PL207935B1 - Urządzenie odlewnicze, wylew kadziowy oraz urządzenie do wprowadzania i/lub wyjmowania wylewu kadziowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie odlewnicze, wylew kadziowy oraz urządzenie do wprowadzania i/lub wyjmowania wylewu kadziowego.

Wylew kadziowy służy do przenoszenia roztopionego metalu z górnego zbiornika metalurgicznego do dolnego zbiornika metalurgicznego. W szczególności wylew kadziowy wykonuje się z materiału ogniotrwałego, do przenoszenia roztopionej stali z kadzi pośredniej do wlewnicy bądź też alternatywnie z kadzi odlewniczej do kadzi pośredniej.

Wylewy kadziowe przeznaczone do przenoszenia roztopionego metalu z jednego zbiornika metalurgicznego do drugiego, chroniące równocześnie metal przed agresją chemiczną oraz izolujące go termicznie od otaczającej atmosfery, są elementami zużywalnymi, które są obciążone do tego stopnia, że ich trwałość użytkowa może ograniczać czas odlewania. Urządzenia do wprowadzania i/lub wyjmowania wylewów kadziowych, opisane ostatnio według aktualnego stanu rozwoju tej dziedziny, umożliwiły rozwiązanie tego problemu (patrz np. europejskie opisy patentowe nr 192019 i 441927). Przykładowo, gdy tylko erozja zewnętrznej ścianki wylewu w sąsiedztwie menisku osiągnie pewien poziom, zużyty wylew wymienia się na nowy w czasie wystarczająco krótkim, aby nie trzeba było przerywać odlewania.

Na ogół w tych urządzeniach stosuje się wylew kadziowy złożony z części rurowej wyznaczającej kanał spustowy oraz, na jej górnym końcu, z płyty wyposażonej w otwór wyznaczający kanał spustowy, przy czym ta płyta ma górną powierzchnię, stykającą się z poprzedzającym (patrząc w kierunku przepływu) elementem kanału spustowego, i dolną powierzchnię, tworzącą powierzchnię przylegania z dolną częścią wylewu, przy czym ta dolna powierzchnia ma dwie pł askie powierzchnie noś ne usytuowane po obydwu stronach kanału spustowego.

Wylew jest przeznaczony do ślizgowego przemieszczania się w prowadnicach na płaskiej dolnej powierzchni albo otworu spustowego, takiego jak wylew wewnętrzny, albo dolnej płyty zamocowanej do takiego otworu spustowego, bądź też stałej płyty zamocowanej do urządzenia regulującego przepływ podczas odlewania, wprowadzonego pomiędzy otwór spustowy (np. wylew wewnętrzny) i wylew kadziowy. Należy rozumieć, iż w kontekście wynalazku, gdy mowa jest o wylewie kadziowym, to właśnie ten wylew ma przemieszczać się ślizgowo w urządzeniu, nie zaś stały wylew, taki jak wylew wewnętrzny.

Znane urządzenia, a w szczególności urządzenie ujawnione w europejskim opisie patentowym EP 192019, mają wylew kadziowy przesuwający się w prowadnicach, zdolny do przekazywania siły naporu do góry (urządzenie naciskowe). Tę siłę naporu uzyskuje się za pomocą sprężyn rozmieszczonych w pewnej odległości od otworu spustowego i poruszających dźwignie albo dźwignie jednostronne. Przekazują one siłę naporu na płaskie powierzchnie płyty wylewu kadziowego. Ta skierowana do góry siła naporu dociska względnie lekko płytę wylewu kadziowego do poprzedzającego (patrząc w kierunku przepływu) elementu ogniotrwałego, zwłaszcza wylewu wewnętrznego albo płyty ogniotrwałej.

Wylewy kadziowe mogą być jednolite albo mogą być utworzone przez zespół kilku elementów ogniotrwałych.

W wię kszoś ci przypadków, dolna powierzchnia pł yty i górny koniec rurowej części wylewu są chronione metalową osłoną.

Często jednak zauważano, że na poziomie połączenia pomiędzy elementem rurowym i płytą usytuowaną na jego górnym końcu mogą pojawiać się pęknięcia albo mikropęknięcia. Pęknięcia te mogą wystąpić podczas konserwacji lub użytkowania wylewu. Przyczyną pęknięć mogą być naprężenia cieplne, naprężenia mechaniczne albo naprężenia cieplno-mechaniczne. Naprężenia te są wywoływane przez siły utrzymujące wylew w urządzeniu, przez drgania i przez przepływ ciekłego metalu.

W pewnych przypadkach pęknięcia te wywołują rozerwanie elementu. W innych przypadkach, mimo iż pęknięcia te są niewielkie, należy brać je pod uwagę. Dławienie wywoływane przepływem ciekłego metalu w wylewie wytwarza oczywiście niskie ciśnienie, a w konsekwencji wywołuje znaczące zasysanie powietrza z otoczenia. Tlen atmosferyczny albo nawet azot stanowią poważne źródła zanieczyszczenia ciekłego metalu, w szczególności stali. Ponadto, pod połączonym wpływem tlenu i bardzo wysokiej temperatury materia ł ogniotrwał y moż e ulec znacznej degradacji na poziomie wnikania tlenu, tzn. na poziomie pęknięć. Ta degradacja zwiększa jeszcze bardziej miejscową degradację materiału ogniotrwałego i poszerza pęknięcia do tego stopnia, że może zajść konieczność zatrzymania odlewania.

PL 207 935 B1

Istnieje szereg dostępnych środków, znanych ze stanu techniki, mających na celu zwiększenie odporności wylewu na pękanie.

Materiały ogniotrwałe, mające lepszą odporność na pękanie, są znane. Tym niemniej jednak, materiały te są na ogół wrażliwe na inne zjawiska, takie jak erozja lub korozja.

Inne rozwiązanie, ujawnione w międzynarodowej publikacji patentowej WO 00/35614, polega na zastosowaniu metalowej osłony wzmocnionej w swej dolnej części środkami mechanicznymi, zwiększającymi jej sztywność.

Europejski opis patentowy EP 1133373 ujawnia wylew, mający pomiędzy metalową osłoną i ogniotrwałym wylewem amortyzujący wstrząsy obszar pośredni. Obszar ten składa się z materiału, którego własności cieplne są takie, że pozostaje on stały w temperaturze otoczenia, w wysokiej temperaturze zaś podlega odkształceniu. Ten obszar buforowy zmniejsza ryzyko powstawania pęknięć lub mikropęknięć wywołanych naprężeniami cieplno-mechanicznymi, pojawiającymi się na początku odlewania.

Mimo zalet, jakie wnoszą w przedmiotowej dziedzinie opisane wyżej rozwiązania i ich ciągłe ulepszenia w ciągu ostatnich lat, istnieją wciąż pewne problemy.

Oczywiście, w znanych urządzeniach do wprowadzania i/lub wyjmowania wylewów, płyta jest zawsze poddawana znacznym naprężeniom zginającym, które mogą być odpowiedzialne za powstawanie pęknięć na górnym końcu części rurowej. Zaobserwowano oczywiście, że górna płyta może odkształcać się poprzez ugięcie wokół osi równoległej do kierunku prowadnic, w których przesuwa się ta płyta.

Opisane wyżej rozwiązania pozwalają na zmniejszenie tych naprężeń zginających poprzez powstrzymanie ich lub rozproszenie, albo poprzez oddziaływanie na sam materiał, albo na techniki montażu wylewów. Rozwiązania te są kosztowne i nie zawsze w pełni zadowalające.

Istnieje zatem zapotrzebowanie na wylew kadziowy, którego kształt jest przystosowany pod kątem lepszej wytrzymałości na naprężenia wywołane jego użytkowaniem, a zwłaszcza na naprężenia związane z utrzymywaniem wylewu w urządzeniu.

Wylew ma także kształt przystosowany do przyjęcia urządzenia naciskowego, wytwarzającego korzystny układ naprężeń.

Zgodne z wynalazkiem urządzenie odlewnicze z urządzeniem do wymiany rur spustowych i wylewem kadziowym, który składa się z części rurowej wyznaczającej kanał spustowy oraz, na jej górnym końcu, z płyty mającej otwór wyznaczający kanał spustowy, przy czym ta płyta ma górną powierzchnię stykającą się z poprzedzającym, patrząc w kierunku przepływu, elementem kanału spustowego i dolną powierzchnię tworzącą powierzchnię przylegania z górną częścią części rurowej, przy czym ta płyta ma dwie płaskie powierzchnie nośne usytuowane po obydwu stronach kanału spustowego; urządzenie naciskowe, działające z wynikową siłą naporu; oraz urządzenie prowadzące, stanowiące układ prowadnic, mające powierzchnię nośną, charakteryzuje się tym, że dwie powierzchnie nośne płyty tworzą z osią kanału spustowego kąt wynoszący od 20° do 80°, przy czym kierunek wynikowej siły naporu tworzy z osią kanału spustowego kąt wynoszący od 10° do 70°, przy czym powierzchnia nośna układu prowadnic tworzy z osią kanału spustowego kąt wynoszący od 20° do 80°.

Wylew kadziowy jest utrzymywany w szczelnym styku z poprzedzającym (patrząc w kierunku przepływu) elementem odlewniczym za pomocą urządzenia naciskowego. Siła naporu urządzenia naciskowego działa na obydwie płaskie powierzchnie nośne płyty wylewu kadziowego. Urządzenie odlewnicze ma także układ prowadnic zdolny do przyjęcia obydwu powierzchni nośnych wylewu kadziowego i umożliwiający wprowadzenie nowego wylewu kadziowego do położenia odlewania i wyrzucenie zużytego wylewu kadziowego poza położenie odlewania.

Układ prowadnic ma powierzchnię nośną, której kąt, jaki tworzy z osią wylewu, jest zasadniczo równy kątowi β utworzonemu przez powierzchnie nośne płyty wylewu kadziowego z tą osią wylewu.

Zgodny z wynalazkiem Wylew kadziowy przystosowany do urządzenia do wprowadzania i/lub wyjmowania wylewu, przy czym wylew składa się z części rurowej wyznaczającej kanał spustowy oraz, na jej górnym końcu, z płyty mającej otwór wyznaczający kanał spustowy, przy czym ta płyta ma górną powierzchnię stykającą się z poprzedzającym, patrząc w kierunku przepływu, elementem kanału spustowego i dolną powierzchnię tworzącą powierzchnię przylegania z górną częścią części rurowej, przy czym ta płyta ma dwie płaskie powierzchnie nośne usytuowane po obydwu stronach kanału spustowego, charakteryzuje się tym, że te dwie powierzchnie nośne tworzą z osią kanału spustowego kąt wynoszący od 20° do 80°. Część rurowa może mieć kształt ogólnie walcowy, owalny albo stożkowy. Płyta jest korzystnie kwadratem albo prostokątem.

PL 207 935 B1

Kształt płyty według wynalazku umożliwia poprawę odporności na pękanie, i to bez konieczności zwiększania ilości materiału w obszarze wrażliwym na pękanie. W ten sposób wymiary ograniczające pozostają zasadniczo identyczne jak wymiary dotychczasowych wylewów.

Gdy wylew według wynalazku wprowadza się do urządzenia do wprowadzania i/lub wyjmowania wylewów, te dwie powierzchnie nośne są równoległe do kierunku zalewania wylewu.

Korzystnie, dwie powierzchnie nośne tworzą z osią kanału spustowego kąt wynoszący od 30° do 60°, korzystniej około 45°. Daje to dobre wyniki pod względem odporności na pękanie i układu naprężeń. Naprężenia rozciągające mierzone w wylewie kadziowym na poziomie krytycznego obszaru dla kąta 45° są o 40 do 50% mniejsze od tych, jakie można zaobserwować dla kąta 90° odpowiadającego najnowszym rozwiązaniom.

Według szczególnej postaci wynalazku, płyta jest asymetryczna względem płaszczyzny prostopadłej do powierzchni nośnych płyty wylewu i zawierającej kanał spustowy. W ten sposób użyteczna powierzchnia płyty po obu stronach tej płaszczyzny jest różna. Umożliwia to wprowadzanie wylewu w dwóch położeniach, w jednym położeniu odlewania, w którym otwór płyty odpowiada poprzedzającemu (patrząc w kierunku przepływu) kanałowi spustowemu, i w położeniu pośrednim, w którym otwór płyty nie łączy się z poprzedzającym kanałem spustowym, w celu zamknięcia go. Może to być użyteczne, gdy poprzedzający (patrząc w kierunku przepływu) układ zamykający, będący np. zatyczką, jest uszkodzony. Pozwala to również uniknąć płyty ochronnej, ponieważ zamykanie może zapewnić sama płyta wylewu.

Kształt wylewu według wynalazku umożliwia także stosowanie urządzenia naciskowego, które różni się od urządzeń stosowanych w tej dziedzinie.

Zgodne z wynalazkiem urządzenie do wprowadzania i/lub wyjmowania wylewu kadziowego charakteryzuje się tym, że ma urządzenie naciskowe, działające z wynikową siłą naporu, której kierunek tworzy z osią kanału spustowego kąt wynoszący od 10° do 70°, i urządzenie prowadzące stanowiące układ prowadnic, mające powierzchnię nośną, tworzącą z osią kanału spustowego kąt wynoszący od 30° do 60°.

Urządzenie naciskowe działa siłą naporu na powierzchnie nośne wylewu kadziowego, przy czym siła ta nie jest skierowana do góry równolegle do osi kanału spustowego, jak w istniejących urządzeniach, lecz ukośnie względem niej, i jest skierowana w kierunku kanału spustowego.

Naprężenia zginające w wylewie kadziowym wywoływane przez takie urządzenie są mniejsze niż analogiczne naprężenia w dotychczasowych urządzeniach. Wynikowa siła naporu ma składową pionową, która zapewnia szczelność połączenia z poprzedzającym (patrząc w kierunku przepływu) elementem, i składową poziomą. Ta składowa pozioma jest korzystna, ponieważ wywołuje ściskanie materiału ogniotrwałego, umożliwiając tym samym zmniejszenie powstawania pęknięć i/lub ich rozprzestrzeniania.

Wynikowa siła naporu urządzenia naciskowego według wynalazku musi być przykładana pod kątem α wynoszącym 10° do 70°. Oczywiście, kąt mniejszy od 10° odpowiada przyłożeniu faktycznie pionowej siły jak w znanych urządzeniach i nie ma znaczącego pozytywnego wpływu na zjawisko pękania. Gdy siłę przykłada się pod kątem większym od 70°, wówczas składowa pionowa siły nie wystarcza już do zapewnienia dobrego styku i dobrej szczelności pomiędzy płytą wylewu i poprzedzającym ją (patrząc w kierunku przepływu) elementem.

Korzystnie, kierunek wynikowej siły naporu tworzy z osią kanału spustowego kąt wynoszący od 30° do 60°, korzystnie około 45°. Przynosi to doskonałe wyniki w zakresie odporności na pękanie i układu naprężeń. Naprężenia rozciągające mierzone w wylewie kadziowym na poziomie obszaru krytycznego dla kąta naporu 45° są o 40 do 50% mniejsze od analogicznych naprężeń mierzonych dla kąta naporu 90° odpowiadającego stanowi techniki. Kąt 45° stanowi dobry kompromis pomiędzy pionową składową siły naporu, która zapewnia szczelność, a składową poziomą. Oczywiście, aby umożliwić szczelny styk pomiędzy wylewem i poprzedzającym (patrząc w kierunku przepływu) elementem, jest wymagana minimalna składowa pionowa. Im bardziej rośnie kąt α, tym bardziej musi rosnąć siła naporu, aby zapewnić tę samą składową pionową. Zbyt duża siła naporu może wywołać problemy mechaniczne, których nie można lekceważyć, zwłaszcza zwiększone obciążenie sprężyn i zmniejszenie ich trwałości użytkowej.

Kąt 45° umożliwia także łatwe wytwarzanie wylewu kadziowego i urządzenia naciskowego.

Siłę naporu można przyłożyć bezpośrednio do powierzchni nośnej płyty wylewu kadziowego, np. za pomocą sprężyn albo za pośrednictwem elementu takiego jak dźwignia jednostronna.

PL 207 935 B1

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym Pos. I przedstawia wylew kadziowy według stanu techniki oraz wynikową pionową siłę naporu przyłożoną do płaskich powierzchni nośnych; Pos. II - urządzenie naciskowe według stanu techniki; fig. 1 - wylew kadziowy według wynalazku oraz wynikową siłę naporu przyłożoną do płaskich powierzchni nośnych; fig. 2 - wylew kadziowy według wynalazku, przy czym kąty α i β oznaczają odpowiednio kąt utworzony przez wynikową siłę naporu z osią kanału spustowego i kąt utworzony przez płaską powierzchnię nośną z osią kanału spustowego; fig. 3 i 4 - postacie urządzenia naciskowego według wynalazku.

Pos. I przedstawia wylew kadziowy 1 znany ze stanu techniki, mający płytę 2 i część rurową 3. Płaskie powierzchnie nośne 5 tworzą z osią 7 kanału spustowego kąt β równy 90°. Siła naporu 4 jest pionowa, równoległa do osi 7 kanału spustowego. Naprężenia wytworzone w znanym wylewie kadziowym mogą być odpowiedzialne za powstawanie pęknięć na górnym końcu części rurowej 3.

Fig. 1 i 2 przedstawiają wylew kadziowy 1 według wynalazku. Płyta 2 wylewu kadziowego 1 jest w pewien sposób ścięta. Płaskie powierzchnie nośne 5 tworzą kąt β wynoszący od 20 do 80° i to bez konieczności zwiększania ilości materiału płyty 2.

Fig. 2 przedstawia kąty α i β. Wynikowa siła naporu 4 i oś kanału spustowego tworzą kąt α równy 21°. Płaskie powierzchnie nośne i oś kanału spustowego tworzą kąt β równy 69°.

Pos. II przedstawia znane urządzenie naciskowe 8. Wynikowa siła naporu 4 jest przykładana pionowo, równolegle do osi 7 kanału spustowego, za pośrednictwem dźwigni jednostronnej 10.

Fig. 3 przedstawia urządzenie naciskowe 8 według wynalazku. Wynikowa siła naporu 4 jest przykładana za pośrednictwem dźwigni jednostronnej 10.

Fig. 4 przedstawia urządzenie naciskowe 8 według wynalazku. Wynikowa siła naporu 4 jest przykładana bezpośrednio do powierzchni nośnych za pomocą sprężyn 11.

Claims (8)

1. Urządzenie odlewnicze z urządzeniem do wymiany rur spustowych i wylewem kadziowym, który składa się z części rurowej wyznaczającej kanał spustowy oraz, na jej górnym końcu, z płyty mającej otwór wyznaczający kanał spustowy, przy czym ta płyta ma górną powierzchnię stykającą się z poprzedzającym, patrząc w kierunku przepływu, elementem kanału spustowego i dolną powierzchnię tworzącą powierzchnię przylegania z górną częścią części rurowej, przy czym ta płyta ma dwie płaskie powierzchnie nośne usytuowane po obydwu stronach kanału spustowego; urządzenie naciskowe, działające z wynikową siłą naporu; oraz urządzenie prowadzące, stanowiące układ prowadnic, mające powierzchnię nośną, znamienne tym, że dwie powierzchnie nośne (5) płyty tworzą z osią (7) kanału spustowego kąt (β) wynoszący od 20° do 80°, przy czym kierunek wynikowej siły naporu (4) tworzy z osią (7) kanału spustowego kąt (α) wynoszący od 10° do 70°, przy czym powierzchnia nośna układu prowadnic tworzy z osią (7) kanału spustowego kąt wynoszący od 20° do 80°.

2. Wylew kadziowy przystosowany do urządzenia do wprowadzania i/lub wyjmowania wylewu, przy czym wylew składa się z części rurowej wyznaczającej kanał spustowy oraz, na jej górnym końcu, z płyty mającej otwór wyznaczający kanał spustowy, przy czym ta płyta ma górną powierzchnię stykającą się z poprzedzającym, patrząc w kierunku przepływu, elementem kanału spustowego i dolną powierzchnię tworzącą powierzchnię przylegania z górną częścią części rurowej, przy czym ta płyta ma dwie płaskie powierzchnie nośne usytuowane po obydwu stronach kanału spustowego, znamienny tym, że te dwie powierzchnie nośne (5) tworzą z osią (7) kanału spustowego kąt (β) wynoszący od 20° do 80°.

3. Wylew kadziowy według zastrz. 2, znamienny tym, że dwie powierzchnie nośne (5) tworzą z osią (7) kanału spustowego kąt (β) wynoszący od 30° do 60°.

4. Wylew kadziowy według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że te powierzchnie nośne (5) tworzą z osią (7) kanału spustowego kąt (β) wynoszący około 45°.

5. Wylew kadziowy według zastrz. 2 albo 3, albo 4, znamienny tym, że płyta (2) jest asymetryczna względem płaszczyzny prostopadłej do powierzchni nośnych (5) płyty (2) wylewu i zawierającej kanał spustowy.

6. Urządzenie do wprowadzania i/lub wyjmowania wylewu kadziowego, znamienne tym, że ma urządzenie naciskowe (8), działające z wynikową siłą naporu (4), której kierunek tworzy z osią (7) kanału spustowego kąt (α) wynoszący od 10° do 70°, i urządzenie prowadzące stanowiące układ

PL 207 935 B1 prowadnic, mające powierzchnię nośną, tworzącą z osią (7) kanału spustowego kąt wynoszący od 30° do 60°.

7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że kierunek wynikowej siły naporu (4) tworzy z osią (7) kanału spustowego kąt (α) wynoszący od 30° do 60°.

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że kierunek wynikowej siły naporu (4) tworzy z osią (7) kanału spustowego kąt (α) wynoszący około 45°.