Результат интеллектуальной деятельности: КЕРАМИЧЕСКИЙ ОГНЕУПОРНЫЙ СТОПОР

Предметом изобретения является керамический огнеупорный стопор (стопорное устройство) для регулирования расхода жидкого металла через выпускное отверстие металлургического резервуара, например промежуточного разливочного устройства.

Родовой тип керамических огнеупорных стопоров включает в себя выполненный в форме стержня корпус стопора, один конец которого выполнен для закрепления на соответствующем подъемном механизме, а другой конец которого выполнен в форме так называемой стопорной пробки. Выполненный в форме стержня корпус стопора задает центральную продольную ось.

Как хорошо известно, в сталеразливочных ковшах такой стержень стопора, который в большинстве случаев представляет собой цельный стержень стопора, располагают в вертикальном положении, чтобы посредством срабатывания на подъем изменять площадь поперечного сечения сопряженного выпускного отверстия соответствующего металлургического резервуара. В данном случае любые привязки к направлению, указанные в приведенном ниже описании, такие как «верх», «низ», «верхний и нижний концы», всегда означают привязку к рабочему вертикальному положению, как показано на прилагаемом чертеже, см. фиг. 1.

Стержни стопоров этого типа также используются для впуска газа, например инертного газа, прежде всего аргона, в расплавленную сталь для удаления неметаллических включений из жидкого металла.

Согласно ЕР 1188502 В1 газ подается вдоль центральной линии подачи газа от верхнего конца стопора в сторону стопорной пробки. Обычно эта линия подачи газа выполняется в виде центровой расточки в корпусе стопора. ЕР 1188502 В1 предусматривает различные конструктивные выполнения для продолжения движения газа в направлении вниз через стопорную пробку к ее внешней поверхности и дальше в окружающий расплав. Согласно конструктивному выполнению на фиг. 6(A) в упомянутом ЕР 1188502 В1 основная линия подачи газа переходит в отдельный газовый канал уменьшенного диаметра, причем газовый канал простирается вдоль центральной продольной оси стопора вплоть до выхода из стопорной пробки на самом нижнем участке ее поверхности (уровень техники, см. фиг. 1).

Следовательно, газ выходит из стопорного устройства в направлении вдоль центральной продольной оси. Вблизи этого выпускного участка соответствующий расплавленный металл имеет относительно низкую скорость, недостатком чего является то, что транспортировка аргона замедляется и наступает так называемое закупоривание (осаждение отвержденного материала) вокруг выпускного отверстия газового канала по внешней поверхности стопорной пробки.

Согласно конструктивному выполнению на фиг. 6(В) ЕР 1188502 В1 один газовый канал заменен целым рядом газовых каналов, которые все начинаются в одной и той же точке, приходящейся на линию вдоль центральной продольной оси стопора, но затем расходятся между собой в направлениях к свободной внешней поверхности стопорной пробки.

Эта конструкция только уменьшает интенсивность возникающего закупоривания. Частички отвержденной стали могут перекрывать соответствующие газовые каналы.

Цель настоящего изобретения заключается в создании стопорного устройства для регулирования расхода жидкого металла из резервуара, которое устраняет вышеупомянутые недостатки и улучшает качество стали.

В основу изобретения положен традиционный керамический огнеупорный стопор вышеупомянутого родового типа, включающий в себя выполненный в форме стержня корпус стопора, задающий центральную продольную ось стопора, и по меньшей мере одну линию подачи газа, простирающуюся внутри корпуса стопора по направлению к стопорной пробке.

Согласно изобретению последующая транспортировка газа (в направлении вниз в стопорную пробку и через выпускное отверстие по меньшей мере одного газового канала в расплав) обеспечивается благодаря следующей конструкции:

- по меньшей мере одна линия подачи газа переходит в цилиндрический газовый канал,

- цилиндрический газовый канал простирается концентрически относительно центральной продольной оси стопора внутри стопорной пробки к ее свободной внешней поверхности.

В отличие от обособленных газовых каналов (отверстия для продувки газа) согласно уровню техники, цилиндрический газовый канал предусмотрен внутри стопорной пробки (также называемой наконечником корпуса стопора). В зависимости от диаметра цилиндрического газового канала, прежде всего, на участке его одного выпускного отверстия кольцеобразной формы, газ подается на определенное расстояние к самой нижней точке стопорной пробки (в ее рабочем положении) и в этих пределах в зону, через которую расплавленный металл проходит с повышенной скоростью.

Это обеспечивает, что покидающий стопор (выходящий через наконечник стопора) газ захватывается потоком расплавленного металла без опасности закупоривания.

Идея изобретения основана на проработке технической особенности, обеспечивающей выполненное в форме кольца выпускное отверстие газового канала на внешней поверхности нижнего конца корпуса стопора, которая соответствует нижней внешней поверхности стопорной пробки (наконечника стопора), которая конструктивно обычно выполнена изогнутой.

Газовая щель должна проходить на определенном расстоянии относительно центральной продольной оси корпуса стопора таким образом, чтобы газ выходил из стопорной пробки в положении над крайней нижней точкой стопорной пробки, где проходящий расплавленный поток имеет более высокую скорость. Это радиальное расстояние должно составлять по меньшей мере десятикратную величину значения ширины газового канала и может быть больше нее в 20 или 30 раз. Условный проход может составлять примерно 0,5-8 см, например 1-6 см.

Согласно одному конструктивному выполнению ширина газового канала, замеренная перпендикулярно направлению подачи газа, составляет менее 1 мм, например 0,6, 0,5, 0,4 или 0,3 мм, и в этих пределах оказывается намного меньшей, чем отдельная расточка, например газовый канал согласно уровню техники с диаметром обычно от 1 до 5 мм.

Вследствие цилиндрической геометрии и малой ширины газового канала поток газа осуществляется между внутренней и внешней горячей поверхностью, улучшая теплообмен между корпусом стопора и газом, выходящим из газового канала с намного более высокой температурой по сравнению с упомянутыми традиционными устройствами согласно уровню техники. Кроме того, более горячий газ исключает отверждение расплава на выходе газового канала, а также инфильтрацию расплава в газовый канал.

Что касается приводимой в изобретении ссылки на «цилиндрический газовый канал», то необходимо отметить, что выражение «цилиндрический» не обязательно означает цилиндр с постоянным диаметром, хотя он и считается одним из возможных конструктивных выполнений.

Таким образом, изобретение предусматривает различные конструктивные решения, такие как:

а) цилиндрический газовый канал, простирающийся параллельно центральной продольной оси стопора,

б) цилиндрический газовый канал с меньшим диаметром на его конце в пределах стопорной пробки и с большим диаметром на его конце вдоль свободной внешней поверхности стопорной пробки,

в) цилиндрический газовый канал с большим диаметром на его конце в пределах стопорной пробки и с меньшим диаметром на его конце вдоль свободной внешней поверхности стопорной пробки.

Альтернативные решения б) и в) включают в себя газовые каналы, простирающиеся, по меньшей мере частично, радиально по отношению к центральной продольной оси стопора. Во все конструктивные решения газовых каналов заложена отличительная особенность - выпускное отверстие кольцеобразной формы для газа, предусмотренное в газовом канале на поверхности стопорной пробки. Изобретение включает в себя конструктивные выполнения с более чем одним цилиндрическим газовым каналом концентрического расположения в зоне стопорной пробки, причем окружающие огнеупорные компоненты скрепляются друг с другом, например, с помощью огнеупорных кирпичей, как будет описано далее по тексту.

Как упоминалось выше, традиционные керамические огнеупорные стопоры могут изготавливаться как так называемые моноблочные стопоры (цельные стопоры). Подобная моноблочная конструкция также может быть реализована в рамках концепции изобретения, но вполне понятно, что при этом должны быть предусмотрены огнеупорные перемычки вдоль цилиндрического газового канала, чтобы исключить разрыв между огнеупорными материалами внутри и снаружи газового канала. В этом отношении известно, что, если рассматривать пробки каналов для продувки газом, в керамический материал вставляют соответствующий шаблон, который соответствует цилиндрической конструкции окончательного газового канала и включает в себя отверстия вдоль его стенного участка. В процессе изготовления корпуса стопора, например посредством прессования, прежде всего изостатического прессования, дозируемый керамический материал проходит через эти отверстия, образуя перемычки из (керамического) материала.

Во время последующего обжига опрессованного стопора материал шаблона выгорает, задавая тем самым нужный цилиндрический газовый канал с монолитными огнеупорными перемычками, как описано выше.

Другая конструкция нового огнеупорного керамического стопора отличается вставкой, которую располагают в стопорной пробке таким образом, что вставка задает один внутренний стенной участок газового канала, в то время как стопорная пробка задает другой внешний стенной участок цилиндрического газового канала.

Могут быть реализованы различные конструктивные решения подобной вставки.

Согласно одному конструктивному выполнению вставка включает в себя первую секцию, задающую внутреннюю поверхность цилиндрического газового канала, и сопряженную вторую секцию (сверху), задающую границу по меньшей мере одной линии подачи газа или в альтернативном решении задающую вторую секцию проходящей здесь сквозной линии подачи газа. Другими словами, линия подачи газа на его конце рядом с наконечником стопора и/или его в пределах реализована между указанной вставкой и внутренней стенкой корпуса стопора (включая наконечник), как показано на прилагаемом чертеже. Эта конструкция позволяет задавать более чем одну линии подачи газа для непрерывной подачи газа в цилиндрический газовый канал.

Чтобы реализовать линию(-и) подачи газа и/или газовый канал, можно выполнить установку одного или нескольких соответствующих шаблонов, как описано выше, с их выгоранием после прессования. Вместо использования горючего шаблона по меньшей мере на одну из соответствующих поверхностей может быть нанесен легковоспламеняющийся пластичный материал и/или другие горючие материалы, такие как полимерная пленка.

Это позволяет выполнить предварительное опрессование вставки, накрыть ее указанным горючим материалом и опрессовать ее вместе с корпусом стопора, например, на установке изостатического пресса. Сгорание горючего материала может быть обеспечено в процессе последующего обжига (спекания) этого керамического стопора.

Для обеспечения оптимизированного потока газа в одном из конструктивных выполнений предусмотрена ротационно-симметричная вставка.

Согласно другому конструктивному выполнению вставка может быть выполнена профилированной вдоль ее внешней поверхности. На внешней поверхности вставки могут быть предусмотрены по меньшей мере один выступ или по меньшей мере одно углубление, которые согласованы по меньшей мере с одним соответствующим углублением или по меньшей мере одним соответствующим выступом вдоль соответствующей внутренней поверхности стопорной пробки для достижения соединения с геометрическим замыканием между вставкой и стопорной пробкой и, таким образом, для исключения ослабления посадки вставки. Для этой же цели можно использовать другие соединения в шпунт и/или другие элементы крепления, например болты.

Технический эффект такого конструктивного решения соответствует эффекту вышеупомянутых «огнеупорных перемычек».

В случае с огнеупорными перемычками может быть реализовано непрерывное керамическое или химическое соединение между корпусом стопора (включая стопорную пробку) и вставкой.

Другие отличительные особенности изобретения будут выведены из дополнительных пунктов формулы изобретения и другой заявочной документации. Стопор можно реализовать посредством произвольного комбинирования заявленных конструктивных признаков, если они явно не исключают другу друга.

Необходимо отметить, что выражения типа «в форме стержня» и т.п. всегда относятся к изготовленному техническому изделию и в этом контексте указывают на соответствующие технические особенности, а не используются в строго математическом смысле.

Далее будет приведено описание известного на сегодняшний день решения и предмета изобретения со ссылкой на прилагаемый эскизный чертеж, на котором показаны:

Фиг. 1: традиционный стержень стопора согласно уровню техники и сопряженное выпускное отверстие металлургического резервуара,

Фиг. 2: вид в разрезе первого конструктивного выполнения нового стопора,

Фиг. 3: второе конструктивное выполнение вставки,

Фиг. 4: третье конструктивное решение вставки.

Конструкция стопора согласно фиг. 1 соответствует конструкции, описанной в ЕР 1188502 В1 (фиг. 6а). Стопор имеет корпус 12 стопора со стопорной пробкой 14 на своем нижнем конце и элементы крепления F (для соответствующего подъемного приспособления) на своем верхнем конце. Газ поступает вдоль центральной линии 16 подачи газа по направлению стрелки Τ в сторону стопорной пробки 14 с подводом в газовый канал 18 с уменьшенным внутренним диаметром и выходит из стопора в самой нижней точке Ρ этого газового канала 18, когда стопор находится в показанном здесь рабочем положении и в состоянии соосного выставления по центральной продольной оси (А-А) стопора.

В этой точке Ρ скорость движения соответствующего расплавленного металла Μ относительно низкая. Именно по этой причине по периметру выпускного отверстия газового канала 18 может формироваться относительно большой газовый пузырь В и возникает закупоривание.

На фиг. 2 показана нижняя часть стопора новой конструкции.

Согласно уровню техники, корпус 12 стопора задает центральную линию 16 подачи газа и имеет стопорную пробку 14. И здесь центральная продольная ось этого стопора задана линией А-А.

Соосно указанной оси А-А расположена цилиндрическая вставка 30 с постоянным диаметром, расположенная в стопорной пробке и в удлинении линии 16 подачи газа. Вставка 30 имеет первую нижнюю секцию 32 и вторую верхнюю секцию 34. Верхняя секция 34 задает внутреннюю границу 34b нижнего участка линии подачи 16, которая отличается на этом участке тремя отдельными линиями 16i подачи газа, проходящими вертикально (и в направлении вниз) в сторону первой нижней секции 32 вставки 30 с разнесением между собой, в данном случае - с разбивкой по 120 градусов. Поэтому в виде в разрезе на фиг. 2 можно видеть только одну из линий 16i подачи газа.

Кроме того, верхняя секция 34 отличается наличием углубления 34d на поверхности, в которое с соблюдением геометрического замыкания по форме заходит соответствующий (радиальный) выступ 14d внутренней стенки 12w корпуса 12 стопора, чтобы исключить разобщение корпуса 12 стопора (или, соответственно, стопорной пробки 14) и вставки 30.

Три линии 16i подачи газа соединены по принципу гидравлического сообщения с линией 16 подачи газа и соединены по принципу гидравлического сообщения с цилиндрическим газовым каналом 38, расположенным между нижней частью 32 вставки 30 и соответствующим участком внутренней стенки 12w стопорной пробки.

Поток газа осуществляется следующим образом.

Поток газа движется вдоль линии 16 подачи газа в направлении вниз (стрелка Т), затем поступает в три линии 16i подачи газа, расположенные между верхней секцией 34 вставки 30 и внутренней стенкой 12w корпуса 12 стопора, а в завершение - вдоль цилиндрического газового канала 38, прежде чем выйти из стопорной пробки 14 через ее выпускное отверстие кольцеобразной формы для газа (с диаметром примерно в 6 см) на свободном нижнем конце газового канала 38 и попасть в расплавленный металл М.

Газовый канал 38 составляет 0,6 мм по ширине (перпендикулярно оси А-А) и исключает опасность инфильтрации расплава, одновременно обеспечивая прохождение расплавленного потока через это выпускное отверстие кольцеобразной формы, чтобы вымыть поток улетучивающегося газа без угрозы закупоривания.

Конструктивное выполнение на фиг. 3 аналогично таковому на фиг. 2, но с оговоркой, что нижняя секция 32 вставки 30 выполнена в форме усеченного конуса и соответственно имеет трапецеидальное поперечное сечение в виде в разрезе на фиг. 3.

Поток газа покидает этот газовый канал в направлении, показанном стрелкой G.

Альтернативный вариант компоновки вставки 30 и газового канала 38 соответственно представлен на фиг. 3 пунктирными линиями 38′ и отличается наличием оконечной части газового канала 38′, простирающейся в радиальном направлении относительно центральной продольной оси стопора, т.е. в показанном положении - горизонтально.

Стопор на фиг. 4 соответствует таковому на фиг. 3, но с оговоркой, что нижняя часть 32 вставки 30 выполнена со скосом наоборот, т.е. ее диаметр на ее конце, обращенном к верхней секции 34, больше, чем на ее нижнем конце, т.е. на участке выпускного отверстия кольцеобразной формы для газа.

Кроме того, судя по фиг. 3, можно заключить, что вставка 30 имеет искривленную нижнюю поверхность, повторяющую куполообразную форму нижнего конца стопорной пробки 14.

В нижней части на фиг. 2-4 приведена деталировка, показывающая стопорную пробку в виде снизу.