PL191401B1 - Żerdź zatyczkowa - Google Patents

Abstract

1. Zerdz zatyczkowa, skladajaca sie z wydluzonego kor- pusu z materialu ogniotrwalego, majacego otwór usytuowany wspólosiowo wzgledem korpusu i przystosowany do przyje- cia na stale preta metalowego w celu polaczenia go z me- chanizmem podnoszacym, przy czym osiowy otwór korpusu ma powiekszona czesc pierscieniowa tworzaca powierzchnie uszczelniajaca, oddalona od górnego konca korpusu i maja- cego lacznik do zamocowania tego preta metalowego oraz z wydluzonego preta metalowego przymocowanego do kor- pusu i przystosowanego na swym górnym koncu do polacze- nia z mechanizmem podnoszacym do pionowego przemiesz- czania zerdzi zatyczkowej wewnatrz zespolu wlewowego, znamienna tym, ze ten korpus (2) sklada sie z co naj- mniej dwóch róznych materialów ogniotrwalych, i obejmu- je pierwsza czesc (16) z mieszaniny wzglednie nieprze- puszczalnej dla gazów, o przepuszczalnosci wlasciwej mniej- szej niz 5x10 -17 m 2 , otaczajacej zasadniczo obszar, w którym usytuowana jest uszczelka (11, 11'), przy czym ten material nie pozostaje w kontakcie z roztopionym metalem, i co naj- mniej druga czesc (17) z materialu ogniotrwalego odpornego na korozje wywolana przez roztopiony metal. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest żerdź zatyczkowa do regulowania przepływu roztopionego metalu z zespołu wlewowego, przykładowo stali lub ż eliwa, z kadzi poś redniej albo kadzi odlewniczej, zwłaszcza jednoczęściowa żerdź zatyczkowa, która ma elementy do połączenia z mechanizmem podnoszącym. W szczególnej postaci, żerdź zatyczkowa ma także urządzenie do wprowadzania gazu obojętnego, takiego jak argon, do kąpieli roztopionego metalu podczas operacji odlewania ciągłego.

Taka żerdź zatyczkowa i jej zastosowanie są dobrze znane specjalistom w tej dziedzinie, zwłaszcza z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4946083 i 5024422, do których czynione jest odniesienie. Między innymi dokumenty te opisują jednoczęściową żerdź zatyczkową, która może być przymocowana do mechanizmu podnoszącego, składającą się z wydłużonego korpusu z materiału ogniotrwałego, który ma wywiercony otwór usytuowany współosiowo względem korpusu żerdzi zatyczkowej i przystosowany do przyjęcia na stałe pręta metalowego w celu połączenia go z mechanizmem podnosz ą cym. Osiowy otwór korpusu z materiału ogniotrwałego ma powię kszoną część z pierścieniową powierzchnią uszczelniającą, oddaloną od górnego końca korpusu z materiału ogniotrwałego. Elementy do zamocowania pręta metalowego są na ogół usytuowane pomiędzy powiększoną częścią i dolnym końcem korpusu z materiału ogniotrwałego. Na swym dolnym końcu, korpus z materiału ogniotrwałego ma urządzenie do wprowadzania gazu do kąpieli roztopionego metalu, oraz wydłużonego pręta metalowego zamocowanego do korpusu z materiału ogniotrwałego i mają cego otwór osiowy, łą czą cy się w swej dolnej części z otworem korpusu z materiału ogniotrwałego. Pręt ma kołnierz z pierścieniową powierzchnią uszczelniającą, zwróconą do pierścieniowej powierzchni uszczelniającej otworu korpusu z materiału ogniotrwałego tak, aby utworzyć gazoszczelne połączenie. Górny koniec pręta jest przystosowany do połączenia z mechanizmem podnoszącym, co pozwala na pionowe przemieszczanie żerdzi zatyczkowej wewnątrz zespołu wlewowego, takiego jak kadź pośrednia. Elementy do zamocowania do korpusu z materiału ogniotrwałego są zwykle usytuowane pomiędzy kołnierzem i dolnym końcem pręta metalowego.

Żerdź zatyczkowa może być połączona z przewodem doprowadzającym gaz, zazwyczaj lecz niekoniecznie, przez górny koniec pręta.

Podczas użytkowania takiej żerdzi zatyczkowej, gaz doprowadzany do żerdzi zatyczkowej płynie w kierunku otworu osiowego korpusu z materiału ogniotrwałego w jego dolnej części. Dzięki urządzeniu do wprowadzania gazu do kąpieli roztopionego metalu, które znajduje się w dolnej części korpusu z materiału ogniotrwałego, żerdź zatyczkowa pozwala na wprowadzanie gazu do kąpieli roztopionego metalu. Skierowane ku sobie powierzchnie uszczelniające pręta i korpusu z materiału ogniotrwałego zapobiegają znaczącym stratom gazu obojętnego, jak również przenikaniu powietrza.

Aby jeszcze bardziej poprawić tę szczelność, zaproponowano umieszczenie pierścieniowej uszczelki gazoszczelnej pomiędzy tymi powierzchniami uszczelniającymi. Przykładowo, w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4946083 stwierdzono, że gdy założona jest uszczelka o gruboś ci około 0,4 mm z materiału odpornego na wysoką temperaturę , np. z grafitu, powierzchnia przylegania pomiędzy pierścieniowymi powierzchniami uszczelniającymi pręta i korpusu z materiału ogniotrwałego zapewnia szczelność, zdolną wytrzymać ciśnienie do 3000 hPa.

To uszczelnienie ma zasadnicze znaczenie dla odlewania wysokiej klasy roztopionego metalu. Przede wszystkim, konieczne jest zapewnienie dobrej ochrony przed przenikaniem powietrza, odpowiedzialnego za utlenianie metalu podczas zalewania. Z drugiej zaś strony, w przypadku wprowadzania gazu obojętnego przez żerdź zatyczkową, konieczne jest także zredukowanie do minimum strat gazu obojętnego, powodujących przekroczenie kosztów produkcji, których w żadnym wypadku nie można traktować jako nie mających znaczenia.

Dotychczas stosowany system nie dostarcza jednak całkowicie zadowalającego rozwiązania opisanych problemów.

W trakcie badań w tej dziedzinie stwierdzono, że problemy te spowodowane są faktem, ż e z różnych powodów (odkręcanie się pręta, rozszerzalność pręta, i inne) występuje utrata szczelności w szczelnym połączeniu pomię dzy zwróconymi ku sobie pierś cieniowymi powierzchniami uszczelniają cymi pręta i korpusu z materiału ogniotrwałego.

Ponadto stwierdzono, iż szczelność żerdzi zatyczkowej można poprawić, stosując korpus z materiału ogniotrwałego szczególnego typu.

PL 191 401 B1

W rozwią zaniu zgodnym z wynalazkiem, stosuje się ż erdź zatyczkową mają c ą jednocz ęściowy korpus z materiału ogniotrwałego, składający się co najmniej częściowo z materiału ogniotrwałego względnie nieprzepuszczalnego dla gazów.

Istota wynalazku polega na tym, że żerdź zatyczkowa, składająca się z wydłużonego korpusu z materiału ogniotrwałego, mają cego otwór usytuowany współosiowo wzglę dem korpusu i przystosowany do przyjęcia na stałe pręta metalowego w celu połączenia go z mechanizmem podnoszącym, przy czym osiowy otwór korpusu ma powiększoną część pierścieniową tworzącą powierzchnię uszczelniającą, oddaloną od górnego końca korpusu i mającego łącznik do zamocowania tego pręta metalowego oraz z wydłużonego pręta metalowego przymocowanego do korpusu i przystosowanego na swym górnym końcu do połączenia z mechanizmem podnoszącym do pionowego przemieszczania żerdzi zatyczkowej wewnątrz zespołu wlewowego, charakteryzuje się tym, że ten korpus składa się, z co najmniej dwóch ró ż nych materiałów ogniotrwałych, i obejmuje pierwszą część z mieszaniny względnie nieprzepuszczalnej dla gazów, o przepuszczalności właściwej mniejszej niż 5x10^-17 m², otaczającej zasadniczo obszar, w którym usytuowana jest uszczelka, przy czym ten materiał nie pozostaje w kontakcie z roztopionym metalem, i co najmniej drugą część z materiału ogniotrwałego odpornego na korozję wywołaną przez roztopiony metal.

Przez materiał względnie nieprzepuszczalny dla gazu rozumie się materiał, którego przepuszczalność właściwa (wyrażona w m²) w pobliżu temperatury roboczej żerdzi zatyczkowej jest mniejsza, niż przepuszczalność zwykle stosowanych materiałów. Korzystnie, przepuszczalność właściwa w pobliż u temperatury roboczej ż erdzi zatyczkowej ze wzglę dnie nieprzepuszczalnego materiału ogniotrwałego jest mniejsza niż połowa przepuszczalności zwykle stosowanych materiałów. Znane materiały mają zwykle przepuszczalność właściwą pomiędzy 5x10^-17 i 5x10^-16 m². Względnie nieprzepuszczalne materiały, które są korzystne według niniejszego wynalazku, mają przepuszczalność właściwą mniejszą niż 5x10^-17 m².

Korzystnie, pręt metalowy ma otwór osiowy, łączący się w swej dolnej części z otworem korpusu.

Ponadto, korzystnie ten korpus ma na swym dolnym końcu urządzenie do wprowadzania gazu do kąpieli roztopionego metalu,

W korzystnym wariancie wynalazku materiał wzglę dnie nieprzepuszczalny dla gazów stanowi materiał wybrany z grupy materiałów ogniotrwałych zawierających dodatki, zdolne zmniejszyć średnią średnicę porów, takie jak topniki i/lub pierwiastki metaliczne, tworzące węgliki w przypadku ich podgrzania do wysokiej temperatury.

Korzystnie, materiał względnie nieprzepuszczalny dla gazów jest wybrany z grupy materiałów ogniotrwałych zawierających topniki, wybrane spośród tlenków metali alkalicznych albo krzemionek.

Korzystnie, materiał względnie nieprzepuszczalny dla gazów stanowi sproszkowaną kompozycję o wielkości ziarna zapewniającej zmniejszoną przepuszczalność właściwą.

Przykładowo stosuje się topniki, takie jak zasady (Na2O, K2O, CaO, B2O3,...), krzemionki itp.

Oczywiście możliwe jest połączenie tych metod.

Żerdź korzystnie ma tuleję zamontowaną na pręcie metalowym, stanowiącą ten element do utrzymania docisku uszczelki.

Żerdź zatyczkowa może być podłączona do przewodu doprowadzającego gaz. Tym samym, ten wydłużony korpus z materiału ogniotrwałego ma na swym dolnym końcu urządzenie do wprowadzania gazu do kąpieli roztopionego metalu, a pręt metalowy ma otwór osiowy łączący się w swej dolnej części z otworem korpusu z materiału ogniotrwałego.

Korzystnie, pomiędzy prętem i powierzchnią uszczelniającą korpusu znajduje się kołnierz uszczelniający usytuowany na pręcie.

Żerdź korzystnie ma element do utrzymania docisku uszczelki stykającej się z pierścieniową powierzchnią uszczelniającą korpusu.

Jako szczególną postać wykonania można także zastosować żerdź zatyczkową, która ma także elementy do utrzymania docisku uszczelki stykającej się z pierścieniową powierzchnią uszczelniającą korpusu z materiału ogniotrwałego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 i 2 przedstawiają górny koniec ż erdzi zatyczkowej, w przykładach wykonania wynalazku, w częściowym przekroju.

Żerdź zatyczkowa 1 składa się z wydłużonego korpusu 2 z materiału ogniotrwałego, z osiowym otworem 3 biegnącym od górnego końca 4 do dolnego końca (nie pokazanego). Korpus z materiału

PL 191 401 B1 ogniotrwałego jest wyposażony w urządzenie do wprowadzania gazu obojętnego (nie pokazane) do kąpieli roztopionego metalu.

Korpus z materiału ogniotrwałego ma także łącznik 5 do zamocowania pręta metalowego 6. Pręt metalowy 6 ma także otwór osiowy 7, który biegnie przezeń od jego górnego końca 8 do jego dolnego końca 9. Górny koniec 8 jest przystosowany do przyjęcia złącza (nie pokazanego) do doprowadzania gazu obojętnego. Ponadto górny koniec 8 jest przystosowany do zamocowania do mechanizmu podnoszącego (nie pokazanego). Gaz pod ciśnieniem, taki jak argon, doprowadza się do otworu osiowego 3 korpusu z materiału ogniotrwałego za pomocą pręta 6 i jest on wprowadzany do kąpieli metalu przez dolny koniec korpusu z materiału ogniotrwałego.

Korpus 2 z materiału ogniotrwałego ma powiększoną część 10, która tworzy powierzchnię uszczelniającą. Dwie uszczelki grafitowe (11 i 11') spoczywają na tej powierzchni i tym samym zapobiegają przenikaniu powietrza albo stratom gazu obojętnego.

Korpus 2 z materiału ogniotrwałego składa się z dwóch różnych materiałów ogniotrwałych; korpus z materiału ogniotrwałego składa się z pierwszej części 16, wykonanej z mieszaniny względnie nieprzepuszczalnej dla gazów, zasadniczo otaczającej obszar, w którym usytuowane są uszczelki 11 (i 11') oraz z drugiej części 17, wykonanej z materiału odpornego na korozję pod wpływem roztopionych metali.

Na fig. 1 pręt metalowy 6 ma kołnierz 12, który ma pierścieniową powierzchnię uszczelniającą, zwróconą ku pierścieniowej powierzchni uszczelniającej 10 otworu korpusu z materiału ogniotrwałego dla utworzenia połączenia gazoszczelnego.

Na fig. 2, tuleja 14 zamontowana jest na pręcie 6 i utrzymuje uszczelki 11 i 11' w stanie ściśniętym. Górny koniec tulei jest zablokowany za pomocą podkładki 13, zaś ją samą utrzymuje nakrętka 15.

Korzystnie, podkładka 13 styka się z górnym końcem 4 korpusu 2 z materiału ogniotrwałego, w celu nadania zespołowi zwię kszonej sztywno ś ci.

Tuleja 14 wykonana jest z materiału mającego większy współczynnik rozszerzalności cieplnej niż pręt metalowy 6 i ma dostateczną długość, aby pod wpływem temperatury, do jakiej nagrzewa się żerdź zatyczkowa podczas zalewania, rozszerzała się na tyle w kierunku dolnego końca pręta metalowego, aby co najmniej skompensować wpływ rozszerzalności pręta metalowego.

Korzystnie, rozszerzalność tulei kompensuje zasadniczo dokładnie rozszerzalność pręta metalowego.

Jak można zobaczyć na fig. 2, tuleja 14 może wystawać na górnym końcu 4 korpusu 2 z materiału ogniotrwałego, jeżeli jest to konieczne, aby zapewnić dostateczną długość tulei.

Tuleja 14 zamontowana jest na pręcie metalowym 6 i tworzy z nim swobodny zespół, obracając się, ślizgając albo tylko ślizgając. Górny koniec tulei 14 po prostu opiera się o elementy blokujące (podkładka 13 i nakrętka 15) zamocowane na stałe na pręcie metalowym 6, tak że pod wpływem rozszerzalności, tuleja 14 wydłuża się osiowo tylko w kierunku przeciwnym do tych środków blokujących.

Materiał, z którego wykonano tuleję, jak również jej długość, dobrane są w funkcji wymiarów i materiałów prę ta metalowego (zwykle wykonywanego z prę ta stalowego o współczynniku rozszerzalności cieplnej rzędu 12,5 μm°C^-1) oraz korpusu z materiału ogniotrwałego (zwykle wykonanego z materiału ogniotrwałego uzyskanego w procesie prasowania izostatycznego, o współczynniku rozszerzalności cieplnej równym 3-6 iimC¹).

Materiał, z którego wykonana jest tuleja, jak również jej długość można łatwo określić w oparciu o podstawowe prawa fizyki cieplnej.

Poczynając od tak określonych wartości w pierwszym przybliżeniu, a które zwykle daje doskonałe wyniki, można następnie bez większych trudności optymalizować system na zasadzie prób i błędów.

Według wynalazku, tuleja wykonana jest z materiału o wysokim współczynniku rozszerzalności cieplnej, zdolnego wytrzymać wysokie temperatury, jakich działaniu poddana jest żerdź zatyczkowa podczas zalewania. Przykładowo można stosować materiały ogniotrwałe o wysokim współczynniku rozszerzalności cieplnej, takie jak spiekany tlenek magnezowy. Korzystne materiały do tego zastosowania znajdują się wśród metali albo stopów metali o wysokim współczynniku rozszerzalności cieplnej i mających wysoką temperaturę topnienia.

Według szczególnej postaci realizacji wynalazku, żerdź zatyczkowa ma także blokadę utrzymującą pręt metalowy w korpusie z materiału ogniotrwałego.

Takie rozwiązanie opisano w belgijskim zgłoszeniu patentowym nr 9800838, do którego czynione jest odniesienie. Tak więc, jeżeli zastosowano mającą gwintowany otwór osiowy wkładkę metalową, zaprasowaną w korpusie z materiału ogniotrwałego, jako blokadę utrzymującą pręt metalowy

PL 191 401 B1 w korpusie z materiału ogniotrwałego, zapobiegnie się odkrę ceniu prę ta od wkładki zaopatrują c go w parę płaskich powierzchni równoległych w punkcie wyjścia z korpusu z materiału ogniotrwałego i opierają c na tych powierzchniach jednolity rozwidlony kołnierz, połą czony na stałe z korpusem z materiału ogniotrwałego. To stałe połą czenie moż na zrealizować za pomocą kołka wprowadzonego w otwór wykonany w rozwidlonym kołnierzu i biegnący aż do wnętrza korpusu z materiału ogniotrwałego.

Claims (9)

1. Żerdź zatyczkowa, składająca się z wydłużonego korpusu z materiału ogniotrwałego, mającego otwór usytuowany współosiowo względem korpusu i przystosowany do przyjęcia na stałe pręta metalowego w celu połączenia go z mechanizmem podnoszącym, przy czym osiowy otwór korpusu ma powiększoną część pierścieniową tworzącą powierzchnię uszczelniającą, oddaloną od górnego końca korpusu i mającego łącznik do zamocowania tego pręta metalowego oraz z wydłużonego pręta metalowego przymocowanego do korpusu i przystosowanego na swym górnym końcu do połączenia z mechanizmem podnosz ą cym do pionowego przemieszczania ż erdzi zatyczkowej wewną trz zespołu wlewowego, znamienna tym, że ten korpus (2) składa się z co najmniej dwóch różnych materiałów ogniotrwałych, i obejmuje pierwszą część (16) z mieszaniny względnie nieprzepuszczalnej dla gazów, o przepuszczalności właściwej mniejszej niż 5x10^-17 m², otaczającej zasadniczo obszar, w którym usytuowana jest uszczelka (11, 11'), przy czym ten materiał nie pozostaje w kontakcie z roztopionym metalem, i co najmniej drugą część (17) z materiału ogniotrwałego odpornego na korozję wywołaną przez roztopiony metal.

2. Żerdź według zastrz. 1, znamienna tym, że ten pręt metalowy (6) ma otwór osiowy (7), łączący się w swej dolnej części (9) z otworem (3) korpusu (2).

3. Żerdź według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że ten korpus (2) ma na swym dolnym końcu urządzenie do wprowadzania gazu do kąpieli roztopionego metalu.

4. Żerdź według zastrz. 1, znamienna tym, że materiał względnie nieprzepuszczalny dla gazów jest wybrany z grupy materiałów ogniotrwałych zawierających dodatki, zdolne zmniejszyć średnią średnicę porów, takie jak topniki i/lub pierwiastki metaliczne, tworzące węgliki w przypadku ich podgrzania do wysokiej temperatury.

5. Żerdź według zastrz. 4, znamienna tym, że materiał względnie nieprzepuszczalny dla gazów jest wybrany z grupy materiałów ogniotrwałych zawierających topniki, wybrane spośród tlenków metali alkalicznych albo krzemionek.

6. Żerdź według zastrz. 4 albo 5, znamienna tym, że materiał względnie nieprzepuszczalny dla gazów stanowi sproszkowaną kompozycję o wielkości ziarna zapewniającej zmniejszoną przepuszczalność właściwą.

7. Żerdź według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienna tym, że pomiędzy prętem (6) i powierzchnią uszczelniającą (10) korpusu (2) znajduje się kołnierz uszczelniający (12) usytuowany na pręcie metalowym (6).

8. Żerdź według zastrz. 1, znamienna tym, że ma element do utrzymania docisku uszczelki (11, 11') stykającej się z pierścieniową powierzchnią uszczelniającą (10) korpusu (2).

9. Żerdź według zastrz. 8, znamienna tym, że ma tuleję (14) zamontowaną na pręcie (6), stanowiącą ten element do utrzymania docisku uszczelki (11, 11').