Стопорний стрижень

1. Стопорний стрижень для регулювання потоку розплавленого металу з металургійного конвертера, який містить в собі: a) подовжений корпус (10) з поздовжньою віссю (А), виконаний з вогнетривкого керамічного матеріалу, b) розточений отвір (14), що простягається від верхньої поверхні корпуса до його протилежного нижнього кінця (101) і закінчується на відстані від зовнішньої поверхні (10s) нижнього кінця (101) корпуса (10), c) щонайменше один газовий канал (22), що має площу поперечного перерізу, що менше середньої площі поперечного перерізу розточеного отвору (14), і який простягається від нижнього кінця (14b) розточеного отвору (14) до щонайменше однієї ділянки зовнішньої поверхні в нижньому кінці (101) корпуса (10), при цьому d) довжина вищезгаданого газового каналу (22) перевищує відстань, обмежену прямою лінією між його кінцями (22і, 22о). C2 2 (19) 1 3 83161 даний європейський патент. Таким чином відповідне розкриття є частиною даного опису. Стопори описаного вигляду використаються також для уведення газу, часто інертного газу, такого як аргон, у розплавлену сталь. Ці гази нагнітають у металургійний розплав для підвищення його якості шляхом, наприклад, забезпечення флотаційних станів неметалічних включень у розплаві. [EP 1401600 Bl] розкриває такий моноблочний стопор, придатний для подачі газу під час зливу розплавленого металу. Вищезгаданий стопор має отвір, що з'єднує внутрішню камеру (яка простирається коаксіально до поздовжньої осі стопорного стрижня) і випускний газовий канал у самому нижньому кінці стопорного стрижня, що є частиною носової ділянки стопора. Тут існує ризик, який полягає в тім, що під час процесу лиття потоку газу, уведеного в стопор, буде недостатньо, для того щоб зрівняти або перевищити потенціал видобутку вакуум у, створюваний у носовій частині стопора поточною сталлю, - це так званий "ефект водяного насоса". У цьому випадку вакуум у наконечнику стопора буде втягувати весь подаваний інертний газ із отвору стопора й системи подачі, створюючи знижений тиск у системі. При наявності в системі яких-небудь дефектних з'єднань повітря буде засмоктуватися, і підвищувати цей знижений тиск, і потім нагнітатися в потік сталі у наконечнику стопора. Це та точка, де спричиняється максимальна шкода як якості литої сталі, так і експлуатаційній стабільності процесу виливки. Не можна збільшити швидкість подачі інертного газу для того, щоб перевищити потенціал усунення "ефекту водяного насоса", оскільки це створить неприпустимі проблеми, пов'язані з якістю, такі як надмірна турбулентність у ливарній формі, захват включень або "крапкові дефекти" у затверділих сталеви х виробах. В [EP 1401600 Bl] описаний калібрований пристрій, а саме, стрижень із одним або більше газовим каналом, що простирається аксіально, цей пристрій розташований у вищезгаданому розточеному отворі для створення заданого опору потоку. Стрижень повинен доповнювати конструкцію стопора, простираючись над дном внутрішньої камери. На практиці дуже важко заздалегідь визначити опір потоку й виготовити відповідний стопор. Необхідні додаткові технологічні операції для введення стрижня в частково готовий стопор, а у зв'язку із цим виникають труднощі створення ефективного кріпильного й газонепроникного з'єднання щоб уникнути змін в обмеженому режимі роботи. Тому метою даного винаходу є створення стопора вищеописаного виду, який легко виготовити і який забезпечує ефективний спосіб для транспортування й виштовхування газу. Винахід базується на загальновідомій ідеї введення звуженого каналу для потоку інертного газу усередині стопора для забезпечення заданого надлишкового тиску, який запобіжить виникненню вакуум у, створюваного в наконечнику стопора, при 4 будь-якій комбінації умов експлуатації стопорного отвору й системи подачі газу. Параметри заданого надлишкового тиску будуть залежати від: a) газового потоку (кількість/тиск), який подається ззовні b) довжини газового каналу, c) поперечного переріза газового каналу, d) розташування газового каналу в корпусі стопора. Дослідження для встановлення переважного режиму продувки газом, показали, що газові канали менше певного діаметра не здатні забезпечити стійкий опір під час робочого циклу внаслідок ризику блокування сторонніми частками із внутрішньої частини системи або ризику невеликих змін, пов'язаних з термомеханічними властивостями керамічних матеріалів, що значно змінюють переріз при робочих температурах. Виявилося, що вузькі канали діаметром менше 1мм збільшують ризик зміни параметрів продувки. Було виявлено, що канали діаметром більше 1мм знижують ці ризики до мінімуму. Крім того, виявили, що опір залежить від сили тертя об стінки, що у свою чергу залежить від довжини каналу і якості його поверхні. Також було виявлено, що довжина відповідного газового каналу повинна значно перевищува ти "товщину" вогнетривкого матеріалу у відповідній області й/або його стінні ділянки повинні мати більш-менш шорсткувату поверхню щонайменше на окремих ділянках. У своєму самому загальному варіанті здійснення даний винахід відноситься до стопорного стрижня для регулювання потоку розплавленого металу з металургійного конвертера, що включає в себе: - подовжений корпус із поздовжньою віссю (А), виконаний з вогнетривкого керамічного матеріалу, - розточений отвір, що простирається від верхньої поверхні вищезгаданого корпуса до його протилежного нижнього кінця й закінчується на відстані від зовнішньої поверхні нижнього кінця корпуса, - щонайменше один газовий канал із площею поперечного переріза, що менше середньої площі поперечного переріза розточеного отвору, і, що простирається від нижнього кінця розточеного отвору до щонайменше однієї ділянки зовнішньої поверхні в нижньому кінці корпуса, де - довжина вищезгаданого газового каналу перевищує відстань, обмежена прямою лінією між його кінцями. Звужений канал у стопорі створює заданий надлишковий тиск усередині стопорного отвору й системи подачі при необхідних швидкостях проходження газу. Цей заданий надлишковий тиск гарантує, що будь-який вакуум, що утворюється в наконечнику стопора під час лиття внаслідок "ефекту водяного насоса", не зможе перебороти опір вищезгаданого каналу й втягне весь подаваний газ із системи. Ступінь звуженості й заданий надлишковий тиск стопорної системи повинні, таким чином, відповідати фактичним умовам лиття й геометричної конфігурації як наконечника стопора, так і критич 5 83161 ного перерізу сопла стопора, які можуть фактично мінятися під час циклу лиття. У розточеному отворі (головним чином у його відкритому верхньому кінці), що переважно влаштовано коаксіально поздовжньої осі корпуса стопора, розташоване вищезгадане кріпильне пристосування, що відповідає кріпильному пристосуванню на металевому стрижні, вставленому одним кінцем у розточений отвір і прикріпленому своїм іншим кінцем до піднімального механізму. Розточений отвір, який називають також внутрішньою камерою, і будь-який пристрій, розміщений у ньому, спроектовані так, що дозволяють газу, такому як інертний газ, проходити по всій довжині вищезгаданого розточеного отвору й входити в газовий канал, що простирається від нижнього кінця розточеного отвору до нижньої поверхні вогнетривкого стопорного пристрою. Довжина вищезгаданого газового каналу може перевищувати щонайменше у два або три рази довжину відповідної найкоротшої відстані між його впускним кінцем і випускним кінцем або відстані між його кінцями в напрямку поздовжньої осі стрижня відповідно. Це стосується й конструкції, відповідно до якої довжина газового каналу в 5-30 разів більше, ніж у конструкції з відстанями, зазначеними раніше. Газових каналів може бути 2 або більше. Для створення відповідного довгого каналу у вогнетривкій керамічній стопорній ділянці • обмеженого розміру, канал може бути спроектований, наприклад, спіралеподібним або меандроподібним. Можуть бути використані й всі інші конструкції, аби тільки довжина каналу відповідала вищезгаданій формулі. Канал можна створити за допомогою будьякого придатного матеріалу, що згоряє при високих температурах, особливо при випалі вогнетривкого стопора. Як приклад: пластмасовий спіралеподібний профіль вставляють у пристрій ізостатичного тиску, потім цей пристрій заповнюють придатним керамічним матеріалом, оточуючи згаданий профіль. Після обробки й формування готовий стопор піддають випалу. У цей час пластмасовий спіралеподібний профіль вигорає й створює необхідний спіралеподібний газовий канал. Цілком очевидно, що згаданий газовий канал можна також одержати за допомогою готової тр убки відповідної конфігурації. Газовий канал можна розташувати так, щоб він входив у розточений отвір на відстані від самого нижнього кінця (дна) розточеного отвору. Це не тільки збільшує відстань до нижнього вільного кінця стопорного стрижня, але й запобігає будь-якій небезпеці блокування твердими матеріалами, що входять у газовий канал (сторонні частки). Звичайно канал починається на відстані 10100мм над донним краєм розточеного отвору, але ця відстань може бути іншою залежно від специфічного застосування. Відповідно до одного варіанта здійснення винаходу, газовий канал може мати середню площу поперечного перерізу 0,5-4мм 2. Газовий канал може мати майже будь-яку форму. Площа його 6 поперечного переріза, перпендикулярна до газового потоку, може являти собою коло, трикутник, квадрат, або вона може бути, приміром, прямокутною. Щонайменше один газовий канал може бути влаштований щонайменше частково усередині або навколо вогнетривкого відформованого елемента, установленого у вищезгаданому корпусі або прикріпленого до нього. Канал, наприклад, може бути сконструйований усередині або на поверхні вогнетривкого відформованого елемента, установленого уздовж відповідного отвору стопора або вогнетривкого корпуса відповідно. Цей окремий елемент може бути жорстко прикріплений до вогнетривкого корпуса, наприклад, за допомогою загвинчування, шпильок і т.п. Відформований елемент може бути також прикріплений до корпуса за допомогою будівельного розчину або клею. Цей елемент може являти собою ізостатично пресовану обпалену або необпалену деталь. Канал можна створити усередині вищезгаданої деталі, на її поверхні й/або за допомогою канавки у відповідній області корпуса. Як уже згадувалося вище, площа поперечного переріза газового каналу може мінятися по його довжині. Наприклад, вона може бути розширеною через певні проміжки, що підвищує протитиск і запобігає небезпеці переривання газового потоку. Газовий канал може бути оснащений виступами, які роблять газовий прохід ще меншим, або/і виїмками, що збільшують газовий прохід. Виступи й виїмки можуть бути переривчастими. Вони можуть простиратися подібно до кільця навколо області газового проходу. Можуть мати будь-яку конфігурацію. Вони можуть йти за рівномірними стінними ділянками у гострих країв або скошених кутів (або проміжних секцій відповідно). Відповідно до одного варіанта здійснення винаходу загальна довжина газового каналу від його входу до його виходу становить 50-1000мм. У той час як його напрямок, нахил, форма й поперечний переріз можуть мінятися, як описано вище, один варіант здійснення пропонує конструкцію, відповідно до якої газовий канал простирається уздовж поздовжньої осі корпуса від самої нижньої поверхневої ділянки корпуса усередину цього корпуса. Інакше кажучи, самий крайній кінець газового каналу (у напрямку газового потоку) є паралельним і коаксіальним до поздовжньої осі стопорного стрижня. Разом з типово обертальною симетрією всього стопорного пристрою це дозволяє центральному газовому потоку текти в сопло виходу й у такий спосіб оптимізує умови руху газу й обробку розплаву. Як альтернатива в газовому каналі можна передбачити 2 вихідних кінці або більше. Наступний приклад демонструє роботу винайденої конструкції. Виходячи з конструкції стопора, зображеної на Фіг.1 згідно з [EP 358535 В2], і постійного докладеного тиску газу й витрати газу, спостерігається збільшення результуючого вн утрішнього тиску в 0,3 бари, коли газовий канал 12 перепроектований з первинного, який має діаметр 1,4мм і довжину 100мм, в який має той же самий діаметр 1,4мм, але довжину 400мм. 7 83161 Тепер будуть описані як приклади два варіанти здійснення винаходу з посиланням на додані креслення, у яких Фіг.1 і 2 являють собою схематичні розрізи різних елементів двох стопорів відповідно до різних варіантів здійснення винаходу. На обох фігурах стрижні зображені у вертикальному поперечному перерізі. На Фіг.1 цифра 10 позначає вогнетривкий керамічний корпус, що має форму стрижня. Його поздовжня вісь позначена "A-A". Самий нижній кінець стопора відзначений цифрою 12. Це частина нижнього кінця 101, так званої носової частини стопора. На відстані над 12 (тут: приблизно 80мм) розточений отвір 14 (тут: діаметром приблизно 40 мм) простирається до верхнього кінця стопора, причому цей верхній кінець є звичайним за своєю конструкцією й не зображений. Між верхнім кінцем і нижньою частиною 101 стопорного корпуса 10 є проміжна ділянка 10i, уздовж якої розточений отвір 14 має стінку 16 з нарізаним різьбленням, що входить у відповідне зовнішнє різьблення 18 металевого стрижня 20, розміщеного в розточеному отворі 14 для стійкого кріплення стопора 10 до відповідного піднімального механізму. На відстані (h) від донного краю 14Ь розточеного отвору 14 починається газовий канал 22 зі своїм вхідним отвором 22і. На шляху до свого вихідного отвору 22о у самій нижній частині 12 корпуса газовий канал 22 спроектований у вигляді меандру, як це схематично показано на Фіг.1. Завдяки такій меандроподібній конструкції довжина каналу значно збільшена в порівнянні з осьовою відстанню H (уздовж поздовжньої осі А) між вхідним отвором 22і і виходом 22о або в порівнянні із прямою відстанню між вхідним отвором 22і і виходом 22о, позначеному "D" на Фіг.1. У той час як "D" або "H" відповідно змінюються від 60 до 100мм у 8 звичайних стопорних стрижнях, загальна довжина газового каналу 22 буде становити відповідно до винаходу - 120 - 1000мм, хоча може бути навіть більшою. На Фіг.2 зображений один (нижній) кінець, зокрема, носова частина альтернативної конфігурації відповідно до винаходу, основні відмінності якого будуть розкриті нижче. Замість меандроподібної конфігурації газовий канал 22 має спіралеподібну форму й закінчується трохи розширеною ділянкою 22о, яка знову ж є коаксіальною до поздовжньої осі А, щоб уникнути або мінімізувати всяку турбулентність у металевому розплаві, у той час як вищезгаданий стопор розміщений коаксіально над відповідним випускним соплом. І знову завдяки спіралеподібній конфігурації газового каналу 22 його довжина буде значно перевершувати осьову відстань від його вхідної позиції 22і до його вихідної позицій 22о. Опір потоку будь-якого газу, що проходить по газовому каналі 22, буде відповідно збільшуватися, допускаючи виникнення потенційних проблем, пов'язаних з незвуженим газовим потоком і вакуумними ефектами під час роботи, яких варто уникати. Фіг.3 зображує нижній кінець 101 стопора, носова частина якого містить у собі окремий профільований елемент 30, угвинчений у відповідний отвір 32 носової частини. Елемент 30 містить спірально розташований газовий канал 22 з його вхідним кінцем 22і у текучому з'єднанні з розточеним отвором 14 і його вихідним кінцем 22о, що закінчується в зовнішній поверхні 10s стопора 10 у його самому нижньому кінці. Канал 22 можна також передбачити між відповідними поверхнями елемента 30 і корпуса 10, як це позначено пунктирними лініями 23, у вигляді виїмок у тієї чи іншої або в обох поверхнях. 9 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 83161 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601