Розливна труба, вузол установки для лиття рідкого металу та металева рама для вміщення верхнього кінця розливної труби

Реферат: Розливна труба (10) для розливання рідкого металу з металургійного резервуара (18), зазначена розливна труба обмежує розливний канал (12), що має вісь розливання (X), включає нижню частину (14), в якій розливний канал має діаметр, відомий як випускний діаметр (Dout), та верхню частину (16), яка визначена, як частина розливної труби, що розташована між верхньою поперечною площиною (Psup), дотичною до верхнього кінця (20) цієї труби, та нижньою поперечною площиною (Pinf), що лежить на відстані (L), відома як порогова відстань, причому порогова відстань має розмір який більше ніж у чотири рази перевищує випускний діаметр (Dout), верхня частина (16) є розширюваною й сконфігурованою таким чином, що: - її верхній кінець (20, 20') має вигнуту загальну форму в осьовому напрямку (X) і має поверхню (20а, 20'а) перерізу з верхньою поперечною площиною (Psup), ширина якої (е) у радіальному напрямку (Y) є меншою за половину випускного діаметра (Dout), - верхня частина (16) є включеною до першого об'єму, що відповідає комплементарній частині вісесиметричного об'єму у формі зрізаного конуса (V1), віссю якого є вісь розливання (X), і твірна якого утворює кут (), більший за 5°, з віссю розливання (X), мала основа (22) об'єму у формі зрізаного конуса (V1) відповідає площі перерізу нижньої поперечної площини з розливальним каналом (12), - верхня частина (16) є включеною до другого об'єму (V2), що обмежується поверхнею обертання, яка утворена рівнобедреною трапецією (24), що обертається навколо осі UA 111597 C2 (12) UA 111597 C2 розливання (X), причому мала основа (26) трапеції лежить у верхній поперечній площині (Psup), і її центром є центр (С) верхнього кінця (20) труби, і її розміром є ширина (Е), що дорівнює половині випускного діаметра (Dout), велика основа (28) трапеції лежить у нижній поперечній площині (Pinf), і дві непаралельні сторони (30, 32) трапеції разом утворюють кут (β), менший за 30°. UA 111597 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Описана група винаходів належить до галузі металургії, а саме - до конструкцій труби для розливання рідкого металу з металургійної ємності або ковша, вузла, який включає трубу для розливання і металевої рами та металевої рами. У джерелах існуючого рівня техніки вже описується установка для лиття рідкого металу, зокрема, рідкої сталі, причому в цій установці метал переміщується з першого металургійного резервуара до другого резервуара. Наприклад, метал переміщується з розливного ковша до проміжного розливного пристрою або навіть з проміжного розливного пристрою до виливниць. Для переміщення рідини між двома резервуарами зазвичай застосовують трубу, таку, як розливна труба, яка тримається притиснутою до першого резервуара, наприклад, до клапана регулювання потоку, розташованого на дні цього резервуара. Взагалі, коли розливна труба притискається до резервуара, розливання припиняється. Щоправда, іноді трубу встановлюють або знімають під час розливання металу, наприклад, для запобігання затвердненню металу в результаті припинення розливання, або ж при застосуванні каліброваних пластин, які не можуть бути закриті. Однак, встановлення труби або її знімання у процесі розливання є ризикованою процедурою, оскільки струмінь може розбризкуватися й травмувати оператора. Таким чином, мета даного винаходу полягає у забезпеченні більш безпечної ливарної установки. З огляду на це, конкретною метою даного винаходу є труба для розливання рідкого металу з металургійного резервуара, яка обмежує розливний канал, який має вісь розливання, причому труба включає нижню частину, в якій розливний канал має діаметр, відомий як випускний діаметр, та верхню частину, яка визначається як частина труби, що перебуває між верхньою поперечною площиною, дотичною до верхнього кінця труби, та нижньою поперечною площиною, що лежить на відстані, відомій як порогова відстань, від верхньої поперечної площини, причому порогова відстань має розмір, який більш, ніж у чотири раз перевищує випускний діаметр, причому верхня частина є розширюваною. Труба є сконфігурованою таким чином, що: - її верхній кінець має вигнуту загальну форму в осьовому напрямку і має площу перетину з верхньою поперечною площиною, ширина якої (e) у радіальному напрямку є меншою за половину випускного діаметра, - верхня частина є включеною до першого об'єму, що відповідає комплементарній частині вісесиметричного об'єму у формі зрізаного конуса, віссю якого є вісь розливання, і твірна якого утворює кут альфа (а), більший за 5°, з віссю розливання, мала основа об'єму у формі зрізаного конуса відповідає площі перетину нижньої поперечної площини з розливним каналом, - верхня частина є включеною до другого об'єму, що обмежується поверхнею обертання, яка утворюється рівнобедреною трапецією, що обертається навколо осі розливання, причому мала основа трапеції лежить у верхній поперечній площині, центром якої є центр верхнього кінця труби, і розміром якої є ширина, що дорівнює половині випускного діаметра, велика основа трапеції лежить у нижній поперечній площині, і дві непаралельні сторони трапеції разом утворюють кут бета (β), менший за 30°. Завдяки формі, запропонованій вище для верхньої частини труби, можна обмежити розбризкування або зробити розбризкування менш небезпечним у момент, коли труба, яку встановлюють або знімають під час розливання, перетинає струмінь рідкого металу. Зокрема, завдяки вигнутій формі та вузькій ширині верхнього кінця, струмінь, який перетинає трубу, спрямовується донизу на кожній стороні труби, що є менш небезпечним, ніж у разі, коли кінець є плоским і товстим, або навіть увігнутим, оскільки у таких випадках струмінь розбризкується у напрямку верхньої частини труби, і існує ризик ураження оператора, зокрема, на рівні обличчя. Крім того, завдяки відносно великій довжині розширюваної частини та тому, що вона перебуває у межах певного об'єму, верхня частина має поверхні, здатні спрямовувати струмінь у напрямку нижньої частини труби. Зокрема, завдяки об'ємові, запропонованому вище для розширюваної верхньої частини, частини струменя, які рикошетують від внутрішньої поверхні верхньої частини, з великою ймовірністю перетинатимуть іншу частину цієї поверхні, а потім течуть донизу всередині верхньої частини, що запобігає їх викиданню з труби. Зокрема, об'єм у формі зрізаного конуса з кутом альфа визначає першу зону виключення, в якій немає стінки труби, що гарантує достатнє розширення розтруба верхньої частини для забезпечення можливості збирання значної частки струменя, що залишає резервуар. Крім того, другий об'єм, обмежений трапецією, сторони якої утворюють кут бета, гарантує, по-перше, не надто велике розширення розтруба верхньої частини, оскільки у такому разі існував би ризик викидання з труби частин струменя, які відштовхуються від внутрішньої стінки верхньої частини, і, по-друге, відсутність на 1 UA 111597 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зовнішній поверхні верхньої частини виступу, який перетинає струмінь і який міг би викликати рикошетування металу у напрямку верхньої частини труби. Слід зазначити, що ширина верхнього кінця і другий об'єм визначаються згідно з випускним діаметром струменя у нижній частині, і це дає особливу перевагу. Причина полягає в тому, що значення цих параметрів визначається точніше, оскільки чим тонкішим є струмінь, тим меншими мають бути ширина та об'єм, і навпаки. Слід розуміти, що напрямки проти потоку та за потоком визначають відносно напрямку, в якому тече рідина. Крім того, стане зрозуміло, що осьовий напрямок труби збігається з напрямком дії сили тяжіння, коли труба перебуває у позиції розливання, притиснута до резервуара. Також стане зрозуміло, що вираз "верхня частина перебуває у межах об'єму" означає, що матеріал, який обмежує трубу, тобто, вогнетривкий матеріал, перебуває у межах цього об'єму. Внутрішня поверхня труби визначається поверхнею, що обмежує розливний канал труби. Слід зазначити, що труба може бути приєднана до резервуара прямо або навіть непрямо, коли вона приєднується до проміжного компонента, закріпленого на резервуарі. Також слід зазначити, що верхній кінець труби є кінцем, через який труба з'єднується з резервуаром, і який відповідає верхній частині труби в осьовому напрямку. Труба також може включати одну або кілька з нижчезазначених особливостей, які розглядаються окремо або у комбінації одна з одною. - Порогова відстань має розмір приблизно у п'ять разів більший за випускний діаметр. - Кут альфа становить від 5 до 15°, в оптимальному варіанті - від 5 до 10°, ще краще приблизно 7°. - Кут бета становить від 10 до 30°, в оптимальному варіанті - від 15 до 25°, ще краще приблизно 20°. Згідно з втіленням винаходу, зовнішня стінка у верхній частині труби включає радіус кривизни у конічному спряженні (тобто, у місці відокремлення між верхнім кінцем труби та рештою верхньої частини) з метою спрямування потоку рідкого металу уздовж зовнішньої стінки труби. У такому разі бажано, щоб утримувальний пристрій не контактував зі струменем рідкого металу, який тече уздовж стінки. У варіанті втілення радіус є відсутнім. Натомість конічне спряження набуває форми гострого кута. В результаті потік відокремлюється від зовнішньої стінки труби, а отже, виникає відхилення струменя рідкого металу від зовнішньої стінки труби далі від утримувального пристрою. Таким чином, зменшується розбризкування через відскакування струменя рідкого металу від утримувального пристрою. У ще одному варіанті, який передбачає мінімізацію контакту струменя рідкого металу з утримувальним пристроєм, зовнішня стінка верхньої частини труби включає виїмку для приймання та захисту утримувального пристрою. Ще одним предметом винаходу є вузол труби, як визначено вище, та металевої рами для вміщення верхнього кінця труби. В оптимальному варіанті металева рама включає корпус для вміщення верхнього кінця труби, причому корпус має торцеву стінку, яка проходить по суті у поперечному напрямку, і ширина якої у радіальному напрямку є меншою за половину випускного діаметра труби. Також в оптимальному варіанті металева рама приєднується до металургійного резервуара, причому рама включає ізоляцію, яка ізолює її від резервуара. Ця металева рама, наприклад, приєднується під регулювальним клапаном, який регулює розливання і приєднується до резервуара. Особливо вигідним є варіант, у якому труба приєднується до такої металевої рами, а не прямо до клапана регулювання потоку, оскільки це дозволяє тримати трубу у позиції розливання під час переміщення шибера клапана. Ще одним предметом винаходу є металева рама для вузла, як визначено вище, для поміщення труби для розливання рідкого металу. Винахід стане краще зрозумілим по ознайомленню з представленим нижче описом, який подається лише як приклад, і з посиланням на фігури, серед яких: - Фігура 1 є осьовим розрізом труби згідно з одним варіантом втілення, - Фігура 2 є збільшеним зображенням верхньої частини труби з Фігури 1, - Фігура 3 є зображенням частини Фігури 2, - Фігури 4а та 4b є зображеннями, подібними до зображення з Фігури 3, на яких показано два типи кінця труби, - Фігура 5 є осьовим розрізом частини ливарної установки та труби з Фігури 1 у момент, у який вона приєднується до металургійного резервуара, - Фігура 6 є перспективним видом знизу металевої рами, яка містить трубу з Фігури 1, і - Фігура 7 є перспективним видом знизу частини ливарної установки та труби з Фігури 1 у момент, у який вона приєднується до металевої рами з Фігури 6. 2 UA 111597 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Фігура 1 показує трубу 10 для розливання рідкого металу з металургійного резервуара 18, частину якого можна бачити на Фігурі 5. У цьому прикладі резервуар 18 є ванною проміжного розливного пристрою, і труба 10 є напрямною трубою для переміщення металу з проміжного розливного пристрою 18 до виливниці для безперервного лиття (наприклад, виливниці для заготовок; на фігурі не показано). Труба 10 обмежує розливний канал 12, який має вісь розливання X, яка збігається з вертикальним напрямком Z, коли труба перебуває у позиції розливання, навпроти резервуара 18. Труба 10 включає нижню частину 14, розташовану на кінці, з якого з'являється рідкий метал, та верхню частину 16, розташовану на кінці, з якого рідкий метал надходить до труби, на кінці резервуара 18. Нижня частина 14 є циліндричною, її внутрішня поверхня та її зовнішня поверхня мають як криву їх директриси окружність, центр якої перебуває на осі розливання, і прямою лінією директриси яких є вісь розливання X. Внутрішня поверхня нижньої частини, яка обмежує розливний канал 12, має внутрішній діаметр Dout, відомий як випускний діаметр. В оптимальному варіанті діаметр Dout становить від 20 до 50 мм (міліметрів), наприклад приблизно 25 мм. Зовнішній діаметр може становити від 50 до 90 мм, наприклад, приблизно 60 мм. Верхня частина 16 визначається як частина труби 10, яка перебуває між верхньою поперечною площиною Psup та нижньою поперечною площиною Pinf. Верхня поперечна площина Psup відповідає поперечній площині, яка є дотичною до верхнього кінця 20 труби. Цей кінець 20 відповідає верхній частині труби 10 і передбачається для з'єднання з резервуаром 18, прямо або через клапан або металеву раму. Нижня поперечна площина Pinf, яка є площиною, паралельною площині Psup і перебуває на відстані L від верхньої поперечної площини Psup. Відстань L є відомою як порогова відстань і має розмір, який більш, ніж у чотири раз перевищує випускний діаметр Dout (L > 4Dout), в оптимальному варіанті - приблизно у 5 разів (L=5Dout). Як стане зрозуміло, поперечні площини Pinf та Psup є взаємно паралельними площинами, які є перпендикулярними осі розливання X. Верхня частина 16 також є розширюваною. Верхній кінець 20 верхньої частини має вигнуту загальну форму в осьовому напрямку X. Він має поверхню 20а перетину з верхньою поперечною площиною Psup, яку можна бачити на Фігурі 4а. Ширина e поверхні 20а у радіальному напрямку Y є меншою за половину випускного діаметра Dout(e < 0,5Dout). Ця ширина e може бути наближеною до нуля, коли верхня частина є дуже вузькою, і площа перетину 20а практично утворює коло, або може бути більшою, коли верхня частина є дещо ширшою, як показано на прикладі верхнього кінця 20' на Фігурі 4b, де площа перетину 20'а має форму кільця з товщиною e у радіальному напрямку Y. Верхня частина є включеною до першого об'єму, що відповідає комплементарній частині вісесиметричного об'єму у формі зрізаного конуса V1, як чітко показано на Фігурі 2. Цей вісесиметричний об'єм у формі зрізаного конуса V1 має вісь, якою є вісь розливання X, і його твірна утворює кут альфа (α), більший за 5°, з віссю розливання X. Мала основа 22 об'єму у формі зрізаного конуса V1 відповідає площі перетину нижньої поперечної площини Pinf з розливним каналом 12. Більш конкретно кут альфа становить від 5 до 15°, в оптимальному варіанті - від 5 до 10°, у цьому прикладі - приблизно 7°. Верхня частина 16 також є включеною до другого об'єму V2, як показано на Фігурі 2. Об'єм V2 обмежується поверхнею обертання, яка утворюється рівнобедреною трапецією 24, що обертається навколо осі розливання X, причому мала основа 26 трапеції лежить у верхній поперечній площині Psup, і її центром є центр С верхнього кінця 20 труби, і розміром є ширина Е, що дорівнює половині випускного діаметра Dout (Ε = 0,5Dout). Велика основа 28 трапеції 24 лежить у нижній поперечній площині Pinf, і дві непаралельні сторони 30, 32 трапеції 24 разом утворюють кут бета (β), який можна побачити на Фігурі 3. Цей кут бета є меншим за 30°. Більш конкретно він становить від 10 до 30°, в оптимальному варіанті - від 15 до 25°, у цьому прикладі - приблизно 20°. Як можна побачити на Фігурі 5, форма верхньої частини 16 суттєво обмежує розбризкування, коли трубу 10 встановлюють або знімають без припинення розливання, як показано на прикладі струменя 34. Крім того, кілька бризок спрямовуються донизу під малим кутом падіння, і це знижує ризик досягнення оператора або пошкодження установки. Труба 10 може приєднуватися прямо до резервуара 18, наприклад, посадженою на розливний елемент, такий, як насадка 36, або на клапан регулювання потоку, який знаходиться у резервуарі 18. В особливо вигідному варіанті втілення труба 10 приймається металевою рамою 38, яка вміщує верхній кінець 20 труби. 3 UA 111597 C2 5 10 15 Металева рама 38 включає корпус 40 для вміщення верхнього кінця 20 труби, і цей корпус має горизонтальну торцеву стінку, яка проходить по суті у поперечному напрямку Υ, і ширина якої у радіальному напрямку є меншою за половину випускного діаметра Dout, таким чином, щоб вміщувати й позиціонувати кінець 20 труби. Корпус 40 має розширювану стінку, яка має форму, що більшою або меншою мірою доповнює форму зовнішньої поверхні об'єму V2. Ще один приклад 38' металевої рами показано на Фігурах 6 та 7. Ця рама 38' також має приймаючий трубу корпус 40' з горизонтальною торцевою стінкою 42', що має ширину, яка доповнює ширину верхньої частини 20 труби, і з розширюваною стінкою 44', яка має форму, що більшою або меншою мірою доповнює форму зовнішньої поверхні об'єму V2. Як можна побачити на фігурах, металева рама 38, 38' приєднується до металургійного резервуара 18, причому рама включає ізоляцію 45, яка ізолює її від резервуара. Ця металева рама приєднується, наприклад, під насадкою 36 за допомогою утримувального пристрою 46, що дозволяє стандартизувати з'єднання між трубою 10 та насадкою 36. Слід зазначити, що винахід не обмежується описаними вище прикладами або варіантами втілення, показаними на фігурах. Відповідно, слід розуміти, що у випадках, коли особливості, згадані у супровідній формулі винаходу, мають умовні позначення, такі позначення вказуються виключно з метою забезпечення кращого розуміння формули винаходу і ніяким чином не для обмеження її обсягу. Як стане зрозуміло, труба 10 та рама 38, 38' поліпшують безпечність ливарної установки. 20 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 55 1. Розливна труба (10) для розливання рідкого металу з металургійного резервуара (18), де зазначена розливна труба обмежує розливний канал (12), що має вісь розливання (X), і включає нижню частину (14), в якій розливний канал має діаметр, відомий як випускний діаметр (Dout), та верхню частину (16), яка визначена, як частина розливної труби, що розташована між верхньою поперечною площиною (Psup), дотичною до верхнього кінця (20) труби, та нижньою поперечною площиною (Pinf), що лежить на відстані (L), що відома як порогова відстань, причому порогова відстань має розмір який більше ніж у чотири рази перевищує випускний діаметр (Dout), при цьому верхня частина (16) є розширюваною й сконфігурованою таким чином, що: - її верхній кінець (20, 20') має вигнуту загальну форму в осьовому напрямку (X) і має поверхню (20а, 20'а) перерізу з верхньою поперечною площиною (Psup), ширина якої (е) у радіальному напрямку (Y) є меншою за половину випускного діаметра (Dout), - верхня частина (16) є включеною до першого об'єму, що відповідає комплементарній частині вісесиметричного об'єму у формі зрізаного конуса (V1), віссю якого є вісь розливання (X), і твірна якого утворює кут (), більший за 5°, з віссю розливання (X), мала основа (22) об'єму у формі зрізаного конуса (V1) відповідає площині перерізу нижньої поперечної площини з розливним каналом (12), - верхня частина (16) є включеною до другого об'єму (V2), що обмежується поверхнею обертання, яка утворена рівнобедреною трапецією (24), що обертається навколо осі розливання (X), причому мала основа (26) трапеції лежить у верхній поперечній площині (Psup), і її центром є центр (С) верхнього кінця (20) труби, і її розміром є ширина (Е), що дорівнює половині випускного діаметра (Dout), при цьому велика основа (28) трапеції лежить у нижній поперечній площині (Рinf), і дві непаралельні сторони (30, 32) трапеції разом утворюють кут (β), менший за 30°. 2. Розливна труба за п. 1, яка відрізняється тим, що порогова відстань (L) має розмір приблизно у 5 разів більший за випускний діаметр (Dout). 3. Розливна труба за п. 1 або п. 2, яка відрізняється тим, що кут () становить від 5 до 15°, ще краще-приблизно 7°. 4. Розливна труба за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що кут (β) становить від 10 до 30°, ще краще - приблизно 20°. 5. Вузол установки для лиття рідкого металу, який містить розливну трубу за будь-яким з пп. 1-4 та металеву раму (38, 38'), причому металева рама (38, 38') призначена для вміщення верхнього кінця розливної труби. 6. Вузол за п. 5, який відрізняється тим, що металева рама (38, 38') містить корпус (40, 40') для вміщення верхнього кінця розливної труби, причому корпус містить торцеву стінку, яка проходить у поперечному напрямку, і ширина якої у радіальному напрямку є меншою за половину випускного діаметра (Dout) розливної труби. 4 UA 111597 C2 5 7. Вузол за п. 5 або п. 6, який відрізняється тим, що металева рама (38, 38') приєднана до металургійного резервуара (18), причому ця рама включає ізоляцію (45), яка ізолює її від зазначеного резервуара (18). 8. Металева рама (38, 38') для вміщення верхнього кінця розливної труби (10) вузла, яка входить у склад вузла установки лиття рідкого металу за будь-яким з пп. 5-7 і містить корпус (40, 40') з торцевою стінкою (42'), яка проходить у поперечному напрямку, та розширюваною стінкою (44') і ізоляцією (45) від резервуара (18). 5 UA 111597 C2 6 UA 111597 C2 7 UA 111597 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8