Стопорний стрижень

1. Стопорний стрижень для регулювання витрати розплавленого металу, який зливають з посудини, що його містить, який має а) корпус (10), виготовлений з вогнетривкого керамічного матеріалу, б) центральний отвір (12) з поздовжньою віссю (А), який проходить вниз від верхньої площини (10u) корпусу, і в) принаймні один виготовлений з іншого матеріалу анкер (16), розташований у визначеному за довжиною місці центрального отвору (12), г) згаданий анкер (16) виготовлений з листового матеріалу у вигляді форми з основними поверхнями (16u, 161), що знаходяться по суті перпендикулярно до поздовжньої осі (А) центрального отвору (12), і видовжений на кутову довжину від 20 до 450° уздовж внутрішньої стінки згаданого центрального отвору (12), д) згаданий анкер (16) закріплений усередині корпусу (10) між верхньою площиною (10u) корпусу (10) і нижнім кінцем центрального отвору (12) і сконструйований таким чином, що виступає усередину отвору (12) у радіальному напрямку, e) при цьому анкер (16) входить у канавку різі, виконаної на кінці (141) металевого стрижня (14), що опускається в центральний отвір (12) корпусу. 2. Стопорний стрижень за п. 1, у якого з'єднаний з механізмом підняття металевий стрижень (14) має 2 (19) 1 3 84324 Даний винахід стосується стопорних стрижнів для регулювання витрати розплавленого металу та, зокрема, для регулювання витрати розплавленого металу, що зливають з металургійної посудини, такої як проміжний розливний пристрій (проміжний ківш). Відомо, що в цей час при розливанні сталі використовують суцільні вогнетривкі стопорні стрижні, які переміщаються у вертикальному напрямку механізмом підняття та міняють площу поперечного перерізу випускного отвору відповідної металургійної посудини. Такі ж стопорні стрижні використовують для примусової подачі в розплавлену сталь інертного газу, зокрема аргону, і видалення з розплавленого металу неметалічних включень. У всіх випадках термін служби зануреного в розплавлений метал стопора повинен обчислюватися годинами. Крім того, стопори повинні витримувати виникаючі на початку розливу сталі сильні теплові удари та різні механічні навантаження. Саме цими міркуваннями й пояснюються численні спроби підвищення механічних і теплових характеристик таких стопорів та їх надійності та терміну служби. В [ЕР 0358535 В2] запропонований з'єднуваний з механізмом підняття суцільний стопорний стрижень, з виготовленим з вогнетривкого матеріалу корпусом, у якому виконаний наскрізний отвір з центральною поздовжньою віссю, який проходить вниз від верхньої поверхні корпусу. У центральному отворі корпусу розташована металева втулка з різзю, у яку можна вкрутити металевий стрижень, який опускається усередину корпусу, з'єднуваний з механізмом підняття. Однією із проблем такого стопорного стрижня є необхідність кріплення металевої втулки з різзю до виготовленого з вогнетривкого матеріалу корпусу та прагнення уникнути виникнення великих механічних напружень внаслідок різного теплового розширення керамічного корпусу та вставленої в нього металевої втулки, через які під час роботи може відбутися руйнування виготовленого з керамічного матеріалу корпусу. В [DE 19823990 С2] запропонований інший стопор з розташованою у верхній частині центрального отвору корпусу керамічною втулкою. Втулка має внутрішню різь та з'єднується з металевим стрижнем із зовнішньою різзю, яка відповідає внутрішній різі втулки. Використання двох керамічних матеріалів, що знижує небезпеку виникнення високих напруг через різне теплове розширення корпусу стопора та втулки, у яку вкручується з'єднуваний з механізмом підняття металевий стрижень, пов'язано з певною проблемою, пов'язаною з вартістю виготовлення втулки з точно виконаною внутрішньою різзю з високоміцного керамічного матеріалу. 4 В основу даного винаходу була покладена задача розробити стопорний стрижень для регулювання витрати розплавленого металу, який зливається з металургійної посудини, що його містить, який був би простим у виготовленні та мав би простий пристрій для з'єднання з відповідним металевим стрижнем механізму підняття усередині вогнетривкого керамічного корпусу. При створенні винаходу було встановлено, що з'єднувати металевий стрижень механізму підняття зі стопорним стрижнем усередині центрального отвору вогнетривкого керамічного корпусу можна за допомогою більш простого пристрою, ніж циліндрична металева або керамічна втулка, зокрема за допомогою принаймні одного анкера, який виконаний з іншого листового матеріалу, відмінного від матеріалу, з якого виконаний корпус, закріплений усередині корпусу між його верхньою площиною та нижнім кінцем центрального отвору та має виступаючий у радіальному напрямку усередину отвору кінець, основні поверхні якого розташовані по суті перпендикулярно до поздовжньої осі отвору в межах верхньої частини корпусу. На відміну від відомих конструкцій, у яких пристрої для з'єднання стопорного стрижня з металевим стрижнем механізму підняття займають досить велику частину довжини поздовжньої осі вогнетривкого корпусу, пропонований в даному винаході сполучний пристрій розташований не уздовж, а по суті перпендикулярно до поздовжньої осі корпусу і/або його центрального отвору у визначеному за висотою корпусу місці. Невеликі в порівнянні із втулкою розміри пропонованого у винаході сполучного пристрою та відповідно менша маса іншого матеріалу, розташованого в керамічному корпусі стопора, дозволяють зменшити теплові та механічні напруження, які виникають між сполучним пристроєм (анкером) і керамічним корпусом. Іншими словами, пропонований у винаході стопорний стрижень має анкер, розташований у визначеному за висотою місці між його верхньою площиною та нижнім кінцем. Звичайно виміряна від верхнього кінця вогнетривкого корпусу відстань від верхньої площини стопорного стрижня до анкера становить від 10 до 40% від всієї його довжини або в абсолютних величинах від 5 до 25см, а звичайно близько 10см. Очевидно, що пропонований у винаході по суті радіальний сполучний пристрій має істотно меншу осьову протяжність, ніж будь-яка вставка або втулка, видовжена в напрямку поздовжньої осі стопорного стрижня. Тому використання такого радіального анкера дозволяє істотно в порівнянні з відомими конструкціями знизити механічні напруження, які виникають у керамічному корпусі в результаті теплового розширення виготовленого з іншого матеріалу анкера в напрямку поздовжньої осі стопорного стрижня. 5 84324 Крім того, пропонований у винаході анкер можна легко закріпити у виготовленому з керамічного вогнетривкого матеріалу корпусі стопорного стрижня, наприклад, під час його ізостатичного пресування. Виготовляти пропонований у винаході стопорний стрижень можна в такий спосіб. Зазначений(-і) вище анкер(-и), наприклад, у вигляді виготовленої(-их) з листового металу де талі(-ей), встановлюють його(їх) кінцями у відповідні щілини оправки (центрового стрижня). Оправку разом з анкерами поміщають усередину гумової форми та кільцевий простір між оправкою та формою заповнюють вогнетривким керамічним матеріалом. Після цього вогнетривкий матеріал, що знаходиться у формі разом з анкерами, ізостатично пресують. Потім зовнішню форму знімають і виготовлену принаймні із двох видовжених у поздовжньому напрямку деталей оправку витягають зі спресованої деталі із введеними в неї зовнішніми ділянками розташованих у визначених місцях анкерів (виготовлених з листового матеріалу деталей) і внутрішніми ділянками, які виступають в центральний отвір. При виготовленні стопорного стрижня таким способом усередину форми можна помістити ущільнювальний елемент, про що більш докладно сказано нижче. Даний винахід у найбільш загальному варіанті його здійснення стосується стопорного стрижня для регулювання витрати розплавленого металу, що зливається з металургійної посудини, що його містить, який має корпус, виготовлений з вогнетривкого керамічного матеріалу, центральний отвір з поздовжньою віссю, який проходить вниз від верхньої площини корпусу, принаймні один виконаний з іншого матеріалу анкер, розташований у визначеному місці за довжиною центрального отвору та закріплений усередині корпусу між верхньою площиною корпусу та нижнім кінцем отвору, з основними поверхнями, що виступають усередину отвору в радіальному напрямку по суті перпендикулярно його поздовжньої осі, при цьому анкер входить у канавку різі, виконаної на кінці вставленого в отвір корпусу металевого стрижня. В одному з варіантів здійснення винаходу пропонований у ньому стопорний стрижень з'єднується з металевим стрижнем, принаймні на одній з ділянок кінця, що опускається усередину корпусу, якого нарізана різь. Нарізана на кінці металевого стрижня різь разом з анкером призначена для з'єднання металевого стрижня усередині центрального отвору з вогнетривким корпусом стопорного стрижня. Для з’єднання металевого стрижня з корпусом стопорного стрижня досить одного виготовленого з листового матеріалу анкера з кінцем, який виступає радіально в отвір корпусу. При опусканні металевого стрижня в отвір корпусу стопорного стрижня нарізана на металевому стрижні різь проходить по кінцю анкера, що виступає усередину отвору, та з'єднує усередині отвору металевий стрижень із корпусом стопорного стрижня. Очевидно, що пропонований у винаході анкер повинен мати в окружному напрямку визначену довжину. В окружному напрямку протяжність анке 6 ра може становити від 20 до не більше 360° або навіть ненабагато більшу частину довжини окружності внутрішньої стінки центрального отвору корпусу. При кутовій протяжності виготовленого з листового матеріалу анкера, більшої 20°, його бажано (але не обов'язково з погляду надійності з'єднання) розташовува ти під певним кутом нахилу до поздовжньої осі отвору. Анкер пропонованого у винаході стопорного стрижня бажано повинен бути виготовлений з листового матеріалу у вигляді деталі кільцевої форми, тобто деталі, видовженої в окружному напрямку уздовж внутрішньої поверхні центрального отвору корпусу на кут, що перевищує 180°, що бажано перевищує 270°, з деяким нахилом до поздовжньої осі отвору при кутовій протяжності, більшої ніж 360°. Як такий анкер можна також використовувати звичайне стопорне (упорне) кільце. Анкер пропонованого у винаході стопорного стрижня можна виконати не тільки у вигляді однієї деталі кільцевої форми з кутовою протяжністю від 270 до £360° або до 450° або від 300 до 400°, але й у вигляді принаймні двох деталей кільцевої форми, розташованих на відстані один від одного на уявлюваній гвинтовій лінії. Сполучний пристрій для з'єднання корпусу стопорного стрижня з металевим стрижнем механізму підняття можна також виконати у вигляді трьох кільцевих анкерів, розташованих на рівній відстані один від одного на уявлюваній гвинтовій лінії. Для з'єднання металевого стрижня механізму підняття зі стопорним стрижнем усередині центрального отвору його вогнетривкого корпусу можна також використовувати два або три розташованих на відстані один від одного радіальних шти фти. Анкер або анкери можна також розташувати в площині, що перпендикулярна до поздовжньої осі металевого стрижня. Очевидно, що більш простим у реалізації є варіант, у якому сполучний пристрій для з'єднання стопорного стрижня з металевим стрижнем механізму підняття виконано у вигляді однієї деталі. Сполучний пристрій пропонованого у винаході стопорного стрижня можна виготовляти з будьякого матеріалу, відмінного від матеріалу, з якого виготовлений вогнетривкий корпус стопорного стрижня, і досить міцного для того, щоб з нього можна було виготови ти деталь, з'єднуван у з різзю металевого стрижня механізму підняття. Таким матеріалом може бути метал або спеціальна кераміка типу нітриду кремнію, діоксиду цирконію або оксиду алюмінію. Як вже було згадано вище, пропонований у винаході стопорний стрижень може мати ущільнювальний елемент, розташований в отворі корпусу поруч зі сполучним пристроєм. Необхідність у такому ущільнювальному елементі та підвищенні герметичності між керамічним корпусом і металевим стрижнем особливо важлива при використанні стопорного стрижня для подачі газу в розплавлений метал. Відповідним ущільнювальним елементом (прокладкою) можна ущільнити кільцеву ущільнювальну поверхню, розташовану на визначеній висоті в отворі керамічного корпусу. Констр укція та 7 84324 кого ущільнення описана в [публікації ЕР 1135227 В1], включеної в даний опис як посилання. Ущільнювальний елемент можна також виконати у вигляді встановленого на внутрішній стінці центрального отвору корпусу під або над сполучним пристроєм виступаючого радіально в отвір кільця визначеної висоти, у яке входить різь металевого стрижня. Терміни, які зустрічаються в описі, "вище", "верхній", "нижній", "нижче", "вниз" і т.д. відносяться до вертикально розташованого стопорного стрижня. Як вже було відзначено вище, виготовлений з листа анкер, використовуваний для з'єднання стопорного стрижня з металевим стрижнем, повинен бути розташований у визначеному за висотою корпусу положенні. При введенні металевого стрижня в корпус стопорного стрижня зовнішня різь металевого стрижня проходить вниз за сполучний пристрій. Виступаюча вниз ділянка різьбового кінця металевого стрижня входить усередину ущільнювального елемента та ефективно ущільнює металевий стрижень у центральному отворі керамічного корпусу. Ущільнювальний елемент, виготовлений з матеріалу, який витримує високі температури, заповнює канавки різьбового кінця металевого стрижня та ефективно ущільнює його на визначеній за довжиною ділянці ущільнювального елемента та металевого стрижня. У пропонованому винаході у стопорному стрижні ущільнювальний елемент має циліндричну форму. Ущільнювальний елемент, що має таку форму, повинен виступати усередину центрального отвору корпусу. Ділянку центрального отвору корпусу, у який вставляється ущільнювальний елемент, можна виконати конічною з поступово зменшуваним у напрямку нижнього кінця отвору діаметром. Діаметр нижньої частини з'єднуваного з механізмом підняття металевого стрижня, яка входить усередину ущільнювального елемента, може бути меншим діаметра його верхньої частини. Ущільнювальний елемент можна виготовляти з будь-якого матеріалу, що ви тримує під час роботи високі температури. Одним з таких матеріалів є графіт. Для виготовлення ущільнювального елемента можна використовувати спресований чистий графіт, який містить більше 95мас.% вуглецю, густиною близько 1,4г/см 3. Ущільнювальний елемент можна виготовити заздалегідь у вигляді окремої деталі певної форми, яку можна легко вставити в корпус стопорного стрижня безпосередньо перед його з'єднанням з металевим стрижнем, або відформувати усередині керамічного корпусу стопорного стрижня в процесі його виготовлення. В іншому варіанті ущільнювальний елемент можна також виготовити в процесі виготовлення стопорного стрижня шляхом пресування із графітової деталі, виготовленої із шарів графітового порошку або зі спірально намотаної графітової фольги, поміщеної на спеціальній оправці, розташованій в центрі форми, яку заповнюють керамічним матеріалом, з якого відливають корпус стопорного стрижня. 8 Очевидно, що при використанні пропонованого у винаході стопорного стрижня для подачі газу в розплавлений метал з'єднуваний з механізмом підняття металевий стрижень повинен мати наскрізний центральний отвір для проходу газу. При цьому на нижньому кінці керамічного корпусу стопорного стрижня повинен бути виконаний принаймні один додатковий отвір, з'єднаний із центральним отвором корпусу. Інші кращі варіанти здійснення винаходу представлені в залежних пунктах формули винаходу та розглянуті в наведеному нижче описі. Нижче винахід більш докладно розглянутий на прикладі одного з варіантів, який не обмежує обсяг винаходу, виконання пропонованого в ньому стопорного стрижня. На прикладеному до опису одному кресленні в розрізі схематично показана верхня частина пропонованого у винаході стопорного стрижня. Стопорний стрижень має видовжений у довжину виготовлений з вогнетривкого керамічного матеріалу корпус 10 із центральним отвором 12, у який співвісно входить з'єднуваний з корпусом 10 металевий стрижень 14, який з'єднує стопорний стрижень із (не показаним на кресленні) механізмом підняття. Центральний отвір 12 корпусу має по суті циліндричну форму та проходить вниз (стрілка D) від верхнього торця 10u корпусу 10 до виконаного в нижній частині корпусу (не показаного на кресленні) отвору. На відстані d від верхнього торця 10u корпусу розташоване введене у вогнетривкий матеріал корпусу 10 і виготовлене з металевого листа анкерне кільце 16. Внутрішній край кільця проходить усередину центрального отвору 12 корпусу. Основні поверхні (верхня поверхня 16u і нижня поверхня 161) кільця розташовані по суті перпендикулярно до поздовжньої осі А центрального отвору 12. Фактично, як показано на кресленні, плоске анкерне кільце 16 нахилене до горизонтальної площини (перпендикулярної поздовжньої осі А) під кутом a, який може бути рівним від 1 до 5°, а в даному випадку рівний приблизно 3°. Такий кут нахилу кільця відповідає куту підняття витків різі, виконаної на кінці металевого стрижня 14. Анкерне кільце 16 виконане розрізним, і його кутова протяжність дорівнює приблизно 330°. Вільні краї розрізного анкерного кільця зміщені одне відносно одного в напрямку поздовжньої осі отвору 12. Виготовлене з листа анкерне кільце 16, що використовується як більш докладно описаний нижче сполучний пристрій для з'єднання стопорного стрижня з металевим стрижнем 14, запресоване в керамічний корпус 10. Внутрішній край анкерного кільця проходить в отвір 12 на визначену величину, що відповідає глибині канавок (умовно позначеної крапками) зовнішньої різі 14t, виконаної на нижній ділянці 141 металевого стрижня 14, у центрі якого можна виконати (позначений переривчастими лініями) поздовжній отвір 14с. З'єднуваний зі стопорним стрижнем металевий стрижень 14 опускають в отвір 12 і повертають навколо його осі, у результаті чого зовнішня різь 14t стопорного стрижня входить у зачеплення з 9 84324 виступаючою в отвір частиною 16р анкерного кільця 16. При подальшому опусканні металевого стрижня 14 в отвір 12 (у напрямку стрілки D) його різьбовий кінець доходить до розташованого на внутрішній стінці 12w отвору 12 на ділянці довжиною L циліндричного графітового кільця 18. При подальшому опусканні металевого стрижня 14 в отвір 12 графіт заповнює канавки різі 14t і герметично за всією довжиною L ущільнює металевий стрижень 14 у керамічному корпусі 10 стопорного стрижня. У показаному на кресленні крайньому нижньому положенні металевого стрижня 14 в отворі 12 корпусу стопорного стрижня нижній кінець 14е різі стрижня виступає вниз за нижній край ущільнювального елемента 18. В принципі в крайньому нижньому положенні кінець металевого стрижня може знаходитися в будь-якому положенні в межах довжини ущільнювального елемента. У крайнім нижнім положенні металевого стрижня 14 до верхньої поверхні 10u корпусу 10 стопорного стрижня притискаються нерухомо закріплені на металевому стрижні стопорні кільця 20, 22, які обмежують довжину нижнього кінця стрижня в напрямку стрілки D. Стопорні кільця 20, 22 виконані у вигляді гайок із внутрішньою різзю, що відповідає різі 14t металевого стрижня 14. Невеликі розміри виготовленого з листового матеріалу сполучного елемента (розрізного анкерного кільця 16) і його по суті горизонтальне (радіальне) розташування відносно стопорного стрижня гарантують надійне кріплення металевого стрижня 14 механізму підняття в отворі 12 корпусу стопорного стрижня навіть під дією високих теплових навантажень, при яких металевий сполучний еле 10 мент і металевий стрижень механізму підняття однаково розширюються в радіальному напрямку та однаково або майже однаково розширюються в осьовому напрямку. Пропонований у винаході стопорний стрижень із ущільненням і конструктивно новим пристроєм для його з'єднання з металевим стрижнем механізму підняття можна використати в різних цілях, наприклад, для подачі газу через отвори 14с та 12 у ванну розплавленого металу. Щільний контакт ущільнення 18 і зовнішньої різі 14t металевого стрижня 14 забезпечує необхідний радіальний стиск ущільнювального елемента та підвищує герметичність всієї конструкції. Теплове розширення металевого стрижня при робочій температурі також супроводжується стиском ущільнення та відповідно додатково підвищує герметичність всієї конструкції. Розміри пропонованого у винаході анкера в поздовжньому напрямку повинні бути мінімально можливими. "Товщина" такого листового анкера не повинна перевищувати 5, 3, 2 або навіть 1мм, а "довжина" (L) ущільнення повинна бути не менше 10, 20, 30 або навіть 40мм. Для з'єднання стопорного стрижня з металевим стрижнем механізму підняття можна використовувати декілька сполучних елементів (анкерів), розташованих у різних місцях уздовж поздовжньої осі стопорного стрижня, наприклад, на деякій відстані один від одного (у напрямку поздовжньої осі центрального отвору вогнетривкого корпусу стопорного стрижня). Відстань між анкерами може становити декілька сантиметрів або більше. Окремі розташовані в різних місцях анкери можуть взаємодіяти з одним або декількома витками різі металевого стрижня. 11 Комп’ютерна в ерстка C.Литв иненко 84324 Підписне 12 Тираж 28 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