PL206959B1 - Krystalizator chłodzony cieczą - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest krystalizator chłodzony cieczą.

Płyty lub rury krystalizatorów do odlewania ciągłego, wykonane z miedzi, łączy się zazwyczaj z konstrukcją noś na za pomocą połączeń skręcanych. Konstrukcja nośna może mieć postać skrzyni wodnej lub płyty adaptacyjnej. Z DE 195 81 604 T1 znana jest forma do ciągłego odlewania metali, w której płyta krystalizatora o stałej grubości lub rura krystalizatora z miedzi względnie materiału na bazie miedzi jest połączona z płytą nośną ze stali za pomocą dużej liczby sworzni. W następstwie spowodowanego temperaturą rozszerzenia płyty lub rury krystalizatora w trakcie odlewania dochodzi, zwłaszcza w przypadku krótkich sworzni, do niepomijalnego naprężenia zginającego i rozciągającego poszczególnych sworzni. Zależnie od rodzaju mocowania sworzni na płycie względnie rurze krystalizatora, w przypadku przyspawanych sworzni może dojść do zniszczenia połączenia spawanego, zaś w przypadku sworzni wkrę canych może dojść do nadmiernego obciążenia gwintu. W ekstremalnym przypadku mogą nawet wystąpić pęknięcia płyty względnie rury krystalizatora. Aby tego uniknąć, w DE 195 81 604 T1 przewidziano połączenie płyty krystalizatora z płytą nośną za pomocą sworzni w układzie z poślizgiem, w związku, z czym płyta lub rura krystalizatora jest ruchoma względem płyty nośnej w kierunku poprzecznym. Osiąga się to poprzez zastosowanie poś lizgowych elementów mocują cych i poprzez zawyż enie wymiarów otworów przelotowych w płycie nośnej. Możliwy jest wówczas poprzeczny lub dwuwymiarowy ruch sworzni, a w następstwie płyty względnie rury krystalizatora. Dodatkowo poza tym środkiem zaproponowano tarczowe pierścienie sprężyste, korzystnie ułożone w stos, aby utrzymać naprężenie sworznia także w wysokich temperaturach. Pierścienie sprężyste służą przy tym z mechanicznego punktu widzenia, jako układ przegubowy o jednym stopniu swobody, mianowicie pasowanie przylgowe dokładne. W tym rozwiązaniu niekorzystne jest to, że użycie stalowych pierścieni sprężystych powoduje wytworzenie znaczącego tarcia statycznego pomiędzy sprężystymi elementami. Wskutek dużej liczby powierzchni styku pomiędzy pierścieniami sprężystymi oraz płyta nośna i płyta względnie rurą krystalizatora następuje sumowanie sił tarcia statycznego, co wyklucza swobodne przemieszczanie płyty/rury krystalizatora. Nakładanie się na siebie naprężeń, indukowanych cieplnie i mechanicznie, prowadzi w zasadzie do wzrostu obciążenia płyty względnie rury krystalizatora, co w końcowym efekcie powoduje przedwczesne awarie i skrócenie czasu życia krystalizatora.

Celem wynalazku jest takie udoskonalenie chłodzonego cieczą krystalizatora do ciągłego odlewania metali, aby możliwe było w dużym stopniu wolne od naprężeń przemieszczanie/odkształcanie płyty względnie rury krystalizatora w kierunku poprzecznym do konstrukcji nośnej.

Krystalizator chłodzony cieczą, do ciągłego odlewania metali, zawierający płyty lub rurę z miedzi względnie stopu miedzi, połączone za pomocą sworzni mocujących z konstrukcja nośna, według wynalazku charakteryzuje się tym, że płyty lub rura krystalizatora i konstrukcja nośna są połączone ze sobą bezzaciskowo za pomocą sworzni mocujących, przy czym pomiędzy konstrukcja nośna i płytami krystalizatora lub rurą znajduje się szczelina robocza.

Korzystnie szczelina robocza znajduje się pomiędzy zwróconymi ku sobie powierzchniami płyty krystalizatora lub rury krystalizatora i konstrukcja nośna.

Korzystnie szerokość szczeliny roboczej jest mniejsza niż 0,2 mm.

Korzystnie sworznie mocujące maja postać sworzni gwintowanych, wkręcanych w płyty lub rurę krystalizatora na określona głębokość.

Korzystnie głębokość wkręcania jest ograniczoną przez tuleję zaciskową, zamocowana pomiędzy łbem gwintowanego I sworznia i płyta względnie rura krystalizatora.

Korzystnie gwintowany sworzeń jest wkręcony w gwintowaną wkładkę w płycie względnie rurze krystalizatora, przy czym tuleja zaciskowa jest wsparta na gwintowanej wkładce.

Korzystnie sworznie mocujące maja postać sworzni gwintowanych, połączonych z płytą względnie rurą krystalizatora i zabezpieczonych nakrętkami, przy czym nakrętki są nakręcane na gwintowane sworznie do określonego odstępu względem płyty/rury krystalizatora.

Korzystnie odstęp jest zdefiniowany przez tuleję zaciskową, zamocowaną pomiędzy płyta/rura krystalizatora i nakrętka.

Korzystnie odstęp jest zdefiniowany przez ograniczenie na gwintowanym sworzniu.

Korzystnie pomiędzy tuleją zaciskowa i nakrętka lub łbem sworznia umieszczony jest element sprężysty.

Krystalizator według wynalazku charakteryzuje się tym, że płyty lub rura krystalizatora i konstrukcja nośna są połączone ze sobą bezzaciskowo za pomocą sworzni mocujących. Oznacza to, że

PL 206 959 B1 pomiędzy konstrukcja nośna, która może stanowić na przykład skrzynia wodna, płyta pośrednia lub płyta adaptacyjna, i zamocowana na niej płyta względnie rurą krystalizatora istnieję szczelina robocza. Szerokość tej szczeliny roboczej dobiera się w ramach możliwości wykonawczych jak najmniejszą, przy czym należy jedynie pamiętać o tym, aby płyta/rura krystalizatora i konstrukcja nośna nie były połączone ze sobą zaciskowe. Płyta/rura krystalizatora jest umieszczona w obszarze szczeliny roboczej w odstępie względem konstrukcji nośnej. W zasadzie płyta/rura krystalizatora jest w ograniczonym stopniu ruchoma w kierunku poprzecznym, to znaczy w zasadzie równolegle do konstrukcji nośnej. Osiąga się to poprzez zawyżenie wymiarów przelotowych otworów w konstrukcji nośnej względnie płycie nośnej. Istotne jest jednak to, że płyta/rura krystalizatora dzięki obecności szczeliny roboczej jest przemieszczana bez zakleszczeń w tej płaszczyźnie ruchu poprzecznego. Oczywiście szerokość szczeliny roboczej jest również, dlatego tak dalece ograniczona, aby płyta/rura krystalizatora nie mogła unosić się ponad maksymalny odcinek z konstrukcji nośnej i przemieszczać się w kierunku komory formowania, utworzonej przez krystalizator.

Możliwe jest, zwłaszcza przy ukształtowaniu szczeliny roboczej pomiędzy zwróconymi ku sobie powierzchniami płyty/rury krystalizatora i konstrukcja nośna, że pomiędzy płyta/rura krystalizatora i konstrukcją nośna nie ma bezpośredniego kontaktu, ponieważ elementy te są stale usytuowane względem siebie w odstępie, przynajmniej wskutek szerokości szczeliny roboczej.

Szczelina robocza ma korzystnie szerokość mniejsza niż 2/10 mm. Korzystnie szczelina robocza ma szerokość mniejsza niż 1/10 mm. Szczelina robocza istnieje zarówno w temperaturze pokojowej, jak też podczas procesu odlewania. Jeżeli płyta/rura krystalizatora jest wskutek sił zaciskowych i ciś nienia ferrostatycznego w krystalizatorze dociskana do konstrukcji noś nej, wówczas szczelina robocza przemieszcza się ewentualnie na odwrotna względem płyty/rury krystalizatora stronę konstrukcji nośnej, to znaczy do obszaru pomiędzy łbem sworznia względnie nakręcona nakrętka i konstrukcja nośna. Również w tym przypadku nie występuje zacisk. Należy jedynie pokonać występującą w zależności od siły normalnej sile tarcia pomiędzy zwróconymi ku sobie powierzchniami płyty/rury krystalizatora i konstrukcji nośnej.

Sworznie mocujące maja korzystnie postać sworzni gwintowanych, wkręcanych w płyty lub rurę krystalizatora na określoną głębokość. Te gwintowane sworznie maja łeb, pełniący funkcję ogranicznika. Aby móc utworzyć szczelinę robocza, konieczne jest, aby minimalny odstęp łba sworznia względem płyty/rury krystalizatora nie był mniejszy od wartości granicznej. Dlatego też przewidziany jest element ograniczający, aby ograniczyć głębokość wkręcania gwintowanego sworznia i tym samym zdefiniować szerokość szczeliny roboczej. W kolejnej postaci wykonania głębokość wkręcania jest ograniczona przez tuleje zaciskowa, zamocowaną pomiędzy łbem gwintowanego sworznia i płyta względnie rurą krystalizatora. Tuleja zaciskowa jest odrębną częścią, której długość jest dokładnie dopasowana do żądanego odstępu łba sworznia i płyty/rury krystalizatora. Sworzeń mocujący zaciska w tym rozwiązaniu jedynie tuleje zaciskowa, nie zaś otaczający ja obszar konstrukcji nośnej.

W innej postaci wykonania gwintowany sworzeń nie jest wkręcony bezpośrednio w stosunkowo miękką płytę/rurę krystalizatora, lecz w zamocowana w nim, gwintowana wkładkę. Aby nie obciążać połączenia miedzy płytą/rurą krystalizatora i gwintowaną wkładka, tuleja zaciskowa jest wsparta bezpośrednio na gwintowanej wkładce.

W zasadzie w ramach wynalazku możliwe jest także rozwiązanie, w którym sworznie mocujące maja postać sworzni gwintowanych, połączonych z płyta względnie rura krystalizatora, to znaczy gwintowane sworznie mogą być zamocowane nierozłącznie lub rozłącznie na płycie/rurze krystalizatora, na przykład w drodze spawania lub skręcania. Te gwintowane sworznie mogą być zabezpieczone na konstrukcji nośnej nakrętkami, przy czym nakrętki są z kolei nakręcane na gwintowane sworznie do określonego odstępu względem płyty/rury krystalizatora. Odstęp nakrętek od płyty/rury krystalizatora może być przy tym definiowany przez tuleje zaciskową, zamocowaną pomiędzy płytą/rurą krystalizatora i nakrętką. W zasadzie w ramach wynalazku możliwe jest rozwiązanie, w którym odstęp pomiędzy nakrętką i tylną powierzchnią płyty/rurą krystalizatora jest zdefiniowany przez ograniczenie na gwintowanym sworzniu. Ograniczenie to może mieć przykładowo postaci przetoczenia na gwintowanym sworzniu, na przykład w postaci obwodowego kołnierza. Gwintowane sworznie nie musza być na całej długości zaopatrzone w gwint. Wystarczające może być umieszczenie gwintu tylko na tym odcinku wysokości, na którym mają być nakręcone nakrętki. W zasadzie można także zastosować gwintowane sworznie, które maja jedynie gwintowany koniec, przy czym za gwintowanym końcem znajduje się ogranicznik do ograniczania głębokości wkręcania. W tej konfiguracji nie jest potrzebna oddzielna

PL 206 959 B1 tuleja zaciskowa. W odwrotnym przypadku nakrętka i tuleja zaciskowa mogą stanowić jeden zespół, nakręcany na gwintowany sworzeń.

W innej postaci wykonania pomiędzy tuleja zaciskowa i nakrę tka lub łbem sworznia umieszczony jest element sprężysty. Ten element sprężysty ma w szczególności postać płytki dociskowej względnie wypukłej lub falistej podkładki sprężystej. Jeżeli w wyniku odkształcenia płyty względnie rury krystalizatora podczas odlewania lub pod działaniem innych czynników nie byłoby szczeliny roboczej pomiędzy konstrukcja nośna i płyta/rurą krystalizatora, wówczas element sprężysty zapobiega sztywnemu zakleszczeniu płyty/rury krystalizatora z konstrukcją nośna.

We wszystkich postaciach wykonania łeb sworznia względnie nakrętka ma większa średnicę niż przelotowy otwór w konstrukcji nośnej, aby płyta/rura krystalizatora miała niezawodnie ustalone położenie. Aby zmniejszyć współczynniki tarcia pomiędzy możliwymi powierzchniami przylegania płyty/rury krystalizatora względnie skręconych z płytą/rurą krystalizatora sworzni mocujących, na przemieszczanych względem siebie powierzchniach przewidziano pomocnicze elementy poślizgowe. Pomocnicze elementy poślizgowe mogą być umieszczone zarówno na konstrukcji nośnej, jak też na płycie/rurze krystalizatora, lub na tulei zaciskowej. Pomocniczy element poślizgowy może w szczególności stanowić powłoka na bazie policzterofluoroetylenu (PTFE). Można także zastosować podkładki ślizgowe.

Dla ruchu pomiędzy płyta względnie rura krystalizatora i konstrukcją nośna w obszarze poszczególnych połączeń istotne jest to, że sworznie mocujące względnie otaczające je tuleje zaciskowe umożliwiają takie względne przemieszczenie. Sworznie mocujące przechodzą przez przelotowe otwory konstrukcji nośnej z wystarczającym luzem promieniowym.

Szczególnie korzystne jest, jeżeli w ramach wynalazku żądana szczelina robocza jest utrzymywana dzięki temu, że pomiędzy płytą/rura krystalizatora i konstrukcja nośną wytwarzane jest nadciśnienie, spowodowane strumieniem czynnika chłodzącego, w związku, z czym ciśnienie czynnika chłodzącego odpycha płytę/rurę krystalizatora od powierzchni konstrukcji nośnej. Nawet, jeżeli czynnik chłodzący może wnikać w szczelinę robocza, nie ma ona w sensie wynalazku charakteru kanału dla czynnika chłodzącego, lecz ma znacznie mniejsza szerokość. Szczelina robocza znajduje się w każdym razie pomiędzy żebrami ograniczającymi kanały dla czynnika chłodzącego. W zasadzie w ramach wynalazku możliwe jest rozwiązanie, w którym tylko części płyty/rury krystalizatora są połączone ze sobą bezzaciskowo w sensie wynalazku, aby w tych obszarach, w których należy oczekiwać wyjątkowo dużego obciążenia cieplnego, umożliwić względne przemieszczenia, natomiast w innych obszarach płyty/rury krystalizatora stosuje się inny rodzaj zamocowania. W ten sposób pomiędzy płyta/rurą krystalizatora i konstrukcja nośna można umieścić podporę stałą lub obszar podpory stałej o dużej sztywności połączenia względnie łożysko przesuwne względnie obszar łożyska przesuwnego o małej sztywności połączenia. Wychodząc z obszaru połączenia o wyższej sztywności, uwarunkowane termicznie rozszerzanie płyty/rury krystalizatora może następować w obszarach, które wykazują niewielkie wartości tarcia, a nawet są z sobą połączone, bezzaciskowo, jak zaproponowano w ramach wynalazku.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 i 2 przedstawiają przekrój przez płytę nośna i płytę krystalizatora w obszarze połączenia skręcanego, przy czym płyta krystalizatora zajmuje dwa różne położenia względem płyty nośnej, fig. 3 - przekrój przez płytę krystalizatora i płytę nośną w obszarze mocowania śrubowego w drugim przykładzie wykonania, oraz fig. 4 - przekrój przez płytę krystalizatora i płytę nośna w obszarze mocowania śrubowego w kolejnym przykładzie wykonania.

Na fig. 1 ukazana jest w częściowym przekroju płyta 1 krystalizatora, zamocowana na płycie nośnej, 2 jako element składowy konstrukcji nośnej. Płyta krystalizatora i płyta nośna 2 tworzą zespół płytowy nieprzedstawionego bliżej, chłodzonego cieczą krystalizatora do ciągłego odlewania metali. Płyta 1 krystalizatora jest wykonana z miedzi lub stopu miedzi, korzystnie o granicy plastyczności powyżej 350 MPa. Do chłodzenia płyty 1 krystalizatora służy usytuowana pomiędzy płyta nośna 2 i płyta 1 krystalizatora szczelina 3 na czynnik chłodzący. Szczelina 3 na czynnik chłodzący znajduje się w płycie 1 krystalizatora i jest w odniesieniu do swej szerokości S zdefiniowana przez wysokość wystających wysepkowo z powierzchni 4 płyty 1 krystalizatora po stronie czynnika chłodzącego, płaskich występów 5. Płaskie występy 5 mogą mieć opływowy kształt i są omywane przez czynnik chłodzący. W tym przykładzie wykonania płaskie występy 5 stanowią całość z płyta 1 krystalizatora. W przedstawiony na rysunku, płaski występ 5 płyty 1 krystalizatora wchodzi sworzeń mocujący 6. W tym celu w płaskim występie 5 jest zakotwiona gwintowana wkładka 1, w którą wkręcony jest sworzeń mocujący 6.

Sworzeń mocujący 6 przechodzi przez przelotowy otwór 8 w płycie nośnej 2. Mający od zewnątrz kształt sześciokąta łeb 9 sworznia mocującego 6 jest wsparty poprzez płytkę dociskową 10;

PL 206 959 B1 i kołnierz 11 tulei zaciskowej na tylnej powierzchni oporowej 13 płyty nośnej 2. Tuleja zaciskowa 12 wchodzi w przelotowy otwór 8 i jest centrowana przez trzpień 14 gwintowanego sworznia 6. Jest ona wsparta na pierścieniowym odcinku 1 gwintowanej wkładki 2. Pierścieniowy odcinek 15 wchodzi w tym przykładzie wykonania również w przelotowy otwór 8. Biegnąca w kierunku wzdłużnej osi symetrii MLA przelotowego otworu 8 względnie sworznia mocującego 6 długość pierścieniowego odcinka 15, tulei zaciskowej 12 i pierścienia dociskowego 10 jest tak dobrana, że pomiędzy zwróconymi ku sobie powierzchniami 16, 17 płyty nośnej 2 i płyty 1 krystalizatora pozostaje szczelina robocza 18 o niewielkiej szerokości B. Płyta 1 krystalizatora nie przylega w obszarze tego mocowania śrubowego do płyty nośnej 2.

Na fig. 2 ukazana jest w częściowym przekroju fig. 1, przy czym płyta 1 krystalizatora jest przesunięta poprzecznie względem płyty nośnej 2. Szerokość B szczeliny roboczej 18 pozostaje przy tym stała. Przemieszczenie odbywa się o wielkość X odpowiednio do kierunku X w zaznaczonym kartezjańskim układzie współrzędnych. W taki sam sposób możliwe jest przemieszczenie w kierunku Y, przy czym wielkość przemieszczenia jest zdefiniowana przez nadmierną wielkość przelotowego otworu 8. Kierunek Z odpowiada przemieszczeniu płyty 1 krystalizatora w kierunku konstrukcji nośnej względnie płyty nośnej 2, to znaczy w kierunku wzdłużnej osi symetrii MLA sworznia mocującego 6. Przemieszczenie w kierunku Y powinno być jak najmniejsze dzięki wąskiej szczelinie roboczej i jest ono mniejsze niż przemieszczenie w kierunku X i Y.

Przykład wykonania z fig. 3 różni się od przykładów z fig. 1 i 2 tym, że nie ma w nim pierścienia dociskowego, zatem łeb 9 sworznia spoczywa bezpośrednio na kołnierzu tulei zaciskowe] 12. Trzpień 14 gwintowanego sworznia 6 jest odpowiednio krótszy.

Przykład wykonania z fig. 4 różni się od przykładu z fig. 1 inaczej wykonanym sworzniem mocującym 19. Ten sworzeń mocujący 19 ma wchodzący w przelotowy otwór 8, cylindryczny trzpień 20, który w pewnym stopniu pełni funkcje tulei zaciskowej. Trzpień 20 ma tak dobrana długość, że przy wkręconym sworzniu mocującym 19 przylega on bezpośrednio do pierścieniowego odcinka 15 gwintowanej wkładki 7. W ten sposób zbędna staje się z jednej strony płytka dociskowa, z drugiej zaś tuleja zaciskowa. Montaż można przeprowadzić bardzo szybko i prosto. Zredukowana jest różnorodność elementów. Także w tym przykładzie wykonania zewnętrzna średnica trzpienia 20 jest mniejsza niż wewnętrzna średnica przelotowego otworu 8, aby umożliwić poprzeczne przemieszczenie płyty 1 krystalizatora względem płyty nośnej 2 w kierunku X i Y. Szerokość B szczeliny roboczej 18 jest wyznaczona i dokładnie zdefiniowana przez dopasowanie długości pierścieniowego odcinka, trzpienia 20 i długości przelotowego otworu 8.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Krystalizator chłodzony cieczą, do ciągłego odlewania metali, zawierający płyty lub rurę z miedzi względnie stopu miedzi, połączone za pomocą sworzni mocujących z konstrukcja nośna, znamienny tym, że płyty (1) lub rura krystalizatora i konstrukcja nośna (2) są połączone ze sobą bezzaciskowo za pomocą sworzni mocujących (6, 19), przy czym pomiędzy konstrukcją nośną (2) i płytami (1) krystalizatora lub rurą znajduje się szczelina robocza (18).
2. 2. Krystalizator według zastrz. 1, znamienny tym, że szczelina robocza (1) znajduje się pomiędzy zwróconymi ku sobie powierzchniami (16, 17) płyty (1) krystalizatora lub rury krystalizatora i konstrukcja nośna (2).
3. 3. Krystalizator według zastrz. 1, znamienny tym, że szerokość (B) szczeliny roboczej (18) jest mniejsza niż 0,2 mm.
4. 4. Krystalizator według zastrz. 1, znamienny tym, że sworznie mocujące (6, 19) mają postać sworzni gwintowanych, wkręcanych w płyty (1) lub rurę krystalizatora na określoną głębokość.
5. 5. Krystalizator według zastrz. 4, znamienny tym, że głębokość wkręcania jest ograniczona przez tuleję zaciskową (12), zamocowaną pomiędzy łbem (9) gwintowanego sworznia (6) i płytą (1) względnie rurą krystalizatora.
6. 6. Krystalizator według zastrz. 5, znamienny tym, że gwintowany sworzeń (6) jest wkręcony w gwintowaną wkładkę (2) w płycie (1) względnie rurze krystalizatora, przy czym tuleja zaciskowa (12) jest wsparta na gwintowanej wkładce (2).
7. 7. Krystalizator według zastrz. 1, znamienny tym, że sworznie mocujące mają postać sworzni gwintowanych, połączonych z płytą względnie rurą krystalizatora i zabezpieczonych nakrętkami, przy

   PL 206 959 B1 czym nakrętki są nakręcane na gwintowane sworznie do określonego odstępu względem płyty/rury krystalizatora.
8. 8. Krystalizator według zastrz. 7, znamienny tym, ż e odstęp jest zdefiniowany przez tuleję zaciskową, zamocowaną pomiędzy płytą/rurą krystalizatora i nakrętką.
9. 9. Krystalizator według zastrz. 7, znamienny tym, ż e odstę p jest zdefiniowany przez ograniczenie na gwintowanym sworzniu.
10. 10. Krystalizator według zastrz. 5 albo 7, znamienny tym, że pomiędzy tuleją zaciskową (12) i nakrętką lub łbem (9) sworznia umieszczony jest element sprężysty (12).