Розливальний стакан

Реферат: Розливальний стакан містить подовжену трубчасту частину (10), яка утворює нижню частину литтьового каналу (12) з центральною поздовжньою віссю (L), пластинчасту частину (14), забезпечену проточним отвором (16) між її поверхнею (18), що протилежна трубчастій частині (10), та її ділянкою (20), що примикає до трубчастої частини (10). Як можна бачити на фіг. 2, проточний отвір (16) утворює верхню частину (12о) литтьового каналу (12). Периферійна область (22) між поверхнею (18) і ділянкою (20) має чотири сегменти, а саме дві похилі опорні поверхні (24), які розташовані навпроти одна одної, і дві плоских ділянки (26) поверхні, які розташовані навпроти одна одної й паралельно одна одній між двома окремими опорними поверхнями (24). Кожна опорна поверхня (24) закруглена стосовно центральної поздовжньої осі (L) литтьового каналу (12), як можна кращим чином бачити на фіг. 3. Тому, закруглення є ввігнутим щодо центральної поздовжньої осі L і, беручи до уваги взаємно протилежне положення опорних поверхонь (24), опорні поверхні розташовані протилежно одна одній. UA 99086 C2 (12) UA 99086 C2 UA 99086 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Даний винахід відноситься до розливального стакана, що використовується для переносу розплавленого металу з (верхньої) металургійної посудини, подібної до ковша, в іншу (нижню) металургійну посудину, таку як розливальний пристрій. Беручи до уваги жорсткі умови при розливанні металів (температура до 1700 °C, хімічний і металургійний вплив), такий розливальний стакан звичайно виготовляють зі стійкою до дії високої температури керамічного вогнетривкого матеріалу. Звичайно, розливальний стакан містить у собі довгасту трубчасту частину, що утворює частину литтьового каналу з центральною поздовжньою віссю, і пластинчасту частину, забезпечену проточним отвором між її поверхнею, протилежною трубчастій частині, та її ділянкою, що примикає до трубчастої частини, в якій проточний отвір утворює другу частину литтьового каналу. Оскільки загальна конструкція розливального стакана більш-менш ідентична, незалежно від того, чи використовується він як так званий "внутрішній розливальний стакан", установлений у верхній металургійній посудині (наприклад, розливальному пристрої), або використовується як "зовнішній розливальний стакан", що розташовується після внутрішнього розливального стакана у напрямку потоку розплавленого металу. Цей "зовнішній розливальний стакан" може бути виконаний як "заглибний стакан". Найчастіше він проектується як "розливальний стакан для пристрою установки й/або зняття розливального стакана", особливо для швидкої заміни під час розливання. При використанні в якості "внутрішнього розливального стакана" пластинчаста частина звичайно розташовується на нижньому кінці (у напрямку потоку розплавленого металу), у той час як зовнішній розливальний стакан розташований навпаки при використанні у системі швидкої зміни стаканів (tube changer). В обох випадках передбачені засоби для втримання стакана точно у необхідному положенні. Наскільки відомо, стакани мають опорні поверхні уздовж зовнішньої області пластинчастої частини. Згідно ЕР 1289696 В1 і ЕР 1590114 В1 пластинчаста частина має на протилежних сторонах дві плоскі опорні поверхні, що утворюють кут від 20° до 80° стосовно центральної поздовжньої осі литтьового каналу. При використанні пластинчаста частина такого розливального стакана втримується у потрібному положенні щодо відповідної пластинчастої частини іншої вогнетривкої деталі. Ця інша вогнетривка деталь може бути, наприклад, вогнетривкою пластинчастою деталлю системи шиберного затвора або може бути пластинчастою частиною відповідного розливального стакана. Пластинчасті частини піддаються різним рівням термічного розширення в області, що примикає до литтьового каналу, і ця область повинна перебувати на найбільшій відстані від литтьового каналу. Це може викликати згин за інших обставин плоскої пластинчастої частини так, щоб пристосуватися до більше високого рівня розширення в області литтьового каналу. Результатом цього є те, що площа контакту між пластинчастими частинами розливального стакана й відповідній їй іншій вогнетривкій деталі зменшується й обмежується до порівняно невеликого кільцеподібного сегмента, що оточує литтьовий канал. Це створює безліч ризиків. По-перше, термомеханічні навантаження, викликані різним розширенням) здовж пластинчастої області, можуть привести до поширення мікротріщин або тріщин у пластинчастій частині й/або в області між пластинчастою частиною й сусідньою трубчастою частиною. По-друге, зменшена площа контакту приводить до більше слабкого ущільнення між вогнетривкими деталями, що може уможливити доступ повітря до потоку розплавленого металу (приводять до окислювання й погіршення якості литої сталі) або, навпаки, витік розплавленої сталі. Щодо цього постійно потрібне поліпшення або оптимізація конструкції, безпеки й/або використання вищезгаданого типу стаканів. Звичайно, на кожну опорну поверхню діють декілька штовхальних пристроїв (штовхальних циліндрів). Ці штовхальні пристрої розташовані поруч один із одним (паралельно) таким чином, що їхні відповідні сили тиску більш-менш паралельні відносно один одного. Кожний з них прикладає більш-менш однакові сили до відповідної частини опорної поверхні. Однак, ці сили не обов'язково спрямовані на область пластинчастої частини навколо литтьового каналу, якою обмежується площа контакту й де термомеханічні навантаження максимальні. Це обмеження переборене за допомогою конструкції розливального стакана згідно з даним винаходом, у якому відповідні опорні поверхні, замість плоских, є вигнутими. Винахід заявника пропонує розливальний стакан вищезгаданого типу з поліпшеним розподілом навантажень у пластині й фокусуванням штовхальних сил до області навколо литтьового каналу. 1 UA 99086 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід заміняє плоску опорну поверхню відповідно до існуючого стану техніки на закруглену опорну поверхню, включаючи опорну поверхню, закруглену щодо центральної поздовжньої осі литтьового каналу. Це уможливлює прикладання сил стиску до вогнетривкого матеріалу більше концентричним способом (щодо центральної поздовжньої осі литтьового каналу). У своєму найбільше загальному варіанті здійснення винахід відноситься до розливального стакана, що має наступні ознаки: - подовжену трубчасту частину, що визначає першу частину литтьового каналу з центральною поздовжньою віссю, - пластинчасту частину, забезпечену проточним отвором між її поверхнею, протилежною трубчастій частині, та її ділянкою, що примикає до трубчастої частини, - проточний отвір, що визначає другу частину литтьового каналу, - периферійну область між поверхнею й ділянкою, що містить дві опорні поверхні, - кожна опорна поверхня забезпечує щонайменше одне закруглення, що простягається уздовж уявлюваної площини, яка перпендикулярна напрямку центральної поздовжньої осі, - опорні поверхні розташовані протилежно одна одній. Протилежне розташування опорних поверхонь приводить до конструкції пластинчастої частини розливального стакана, яка може бути дзеркально відображена щодо уявлюваної поздовжньої площини, включаючи центральну поздовжню вісь литтьового каналу. У кращому варіанті здійснення периферійна область містить у собі дві окремі опорні поверхні й дві плоских ділянки поверхні, які розташовані паралельно одна одній й між двома окремими опорними поверхнями. Інакше кажучи, периферійна область пластинчастої частини має наступну форму: за однією закругленою опорною поверхнею слідує плоска ділянка поверхні, за якою слідує друга вигнута опорна поверхня, а за останньою знову слідує плоска ділянка поверхні. Звичайно, пластинчаста частина має прямокутну/квадратну форму (якщо дивитися зверху). Відповідна конструкція показана на прикладених фігурах. Вищезгадане закруглення опорної поверхні може мати постійний радіус або бути змінюваним уздовж опорної поверхні. Це дозволяє направляти радіальні зусилля від штовхальних пристроїв на плоскі ділянки розливального стакана. Залежно від закруглення сили стиску більше не поширюються паралельно одна одній, а сходяться. Відповідно до іншого варіанта здійснення кожна з двох опорних поверхонь мають закруглення, що відповідає параболі у поперечному перерізі, який перпендикулярний центральній поздовжній осі литтьового каналу. Описана вище конструкція являє собою розливальний стакан із двома опорними поверхнями, кожна з яких характеризується закругленням уздовж уявлюваної поверхні, і ця уявлювана поверхня перпендикулярна або розташована під кутом щодо напрямку центральної поздовжньої осі литтьового каналу. Конструкція містить у собі варіанти виконання, в яких радіус R2 або R3 закруглення більше, ніж діаметр D проточного отвору, наприклад більше ніж у 2 рази більше або більше ніж у 3 рази більше, більше ніж у 5 разів більше або більше ніж у 10 разів більше. Відповідно до іншого варіанта здійснення кожна з двох опорних поверхонь може додатково мати закруглення, що простягається уздовж уявлюваної площини, яка включає у себе поздовжню вісь литтьового каналу, і це закруглення простягається у напрямку від поверхні, яка протилежна трубчастій частині, до ділянки, що примикає до трубчастої частини. Другий тип закруглення може мати постійний радіус між його кінцем, розташованим на протилежній трубчастій частині, і ділянкою, що примикає до трубчастої частини, однак типово він буде мати різні радіуси уздовж його поширення. Це містить у собі варіант виконання, в якому друге закруглення простягається лише частково між одним кінцем пластинчастої частини, розташованим на протилежній трубчастій частині, та її другим кінцем, що примикає до трубчастої частини. Опорні поверхні, закруглені за всією площею й/або на її частині, можуть мати форму, яка відповідає, щонайменше частково, відрізку поверхні (сегменту) однієї з наступних геометричних форм: циліндру, параболоїду, конусу, куполу, тороїду. У поздовжньому перерізі форма опорних поверхонь може, щонайменше частково, відповідати щонайменше одній з наступних геометричних форм: парабола, евольвента, еліпс. Альтернативно, опорна поверхня у поздовжньому перерізі може бути лінійною. Звичайно, пластинчаста частина має меншу площу поперечного перерізу на ділянці, що примикає до трубчастої частини, ніж на її кінці, який протилежний трубчастій частині. Це приводить до компонування, завдяки якому штовхальні сили прикладені до опорних поверхонь, спрямовані частково нагору (до зовнішнього розливального стакана) або донизу (до 2 UA 99086 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 внутрішнього розливального стакана), відповідно. Іншими словами, штовхальні сили мають компонент вектора у напрямку відповідної поверхні відповідної пластинчастої частини для поліпшення ущільнення поверхні щодо суміжної деталі системи, наприклад ковзної плити шиберного затвора або поверхні другого розливального стакана. Додатково, закруглення опорної поверхні буде концентрувати для всіх штовхальних пристроїв частину компонента вектора у напрямку литтьового каналу й, тим самим, мінімізувати ризики, що виникають через зменшену площу контакту, яка створюється різницею у термічному розширенні при використанні пластинчастої частини. Розливальний стакан може бути виготовлений з керамічного вогнетривкого матеріалу й виконаний у вигляді єдиної деталі (так званої монотрубки). Він може бути також виготовлений з окремих частин, наприклад трубчастої частини й пластинчастої частини, які потім з'єднуються одна з одною за допомогою загальної металевої оболонки й/або зв'язувальною речовиною (клеєм). Розливальний стакан й/або його частини можуть бути спресовані ізостатично. Інші ознаки винаходу можуть бути почерпнуті з інших документів заявки й/або залежних пунктів формули винаходу. Винахід буде описано більше докладно відповідно до прикладених малюнків. На цих малюнках схематично показані: Фігура 1: 3-вимірне зображення розливального стакана, Фігура 2: вигляд у поздовжньому перерізі розливального стакана згідно з фіг. 1. Фігура 3: вигляд у поперечному перерізі розливального стакана згідно з фіг. 1, 2 в області штовхальних пристроїв (С-С на фіг. 2), Фігура 4: 3-вимірне зображення другого варіанта виконання, Фігура 5: вигляд у поздовжньому перерізі розливального стакана згідно з фіг. 4, Фігура 6: вигляд у поздовжньому перерізі третього варіанта виконання. Ідентичні деталі або деталі, що виконують однакові функції, позначені однаковими цифрами. Згідно з фіг. 1 розливальний стакан включає у себе довгасту трубчасту частину 10, що утворює нижню частину литтьового каналу 12 з центральною поздовжньою віссю L, пластинчасту частину 14, забезпечену проточним отвором 16 між її поверхнею 18, яка протилежна трубчастій частині 10, та її ділянкою 20, що примикає до трубчастої частини 10. Як можна бачити на фіг. 2, проточний отвір 16 утворює верхню частину 12о литтьового каналу 12. Периферійна область 22 між поверхнею 18 і ділянкою 20 містить у собі чотири сегменти, а саме дві похилі опорні поверхні 24, розташовані одна напроти іншої, і дві плоских ділянки 26 поверхні, розташовані навпроти одна одної й паралельно одна одній між окремими опорними поверхнями 24. Кожна опорна поверхня 24 закруглена стосовно центральної поздовжньої осі L литтьового каналу 12, як це найкраще можна бачити на фіг. 3. Тому, закруглення є ввігнутим щодо центральної поздовжньої осі L і, беручи до уваги взаємно протилежне положення опорних поверхонь 24, опорні поверхні розташовані протилежно одна одній. На фіг. 2 діаметр проточного отвору 16 позначений як D, у той час як радіус відповідної закругленої опорної поверхні 24 позначений як R3, при цьому R3>D. Радіус R3 лежить у площині, яка розташована під кутом до поздовжньої осі L литтьового каналу 12. Радіус R 4 закругленої опорної поверхні описує форму уздовж вигляду поздовжнього перерізу цієї фігури. Кожна опорна поверхня 24 забезпечує додаткове закруглення, що простягається у напрямку від поверхні 18 до ділянки 20, як це найкраще можна бачити на фіг. 2. Додаткове закруглення має форму чверті кола й перебуває на відстані від поверхні 16, як можна бачити на фіг. 2. Периферійна область 22 пластинчастої частини 14 і верхня ділянка трубчастої частини 10, що примикає, розміщені у металевій оболонці 28, яка напресована або закріплена цементом на відповідних ділянках поверхні. Показаний розливальний стакан із трубчастою частиною 10 і пластинчастою частиною 14 був ізостатично спресований зі забезпеченням монолітного керамічного вогнетривкого тіла (монотрубна конструкція), перш ніж на ньому, як описано, була закріплена металева оболонка 28. Він може бути використаний як зовнішній розливальний стакан (при орієнтації згідно фіг. 1, 2) або як внутрішній розливальний стакан при перекиданні його на 180° або догори дном. Як можна бачити на фіг. 1 і 3, уздовж кожної з опорних поверхонь 24 розташовані у ряд три штовхальних пристрої 301, 30m і 30r. Штовхальний пристрій 30m розташований так, що його штовхальна сила, зображена стрілкою Рm, точно спрямована до центральної поздовжньої осі L литтьового каналу 12. 3 UA 99086 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Штовхальні пристрої 30і і 30r на протилежних стосовно до штовхального пристрою 30m сторонах розташовані так, що їх відповідні штовхальні сили Рі, Рr, передані опорними поверхнями 24 через пластинчасту частину 14, не спрямовані паралельно штовхальній силі Рm, а розташовані трохи під кутом у напрямку до центральної поздовжньої осі L, не проходячи через неї. Таке розташування гарантує посилену й оптимізовану фіксацію, а також оптимізоване центрування розливального стакана у відповідному (не показаному) затискному пристрої, зменшуючи у той же час ризик утворення тріщин у керамічному вогнетривкому матеріалі пластинчастої частини 14. Як можна бачити на фіг. 1 і 2, штовхальні пристрої 301, 30m і 30r також розташовані таким чином, що результуючі штовхальні сили прикладені з вертикальним компонентом у напрямку поверхні 18. На фіг. 4 і 6 показані альтернативні варіанти виконання. На фіг. 4 опорні поверхні 24 розливального стакана є частиною зрізаного конуса. Поздовжній переріз розливального стакана показано на фіг. 5. Середній радіус цього зрізаного конуса дорівнює R2. На поздовжньому перерізі згідно з фіг. 6 показане закруглення опорних поверхонь 24, схоже з варіантом виконання на фіг. 2, однак радіус R2 перебуває в уявлюваній площині, яка перпендикулярна поздовжній осі L литтьового каналу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Розливальний стакан, що має наступні ознаки: а) подовжену трубчасту частину (10), що визначає першу частину (12u) литтьового каналу (12) з центральною поздовжньою віссю (L), б) пластинчасту частину (14), забезпечену проточним отвором (16) між її поверхнею (18), яка протилежна трубчастій частині (10), та її ділянкою (20), прилеглою до трубчастої частини (10), в) проточний отвір (16), що визначає другу частину (12о) литтьового каналу (12), г) периферійну область (22) між поверхнею (18) і ділянкою (20), що містить дві опорні поверхні (24), д) кожна опорна поверхня (24) забезпечена щонайменше одним закругленням, простягненим уздовж уявлюваної площини, яка перпендикулярна напрямку центральної поздовжньої осі (L), e) опорні поверхні (24) розташовані протилежно одна одній. 2. Розливальний стакан за п. 1, у якому кожна опорна поверхня (24) забезпечена закругленням, простягненим уздовж уявлюваної площини, яка включає у себе центральну поздовжню вісь (L). 3. Розливальний стакан за п. 1, який включає у себе периферійну область (22), що має: а) дві окремі опорні поверхні (24) і б) дві плоских ділянки (26) поверхні, які розташовані паралельно одна одній й між двома окремими опорними поверхнями (24). 4. Розливальний стакан за п. 1, у якому кожна з двох опорних поверхонь (24) забезпечена закругленням з постійним радіусом. 5. Розливальний стакан за п. 1, у якому кожна з двох опорних поверхонь (24) забезпечена закругленням, що відповідає параболі у поперечному перерізі, яка перпендикулярна напрямку центральної поздовжньої осі (L) литтьового каналу (12). 6. Розливальний стакан за п. 1, у якому кожна з двох опорних поверхонь (24) забезпечена закругленням уздовж уявної площини, що перпендикулярна напрямку центральної поздовжньої осі (L) литтьового каналу (12) з радіусом R2 щонайменше у 2 рази більшим, ніж діаметр D проточного отвору (16). 7. Розливальний стакан за п. 1, у якому кожна з двох опорних поверхонь (24) забезпечена закругленням, простягненим уздовж уявної площини, яка містить центральну поздовжню вісь (L) литтьового каналу (12), і це закруглення простягнене у напрямку від поверхні (18), що протилежна трубчастій частині (10), до ділянки (20), прилеглої до трубчастої частини (10) так, що опорні поверхні є частинами форми ливника. 8. Розливальний стакан за п. 7, у якому закруглення має постійний радіус між його кінцем, протилежним трубчастій частині (10), і ділянкою (20), прилеглою до трубчастої частини (10). 9. Розливальний стакан за п. 7, у якому закруглення простягнене частково між його кінцем, протилежним трубчастій частині (10), і ділянкою (20), прилеглою до трубчастої частини (10). 10. Розливальний стакан за п. 1 або п. 2, у якому кожна з опорних поверхонь (24) забезпечена формою, що відповідає частковій поверхні однієї з геометричних форм: параболоїда, конуса, купола, циліндра, тороїда. 4 UA 99086 C2 5 10 11. Розливальний стакан за п. 2, у якому кожна з опорних поверхонь (24) забезпечена формою, що відповідає, у поздовжньому перерізі розливального стакана, щонайменше одній з наступних геометричних форм: параболі, евольвенті. 12. Розливальний стакан за п. 1, у якому пластинчаста частина (14) має меншу площу поперечного перерізу на ділянці (20), прилеглій до трубчастої частини (10), ніж на її кінці, що перебуває на протилежній трубчастій частині (10). 13. Розливальний стакан за п. 1, який виготовлений з керамічного вогнетривкого матеріалу й виконаний у вигляді монолітної деталі. 14. Розливальний стакан за п. 1, у якому пластинчаста частина (14) і трубчаста частина (10) є ізостатично спресованими частинами. 15. Розливальний стакан за п. 1, який оточений, щонайменше частково, металевою оболонкою (28). 5 UA 99086 C2 6 UA 99086 C2 7 UA 99086 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8