла. Две ветви Y преимущественно являются симметричными относительно центральной плоскости. Конфигурация в виде буквы Y опорных реборд 34а-с придает высокую стабильность зажиму сопла при ограниченном пространстве, занимаемом системой зажима, и при использовании очень простого способа зажима. Следует иметь в виду, что в случае симметричного внутреннего сопла, в котором разливочное отверстие находится в центроиде контактной поверхности или поверхности скольжения, центроид плиты внутреннего сопла соответствует центроиду сквозного расточного отверстия внутреннего сопла. С другой стороны, в случае несимметричного внутреннего сопла, например, имеющего прямоугольную форму, и в котором разливочный канал не расположен в центроиде контактной поверхности, центроид контактной поверхности отличается от центроида сквозного расточного отверстия.
Металлическая оболочка содержит основную поверхность с отверстием для размещения трубчатой секции сопла и боковые кромки, идущие от периметра основной поверхности. Обычно периметр основной поверхности может быть вписан в прямоугольник с двумя продольными кромками и с двумя поперечными кромками, причем продольное направление соответствует направлению замены плит в устройстве, когда внутреннее сопло зажато в положении разливки. Продольные и поперечные кромки могут соединяться под прямыми углами или могут соединяться с закругленными углами или со сложными углами. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления опорные реборды 34а-с предусмотрены только на поперечных кромках оболочки или на кромках, соединяющих поперечные кромки с продольными кромками. Выгодно располагать опорные реборды 34а-с в направлениях, перпендикулярных к продольному направлению, потому что зажимные средства, расположенные на нижней стороне части устройства для замены труб, когда они прижаты к плите сменного разливочного стакана вдоль поверхности скольжения внутреннего сопла, обычно расположены вдоль продольного направления. За счет расположения опорных реборд перпендикулярно к зажимным средствам получают более однородное распределение давления сжатия, приложенного к границе раздела между двумя плоскостями скольжения внутреннего сопла и разливочным стаканом.
Сопло содержит по меньшей мере два опорных элемента для прижима внутреннего сопла к опорной поверхности каркаса устройства для замены труб. Каждый опорный элемент 30а-с является частью металлической оболочки и содержит:
опорную реборду 34а-с и
поверхность 32а-с зажима, противоположную опорной реборде, к которой зажимной элемент должен прикладывать усилие зажима. Поверхность 32а-с зажима может быть частью основной поверхности оболочки или может быть отдельной от нее, как это показано на фиг.1 и 2.
Опорный элемент преимущественно полностью изготовлен из металла, так что существует только контакт металл-металл между опорными ребордами 34а-с и поверхностями 32а-с зажима. В этом варианте осуществления только к металлу приложены напряжения зажима, что позволяет предохранять огнеупорный материал внутреннего сопла. Альтернативно, металлические поверхности опорной реборды и поверхность зажима опорного элемента могут быть разделены неметаллическим материалом, таким как огнеупорный материал. В этом варианте осуществления металлические слои опорных элементов выдерживают все концентрации напряжений, созданные средством зажима, и распределяют их более равномерно в огнеупорном сердечнике, который имеет хорошую прочность на сжатие.
После прижима внутреннего сопла к каркасу устройства для замены труб опорные элементы сопла будут зажаты между опорной поверхностью каркаса и системой зажима.
Опорные реборды или поверхности зажима опорных элементом сопла могут быть выполнены в виде плоскостей. Альтернативно, эти поверхности могут иметь различные формы, например наклонную, выпуклую, вогнутую, структурированную или желобчатую. Опорные реборды или поверхности зажима могут быть расположены в плоскости, по существу, параллельной контактной поверхности 26. Опорные реборды или поверхности зажима преимущественно являются копланарными, преимущественно параллельными контактной поверхности 26. Важно, что эти поверхности являются подходящими для выполнения их функции в том, что касается геометрии, стойкости, толщины и т.п. Геометрия опорных элементов 30а-с должна обеспечивать сопряжение с зажимными элементами и с опорной поверхностью устройства для замены труб, в котором их используют. В дополнение к опорным ребордам или поверхностям зажима могут быть использованы дополнительные элементы, такие как волокна, уплотнения или элементы сжатия, соединенные с ними при помощи известных средств соединения (клей, механическое крепление, заделка и т.п.).
В соответствии с настоящим изобретением предлагается также металлическая оболочка для описанного здесь выше внутреннего сопла, а также способ изготовления внутреннего сопла, который включает в себя операцию сборки металлической оболочки и огнеупорного элемента.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается также сборка (узел) внутреннего сопла и устройства для замены труб, предназначенная для удержания и замены скользящих разливочных стаканов для разливки расплавленного металла из металлургического резервуара, причем внутреннее сопло содержит металлическую оболочку, а устройство содержит каркас, верхний участок которого находится в контакте по меньшей мере с одной опорной поверхностью сопла, и систему зажима, обращенную к верхней секции каркаса, выполненную так, чтобы нажимать на поверхность зажима внутреннего сопла, причем опорная поверхность внутреннего сопла предусмотрена на металлической оболочке и образована при помощи опорных реборд 34а-с по меньшей мере двух отдельных опорных элементов 30а-с.
Как уже было указано здесь выше, предлагается, чтобы поверхность внутреннего сопла, которая упирается в каркас, была изготовлена скорее из металла, а не из огнеупорного материала. Таким образом, когда система зажима прижата к внутреннему соплу, чтобы прижать его к каркасу, создается контакт металл-металл со всеми описанными выше благоприятными механическими свойствами.
В дальнейшем изложении, по существу, вертикальное направление, соответствующее направлению разливки, называют направлением Z, а центральную ось сквозного расточного отверстия внутреннего сопла называют осью Z, которая является параллельной направлению Z, когда внутреннее сопло установлено в его положении разливки в устройстве для замены труб. Продольное направление, соответствующее направлению замены плиты, называют направлением X, которое, по существу, является перпендикулярным к направлению Z, причем ось Х параллельна направлению Х и проходит через центроид разливочного отверстия устройства для замены труб.
В установке для непрерывной разливки расплавленного металла, например для непрерывной разливки расплавленной стали, устройство 10 для замены труб, предназначенное для удержания и замены скользящих разливочных стаканов, используют для разливки металла, который содержится в металлургическом резервуаре, например в разливочном устройстве, в другой резервуар, например в одну или несколько литейных форм. Устройство 10, частично показанное на фиг.3 и 4, установлено под металлургическим резервуаром при совмещении с отверстием в его дне, так чтобы ввести через него внутреннее сопло 12, закрепленное в каркасе устройства 10 для замены труб и прикрепленное к основанию металлургического резервуара, например, с использованием цемента. Вид сбоку типичного устройства для замены труб показан на фиг.1 в патенте ЕР 1289696. Сквозное расточное отверстие 14 внутреннего сопла 12 образует разливочный канал, а устройство 10 выполнено так, что оно может направлять скользящую плиту разливочного стакана в положение разливки, так что осевое расточное отверстие стакана входит во флюидную связь со сквозным расточным отверстием 14 внутреннего сопла. Для этого устройство 10 содержит средство 16 для направления скользящего сопла через впуск и от положения резерва в положение разливки. Например, средство для направления может быть выполнено в виде направляющих 16. Направляющие 16 расположены вдоль продольных кромок канала устройства 10 и идут от впуска устройства в холостое положение и в положение разливки. Более того, в положении разливки разливочного стакана устройство 10 содержит средство прижима, расположенное параллельно направлению X, предназначенное для прижима плиты разливочного стакана к контактной поверхности внутреннего сопла 12, например сжатые пружины, причем указанное средство прижима предназначено для приложения усилия к нижней поверхности каждой из двух продольных кромок скользящей плиты разливочного стакана, так чтобы ввести плиту в тесный контакт с контактной поверхностью внутреннего сопла 12 и, таким образом, создать герметичное соединение между сквозным расточным отверстием 14 внутреннего сопла и осевым отверстием разливочного стакана. Устройство 10 дополнительно содержит средство 20 для зажима внутреннего сопла, которое описано далее более подробно, выполненное так, чтобы прикладывать усилие к верхней поверхности (32а, 32b, 32с) зажима двух кромок внутреннего сопла 12, так чтобы удерживать противоположные опорные поверхности (34а, 34b, 34с) внутреннего сопла прижатыми к опорным поверхностям устройства 10. В описании настоящего изобретения поперечным направлением считают направление, которое не является параллельным направлению Х или пересекается с ним.
Внутреннее сопло 12 содержит металлическую оболочку 22 для облицовки всех поверхностей, кроме первой, контактной поверхности (26) плиты 24 внутреннего сопла, изготовленной из огнеупорного материала, как это показано на фиг.2 и 6. Металлическая оболочка 22 армирует огнеупорный элемент 24 и преимущественно сцеплена с плитой с использованием цемента. Огнеупорная плита играет основную роль в том, чтобы выдерживать высокие температуры, когда сопло контактирует с расплавленным металлом, однако его прочностные свойства, в частности сопротивление сдвигу, сопротивление трению и сопротивление износу, являются недостаточными, когда имеется концентрация напряжений. По этой причине огнеупорную плиту облицовывают металлической оболочкой, к которой приложены механические напряжения, но которая изолирована от любого возможного контакта с расплавленным металлом. Толщина металлической оболочки может варьироваться ориентировочно от 1 мм до значения больше чем 6 мм, причем металлическая оболочка имеет более толстые стенки тогда, когда она изготовлена из литейного чугуна. Металлическая оболочка удалена от контактной поверхности 26 внутреннего сопла (фиг.2 и 6), когда эта поверхность введена в тесный контакт с поверхностью скольжения плиты разливочного стакана. Металл не может быть использован для облицовки контактной поверхности, так как он будут поврежден с драматическими последствиями в случае любой утечки расплавленного металла. Как уже было указано здесь выше, контактная поверхность 26 внутреннего сопла предназначена для входа в тесный контакт с поверхностью скольжения разливочного стакана, когда указанное сопло толкают при помощи устройства 10 на место в положение разливки, то есть обращена к внутреннему соплу 12. Один конец сквозного расточного отверстия 14 внутреннего сопла открыт в контактной поверхности 26.
Опорные элементы 30а, 30b, 30с являются отдельными и выступают из периферийной поверхности 36 плиты внутреннего сопла 12, причем указанная поверхность 36 идет от периметра Рm до нижней контактной поверхности 26 плиты преимущественно, но не обязательно, по существу, в вертикальном направлении Z. В одном варианте осуществления огнеупорный материал может находиться между опорной ребордой и поверхностью зажима опорного элемента внутреннего сопла (фиг.6(b)). В этом варианте осуществления к части огнеупорного элемента приложены сжимающие напряжения от средства зажима 20, однако любые концентрации напряжений поглощаются и распределяются при помощи металлического слоя, отделяющего огнеупорный элемент от средства зажима и опорных поверхностей устройства для замены труб. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления опорные реборды и расположенные напротив поверхности зажима разделены только металлом (фиг.6(а)). Это гарантирует, что усилие зажима совсем не будет приложено к огнеупорному материалу, а будет приложено только к металлу. В примере, показанном на чертежах, три опорных элемента 30а, 30b, 30с полностью изготовлены из металла, так что только металл находится между опорными поверхностями 34а, 34b, 34с и поверхностями 32а, 32b, 32с зажима.
Как это показано на фиг.5 и 5(а), внутреннее сопло 12 может иметь две, по существу, продольные противоположные кромки 40а, 40b и две другие противоположные кромки 42а, 42b, по существу, перпендикулярные к продольным кромкам. Более того, вертикальная центральная продольная плоскость Р может быть задана осями Х и Z, а три опорных элемента 30а, 30b, 30с могут быть расположены в виде буквы Y на периферии 36 сопла 12, причем основание 44а буквы Y находится в центральной продольной плоскости Р и совпадает с осью X, а две ветви 44b, 44с буквы Y расположены по двум сторонам от указанной плоскости Р, причем все ветви буквы Y встречаются в центроиде 46 сквозного расточного отверстия 14 внутреннего сопла (если считать внутреннее сопло симметричным). Более конкретно, второй опорный элемент 30b и третий опорный элемент 30с имеют соответственно вторую опорную реборду 34b и третью опорную реборду 34с, которые расположены с разных сторон продольной плоскости Р. В описанном примере вторая и третья опорные реборды расположены симметрично, однако это не является обязательным. Более того, каждая из ортогональных проекций опорных реборд 34b, 34с на плоскость, параллельную контактной поверхности 26, имеет центроид 32'b, 32'с, расположенный под углом α (альфа) от 30 до 45° относительно продольной плоскости Р, относительно центра 46 внутреннего сопла 12, соответствующего центру разливочного отверстия 28. Кроме того, каждая из второй 34b и третьей 34с опорных реборд вписана в угловой сектор β (бета) от 10 до 20° относительно центра 46 внутреннего сопла 12. Более того, первый опорный элемент 30а имеет первую опорную реборду 34а, пересекающую продольную плоскость Р сопла 12. Более конкретно, опорная реборда 34а идет, по существу, симметрично относительно плоскости Р, причем центроид 32' этой поверхности расположен в плоскости Р. Опорная реборда 34а может быть вписана в угловой сектор γ (гамма) от 14 до 52° относительно центра 46 внутреннего сопла 12.
В конструктивных вариантах, показанных на чертежах, опорные элементы 30а, 30b, 30с, а следовательно, и опорные реборды 34а, 34b, 34с предусмотрены только на поперечных кромках 42а, 42b оболочки. Следует иметь в виду, что в случае внутреннего сопла, имеющего в целом прямоугольную форму, как это показано на фиг.5 и 5а, центральная продольная плоскость представляет собой плоскость, перпендикулярную к нижней контактной поверхности 26, которая содержит медиану двух более коротких сторон описанного прямоугольника.
Средства 20 зажима устройства для замены труб содержат два зажимных элемента, преимущественно расположенных перпендикулярно к оси X. Преимущественно три зажимных элемента 50а, 50b, 50с расположены в виде буквы Y у периферии внутреннего сопла 12 (фиг.3), причем первый зажимной элемент 50а в основании Y расположен на заднем участке центральной продольной плоскости Р, а второй 50b и третий 50с зажимные элементы, образующие ветви Y, расположены с двух сторон от переднего участка указанной плоскости Р. Можно видеть, что средства зажима установлены так, чтобы прикладывать усилие к поперечным кромкам 42а, 42b внутреннего сопла. Зажимные элементы 50а, 50b, 50с имеют конфигурацию, дополнительную к конфигурации опорных элементов 30а, 30b, 30с. Таким образом, первый 50а, второй 50b и третий 50с зажимные элементы прикладывают силу, F, соответственно к первой 34а, второй 34b и третьей 34с опорным ребордам, описанным выше (фиг.6). Зажимные элементы 50а, 50b, 50с установлены с возможностью перемещения между холостым положением и положением зажима. В положении зажима элементы 50а, 50b, 50с входят в контакт с поверхностями 32а, 32b, 32с зажима опорных элементов 30а, 30b, 30с, так чтобы прикладывать силу зажима за счет нажима на эти поверхности. Для этого зажимные элементы 50а, 50b, 50с могут быть приведены в действие при помощи поворотного устройства, действующего как кулачок, находящийся в контакте с элементами 50а, 50b, 50с. Факультативно, один или несколько из элементов 50а, 50b, 50с могут быть приведены в действие при помощи соединительной тяги.
Как это показано на фиг.3 и 4, когда внутреннее сопло 12 соединяют с устройством 10 для замены труб, опорные реборды 34а, 34b, 34с упираются в соответствующие опорные поверхности 80а, 80b, 80с, предусмотренные на каркасе 31. Таким образом, опорные элементы 30а, 30b, 30с будут зажаты между зажимными элементами 50а, 50b, 50с и опорными поверхностями 80а, 80b, 80с каркаса. Опорная поверхность Ра, образованная при помощи поверхностей 34а, 34b, 34с, преимущественно вертикально смещена вверх от плоскости Pg скольжения, что позволяет выдвинуть плоскость скольжения вперед в положение, подходящее для создания тесного контакта с плоскостью скольжения разливочного стакана. В показанном примере опорные реборды 34а, 34b, 34с представляют собой нижние поверхности опорных элементов, причем система зажима прикладывает силу, в частности, направленную вниз, сверху к поверхностям 32а, 32b, 32с зажима опорных элементов. Однако можно перевернуть опорные реборды и поверхности зажима, и тогда система зажима будет прикладывать направленную вверх силу. В этом случае внутреннее сопло будет прижато вверх за счет приложения направленной вверх силы. В таком конструктивном варианте опорные элементы 30а, 30b, 30с также могут быть зажаты между зажимным элементом и опорной поверхностью.
Как это показано на фиг.6, опорные элементы преимущественно выполнены в виде металлических опорных выступов, выступающих из периметра плиты, которые содержат опорные реборды и расположенную напротив поверхность зажима, подходящую для приема средств зажима в приемный участок внутреннего сопла устройства для замены труб. В одном варианте осуществления, показанном на фиг.6(b), опорная реборда опорного выступа отделена от расположенной напротив поверхности зажима при помощи огнеупорного материала, зажатого между двумя слоями металла. Слои металла опорной реборды и поверхности зажима поглощают сжимающие напряжения от средств зажима и опорной поверхности устройства для замены труб и распределяют их равномерно в промежуточном огнеупорном участке, что позволяет поглощать и ослаблять все концентрации напряжений. Аналогично, при замене разливочного стакана, значительные сдвигающие напряжения, приложенные к контактной поверхности внутреннего сопла, будут поглощаться слоями металла.
В другом варианте осуществления, показанном на фиг.6(а), опорная реборда опорного выступа может быть отделена от расположенной напротив поверхности зажима только металлом. В этом варианте осуществления все напряжения сжатия, созданные за счет зажима внутреннего сопла в его заданном положении, приложены к металлу, а к огнеупорному материалу эти напряжения сжатия не приложены. В этом варианте осуществления увеличивается срок службы огнеупорного материала.
Среди преимуществ сопла 12, которое используют с описанным выше устройством 10 для замены труб, следует отметить то, что опорные реборды 34а, 34b, 34с, изготовленные из металла и являющиеся частью металлической оболочки, изнашиваются медленнее, чем если они изготовлены из огнеупорного материала 24, причем существует меньшая вероятность их растрескивания под действием концентраций напряжений.
В частности, настоящее изобретение имеет отношение к созданию внутреннего сопла устройства для удержания и замены плит, например устройства для замены труб или для замены калиброванных плит. Сопло в соответствии с настоящим изобретением также может быть использовано в устройстве для удержания и замены плит, в котором, например, кассета, которая содержит две или несколько плит, перемещается со скольжением перед разливочным отверстием металлургического резервуара.
Другое преимущество настоящего изобретения заключается в том, что металлическая оболочка 22 может быть использована повторно для облицовки второго огнеупорного элемента 24.
Внутреннее сопло также может содержать множество огнеупорных элементов, соединенных вместе до использования. В частности, плита сопла и трубчатый участок сопла могут быть двумя отдельными элементами.
Позиционные обозначения
10 устройство для удержания и замены плит
12 внутреннее сопло
16 направляющее средство
20 система зажима
22 металлическая оболочка
26 нижняя контактная поверхность
28 выпускное отверстие
30а, 30b, 30с опорный элемент
31 каркас
32а, 32b, 32с поверхности зажима
34а, 34b, 34с опорная поверхность (опорная реборда)
36 периферийная поверхность
40а, 40b продольные кромки
42а, 42b поперечные кромки
80а, 80b, 80с опорная поверхность устройства
Ра опорная плоскость
Pg плоскость скольжения
Х направление замены плиты
Y поперечное направление
Z направление разливки
1. Внутреннее сопло (12) для разливки расплавленного металла из металлургического резервуара, содержащее:
a) трубчатый участок (24) с осевым сквозным расточным отверстием, задающим первое направление (Z) и флюидно соединяющим впускное отверстие (14) и выпускное отверстие (28);
b) плиту, которая имеет плоскость (Pg) скольжения в виде нижней плоской контактной поверхности (26), которая имеет периметр (Рm) и перпендикулярна к указанному первому направлению (Z), причем указанная контактная поверхность содержит выпускное отверстие (28) и вторую поверхность, расположенную напротив нижней контактной поверхности (26) и соединяющую стенки трубчатого участка (24) с боковыми кромками (40a-b, 42a-b) плиты, причем указанные боковые кромки идут от нижней контактной поверхности (26) до второй поверхности и образуют периметр и толщину плиты;
c) металлическую оболочку (22) для облицовки по меньшей мере части или всех боковых кромок (40a-b, 42a-b) и указанной второй поверхности, при этом оболочка имеет металлическую опорную поверхность (34а, 34b, 34с), обращенную к плоскости (Pg) скольжения и заглубленную относительно нее, идущую от облицованного участка боковых кромок (40a-b, 42a-b) поверх периметра (Рm) контактной поверхности (26),
отличающееся тем, что опорная поверхность (34а, 34b, 34с) образована ребордами (34а, 34b, 34с) по меньшей мере двух отдельных опорных элементов (30a, 30b, 30с), распределенных вокруг периметра плиты.
2. Сопло по п.1, в котором реборды (34а, 34b, 34с) по меньшей мере двух опорных элементов (30a, 30b, 30с) имеют длину и ширину, каждая из которых составляет по меньшей мере 5 мм, преимущественно по меньшей мере 10 мм, причем высота опорного элемента преимущественно составляет по меньшей мере 10 мм.
3. Сопло по п.1 или 2, в котором опорная поверхность (34а, 34b, 34с) образована ребордами (34а, 34b, 34с) трех отдельных опорных элементов (30а, 30b, 30с), распределенных вокруг периметра плиты, причем центроиды ортогональных проекций на плоскость (Pg) скольжения соответствующих реборд (34а, 34b, 34с) образуют вершины треугольника.
4. Сопло по п.3, в котором треугольник, образованный центроидами проекций трех опорных реборд, определен при помощи одной или любой комбинации любых следующих геометрий:
a) первая высота X треугольника, которая проходит через первую вершину X, является, по существу, параллельной первой оси (X);
b) первая медиана X треугольника, которая проходит через вершину X, является, по существу, параллельной указанной первой оси (X);
c) треугольник является таким, что высота Х или медиана Х пересекает центральную ось (Z) сквозного расточного отверстия сопла у центроида (46) сквозного расточного отверстия;
d) все углы треугольника являются острыми;
e) треугольник является равнобедренным, преимущественно в соответствии с (с), предпочтительно в соответствии с (с) с вершиной Х, которая представляет собой точку встречи двух сторон равной длины, преимущественно в соответствии с (с) и (d);
f) треугольник в соответствии с (с), в котором угол 2α, образованный при помощи центра (46) сквозного расточного отверстия и двух других вершин треугольника, кроме вершины X, составляет от 60 до 90°; и
g) треугольник, в котором угол, образованный вершиной X, составляет менее 60°.
5. Сопло по п.4, в котором опорная реборда (34а), соответствующая вершине X, перекрывает угловой сектор, γ, от 14 до 52°, а две другие опорные реборды (34b, 34с) перекрывают угловой сектор, β, от 10 до 20°, причем все углы измерены относительно центроида (46) сквозного расточного отверстия.
6. Сопло по п.4, в котором внешний гребень опорной реборды (34а), соответствующий вершине X, имеет касательную, которая пересекает перпендикулярно первую ось (X).
7. Сопло по п.1, в котором металлическая оболочка (22) содержит две пары противоположных кромок (40а, 42а, 40b, 42b) с двумя продольными кромками (40а, 40b) и двумя поперечными кромками (42а, 42b), причем ни один из по меньшей мере двух опорных элементов (34а, 34b, 34с) не предусмотрен на продольных кромках оболочки.
8. Сопло по п.1, в котором опорные реборды всех опорных элементов лежат в одной плоскости, параллельной плоскости (Pg) скольжения.
9. Сопло по п.1, в котором по меньшей мере один из опорных элементов (30а, 30b, 30с) выполнен в виде металлического опорного выступа, выходящего из периметра плиты, который содержит опорную реборду и расположенную напротив поверхность зажима, предназначенную для приема средства зажима в участок приема внутреннего сопла устройства для замены труб.
10. Сопло по п.9, в котором опорная реборда по меньшей мере одного опорного выступа отделена от расположенной напротив поверхности зажима только металлом.
11. Сопло по п.9, в котором опорная реборда по меньшей мере одного опорного выступа отделена от расположенной напротив поверхности зажима при помощи слоя огнеупорного материала, расположенного между двумя слоями металла.
12. Металлическая оболочка (22) для облицовки плиты внутреннего сопла по одному из пп.1-11, причем по меньшей мере участка или всей второй поверхности и боковых кромок (40a-b, 42a-b), содержащая первую основную поверхность с отверстием для размещения трубчатой части сопла и боковые кромки, идущие от периметра первой основной поверхности, причем указанные боковые кромки поддерживают опорную поверхность (34а, 34b, 34с), при этом опорная поверхность (34а, 34b, 34с) разделена при помощи реборд (34а, 34b, 34с) по меньшей мере на два отдельных опорных элемента (30а, 30b, 30с), распределенных вокруг периметра оболочки.
13. Разливочный узел для металлургического резервуара, содержащий устройство (10) для удержания и замены скользящих разливочных стаканов для разливки расплавленного металла из металлургического резервуара и внутреннее сопло по одному из пп.1-11, в котором внутреннее сопло содержит опорную поверхность (34а, 34b, 34c), а устройство для замены труб содержит:
- каркас (31) с разливочным отверстием, который имеет опорную поверхность (80а, 80b, 80с), смежную с периметром указанного разливочного отверстия и предназначенную для приема опорной поверхности (34а, 34b, 34с) внутреннего сопла (12) и для контактирования с ней;
- систему (20) зажима, обращенную к опорной поверхности (80а, 80b, 80с) и выполненную с возможностью нажатия на поверхность (32а, 32b, 32с), противоположную опорной поверхности (34а, 34b, 34с) внутреннего сопла, называемую поверхностью зажима;
при этом опорная поверхность (34а, 34b, 34с) внутреннего сопла (12) выполнена из металла.
14. Способ изготовления внутреннего сопла для разливки расплавленного металла из металлического резервуара по одному из пп.1-11, характеризующийся тем, что он включает операцию сборки металлической оболочки (22) по п.12 и огнеупорного элемента плиты внутреннего сопла.
