Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення

Реферат: Винахід належить до вогнестійкого (вогнетривкого) керамічного протиударного ущільнення, яке, як правило, розміщають на основі посудини для обробки металургійних розплавів в ділянці, де металевий розплав, який виливають у посудину, звичайно співударяється з основою посудини. Тим самим протиударне ущільнення призначене для захисту вогнетривкої основи металургійної посудини (для зменшення її зношування) і/або розподілу металевого розплаву в посудині. UA 115372 C2 (12) UA 115372 C2 UA 115372 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до вогнестійкого (вогнетривкого) керамічного протиударного ущільнення (також має назву протиударна склянка, німецькою: Pralltopf), яке, як правило, розміщають на основі посудини для обробки металургійних розплавів в ділянці, де металевий розплав, який виливають у посудину, звичайно співударяється з основою посудини. Тим самим протиударна склянка призначена для захисту вогнетривкої основи металургійної посудини (для зменшення її зношування) і/або розподілу металевого розплаву в посудині. Надалі протиударні ущільнення відомого рівня техніки, так само як і нова конструкція описані відносно регулярного положення використання цього функціонального керамічного об'єкта у відповідній металургійній посудині. Були здійснені численні спроби поліпшення такого протиударного ущільнення. Протиударне ущільнення згідно з US 5 358 551 має класичну форму горщика, причому вільний верхній кінцевий сегмент стінки повернутий усередину. Після зіткнення з основою протиударного ущільнення металевий розплав спочатку протікає уздовж основи, а потім нагору уздовж внутрішньої частини стінки, і нарешті, по периметру звуженого отвору протиударного ущільнення нагору, у посудину. В DE 102 35 867 B3 описане протиударне ущільнення з так званим дифузором на його верхньому відкритому кінці, що означає, що поперечний переріз протиударного ущільнення збільшується до верхнього вихідного кінця для зменшення кінетичної енергії розплаву, що виливається. В DE 102 02 537 C1 розкрите протиударне ущільнення, стінка якого відрізняється наявністю щонайменше одного розрізу. Відповідно металевий розплав, що входить у протиударне ущільнення, випливає, щонайменше, частково через розташований у стінці розріз. Внаслідок відносно малої ширини розрізу, металевий розплав, що протікає через розріз, може відрізнятися суттєвою швидкістю плину. У такий спосіб викликають додаткову турбулентність потоку. Дослідження "Melt flow characterisation in Continuous Casting Tundishes (Характеризація потоку розплаву в проміжних ковшах безперервного розливання)» (ISIJ International, Vol. 36 (1996), No. 6, p. 667-672) (Міжнародний Інститут Чавуну й Сталі Японії, том 36 (1996), № 6, стор. 667-672) задає так званий поршневий режим потоку, при якому всі рідинні елементи мають однаковий час перебування в проміжному ковші, а також так званий мертвий об'єм. Мертвий об'єм характеризує ту частину рідини, час перебування якої більш ніж удвічі перевищує середній час перебування розплаву в проміжному ковші. У типових випадках застосування проміжного ковша (німецькою: Verteiler, Tundish) протиударна склянка розміщена на одному кінці проміжного ковша; іншими словами: зі зсувом відносно його довжини. Це приводить до значних мертвих зон між протиударною склянкою й найближчою торцевою стінкою проміжного ковша. Головною метою винаходу є покращення характеристик розподілу розплаву для протиударної склянки й/або мінімізація мертвих об'ємів у відповідній металургійній посудині. Деталі наступного викладення віднесені до звичайного функціонування протиударного ущільнення (функціонального положення), при якому основа протиударного ущільнення знаходиться на або в основі металургійної посудини (або частини основи металургійної посудини), і при якому стінки протиударного ущільнення простираються у висхідному напрямку перпендикулярно основі ущільнення й, таким чином, по суті перпендикулярно основі металургійної посудини. Термін "перпендикулярно" не обов'язково відповідає точно 90°, але містить у собі будь-які нахили, які є технічно прийнятними для досягнення необхідної функції протиударного ущільнення, як правило, +/-30° або +/-20° або +/-10° або менше, відносно прямого кута. З метою проектування протиударного ущільнення, яке виконує зазначені завдання були проведені широкомасштабні випробування й дослідження, насамперед, стосовно покращення характеристик плину металевого розплаву. У результаті, було досліджене й виявлене наступне: - «мертвий об'єм» у металургійній посудині викликається, головним чином, недостатньою швидкістю (турбулентністю) розплаву в цій ділянці. - недостатня швидкість потоку розплаву викликається зміщеним положенням протиударного ущільнення в посудині. - конструкція протиударного ущільнення повинна бути виправлена таким чином, що може бути досягнуте спрямоване затікання розплаву в ці колись "мертві об'єми". - така вимога може бути досягнута за допомогою горизонтально меандрування характеру плину розплаву в межах протиударного ущільнення, тобто між ділянкою, де розплав досягає нижчої точки ущільнення, і вихідною областю. 1 UA 115372 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - це може бути здійснене за допомогою характеру плину, який відрізняється свого роду поворотом на 180 градусів потоку розплаву перш, ніж розплав залишить протиударне ущільнення через відповідний вихідний отвір. - таке подання надалі приводить до того рішення, що вихідний отвір повинний бути оснащений вихідним проходом канального типу замість розрізу або замість отвору з майже відсутнім напрямком по стінках. Тим самим винахід залишає відомі конструкції протиударних склянок з більш-менш закритою (безперервною) стінкою, але розділяє одну стінку щонайменше на дві стінки (надалі називають першою й другою стінкою), які розміщені відмінно одна від іншої, але, що накладається чином для забезпечення вищезгаданого необхідного випускного каналу. Це уможливлює дуже просту загальну конструкцію, легку й дешеву у виготовленні, з покращеним характером потоку розплаву. У його найбільш загальному варіанті здійснення винахід відноситься до вогнестійкого керамічного протиударного ущільнення з наступними ознаками в його функціональному положенні: - основа, що задає верхню протиударну поверхню, - перша стінка, яка простирається нагору від основи, і яка у вигляді зверху має щонайменше одну з наступних форм: C, U, V, W, E, 3, із протилежними вільними кінцевими ділянками, що мають мінімальну відстань Х1 одна від іншої, - друга стінка, яка простирається нагору від основи, і яка у вигляді зверху має щонайменше одну з наступних форм: C, U, В, W, E, 3, із протилежними вільними кінцевими ділянками, що мають максимальну відстань Х2 одна від іншої, причому - X1 перевищує X2, - вільні кінцеві ділянки другої стінки розміщені між вільними кінцевими ділянками першої стінки, - вільні кінцеві ділянки першої стінки накладаються на вільні кінцеві ділянки другої стінки в горизонтальному напрямку, - між суміжними вільними кінцевими ділянками першої стінки й другої стінки виконаний канал. Для досягнення необхідного меандрування потоку розплаву або щонайменше одного повороту на 180 градусів потоку розплаву перша й друга стінка розміщені "одна напроти іншої", тобто, до певної міри, "дзеркально зверненим чином". Іншими словами: вільні кінцеві ділянки однієї стінки простираються протилежно до вільних кінцевих ділянок іншої стінки, наприклад, дві кінцеві ділянки однієї стінки входять у простір між двома кінцевими ділянками іншої стінки, як показано далі. Терміни "протилежний" і "дзеркально звернений" не означають у точності протилежності або дзеркальне обернення, але вказують на відмінну орієнтацію. Щодо форм стінок необхідно відзначити наступне: вони характеризуються двома кінцевими ділянками, які виступають (у горизонтальному напрямку) щонайменше від однієї головної ділянки (що знаходиться між ними) під кутом, який не дорівнює 180°. Цей кут може бути заданий величиною між нижнім значенням 30° і верхнім значенням 150° з типовими нижніми значеннями в 50°, 60°, 70° і з типовими верхніми значеннями в 110°, 120°, 130°, 140°. При куті 90°. Цим забезпечена можливість розташування цих двох стінок таким чином, що суміжні кінцеві ділянки першої стінки й другої стінки можуть утворювати між ними область відтоку у вигляді каналу, причому канал може мати стінки, які простираються паралельно, стінки, які розходяться й збіжні стінки (завжди при розгляді в напрямку плину відповідного розплаву). Довжина відповідного каналу залежить від конструкції відповідних (суміжних) кінцевих ділянок першої й другої стінки. Це може бути досягнуте згідно з тими ознаками за п. 1 формули винаходу, які задають відстані (X1, X2) кінцевих ділянок першої й другої стінки, так само як і розташування цих кінцевих ділянок по відношенню одна до іншої. Наступний приклад пояснює загальну ідею, яка може бути видозміненою відповідно до різних розмірів, різних форм тощо відповідних стінок і кінцевих ділянок стінок, а також їх вільних кінців (країв). У випадку протиударного ущільнення з першою стінкою U-подібної форми й другою стінкою U-подібної форми (але меншого розміру), друга форма U може бути розміщена « усередині" більшої форми U при збереженні відстані від вільних кінців кінцевих ділянок меншої форми U до 2 UA 115372 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 головної (проміжної) стінної області першої стінки. Ця конструкція уможливлює формування двох областей відтоку між відповідними кінцевими ділянками першої й другої стінки, і примушує відповідний розплав до здійснення криволінійного повороту на 180 градусів раніше його виходу із протиударного ущільнення. За рахунок цього забезпечений напрямок потоку розплаву, який протікає уздовж відповідних каналів в необхідний напрямок, у той час як надлишковий розплав може переповняти дві стінки в іншому довільному напрямку. Вищевикладене дозволяє укласти, що запропонована форма першої стінки й другої стінки (C, U, V, W, E, 3) задає тільки загальну форму відповідної стінки й містить у собі зміни, які не суперечать загальній ідеї про дві стінки, розміщені накладним способом для забезпечення можливості формування між відповідними кінцевими ділянками стінок відповідних випускних каналів, причому канали розміщені таким чином, що відповідний розплав у межах протиударного ущільнення повинен зробити щонайменше один розворот перед його витіканням з ущільнення. Відповідно до одного варіанту здійснення щонайменше одна з вільних кінцевих ділянок першої й другої стінки є плоскою. Це, насамперед, відноситься до форми стінки (у вигляді зверху), подібної U, V, W, E. Щонайменше одна з вільних кінцевих ділянок першої й другої стінки може також бути вигнутою відносно вертикальний осі. Це здійснене у формах стінки (у вигляді зверху), які, головним чином, походять на C або цифру 3. Щонайменше, частина першої стінки або другої стінки може бути плоскою між щонайменше двома кінцевими ділянками. Ця конструкція може бути реалізована для стінок, що мають U-, V-, W-, E- подібну форму, у той час як вигнуті ділянки для першої й/або другої стінки щонайменше між двома кінцевими ділянками можуть бути реалізовані, наприклад, за допомогою C- або Wабо 3-подібних форм (у вигляді зверху). Згідно із загальною конструкцією стінки нового протиударного ущільнення прикріплені, щонайменше, до основи протиударного ущільнення. Щодо цього нижня кінцева ділянка щонайменше однієї з першої стінки або другої стінки може бути вставлений щонайменше в одну передбачену в основі відповідну кишеню. Стінки можуть мати різні висоти й верхні ободи, що виступають у горизонтальному напрямку. Інший варіант скріплення стінки й основи полягає в конструюванні основи й стінки (стінок) у вигляді однієї монолітної деталі. Таке протиударне ущільнення може бути виготовлене шляхом лиття, або у відповідному пресі, такому як гідравлічний прес або ізостатичний прес. Винахід містить у собі варіанти здійснення, у яких основа протиударного ущільнення представлена основою відповідної посудини, що передбачає наступне прикріплення стінок в основі посудини. Крім того, між суміжними вільними кінцевими ділянками першої й другої стінки можуть бути передбачені з'єднувальні перемички, виконані для збільшення міцності протиударного ущільнення в цілому. Знов-таки, для тієї ж самої мети щонайменше одна з'єднувальна перемичка може бути розміщена між головними частинами першої й другої стінки. Інші аспекти винаходу можуть бути отримані з ознак залежних пунктів формули винаходу й інших заявочних документів. Вони містять у собі різні варіанти відповідно до доданого схематичного креслення, на якому показане наступне: Фіг. 1: вигляд зверху на вогнетривке керамічне протиударне ущільнення згідно з винаходом. Фіг. 2-14: вигляди зверху на різні варіанти конструкції. Фіг. 15: тривимірне представлення протиударного ущільнення згідно з фіг. 14. На кресленнях ідентичні деталі або деталі, щонайменше, з подібними функціями позначені однаковими числами. Протиударне ущільнення згідно з фіг. 1 є вогнетривким (вогнестійким) керамічним протиударним ущільненням з наступними ознаками в його функціональному положенні: - основа 10, що задає верхню протиударну поверхню 10i. - перша стінка 20, яка простирається нагору від основи 10, і як це показане у вигляді зверху, має U-подібну форму й включає в себе дві протилежні вільні кінцеві ділянки 22, 24, що простираються під прямим кутом від проміжної головної стінної ділянки23. Вільні кінці 22e, 24e розташовані на відстані X1 один від іншого. - друга стінка 30, що знов-таки має U-подібну форму (у вигляді зверху) з головною стінною ділянкою 33 і з кінцевими ділянками 32, 34, що знов-таки проходять під прямим кутом до головної ділянки 33. Вільні кінці 32e, 34e кінцевих ділянок 32, 34 розташовані на відстані X2 один від іншого. 3 UA 115372 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - X1 перевищує X2 у сукупності з товщинами стінок кінцевих ділянок 32e, 34e. - вільні кінцеві ділянки 32, 34 другої стінки 30 розміщені між вільними кінцевими ділянками 22, 24 першої стінки 20, причому вільні кінцеві ділянки 22, 24 першої стінки 20 накладаються на вільні кінцеві ділянки 32, 34 другої стінки 30 у горизонтальному напрямку, утворюючи, таким чином, канали 40, 50 між суміжними вільними кінцевими ділянками 22, 32; 24, 34 першої стінки 20 і другої стінки 30. Ділянка накладення/канальна ділянка обкреслена на фіг. 1. Оскільки вільні кінці 32e, 34e другої стінки 30 розміщені на відстані d від головної стінної ділянки 23 першої стінки 20, подібний до меандрування характер плину може бути реалізований для металевого розплаву після його зіткнення з областю S центральної плями протиударного ущільнення, причому протікання потоків позначене стрілками F1, F2. Інакше кажучи, після того, як розплав входить у простір, заданий U-подібною другою стінкою 30, спочатку він протікає до головної ділянки 23 першої стінки 20, а потім робить поворот на 180 градусів для протікання через канали 40, 50, кожний з яких має ширину D, за межі протиударного ущільнення. На фіг. 1 D> d, але це співвідношення також може бути й протилежним. Залежно від об'єму розплаву, вилитого в протиударне ущільнення, далі розплав може переповнити верхні ободи 20r або 30r першої стінки 20 і другої стінки 30. Перенапрямок металевого потоку уможливлює напрямок потоку розплаву в раніше "мертві об'єми" у відповідній металургійній посудині й, таким чином, забезпечує значне підвищення гомогенності розплаву в металургійній технологічній посудині. Ділянка цих "мертвих об'ємів" позначена як DV, у той час як відповідна стінка проміжного ковша позначена як TW. Варіанти здійснення згідно фіг. 2-14 відповідають загальній конструкції протиударного ущільнення згідно з фіг. 1 з наступними вдосконаленнями: Фіг. 2: збіжні кінцеві ділянки 32, 34 стінки 30. Фіг. 3: розбіжні кінцеві ділянки 32, 34 стінки 30. Фіг. 4: збіжні кінцеві ділянки 22, 24 стінки 20. Фіг. 5: збіжні кінцеві ділянки 22, 24; 32, 34 стінок 20, 30. Фіг. 6: збіжні кінцеві ділянки стінки 20 і розбіжні кінцеві ділянки стінки 30 для формування каналів 40, 50 постійної ширини. Фіг. 7: розбіжні кінцеві ділянки 22, 24 стінки 20. Фіг. 8: С-подібні стінки 20, 30. Фіг. 9: С-подібна стінка 30. Фіг. 10: W-подібна стінка 20 і збіжні кінцеві ділянки 32, 34 стінки 30. Фіг. 11: подібно до фіг. 10, але із С-подібною стінкою 20. Фіг. 12: подібно до фіг. 9, але з 3-подібною стінкою 20. Фіг. 13: подібно фіг. 7, але зі стінкою 30, постаченою похилою стінною частиною. Фіг. 14: подібно фіг. 7, але з похилими кінцевими ділянками 32, 34. На всіх фіг. 2-14 прямокутна ділянка 10 символізує основу 10 відповідного протиударного ущільнення. Варіант здійснення на фіг. 15 відповідає фіг. 14 з умовою, що верхні ободи 20r, 30r стінок 20, 30 виступають за відповідні нижні (суміжні) стінні ділянки стінок 20, 30, причому ободи 20r, 30r простираються по суті паралельно основі 10. Фіг. 16-18 представляють інші варіанти здійснення вогнетривкого керамічного протиударного ущільнення. Усі вони відрізняються від варіантів здійснення згідно фіг. 1-15 у тому, що вони містять додаткові стінки, що простираються від основи 10. При порівнянні з варіантом здійснення й представленням згідно з фіг. 13, варіант здійснення на фіг. 16 відрізняється третьою стінкою 40, виконаною подібно до стінки 20 і розміщеною дзеркально зверненим чином так, що її протилежні вільні кінцеві ділянки 42, 44 виступають від проміжної стінної ділянки 43 у напрямку до стінки 20. На відміну від варіанта здійснення на фіг. 13, стінка 30 розділена на дві частини 30.1, 30.2 шляхом виключення проміжної стінної частини 33. Відповідно, кожна стінна частина 30.1, 30.2 характеризується трьома підділянками, нахиленими по відношенню одна до іншої. Металевий розплав після зіткнення з ділянкою S центральної плями, може протікати уздовж стінних ділянок 30.1, 30.2 до стінок 20, 40 раніше свого перенапрямку й протікання через канальні ділянки, задані відповідними кінцевими ділянками 22, 32.1o; 23, 32.2o; 32.2u, 44; 42, 32.1u. Варіант здійснення на фіг. 17, знов-таки, є виглядом зверху на протиударне ущільнення, яке відрізняється від варіанта здійснення на фіг. 16 тільки кутами між суміжними стінними ділянками. 4 UA 115372 C2 Дане положення рівним чином відноситься до варіанта здійснення на фіг. 18 у порівнянні з таким на фіг. 16, при додатковій умові, що кінцеві ділянки 22, 23 стінки 20 і кінцеві ділянки 42, 44 стінки 40 розміщені збіжним один до іншого способом. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення з наступними ознаками в його функціональному положенні: 1.1 основа (10), що задає верхню протиударну поверхню (10і), 1.2 перша стінка (20), що простягається нагору від основи (10), та яка у вигляді зверху має щонайменше одну з наступних форм: С, U, V, W, Е, 3, із протилежними вільними кінцевими ділянками (22, 24), що мають мінімальну відстань X1 одна від іншої, 1.3 друга стінка (30), що простягається нагору від основи (10), та яка у вигляді зверху має щонайменше одну з наступних форм: С, U, V, W, Е, 3, із протилежними вільними кінцевими ділянками (32, 34), що мають максимальну відстань Х2 одна від іншої, причому 1.4 X1 перевищує Х2, 1.5 вільні кінцеві ділянки (32, 34) другої стінки (30) розміщені між вільними кінцевими ділянками (22, 24) першої стінки (20), 1.6 вільні кінцеві ділянки (22, 24) першої стінки (20) накладені на вільні кінцеві ділянки (32, 34) другої стінки (30) у горизонтальному напрямку, щоб забезпечити 1.7 відповідні випускні канали (40, 50), сформовані між суміжними вільними кінцевими ділянками (22, 24) вказаної першої стінки (20) і другої стінки (30), 1.8 випускні канали яких (40, 50) розташовані так, що відповідний розплав в межах протиударного ущільнення одержує горизонтальне меандрування характеру плину розплаву в межах протиударного ущільнення, включаючи поворот на 180 градусів перед витіканням за межі протиударного ущільнення. 2. Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення за п. 1, причому суміжні вільні кінцеві ділянки (22, 24; 32, 34) першої та другої стінок (20, 30) розміщені паралельно одна відносно іншої. 3. Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення за п. 1, причому суміжні вільні кінцеві ділянки (22, 24; 32, 34) першої та другої стінок (20, 30) розміщені збіжно одна відносно іншої. 4. Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення за п. 1, причому суміжні вільні кінцеві ділянки (22, 24; 32, 34) першої та другої стінок (20, 30) розміщені розбіжно одна відносно іншої. 5. Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення за п. 1, причому щонайменше одна з вільних кінцевих ділянок (22, 24; 32, 34) першої та другої стінок (20, 30) є плоскою. 6. Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення за п. 1, причому щонайменше одна з вільних кінцевих ділянок (22, 24; 32, 34) першої та другої стінок (20, 30) є вигнутою відносно вертикальної осі. 7. Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення за п. 1, причому щонайменше частина першої стінки (20) є плоскою між щонайменше двома кінцевими ділянками (22, 24). 8. Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення за п. 1 щонайменше з однією з'єднувальною перемичкою між першою та другою стінками (20, 30). 9. Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення за п. 1 щонайменше з однією з'єднувальною перемичкою між суміжними вільними кінцевими ділянками (22, 32; 24, 34) першої та другої стінок (20, 30). 10. Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення за п. 1, причому нижня кінцева ділянка щонайменше однієї з першої стінки (20) або другої стінки (30) вставлена щонайменше в одну передбачену в основі (10) відповідну кишеню. 11. Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення за п. 1, причому основа (10) і щонайменше одна з першої стінки (20) або другої стінки (30) виконана у вигляді однієї монолітної деталі. 12. Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення за п. 1, причому перша стінка (20) і друга стінка (30) мають різні значення висоти перпендикулярно до основи (10). 13. Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення за п. 1, причому щонайменше одна з першої стінки (20) або другої стінки (30) має верхній обід (20r, 30r), що виступає за суміжну стінну ділянку щонайменше в одному напрямку паралельно основі (10). 14. Вогнестійке керамічне протиударне ущільнення за п. 13, причому обід (20r, 30r) виступає в напрямку тієї області ущільнення, де відповідний розплав співударяється з основою (10). 5 UA 115372 C2 6 UA 115372 C2 7 UA 115372 C2 8 UA 115372 C2 9 UA 115372 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10