Система стержня стопора з хвилястою поверхнею

1. Система стержня стопора для застосування у металургійному резервуарі, яка включає стержень стопора, який має носову частин у на одному його кінці, та розливальний стакан, який має наскрізний отвір, причому отвір має внутрішню поверхню, носова частина стержня стопора та внутрішня поверхня отвору розливального стакана мають точку контакту, коли система стержня стопора перебуває у закритій позиції, яка відрізняється тим, що принаймні один з компонентів, до яких належать носова частина стержня стопора (42) та внутрішня поверхня отвору розливального стакана (43), включає множину хвиль, розташованих таким чином, що розмір протоку, коли система стержня стопора перебуває у відкритій позиції, переривчасто збільшується у розмірі залежно від відстані нижче за течією від точки кон2. Система стержня стопора за п. 1, яка такту (44). відрізняє ться тим, що розмір протоку залишається незмінним або збільшується нижче за течією від точки контакту (44). 3. Система стержня стопора за п. 1, яка відрізняється тим, що збільшення у розмірі протоку завдяки хвилі, найближчій до точки контакту (44), є більшим, ніж збільшення у розмірі протоку завдяки хвилі, яка безпосередньо йде за хвилею, найближчою до точки контакту (44). 4. Система стержня стопора за п. 1, яка відрізняється тим, що збільшення у розмірі протоку завдяки кожній наступній хвилі поперемінно є більшим і меншим порівняно з попередньою, з кожною наступною хвилею, розташованою нижче за течією від точки контакту (44). 5. Система стержня стопора за п. 1, яка відрізняється тим, що носова частина стержня стопора (42) включає певну кількість хвиль. 2 (19) 1 3 85852 4 протоку, коли система стержня стопора перебуває у відкритій позиції, переривчасто збільшується залежно від відстані нижче за течією від точки контакту (44). 13. Розливальний стакан за п. 8, який відрізняється тим, що розмір потоку залишається незмінним або збільшується нижче за течією від точки контакту (44). 14. Розливальний стакан за п. 8, який відрізняється тим, що збільшення у розмірі протоку за вдяки хвилі, найближчій до точки контакту, є більшим, ніж збільшення у розмірі протоку завдяки хвилі, яка безпосередньо йде за хвилею, найближчою до точки контакту (44). 15. Розливальний стакан за п. 8, який відрізняється тим, що збільшення у розмірі протоку завдяки кожній наступній хвилі поперемінно є більшим і меншим порівняно з попередньою, з кожною наступною хвилею, розташованою нижче за течією від точки контакту (44). Ця заявка заявляє пріоритет, згідно з [35 U.S.C. §120], дати подання попередньої [заявки США №60/516,902, поданої 3 листопада 2003р.]. Даний винахід в цілому стосується пристрою для регулювання швидкості потоку металу з резервуара, який містить рідкий метал. Тобто, даний винахід стосується удосконаленої системи стерж ня стопора. В обробці розплавлених або рідких металів, наприклад, сталі, потік рідкого металу виходить із металургійного резервуара, такого як ківш, у проміжний пристрій. Рідкий метал після цього надходить через проміжний пристрій у виливницю. На дні або поблизу від дна проміжного пристрою потік рідкого металу з проміжного пристрою у виливницю регулюють. Взагалі, потік регулюють, застосовуючи систему стержня стопора. Система стержня стопора складається з рухомого стержня стопора та розливального стакана. Розливальний стакан має отвір, крізь який може протікати рідкий метал. Потік рідкого металу з проміжного пристрою крізь отвір розливального стакана утворюється під дією самопливу. Стержень стопора має кінець або носову частину, занурену в рідкий метал, який контактує з вхідною частиною отвору розливального стакана, і, таким чином, коли носова частина стопора приводиться у контакт з розливальним стаканом, отвір розливального стакана блокується, і потік рідкого металу зупиняється. Коли носова частина стержня стопора рухається для виходу з контакту з розливальним стаканом, утворюється інтервал між носовою частиною стопора та отвором розливального стакана, що дозволяє рідкому металові витікати з резервуара крізь отвір розливального стакана. Шляхом точного переміщення стержня стопора регулюють швидкість потоку рідкого металу, водночас підтримуючи близьку відстань між носовою частиною стержня стопора та отвором розливального стакана. Таким чином, регулювання розміру проміжку дозволяє регулювати швидкість потоку рідкого металу. Зокрема, даний винахід стосується форми носової частини стержня стопора та/або форми поверхні розливального стакана. Одна проблема у традиційній системі стержнів стопора полягає у закупорюванні або обмеженні потоку рідкого металу через осідання та накопичення неметалевих матеріалів на носовій частині стопора та/або на поверхні отвору розливального стакана. Це осідання призводить до труднощів з належним регулюванням потоку рідкого металу. В результаті утворення закупорюючих відкладень підтримання потрібної швидкості потоку рідкого металу може стати неможливою, що призводить до передчасного припинення процесу. Крім того, потік металу може раптово посилитись, якщо частина закупорюючого відкладення відламується й виноситься потоком металу. Погане регулювання потоку рідкого металу, викликане закупорюванням, призводить до дефектів металевих продуктів. В існуючих системах стержня стопора робилися спроби розв'язання проблеми закупорювання через застосування хвилястої геометричної форми з западинами або через включення газу у потік металу через пористий елемент у носовій частині стопора. Приклади таких існуючих систем стержня стопора описано у [японському патенті №62089566-24/04/87 та патенті США №5,071,043]. Однак застосування хвилястих поверхонь, про яке сказано в [японському патенті 6208956624/04/87] регулювання потоку металу, оскільки розмір отвору не є гладкою функцією відстані між отвором розливального стакана та носовою частиною стопора. Ця хвиляста геометрична форма також створює проблеми в ущільненні між носовою частиною стопора та отвором розливального стакана, коли необхідно перекрити потік металу, оскільки через западини у хвилястих поверхнях проходить потік рідкого металу, і, таким чином, рідкий метал потрапляє у западини, де він може закупорювати потік через затверднення. У [патенті США №5,071,043] описано застосування пористої носової частини стопора, що дозволяє включати бульбашки інертного газу, такого як аргон, у потік металу. Включення газу допомагає зменшити закупорювання шляхом утворення бульбашок, до яких зазвичай прикріплюються неметалеві частинки у рідкому металі, таким чином, зменшуючи відкладення на носовій частині стопора або отворі розливального стакана. Однак газ, який вдувають через носову частину стопора, як правило, не забезпечує рівномірний розподіл бульбашок газу по всьому металу, який протікає крізь отвір. Газ проходить шляхом найменшого спротиву і може досягати рідкого металу і утворювати бульбашки лише з одного боку отвору або лише у частинах потоку металу. Коли це відбувається, закупорювання стає асиметричним, що при 5 85852 зводить до нерівномірності потоку крізь отвір і, у свою чергу, поганого регулювання потоку металу. Даний винахід виправляє недоліки нині існуючих систем стержня стопора завдяки забезпеченню для системи стержня стопора унікальної конструкції носової частини стопора та отвору розливального стакана, що дозволяє регулювати масштаб та місце турбулентності потоку металу. Представлена конструкція зменшує закупорююче осідання і поліпшує розподіл газових бульбашок у потоці металу, коли газ вводять у систему. Даний винахід забезпечує систему стержня стопора для застосування у металургійному резервуарі. Система стержня стопора включає стержень стопора, який має носову частин у на одному його кінці, та розливальний стакан, який має наскрізний отвір, причому отвір має внутрішню поверхню. Носова частина стержня стопора та внутрішня поверхня отвору розливального стакана мають точку контакту, коли система стержня стопора перебуває у закритій позиції. Принаймні один з компонентів, до яких належать носова частина стержня стопора та внутрішня поверхня отвору розливального стакана, включає певну кількість хвиль, розташованих таким чином, що розмір протоку між носовою частиною стержня стопора та внутрішнім стержнем стопора, коли система стержня стопора перебуває у відкритій позиції, переривчасто збільшується у розмірі залежно від відстані після точки контакту. Інший варіант втілення даного винаходу забезпечує стержень стопора для застосування у системі стержня стопора. Система стержня стопора включає стержень стопора, який має носову частину на одному його кінці, та розливальний стакан, який має наскрізний отвір, причому отвір має внутрішню поверхню. Носова частина стержня стопора та внутрішня поверхня отвору розливального стакана мають точку контакту, коли система стержня стопора перебуває у закритій позиції. Носова частина стержня стопора включає певну кількість хвиль, розташованих таким чином, що розмір протоку між носовою частиною стержня стопора та внутрішнім стержнем стопора коли система стержня стопора перебуває у відкритій позиції, переривчасто збільшується у розмірі залежно від відстані після точки контакту. Інший варіант втілення даного винаходу забезпечує розливальний стакан для застосування у системі стержня стопора. Система стержня стопора включає стержень стопора, який має носову частину на одному його кінці та розливальний стакан, який має наскрізний отвір, причому отвір має внутрішню поверхню. Носова частина стержня стопора та внутрішня поверхня отвору розливального стакана мають точку контакту, коли система стержня стопора перебуває у закритій позиції. Розливальний стакан включає певну кількість хвиль, розташованих таким чином, що розмір протоку між носовою частиною стержня стопора та внутрішнім стержнем стопора коли система стержня стопора перебуває у відкритій позиції, переривчасто збільшується у розмірі залежно від відстані після точки контакту. 6 Фіг.1 є поперечним розрізом типового проміжного пристрою, який застосовують для обробки рідкого металу. Фіг.2 є поперечним розрізом традиційних систем стержня стопора. Фіг.3 є поперечним розрізом, на якому показано локалізовані структури потоку у традиційній системі стержня стопора. Фіг.4 є поперечним розрізом, на якому показано локалізовані структури потоку у системі стержня стопора, яку описано у [японському патенті №62089566-24/04/87]. Фіг.5 є поперечним розрізом системи стержня стопора згідно з одним варіантом втілення даного винаходу. Фіг.6 є поперечним розрізом поперечного розрізу системи стержня стопора з Фіг.5, на якому показано локалізовані структури потоку. Фіг.7 є поперечним розрізом системи стержня стопора згідно з альтернативним варіантом втілення даного винаходу. Фіг.8 є поперечним розрізом системи стержня стопора згідно з альтернативним варіантом втілення даного винаходу. Детальний опис оптимальних варіантів втілення Фіг.1 пояснює конфігурацію традиційного проміжного пристрою. У проміжному пристрої 1 стержень стопора 2, який має центральну вісь 6, перебуває на одній лінії з центральною віссю 5 розливального стакана 3 і застосовується для регулювання потік рідкого металу крізь отвір 4. Фіг.2 пояснює кілька альтернативних геометричних конфігурації традиційних систем стержня стопора. Стержень стопора 7 має круглу або півсферичну носову частину, яка контактує зі скругленою вхідною поверхнею 8 отвору розливального стакана. В альтернативному варіанті стержень стопора 9 має загострену або конічну носову частину, яка контактує з клиноподібним або конічним входом отвору розливального стакана 10. В альтернативному варіанті стержень стопора 11 має багаторадіусну носову частину або носову частину у формі кулі. Фіг.3 є великим планом зони регулювання у традиційній конфігурації, такій, як ті, що пояснюються на Фіг.2. Носова частина стержня стопора 12 розташовується відносно отвору розливального стакана 13 таким чином, щоб утворювати отвір 15, який регулює потік рідкого металу, представлений лініями напрямку 14. Отвір 15 проходить по лінії найбільшого наближення між носовою частиною стопора 12 та отвором розливального стакана 13. Нижче за течією від отвору 15 лінії напрямку можуть віддалятися від поверхонь носової частини стержня стопора 12 та отвору розливального стакана 13, таким чином, викликаючи неконтрольовані турбулентні завихрення, представлені стрілками 16. Турбулентні завихрення утворюються у зонах потоку рідини нижче за течією від отвору 15 поблизу від поверхні носової частини стопора 12 або внутрішньої поверхні отвору розливального стакана 13. Турбулентні завихрення можуть виникати і зникати в цих дво х зонах неконтрольовано і непередбачувано. Розмір або масштаб турбулентних 7 85852 завихрень також змінюється у часі. Зміни масштабу або місця турбулентних завихрень, які виникають у потоці нижче за течією від мінімального отвору можуть впливати на регулювання потоку таким чином, що викликають зміни у швидкості потоку навіть тоді, коли позиція стопора, а отже, і розмір отвору, є незмінними. Фіг.4 показує хвилясту поверхню, яку описано у [японському патенті 62089566]. Як показано на Фіг.4, поверхня 17 носової частини стержня стопора має певну кількість западин 19. Для пояснення показано, що лише поверхня стопера 17 на Фіг.4 має хвилясту поверхню з западинами, хоча у зазначеному патенті також сказано, що отвір розливального стакана також може мати хвилясту поверхню, яка має подібні западини. Таким чином, на Фіг.4 поверхню отвору розливального стакана 18 показано як гладеньку дугу. Лінія 20 є дотичною загальній кривизні носової частини стопора поверхня 17 і з'єднується з цією поверхнею в отворі і проходить у загальному напрямку потоку металу нижче за течією від отвору. Лінії 21, 22, 23, 24, 25 та 26 є прикладами ліній, перпендикулярних лінії 20 і послідовно збільшуються за відстанню від отвору. Довжина різних ліній є пропорційною розмірові протоку, який утворюється нижче за течією від отвору. Зрозуміло, що розмір протоку збільшується не плавно у напрямку за течією зі збільшенням позиції уздовж лінії 20. Фактично розмір протоку різко збільшується на вході до кожної западини, а потім зменшується на нижчому (ще далі за течією) відрізку кожної западини. Наприклад, лінія 22 є довшою за лінію 21, лінія 23 є довшою за лінію 22, але лінія 24 є коротшою за лінію 23, і лінія 25 є коротшою за лінію 24. Лінія 26 є довшою за лінію 25, оскільки позиція нижче за течією доходить до наступної западини. Вжитий авторами як в описі, так і у формулі винаходу, термін "протік", вжитий у зв'язку зі стержнем стопора, означає зону між носовою частиною стержня стопора та лінією, дотичною носовій частині стержня стопора і паралельною напрямкові потоку рідкого металу у точці контакту між носовою частиною стержня стопора та внутрішньою поверхнею отвору розливального стакана Так само вжитий авторами, як в описі, так і у формулі винаходу, термін "протік," вжитий у зв'язку з розливальним стаканом, означає зону між внутрішньою поверхнею отвору розливального стакана та лінією, дотичною внутрішній поверхні отвору розливального стакана і паралельною напрямкові потоку рідкого металу у точці контакту між носовою частиною стержня стопора та внутрішньою поверхнею отвору розливального стакана. Слід зазначити, що протік збільшується у розмірі там, де хвиляста поверхня має западини, а отже, потік рідкого металу проходить через хвилясті западини. Проходження через западини дозволяє захоплювати рідкий метал у западини, в результаті чого збільшується час утримання захопленої рідини порівняно з рідиною, яка протікає поблизу. Захоплена рідина також може затверднути у западинах, викликаючи закупорювання потоку рідкого металу. Ця хвиляста геометрична форма також створює проблеми з ущільненням 8 між носовою частиною стопора та отвором розливального стакана, коли необхідно перекрити потік металу. Фіг.5 пояснює один варіант втілення системи згідно з даним винаходом. Носову частину стержня стопора 42 та випускний отвір розливального стакана 43 показано у закритій позиції. Через точку контакту 44 проведено дотичну лінію 45, яка є дотичною поверхні носової частини стопора і проходить нижче за течією від точки контакту. Зміну відстані між дотичною лінією 45 та носовою частиною стержня стопора 42 нижче за точку контакту 45 показано лініями, перпендикулярними дотичній лінії 45. Лінії 47, 48, 49 та 50 представляють кілька таких перпендикулярних ліній, які послідовно збільшуються за відстанню від точки 44. Ці лінії показують, що у цьому варіанті втілення даного винаходу поверхня носової частини стержня стопора 42 включає певну кількість заглиблень або хвиль. Хвилі мають таку форму, щоб утворювати протік між дотичною лінією та носовою частиною стержня стопора 42, який дедалі збільшується у розмірі, але ступінчасто або переривчасто, зі збільшенням відстані нижче від точки контакту 44. Коли носова частина стержня стопора 42 рухається для виходу з контакту з отвором розливального стакана 43, утворюється отвір у зоні точки контакту 44, і протік між дотичною лінією та носовою частиною стопора переривчасто збільшується зі збільшенням відстані нижче за течією від отвору. Наприклад, якщо порівняти лінії 47 та 48 з лініями 48 та 49, лінія 48 є довшою за лінію 47, а лінія 49 є лише трохи довшою або має таку саму довжину, як лінія 47. Таким чином, різниця у довжині між лініями 48 та 47 є суттєво більшою, ніж різниця у довжині між лініями 49 та 48. Хвиляста форма носової частини стопора 42 забезпечує це переривчасте збільшення розміру протоку. Слід зазначити, що розмір протоку не зменшується залежно від відстані нижче за течією від отвору. Натомість розмір протоку нижче за течією від отвору збільшується у кілька етапів. В оптимальній конфігурації перше, невелике збільшення у розмірі (залежно від відстані від точки контакту 44) неподалік від точки контакту 44 використовують для забезпечення належного закриття системи стопора. За ним в оптимальному варіанті йде велике збільшення, після чого йде мате збільшення або й зовсім немає збільшення, а потім іде велике збільшення, далі - мале збільшення або немає збільшення і т.д. Фіг.6 показує зону регулювання згідно з одним варіантом втілення винаходу. Хвиляста носова частина стержня стопора 56 розташовується відносно отвору розливального стакана 62 таким чином, щоб утворювати отвір у зоні 51, який регулює потік рідкого металу, представлений лініями напрямку. Отвір проходить по лінії найбільшого наближення між носовою частиною стержня стопора 56 та отвором розливального стакана 62. Нижче за течією від отвору лінії напрямку віддаляються від поверхонь носової частини стержня стопора 56 і утворюють контрольовані турбулентні завихрення, представлені стрілками 54, 55 та 60. Нижче за течією від точки 53 відстань між дотичною лінією 9 85852 52 та поверхнею носової частини стопора швидко збільшується на першому східці, викликаючи віддалення потоку від носової частини стопора і створюючи першу зону турбулентни х завихрень, як показано стрілкою 54. Подібним чином інші зони турбулентних завихрень утворюються після інших східців, де відстань між дотичною лінією 52 та носовою частиною стопора поверхня швидко збільшується, як показано стрілками 55 та 60. Таким чином, згідно з винаходом, місце та масштаб зон турбулентних завихрень регулюються місцем та глибиною хвиль на поверхні носової частини стопора. У цьому варіанті втілення винаходу виправляються недоліки існуючої системи стержнів стопора завдяки оснащенню системи стержня стопора носовою частиною стопора унікальної конструкції, яка контролює масштаб та місце турбулентності у потоці металу. Контролювання турбулентності зменшує швидкість закупорюючого осідання на носову частину стопора завдяки безперервному змітанню будь-яких неметалевих частинок. Крім того, якщо газ подають у систему через носову частину стопора, контролювання турбулентності на межі з поверхнею носової частини стопора рівномірно розподіляє бульбашки газу навколо носової частини стопора, додатково стримуючи закупорююче осідання. Фіг.7 показує додатковий альтернативний варіант втілення даного винаходу. У цьому варіанті втілення поверхня отвору розливального стакана 71 має хвилясту форму для утворення протоку між дотичною лінією та отвором розливального стакана 71, який переривчасто збільшується у розмірі зі збільшенням відстані нижче за течією від точки контакту 57. Це переривчасте збільшення у розмірі протоку є подібним до того, яке описано вище з посиланням на Фіг.5-6. У точці контакту 57 між носовою частиною стержня стопора 70 та отвором розливального стакана 71 проведено дотичну лінію 58, яка є дотичною поверхні отвору розливального стакана 71, що проходить нижче за течією від точки контакту. 10 Завдяки хвилястій формі отвору розливального стакана 71, розмір протоку між дотичною лінією та отвором розливального стакана 71 не зменшується залежно від відстані нижче за течією від точки контакту 57. Натомість розмір протоку збільшується зі збільшенням відстані нижче за течією від отвору, у кілька етапів, з першим невеликим збільшенням неподалік від точки контакту для забезпечення належного закриття, після чого йде різке збільшення, далі йде невелике збільшення або й зовсім немає збільшення, після чого йде різке збільшення, потім невелике збільшення або зовсім немає збільшення і т.д. Це викликає утворення зони турбулентних завихрень у протоці на межі з поверхнею отвору розливального стакана за східцями, де відстань між дотичною лінією та поверхнею отвору розливального стакана швидко збільшується. Таким чином, система стержня стопора згідно з цим варіантом втілення даного винаходу регулює місце та масштаб турбулентни х завихрень. Фіг.8 показує інший варіант втілення винаходу, в якому і носова частина стопора 81, і отвір розливального стакана 83 є хвилястими. У цьому варіанті втілення, як описано вище з посиланням на попередні варіанти втілення, протік між лінією, дотичною отворові розливального стакана, та поверхнею отвору розливального стакана і протік між лінією, дотичною носовій частині стопора, та поверхнею носової частини стопора ступінчасто збільшується у розмірі, нижче за течією від отвору. Це дозволяє регулювати турбулентність у потоці рідкого металу як на межі з поверхнею отвору розливального стакана, так і на межі з поверхнею носової частини стопора нижче за течією від отвору. Зрозуміло, що існує можливість численних модифікацій та варіантів даного винаходу. Таким чином, слід розуміти, що у межах обсягу представленої нижче формули винаходу даний винахід може бути практично втілений в інший спосіб, ніж той, який було конкретно описано. 11 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 85852 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