Результат интеллектуальной деятельности: СТОПОРНЫЙ СТЕРЖЕНЬ

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию стопора, который используют в качестве детали клапанного механизма для управления потоком расплавленного материала, текущим из резервуара через донный выпуск. Более конкретно, настоящее изобретение имеет отношение к созданию огнеупорных моноблочных стопоров, то есть выполненных в виде единого целого керамических стопорных стержней, которые широко используются для управления потоком расплавленного металла, вытекающего через разливочный стакан, установленный на дне содержащего расплав резервуара, например литейного ковша или разливочного устройства. Такие стопорные стержни обычно применяют при разливке стали через отверстие в основании разливочного устройства через разливочные стаканы и кожухи в водоохлаждаемый кристаллизатор (в водоохлаждаемую литейную форму).

Обычно такие стопоры представляют собой удлиненные цилиндрические керамические огнеупорные корпуса из полученного при помощи изостатического прессования графита/оксида алюминия, имеющие у нижнего конца закругленный или суженный профиль (носовую часть стопора), пригодный для вхождения в горловину соответствующего выпускного разливочного стакана, и имеющие у верхнего конца некое средство соединения, предназначенное для крепления стопора во внешнем подъемном механизме, при помощи которого производят управление потоком.

Принцип работы стопора является очень простым. Механическую подъемную систему используют для вертикального подъема стопорного стержня из положения закрывания разливочного стакана, для того, чтобы в большей или меньшей степени регулировать объем расплавленного металла, протекающего через разливочный стакан. Однако на практике такой стопорный стержень должен работать в тяжелых условиях окружающей среды, так как он остается погруженным в расплавленный металл в течение продолжительных периодов времени и должен выдерживать значительные термические удары, которые случаются в процессе разливки.

Стоимость (цена) стопора главным образом определяется стоимостью ручной работы и количеством использованного огнеупорного материала. Уже были предприняты попытки снижения стоимости за счет снижения веса стопора. Однако в таких случаях особое внимание следует уделять тому, чтобы избежать потери прочности. В патенте ЕР-А-625391 раскрыт желобчатый стопор, на внешней поверхности которого предусмотрено множество осевых канавок. Таким образом, внешняя поверхность стопора имеет волнистый контур, который содержит чередующиеся выступы и впадины, позволяющие получить желобчатую конструкцию. Утверждается, что такая конструкция позволяет иметь прочность, равноценную прочности обычного цилиндрического стопора. Однако следует иметь в виду, что время, которое требуется для удаления стопора из его сложной литейной формы, значительно перевешивает экономию огнеупорного материала.

В связи с изложенным желательно создать стопор с такой конструкцией, которая позволяла бы использовать меньше огнеупорного материала без потери прочности стопора, однако при возможно меньшем объеме ручной работы. Задачей настоящего изобретения является создание стопора, позволяющего решить указанные проблемы.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается огнеупорный моноблочный стопор главным образом цилиндрической формы, который имеет верхний конец, нижний конец и осевое отверстие, которое идет вниз от верхнего конца, причем в осевом отверстии на расстоянии d (d заканчивается у середины подъемного механизма) от верхнего конца предусмотрено средство крепления, предназначенное для крепления стопора к подъемному механизму, при этом стопор разделен на 3 участка (А, В, С), а именно первый участок (А), который идет от верхнего конца в направлении нижнего конца и имеет длину, которая превышает d, второй участок (В), который идет от первого участка (А) в направлении нижнего конца, и третий участок (С), который идет от второго участка (В) и содержит носовую часть стопора, которая заканчивается у нижнего конца стопора. Стопор в соответствии с настоящим изобретением характеризуется тем, что среднее сечение второго участка (В) меньше, чем сечение первого участка (А), причем самое большое сечение третьего участка (С) больше, чем самое малое сечение второго участка (В).

Настоящее изобретение основано на том наблюдении, что точки с самыми высокими механическими напряжениями стопора обычно расположены вокруг средства крепления стопора к подъемному механизму (на расстоянии, которое обычно превышает расстояние d от верхнего конца). В противоположность общепризнанному в данной области техники мнению, авторы настоящего изобретения осознали, что нет необходимости иметь существенную толщину огнеупорного материала по всей длине стопора, для того чтобы он мог надежно работать в тяжелых условиях. Поэтому они решили сохранить обычную толщину огнеупорного материала вокруг средства крепления стопора к подъемному механизму (первый участок) и вокруг носовой части стопора (третий участок), которая должна оставаться пригодной для введения в горловину соответствующего выпускного разливочного стакана, и снизить толщину огнеупорного материала на промежуточном участке (второй участок), в результате чего удается существенно снизить вес стопора без какой-либо заметной потери прочности стопора.

Можно было бы также уменьшить размер третьего участка, однако преимущественно таким образом, чтобы самое большое сечение третьего участка (С) было больше, чем среднее сечение второго участка (В), так чтобы носовая часть стопора (третий участок) оставалась пригодной для введения в горловину соответствующего обычного выпускного разливочного стакана.

Длина первого участка преимущественно по меньшей мере равна 2d.

Сечение первого участка должно быть достаточно большим, чтобы обеспечивать требуемую прочность стопора вокруг средства крепления. Специалистам в данной области известен необходимый для этого диапазон сечений, применяемый для обычных стопоров. Сечение этого участка может слегка сужаться в направлении нижнего конца, но преимущественно оно остается главным образом постоянным.

Первый и третий участки преимущественно являются возможно более короткими, чтобы увеличить экономию материала. Длина первого участка преимущественно не должна превышать 4-5d, при этом третий участок ограничивается носовой частью стопора.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что второй участок (В) имеет пониженную толщину по сравнению с толщиной первого (А) и третьего (С) участков.

Снижение толщины второго участка может быть обеспечено за счет главным образом вогнутого профиля в вертикальном виде сбоку. В соответствии с другими вариантами второй участок (В) имеет форму гиперболоида или простого конуса.

Однако для упрощения изготовления и в особенности для упрощения выемки из литейной формы второй участок (В) преимущественно содержит первый подучасток (В1), который идет в направлении вниз от первого участка (А) и имеет постепенно уменьшающееся сечение, и второй подучасток (В2), который идет от нижней границы первого подучастка (В1) до нижней границы второго участка (В) и имеет главным образом постоянное сечение. Для того чтобы повысить экономию материала, сечение на первом подучастке (В1) преимущественно должно уменьшаться возможно быстрее.

Конусность должна быть такой, чтобы механические напряжения в любой точке не превышали напряжения в непосредственной близости от крепления; обычные расчеты сопротивления материалов позволяют определить минимальные сечения, необходимые для обеспечения такого результата.

Аналогично тому, что известно для обычных стопоров, стопор в соответствии с настоящим изобретением может быть использован совместно со средством для введения газа, а преимущественно инертного газа, который может быть введен в расплавленный металл в ходе операций разливки. Обычно в таком случае газ вводят в осевое отверстие стопора, через которое газ проходит до нижнего конца стопора, где он может быть непосредственно введен в расплавленный металл через отверстие или пористый материал.

В соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы любые виды креплений, в том числе отпрессованные совместно металлические или керамические вставки и т.п.

Хорошо известно, что различные части стопора могут быть изготовлены из различных композиций (пористая или стойкая к эрозии композиция для носовой части, стойкая к шлаку композиция для гильзы у уровня (линии) шлака, композиция с повышенной прочностью или проницаемостью вокруг крепления).

Носовая часть стопора в соответствии с настоящим изобретением может иметь любую форму, подходящую для вхождения в горловину соответствующего выпускного разливочного стакана. При необходимости она может иметь защитное покрытие, такое как, например, глазурь.

Стопор в соответствии с настоящим изобретением может быть изготовлен в соответствии с обычными и хорошо известными способами изготовления огнеупорных моноблочных стопоров, такими как изостатическое прессование в соответствующей пресс-форме и извлечение из пресс-формы, после чего при необходимости следует операция механической обработки извлеченного из пресс-формы корпуса стопора.

Далее будет описан один из вариантов настоящего изобретения в качестве примера со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг.1 схематично показан известный ранее стопор.

На фиг.2 схематично показан стопор в соответствии с настоящим изобретением.

На приложенных чертежах показан стопорный стержень (1), предназначенный для управления потоком расплавленного материала от разливочного устройства или резервуара (не показан). Стопорный стержень (1) содержит огнеупорный корпус, который имеет верхний конец (2), нижний конец (3) и осевое отверстие (4), имеющее суженную часть в его нижней области (8). Инертный газ, такой как аргон, может быть подан от источника газа через осевое отверстие в верхней области стопорного стержня. Средство крепления (5) стопора к подъемному механизму (не показан) предусмотрено на первом участке стопора в осевом отверстии (4), на расстоянии d от верхнего конца (2).

Третий участок С имеет носовую часть (6), которая содержит средство введения инертного газа. Газ может поступать непосредственно из осевого отверстия, как это показано на фиг.1, или через участок 7 носовой части, как это показано на фиг.2.

В известном стопоре (фиг.1) второй участок В является главным образом цилиндрическим и имеет такую же толщину, что и первый А и третий С участки. В стопоре в соответствии с настоящим изобретением, который показан на фиг.2, второй участок (В) имеет уменьшенную толщину.

В частности, участок В имеет первый подучасток В1, который быстро сужается радиально до уменьшенного сечения, и второй подучасток В2 главным образом постоянного (уменьшенного) сечения.

Показанный на фиг.2 стопор имеет вес на 30% меньше веса стопора фиг.1, однако обладает эквивалентной прочностью.