УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ ПРИ РАЗЛИВКЕ РАСПЛАВЛЕННЫХ МЕТАЛЛОВ, В ЧАСТНОСТИ РАСПЛАВЛЕННЫХ СТАЛЕЙ Российский патент 2009 года по МПК B22D11/53 

Изобретение относится к устройству для генерирования возвратно-поступательного движения кристаллизаторов непрерывной разливки при разливке расплавленных металлов, в частности расплавленных сталей, с несколькими проходящими между установленной неподвижно рамой кристаллизатора и местами шарнирных соединений или заделки, с подпирающими кристаллизатор непрерывной разливки и с помощью пар приводов, приводящими в вынужденные возвратно-поступательные движения, как, например, резонансные возвратно-поступательные движения, пружинами или пакетами пружин.

Известны устройства для генерирования возвратно-поступательных движений, которые с помощью стальных листовых пружин шарнирно присоединены к установленной неподвижно раме. Листовые пружины рассчитаны на долгий срок службы. Как правило, работают такие шарниры из листовых пружин длительное время без ухода. Кристаллизаторы направляются в установленной неподвижно раме двумя листовыми пружинами на сторону. Листовые пружины поддерживают кристаллизатор непрерывной разливки своей пружинящей силой. Эта конструкция образует подвеску без зазора и также не нуждается ни в каких требующих интенсивного ухода опорах. Направление кристаллизатора непрерывного литья по заданной траектории и положению не имеет недостатков. Листовые пружины оказывают, однако, большое влияние на форму возвратно-поступательного движения, так как значения жесткости пружин должны быть очень большими, чтобы выдерживать вес кристаллизатора непрерывной разливки. В простом случае может реализовываться синусоидальная форма возвратно-поступательного движения с частотой внутреннего резонанса системы пружина-масса. Предпочтительным является определенное направление кристаллизатора непрерывной разливки с помощью очень жестких пружин. При изменениях частоты возвратно-поступательного движения или при очень длительном использовании это может привести к большим, при некоторых обстоятельствах больше не управляемым реакциям опор, которые перегрузят систему. Кроме того, такие системы стальных пружин подвержены значительной коррозии, и это имеет решающее значение. До настоящего времени использовались лишь пружины из стали и с различными защищающими от коррозии покрытиями. Покрытие же всегда в механическом отношении более чувствительно, чем материал основы. Применение нержавеющих сталей не приводит, однако, к устранению недостатков. Удовлетворительного объяснения возникающих разрушений до настоящего времени не смогли найти, что не позволяет обеспечить действенные меры для предотвращения отказов.

Из документов ЕР 0953391 A, DE 10022598 A, DE 4341719 С1, ЕР 1086762 А и DE 2248066 А известны устройства для генерирования возвратно-поступательных движений, при которых кристаллизатор машины непрерывной разливки подвешивается с возможностью возвратно-поступательных движений с помощью листовых или тарельчатых пружин. Специалист в этой области считает материалом для пружин пружинную сталь.

Из документа ЕР 0162191 А и ЕР 0425880 А известны волокнистые композиционные материалы, но для применения в автомобилях.

В основе изобретения лежит задача при исключении описанных недостатков предложить устойчивое в течение длительного времени устройство для генерирования возвратно-поступательного движения с помощью листовых пружин, которое более пригодно для разливки расплавленной стали при соответствующих формах возвратно-поступательного движения в том отношении, что улучшается коррозионная стойкость, длительная прочность и механическая устойчивость по сравнению со стальными пружинами.

Поставленная задача, согласно изобретению, решается благодаря применению пружин, пакетов пружин или рессорных пакетов из волокнистых композиционных материалов, которые состоят из связанных в пластмассах в качестве материала матрицы угольных или арамидных волокон (CFK, AFK) для рабочих температур примерно 20°С. Преимуществами являются более высокая коррозионная стойкость, высокая длительная прочность и механическая стабильность при заданной жесткости и механических свойствах, аналогичных свойствам пружинных сталей. Волокнистые композиционные материалы снижают опасность коррозии. Благодаря этому не утоняется со временем поперечное сечение листовых пружин. Преимуществом является также защита против используемых при непрерывной разливке химикатов. Кроме того, при изготовлении также имеется возможность получать отличающиеся от прямоугольного поперечного сечения формы поперечного сечения в зависимости от длины. Основополагающая форма резонансных возвратно-поступательных движений, которая оправдывала себя в последние годы, может сохраняться.

Конструкция предусматривает, что отдельные или все пружины, пакеты пружин или рессорные пакеты изготовлены из волокнистого композиционного материала.

При этом согласно другим признакам пружины, пакеты пружин или рессорные пакеты могут быть выполнены без покрытия или с покрытием.

Другой альтернативный вариант состоит в том, что в качестве материала матрицы применяется углерод.

Во избежание чрезмерной передачи сил в местах заделки (опоры) предлагается, чтобы концы пружин, пакетов пружин или рессорных пакетов отгибались попеременно в противоположных направлениях и защелкивались в месте заделки (опоры).

Механическая защита, которая действует также против сверхвысоких термических нагрузок, создается благодаря тому, что пружины, пакеты пружин или рессорные пакеты заключаются в корпус или защищены тонким керамическим покрытием.

При таких конструкциях, которые учитывают в себе опасность перелива жидкой стали, в области шарнирного пружинного соединения является, далее, предпочтительным, чтобы пружины, пакеты пружин или рессорные пакеты изготовлялись из волокнистого композиционного материала с внедренными в материал матрицы керамическими составляющими (CSiC).

При необходимости используемые монтажные детали или принадлежности могут реализовываться тем, что для поддержания минимального расстояния между несколькими пружинами, пакетами пружин или рессорными пакетами вложены промежуточные слои из ламината.

Таким образом, с учетом аналога, известного из DE 10022598, в заявленном изобретении предлагается устройство для качания кристаллизаторов машины непрерывной разливки расплавленных металлов, содержащее несколько пружин или пакетов пружин или рессорных пакетов, расположенных между неподвижной рамой кристаллизатора и местами шарнирного соединения или опорами, поддерживающих кристаллизатор и приводящих его в вынужденные возвратно-поступательные движения с помощью пары приводов, при этом заявленное изобретение отличается тем, что пружины, пакеты пружин или рессорные пакеты выполнены из волокнистых композиционных материалов, рабочая температура которых составляет примерно 20-80°С, состоящих из угольных или арамидных волокон, связанных в матрице из пластмассы или углерода.

На чертежах представлены примеры выполнения изобретения, которые далее поясняются более подробно.

Показано:

Фиг.1 - изображение в перспективе рамы с водяной рубашкой и листовыми пружинами, но без (обозначенного лишь пунктирными линиями) самого кристаллизатора непрерывной разливки,

Фиг.1А - вид сбоку в направлении А к заделке пружины, Фиг.2 частичный разрез через место шарнирного соединения или заделки пружин, пакетов пружин или рессорного пакета и

Фиг.3 - частичный разрез через альтернативную форму выполнения места шарнирного соединения или заделки для пружин с промежуточными слоями из ламината.

Согласно фигурам 1 и 1А кристаллизатор 1 машины непрерывной разливки установлен с возможностью возвратно-поступательного движения в неподвижной раме 2 кристаллизатора, которая также содержит водяную рубашку 3 для подачи и отвода охлаждающей воды. Рама 2 кристаллизатора непрерывной разливки имеет на обоих концах прямоугольной основной формы верхнюю и нижнюю пару мест 4 шарнирного соединения или заделки для пружин 5, пакетов 5а пружин или рессорных пакетов 5b, которые обозначены как листовые пружины, однако могут иметь любые другие многоугольные, круглые или эллиптические, проходящие преимущественно в продольном направлении формы поперечного сечения. Пружины 5 могут располагаться, плотно прилегая друг к другу, образуя пакет 5а пружин или рессорный пакет 5b. При этом является предпочтительным применение пружин 5, пакетов 5а пружин или рессорных пакетов 5b из волокнистых композиционных материалов 6 с рабочими температурами 20-80°С, с высокой устойчивостью против коррозии, высокой длительной прочностью, механической стабильностью при заданной жесткости и механических свойствах, аналогичных свойствам пружинной стали.

Используемый волокнистый материал 6 состоит из внедренных в пластмассы в качестве материала матрицы угольных или арамидных волокон (CFK, AFK). В качестве материала матрицы может использоваться также углерод.

Согласно фигуре 2 концы 7 пружин 5, пакетов 5а пружин или рессорных пакетов 5b загибаются попеременно в разном направлении и защелкиваются в месте 4 заделки.

Пружину 5, пакет 5а пружин и рессорный пакет 5b можно защитить, поместив в корпус или с помощью тонкого керамического покрытия.

Другой вариант выполнения изобретения предусматривает, что пружины 5, пакеты 5а пружин или рессорные пакеты 5b изготовлены из волокнистого материала 6 с внедренными в материал матрицы, керамическими составляющими веществами (CSiC).

Согласно фигуре 3 для выдерживания минимального расстояния 8 между несколькими пружинами 5, пакетами 5а пружин или рессорными пакетами 5b предусмотрен промежуточный слой 9 из ламината.

Другая конструкция содержит центральное ядро из полимерного материала с покрытием из волокнистых композиционных материалов 6 и с полимерной матрицей, состоящей из проходящих в главном направлении волокон. Поперечное сечение выполнено подобно прямоугольнику, кругу или эллипсу.

Другой вариант выполнения предусматривает трубу круглой или прямоугольной формы, в которую вставлены тела пружин с силовым или геометрическим замыканием. Для этого можно, например, предварительно сформовать ткань из стекловолокна, а затем ввести в трубу.

Поперечное сечение пружины 5 можно образовать также с помощью наложенных с перекрещиванием слоев ламината и ядра из стекловолокон.

Армированные стекловолокном пластмассы перед всеми мероприятиями с промежуточными слоями можно сформировать в пружину 5, причем используются отверждаемые пластмассы, например ненасыщенные полиэфирные смолы, модифицированные эпоксидные смолы, полиуретановые смолы или смеси из таких веществ.

Другими материалами для промежуточных слоев могут быть полиэтилен, полипропилен, полиамиды или полиметилметакрилат и эластомеры. Эти материалы содержат волокнистые наполнители.

Дополнительный вариант выполнения изобретения предусматривает металлическую матрицу с армированием высокопрочными неорганическими керамическими или металлическими волокнами с высоким модулем упругости.

Перечень обозначений

1 - кристаллизатор машины непрерывной разливки

2 - рама кристаллизатора

3 - водяная рубашка

4 - место шарнирного соединения или заделки

5 - пружина

5а - пакет пружин

5b - рессорный пакет

6 - волокнистый композиционный материал

7 - конец пружины

8 - минимальное расстояние

9 - промежуточный слой

Изобретение относится к непрерывной разливке стали. Устройство качания кристаллизатора содержит несколько пружин, или пакетов пружин, или рессорных пакетов, поддерживающих кристаллизатор и сообщающих ему возвратно-поступательные движения от пары приводов. Пружины, или пакеты пружин, или рессорные пакеты расположены между неподвижной рамой кристаллизатора и местами шарнирного соединения или опорами кристаллизатора. Выполнение пружин, пакетов пружин или рессорных пакетов из волокнистых композиционных материалов, рабочая температура которых составляет 20-80°С, представляющих собой угольные или арамидные волокна, связанные в матрице из пластмассы или углерода, позволяет повысить коррозионную стойкость и долговременную прочность пружин, пакетов пружин или рессорных пакетов. Обеспечивается устойчивая в течение времени работа устройства в условиях непрерывной разливки стали. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для качания кристаллизатора (1) машины непрерывной разливки расплавленных металлов, содержащее несколько пружин (5), или пакетов пружин (5а), или рессорных пакетов, расположенных между неподвижной рамой (2) кристаллизатора и местами шарнирного соединения или опорами, поддерживающих кристаллизатор и приводящих его в вынужденные возвратно-поступательные движения с помощью пары приводов, отличающееся тем, что пружины, пакеты пружин или рессорные пакеты выполнены из волокнистых композиционных материалов, рабочая температура которых составляет 20-80°С, состоящих из угольных или арамидных волокон, связанных в матрице из пластмассы или углерода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отдельные пружины (5), пакеты (5а) пружин или рессорные пакеты (5b) изготовлены из волокнистых композиционных материалов (6).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что концы (7) пружин (5), пакетов (5а) пружин или рессорных пакетов (5b) загнуты попеременно в разных направлениях и защелкнуты в месте (4) опоры.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пружины (5), пакеты (5а) пружин или рессорные пакеты (5b) заключены в корпус или защищены тонким керамическим покрытием.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что пружины (5), пакеты (5а) пружин или рессорные пакеты (5b) изготовлены из волокнистого композиционного материала (6) с внедренными в материал матрицы керамическими составляющими частями (CSiC).

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для поддержания минимального расстояния между несколькими пружинами (5), пакетами (5а) пружин или рессорными пакетами (5b) предусмотрены промежуточные слои.