PL202782B1 - Zatyczka - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zatyczka stosowana jako część mechanizmu zaworowego w regulacji przepływu roztopionego materiału ze zbiornika przez zanurzony wylot. W szczególności, przedmiotem wynalazku są ogniotrwałe jednolite zatyczki, tzn. jednoczęściowe ceramiczne żerdzie zatyczkowe, jakie obecnie są stosowane do regulowania przepływu roztopionego metalu, wypływającego z wylewu kadziowego, zamontowanego w dnie zbiornika zawierającego kąpiel metalow ą, np. w dnie kadzi albo kadzi pośredniej. Zwykle stosuje się je w odlewaniu stali przez otwór w podstawie kadzi pośredniej, poprzez wylewy i osłony, do chłodzonego wodą krystalizatora.

Zazwyczaj zatyczki takie mają postać wydłużonego walcowego korpusu z ogniotrwałej ceramiki, z prasowanego izostatycznie grafitu/tlenku glinu, mającego na swym dolnym końcu zaokrąglony albo stożkowaty zarys (końcówka zatyczki), odpowiedni do wprowadzenia w przewężenie odpowiedniego wylewu kadziowego, na górnym końcu zaś pewną postać środka złącznego do zamocowania zatyczki na zewnętrznym mechanizmie podnoszącym, za pomocą którego regulowany jest przepływ.

Na rysunku pos. I przedstawiono w przekroju wzdłużnym znaną zatyczkę 1 stosowaną do regulacji przepływu roztopionego metalu z kadzi pośredniej albo zbiornika (niepokazanego). Zatyczkę 1 stanowi korpus ogniotrwały mający górny koniec 2, dolny koniec 3 oraz otwór osiowy 4 ze zwężonym odcinkiem w swym dolnym obszarze, stanowiącym otwór osiowy 8. Gaz obojętny, jak np. argon, można doprowadzać ze źródła gazu przez otwór osiowy w górnym obszarze żerdzi zatyczkowej. Środki mocujące 5 zatyczkę do mechanizmu podnoszącego (niepokazanego) znajdują się w pierwszej części A zatyczki w otworze osiowym 4, w odległości d od górnego końca 2.

Trzecia część C zawiera końcówkę 6, która ma środek do wdmuchiwania gazu obojętnego. Jak przedstawiono na rysunku pos. I, gaz można wdmuchiwać bezpośrednio z otworu osiowego.

W zatyczce według dotychczasowych rozwiązań konstrukcyjnych (pos. I), druga część B jest zasadniczo walcowa i ma tę samą średnicę co pierwsza część A i trzecia część C.

Zasada działania zatyczki jest prosta. W celu ułatwiania albo ograniczania przepływu określonej ilości roztopionego metalu przez wylew kadziowy, do unoszenia zatyczki w pionie od położenia spoczynkowego na wylewie kadziowym stosuje się mechaniczny układ podnoszący. W praktyce jednak taka żerdź zatyczkowa musi pracować w trudnych warunkach otoczenia, będąc przykładowo zanurzoną w roztopionym metalu przez długie okresy, oraz musi być zdolna wytrzymać silne wstrząsy cieplne spotykane w procesach odlewania.

Na koszt zatyczki wpływa zasadniczo robocizna i ilość materiału ogniotrwałego. Podejmowano już próby obniżania kosztów poprzez zmniejszanie ciężaru zatyczki. W takim przypadku należy zwracać uwagę na utrzymanie niezmniejszonej wytrzymałości. Europejski opis patentowy nr A-625391 ujawnia rowkowaną zatyczkę, której zewnętrzna powierzchnia ma pewną liczbę osiowych rowków. Zewnętrzna powierzchnia zatyczki ma falisty przebieg, obejmujący naprzemienne garby i wgłębienia tak, aby stworzyć rowkowaną strukturę, co do której uważa się, iż zachowuje wytrzymałość taką jak zatyczka w postaci regularnego walca. Jednakże czas konieczny do wyjęcia zatyczki z jej skomplikowanej formy w dużej mierze niweluje oszczędności materiału ogniotrwałego.

Istnieje zatem zapotrzebowanie na dostarczenie zatyczki o konstrukcji umożliwiającej użycie mniejszej ilości materiału ogniotrwałego bez utraty wytrzymałości, utrzymując jednocześnie pracochłonność na możliwie najniższym poziomie. Niniejszy wynalazek ma na celu dostarczenie ulepszonej zatyczki, spełniającej te cele.

Zgodna z wynalazkiem ogniotrwała jednolita zatyczka o zasadniczo walcowym kształcie, mająca górny koniec, dolny koniec i otwór osiowy biegnący w dół od górnego końca, środki mocujące zatyczkę do mechanizmu podnoszącego, usytuowane w otworze osiowym w zadanej odległości od górnego końca, przy czym zatyczka dzieli się na trzy części; pierwsza część rozciąga się od górnego końca w kierunku dolnego końca na odległość większą od odległości pomiędzy środkami mocującymi zatyczkę a górnym końcem, druga część rozciąga się od pierwszej części w kierunku dolnego końca, a trzecia część rozciąga się od drugiej części i obejmuje końcówkę zatyczki, kończącą się w dolnym końcu zatyczki, charakteryzuje się tym, że średni przekrój drugiej części jest mniejszy niż przekrój pierwszej części, a największy przekrój trzeciej części jest większy niż najmniejszy przekrój drugiej części.

Wynalazek opiera się na spostrzeżeniu, że punkt największych naprężeń w zatyczce jest na ogół usytuowany wokół środków mocujących zatyczkę do mechanizmu podnoszącego (w odległości, która jest na ogół większa niż odległość pomiędzy środkami mocującymi zatyczkę a jej górnym końcem).

PL 202 782 B1

W przeciwieństwie do powszechnie przyjętego poglą du w tej dziedzinie zauważono, ż e nie ma potrzeby zapewniania dużej grubości materiału ogniotrwałego na całej długości zatyczki, aby mieć pewność, iż będzie mogła ona wytrzymać trudne warunki, w jakich musi pracować. Dlatego też, wokół środków mocujących zatyczkę do mechanizmu podnoszącego (pierwsza część) i wokół końcówki zatyczki (trzecia część), która musi pozostać odpowiednią do wejścia w przewężenie odpowiedniego wylewu kadziowego, pozostawiono materiał ogniotrwały o zazwyczaj stosowanej grubości, równocześnie zmniejszając grubość materiału ogniotrwałego w części pośredniej (druga część), tym samym znacznie zmniejszając ciężar zatyczki, bez jakiejkolwiek zauważalnej utraty wytrzymałości.

Możliwe byłoby także zmniejszenie wymiaru trzeciej części, korzystnie jednak największy przekrój trzeciej części jest większy niż średni przekrój drugiej części, tak że końcówka zatyczki (trzecia część) pozostaje odpowiednia do wejścia w przewężenie odpowiedniego znanego wylewu kadziowego.

Korzystnie, pierwsza część rozciąga się od górnego końca na odległość co najmniej równą dwukrotnej odległości pomiędzy środkami mocującymi zatyczkę a górnym końcem.

Przekrój pierwszej części musi być wystarczająco duży, tak aby zapewnić zatyczce wymaganą wytrzymałość wokół środków mocujących. Fachowiec zna z konstrukcji znanych zatyczek zakres przekrojów odpowiednich do tego celu. Korzystnie, przekrój pierwszej części jest zasadniczo stały albo ma bardzo małą zbieżność do dołu.

W celu zwię kszenia oszczę dnoś ci materiał u, korzystnie pierwszą część i trzecią część zachowuje się możliwie jak najkrótsze. Pierwsza część nie jest dłuższa niż 4 - 5 razy odległość pomiędzy środkami mocującymi zatyczkę a górnym końcem, trzecia część zaś będzie ograniczona do końcówki zatyczki.

Istotą niniejszego wynalazku jest więc to, że druga część ma zmniejszoną grubość względem pierwszej części i trzeciej części.

Zmniejszenie grubości drugiej części można zrealizować na różne sposoby. Korzystnie, druga część, w swym przekroju pionowym, ma zasadniczo wklęsły profil. W innym wariancie, druga część jest stopniowo zbieżna od pierwszej części w kierunku trzeciej części. Ponadto korzystnie, druga część ma ogólny kształt hiperboloidy.

Tym niemniej jednak, ze względu na łatwość wytwarzania, a w szczególności wyjmowania z formy, druga część zawiera pierwszą sekcję , biegną c ą w dół od pierwszej części i mającą przekrój zmniejszający się stopniowo, oraz drugą sekcję, biegnącą od dołu pierwszej sekcji do dołu drugiej części, i mającą zasadniczo stały przekrój. W celu zwiększenia oszczędności materiału przekrój pierwszej sekcji powinien zmniejszać się możliwie jak najszybciej. Stożek powinien być taki, aby naprężenia w dowolnej części nie były większe niż naprężenia w pobliżu mocowania; znane metody obliczeniowe wytrzymałości materiałów umożliwiają określenie minimalnego przekroju koniecznego do uzyskania tego wyniku.

Jak to dobrze wiadomo w przypadku znanych zatyczek, zatyczka według wynalazku może być stosowana wraz ze środkami do wdmuchiwania gazu, toteż gaz, korzystnie gaz obojętny, może być wdmuchiwany do roztopionego metalu podczas operacji odlewania. Na ogół w takim przypadku gaz wprowadza się do otworu osiowego zatyczki, który doprowadza gaz do dolnego końca, gdzie może on być wdmuchiwany bezpośrednio do roztopionego metalu przez otwór albo porowaty materiał.

Korzystnie, przez pierwszą część i drugą część biegnie otwór osiowy.

Ponadto korzystnie, końcówka zatyczki wokół dolnego końca ma środki do wdmuchiwania gazu.

W korzystnej postaci wykonania zatyczki, co najmniej część końcówki zatyczki jest wykonana z materiału porowatego.

Korzystnie, trzecia część ma otwór osiowy łączący się z otworem osiowym pierwszej części i drugiej części.

Według wynalazku, można zastosować wszelkie postacie zamocowań, jak np. wspólnie sprasowywane wkładki metalowe albo ceramiczne, itp.

Jak to jest dobrze znane w tej dziedzinie, zatyczka może zawierać różne części o różnym składzie (kompozycja porowata albo odporna na erozję na końcówkę, kompozycja odporna na działanie żużla na tuleję na poziomie żużla, kompozycja o zwiększonej wytrzymałości albo przepuszczalności wokół zamocowania).

Końcówka zatyczki według wynalazku może mieć dowolny kształt odpowiedni do wejścia w przewężenie odpowiedniego wylewu kadziowego. Ewentualnie moż e ona być pokryta powłoką ochronną, jak np. szkliwem.

PL 202 782 B1

Zatyczkę według wynalazku można wytwarzać według klasycznych i dobrze znanych procesów technologicznych ogniotrwałych jednolitych zatyczek, takich jak prasowanie izostatyczne w odpowiedniej formie i wyjmowanie z formy, po którym ewentualnie następuje operacja obróbki skrawaniem wyjętego z formy korpusu.

Przedmiot wynalazku jest ukazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w przekroju wzdłużnym zgodną z wynalazkiem zatyczkę.

Na fig. 1 przedstawiono zatyczkę 1 stosowaną do regulacji przepływu roztopionego metalu z kadzi pośredniej albo zbiornika (niepokazanego). Zatyczkę 1 stanowi korpus ogniotrwały mający górny koniec 2, dolny koniec 3 oraz otwór osiowy 4 ze zwężonym odcinkiem w swym dolnym obszarze, stanowiącym otwór osiowy 8. Gaz obojętny, jak np. argon, można doprowadzać ze źródła gazu przez otwór osiowy w górnym obszarze żerdzi zatyczkowej. Środki mocujące 5 zatyczkę do mechanizmu podnoszącego (niepokazanego) znajdują się w pierwszej części A zatyczki w otworze osiowym 4, w odległości d od górnego końca 2.

Trzecia część C zawiera końcówkę 6, która ma środek do wdmuchiwania gazu obojętnego. Jak przedstawiono na fig. 1, gaz można wdmuchiwać przez część 7 końcówki 6.

W zatyczce według wynalazku przedstawionej na fig. 1, druga część B ma zmniejszoną grubość.

W szczególności, druga część B ma pierwszą sekcję B1 o zmniejszającym się szybko przekroju i drugą sekcję B2 o zasadniczo stałym przekroju.

Zatyczka przedstawiona na fig. 1 ma ciężar o 30% mniejszy niż ciężar zatyczki przedstawionej na rysunku pos. I, zachowując równocześnie równoważną wytrzymałość.

Claims (13)

1. Ogniotrwała jednolita zatyczka (1) o zasadniczo walcowym kształcie, mająca górny koniec (2), dolny koniec (3) i otwór osiowy (4) biegnący w dół od górnego końca (2), środki mocujące (5) zatyczkę do mechanizmu podnoszącego, usytuowane w otworze osiowym (4) w zadanej odległości (d) od górnego końca (2), przy czym zatyczka dzieli się na trzy części (A, B, C); pierwsza część (A) rozciąga się od górnego końca (2) w kierunku dolnego końca (3) na odległość większą od odległości (d) pomiędzy środkami mocującymi (5) zatyczkę a górnym końcem (2), druga część (B) rozciąga się od pierwszej części (A) w kierunku dolnego końca (3), a trzecia część (C) rozciąga się od drugiej części (B) i obejmuje końcówkę (6) zatyczki, kończącą się w dolnym końcu (3) zatyczki, znamienna tym, że średni przekrój drugiej części (B) jest mniejszy niż przekrój pierwszej części (A), a największy przekrój trzeciej części (C) jest większy niż najmniejszy przekrój drugiej części (B).

2. Zatyczka według zastrz. 1, znamienna tym, że największy przekrój trzeciej części (C) jest większy niż średni przekrój drugiej części (B).

3. Zatyczka według zastrz. 1, znamienna tym, że pierwsza część (A) rozciąga się od górnego końca (2) na odległość co najmniej równą dwukrotnej odległości (d) pomiędzy środkami mocującymi (5) zatyczkę a górnym końcem (2).

4. Zatyczka według zastrz. 1 albo 3, znamienna tym, że przekrój pierwszej części (A) jest zasadniczo stały albo ma bardzo małą zbieżność do dołu.

5. Zatyczka według zastrz. 1, znamienna tym, że druga część (B), w swym przekroju pionowym, ma zasadniczo wklęsły profil.

6. Zatyczka według zastrz. 1, znamienna tym, że druga część (B) jest stopniowo zbieżna od pierwszej części (A) w kierunku trzeciej części (C).

7. Zatyczka według zastrz. 1, znamienna tym, że druga część (B) ma ogólny kształt hiperboloidy.

8. Zatyczka według zastrz. 1 albo 2, albo 5, albo 6, albo 7, znamienna tym, że druga część (B) zawiera pierwszą sekcję (B1), biegnącą w dół od pierwszej części (A) i mającą przekrój zmniejszający się stopniowo, oraz drugą sekcję (B2), biegnącą od dołu pierwszej sekcji (B1) do dołu drugiej części (B) i mającą zasadniczo stały przekrój.

9. Zatyczka według zastrz. 1 albo 2, albo 5, albo 6, albo 7, znamienna tym, że przez pierwszą część (A) i drugą część (B) biegnie otwór osiowy (4).

10. Zatyczka według zastrz. 8, znamienna tym, że przez pierwszą część (A) i drugą część (B) biegnie otwór osiowy (4).

PL 202 782 B1

11. Zatyczka według zastrz. 1, znamienna tym, że końcówka (6) zatyczki wokół dolnego końca (3) ma środki do wdmuchiwania gazu.

12. Zatyczka według zastrz. 11, znamienna tym, że co najmniej część (7) końcówki (6) zatyczki jest wykonana z materiału porowatego.

13. Zatyczka według zastrz. 10, znamienna tym, że trzecia część (C) ma otwór osiowy (8) łączący się z otworem osiowym (4) pierwszej części (A) i drugiej części (B).