Устройство защиты струи металла при разливке Российский патент 2023 года по МПК B22D11/106 

Изобретение относится к технической области металлургического оборудования, конкретно к гидравлической системе устройства защиты струи расплавленного металла при непрерывной разливке стали.

Известен способ защиты струи жидкого металла при разливке, включающий подвод защитной трубы в зону разливки, ее ориентацию относительно выпускного отверстия, пристыковку и поджатие к шиберному затвору, подачу защитного газа в зону стыка защитной трубы с шиберным затвором, открывание последнего и опускание защитной трубы под уровень металла в промежуточном ковше. (Патент РФ №2158651, МПК B22D 7/00, опуб. 10.11.2000).

Недостатком известного способа является то, что поджатие защитной трубы к шиберному затвору осуществляют с недостаточным усилием, равным 2-5 массам защитной трубы, чтобы обеспечить необходимую герметизацию стыка с коллектором шиберного затвора.

Известна гидравлическая система управления механизмом перемещения стаканов сортовых машин непрерывной разливки заготовки, содержащая гидроцилиндры перемещения стаканов, подключенные к напорной и сливной гидролинии через блоки управления, гидроаккумулятор, соединенный с напорной гидролинией через обратный клапан, и источник давления. (Полезная модель РФ №69432, МПК B22D 41/56, F16N 7/38, опуб. 27.12.2007).

Недостатком известной гидравлической системы является то, что блок управления выполнен в виде двух двухпозиционных электроуправляемых с пружинным возвратом золотниковых распределителей. При этом существует технологическая необходимость подъема (опускания) стальковша во время разливки. Предложенное техническое решение не позволяет оперативно поддерживать давление напорной линии гидроцилиндра в случае его резкого изменения.

Наиболее близким по своей по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель гидравлической системы манипулятора защитной трубы непрерывной разливки заготовки, содержащая гидроцилиндр прижима защитной трубы, подключенные к напорной и сливной гидролинии через гидрораспределитель с ручным управлением и два дросселя с обратными клапанами, гидроаккумулятор, соединенный с напорной гидролинией, систему шаровых кранов (DAYE SPECIAL STEEL CN209100373U, 2018CN-U1977217 2018-11-28).

Недостатком известной гидравлической системы является то, что предложенная конфигурация гидравлических аппаратов не позволяет задавать и поддерживать заданное усилие прижима к стальковшу (ковш), что приводит к неплотному соединению с выпускным отверстием ковша и, как следствие, насыщение разливаемой стали газами.

Технической задачей, на решение которой направлена конструкция заявляемое изобретение, является создание устройства защиты струи металла с повышенными технологическими характеристиками и способного автоматически перемещаться вместе с ковшом по вертикали, обеспечивая необходимое поджатие к ковшу и снизить объем попадаемых в металл газов (азота, водорода, кислорода).

Технический результат изобретения заключается в повышении технологических характеристик устройства, при повышении качества разливаемого металла.

Технический результат достигается тем, что устройство защиты струи металла содержит механизм, включающий несущий рычаг, а также гидравлическую системой, включающую цилиндр поджатая защитной трубы, содержащий штоковую и поршневую полости, соединенные с распределителем и двумя дросселями, при этом цилиндр через распределитель подключен к сливной и напорной магистралям, с последней из которых соединен гидроаккумулятор, согласно изобретению

механизм оснащен по крайней мере одним устройством перемещения, а также защитной трубой, посредством которой он улавливает изменение прижатия ковша и передает его на гидравлическую систему,

содержащую элемент, определяющий давление в гидравлической системе, соединенный с управляющим элементом, с возможностью передачи на него верхнего и нижнего порогового значений давления,

который управляет распределителем поджима защитной трубы и распределителем разгрузки с возможностью подачи на них управляющего сигнала,

а также предохранительный клапан, связанный с поршневой полостью цилиндра с возможностью снижения избыточного давления,

при этом управляющим элементом управляется, а гидравлической системой задается и поддерживается требуемое давление в устройстве, передаваемое на механизм, которым давление воспринимается от гидравлической системы и передается на ковш, выполняя его поджатие с заданным гидравлической системой давлением.

Гидравлическая система устройства для защиты струи металла может содержать распределитель с помощью которого возможен переход на ручное управление.

В качестве элемента, определяющего давление в гидравлической системе может быть применено два реле нижнего и верхнего пороговых значений.

В качестве элемента, определяющего давление в гидравлической системе может быть применен датчик давления.

В качестве элемента, определяющего давление в гидравлической системе может быть применено одно двухпороговое реле.

В качестве управляющего элемента может быть применен контроллер.

В качестве управляющего элемента может быть применена релейно-контакторная схема.

Необходимое усилия поджатая ковша составляет 300-700 кгс.

Нормальная работа гидравлической системы для обеспечения необходимого усилия поджатая ковша реализуется при давлении в системе 85-160 бар

Значение нижнего давления в системе может назначаться ниже значения верхнего на 10 бар.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1. изображен пример осуществления реализации устройства защитной трубы; на фиг. 2 изображена гидравлическая система устройства.

Устройство защиты струи металла при разливке содержит механизм 1 и гидравлическую систему 2.

Механизм 1 включает несущий рычаг 1.1, защитную трубу 1.2 и оснащен по крайней мере одним устройством перемещения (наклона) 1.3. Несущий рычаг 1.1 выполняет функцию передачи усилия поджатая защитной трубы 1.2 к выпускному отверстию ковша 3 (на коллектор шиберного затвора ковша). Защитная труба 1.2 механизма 1 шарнирно соединена с несущим рычагом 1.1 для возможности центрирования защитной трубы 1.2 относительно ковша 3.

Устройство перемещения (наклона) необходимо для возможности реализации вертикального перемещения устройства для защиты металла при движении ковша 3 и осуществления его поджатия. Причем перемещения могут быть, как поступательные, так и вращательные, ровно как и у устройства перемещения 1.6, поэтому в зависимости от потребности в устройстве могут быть разные устройства перемещения, как в количественном, так и в качественном соотношении, но по крайней мере одно устройство перемещения должно входить в состав механизма 1. Механизм 1 может содержать, например, механизм вращения 1.5, механизм возвратно-поступательного перемещения 1.6, механизм поворота 1.7, механизм перемещения (наклона), состоящего из 1.1, 1.8.

Кроме того, механизм 1 может включать систему подвода защитного газа 1.4, направленную на дополнительное улучшение качество металла.

Гидравлическая система 2 включает цилиндр 2.1, содержащий штоковую 2.1а и поршневую 2.1б полости, соединенные с распределителем поджима 2.2 и двумя дросселями 2.3, при этом цилиндр 2.1 через распределитель поджима 2.2 защитной трубы 1.2 подключен к сливной Т и напорной Р магистралям, с последней из которых соединен гидроаккумулятор 2.4, а также система 2 включает элемент 2.5 определяющий давление в гидравлической системе 2, распределитель разгрузки 2.6, предохранительный клапан 2.7.

Гидравлический аккумулятор 2.4 позволяет увеличить время достижения пороговых значений давления, а значит и периодичность включения распределителя 2.2.

Дополнительно устройство защиты струи металла содержит управляющий элемент 4, который подключается к устройству, а именно к его гидравлической системе 2 и выполняет функцию управляющего звена, получающего информацию от одних элементов гидравлической системы 2 и в соответствии с ними передает соответствующий ответ на другие элементы гидравлической системы 2. В качестве управляющего элемента 4 может быть применен, например, контроллер, микроконтроллер, релейно-контакторная схема.

Элемент 2.5, определяющий давление в гидравлической системе 2, соединенные с управляющим элементом 4, необходим для возможной передачи на управляющий элемент 4 верхнего и нижнего порогового значений давления гидравлической системы 2. Управляющий элемент 4, получивший сигнал о критическом значении давления в гидравлической системе 2 управляет распределителем поджима 2.2 защитной трубы 1.2 и распределителем разгрузки 2.6 и реализует возможность подачи на них управляющего сигнала, чтобы отрегулировать давление в гидравлической системе до установленного значения (повысить или понизить его) и обеспечить поджатие защитной трубы 1.2 к ковшу 3. В качестве элементов 2.5, определяющих давление в гидравлической системе может быть применено, например, два реле: верхнего и нижнего значений давления в гидравлической системе 2, одно двухпороговое реле, датчик давления.

Нормальная работа гидравлической системы 2 для обеспечения необходимого усилия поджатая защитной трубы к ковшу 3, составляющего 300-700 кгс реализуется при давлении в системе 85-160 бар.

В случае, если давление в напорной линии цилиндра 2.1 (при опускании ковша 3) превысило допустимый уровень 160 бар, то поток рабочей жидкости сбросится на слив за счет настроек перепускного предохранительного клапана 2.7 и давление в гидравлической системе 2 снизится, обеспечивая поджатие ковша 3 в пределах заданной нормы. В качестве предохранительного клапана может быть применено устройство с тарельчатыми пружинами.

В случае, если давление в гидравлической системе 2 понизилось ниже допустимого уровня разрядки аккумулятора (например, 135 бар), то элемент 2.5, определяющий давление в гидравлической системе 2, передаст сигнал на управляющий элемент 4, которое передаст управляющий сигнал на распределитель поджима 2.2 и распределитель разгрузки 2.6, благодаря которым далее давление в гидросистеме 2 станет снова повышаться до значения настройки верхнего порогового значения давления (например, 145 бар).

Этим решение обусловлено наличие своевременной реакции гидравлической системы 2 с помощью ее компонентов на понижающиеся давление и осуществление его выравнивания до установленного значения.

В производстве ковш 3 в процессе разливки металла перемещается в вертикальной плоскости, во время его перемещения вверх давление на механизм 1 устройства, а также в гидравлической системе 2 устройства снижается, при этом последняя регулирует давление до рабочего и поднимает механизм 1, благодаря чему устройство сопровождает ковш 3 (следует за ним), поджимая защитную трубу к шиберу ковша 3 с заданным усилием, соответствующим настройкам рабочего диапазона нормальной работы, а при перемещении ковша 3 вниз по вертикальной плоскости ковш создает повышенное давление на устройство и, как следствие, повышает давление в гидравлической системе 2, которая реагирует на возникшее условие и выравнивает давление до установленного значения в рамках нормального рабочего диапазона.

При перемещении ковша 3 по вертикальной плоскости механизм 1, улавливая изменение прижатия защитной трубы 1.2 к ковшу 3, механически передает ее на гидравлическую систему 2, которая подает сигнал на управляющий элемент 4, при этом управляющим элементом 4 управляется, а компонентами гидравлической системы 2 задается и поддерживается требуемое давление в гидравлической системе и устройстве, передаваемое на механизм 1, которым давление воспринимается от гидравлической системы 2 и передается на ковш 3, выполняя его поджатие с заданным гидравлической системой давлением. Этим решением обеспечивается стабильность усилия прижима устройства защиты металла относительно ковша 3, позволяя надежнее защитить струю металла от контакта с воздухом и уменьшить прирост газов в стали.

Устройство защиты струи металла устроено таким образом, что элементы, входящие в состав гидравлической системы 2 выполняют программную функцию, осуществляющую контроль за давлением устройства, что в данном случае играет основополагающую роль, а механизм 1 осуществляет рабочую функцию, без которой невозможно осуществить должное поджатие устройством защитной трубы 1.2 к ковшу 3, поэтому полный функционал заявленного устройства, а именно поддержания необходимого усилия поджатия защитной трубы 1.2 к ковшу 3, может быть реализован только благодаря применению его в комплексе.

Таким образом этим техническим решением обусловлено, что в работе устройство защиты струи металла с защитной трубой может сопровождать ковш 3 при его движении по вертикали (подъем/опускание), причем поддержание усилия поджатия обеспечивается автоматически, за счет соответствующей настройки компонентов гидравлической системы, что повышает технологичность заявленного устройства.

Гидравлическая система 2 устройства защиты струи металла может включать ручной распределить 2.8 для ручного управления при необходимости, например, позволит осуществить аварийный отвод защитной трубы 1.2 от шиберного затвора ковша 3 (втягивание или выдвижение штока цилиндра).

Следует учитывать, что в заявке описан минимально необходимый для осуществления технического результата набор элементов устройства для защиты, на практике в него специалистами могут быть включены дополнительные элементы, не раскрытые в настоящей заявке, также, как могут быть различными формы, габаритные размеры устройства в зависимости от требований к ним. Соответственно, чертежи и подробное описание устройства с примерами носят иллюстративный, но не ограничительный характер.

Устройство для защиты струи металла работает следующим образом.

Защитную трубу 1.2 подводят в зону шиберного затвора ковша 3, ориентируют на коллекторе выпускного отверстия (шиберного затвора) ковша 3 и выполняют поджатие с усилием, равным 5-20 массам защитной трубы, одновременно с поджатием на уплотнение стыковочного узла защитной трубы 1.2 подают защитный газ. В работе устройство с защитной трубой 1.2 сопровождает ковш 3 при его движении в вертикальной (подъем/опускание) плоскости и поддерживает усилие поджатия автоматически. Насос гидравлической системы 2 через всасывающий фильтр забирает рабочую жидкость из бака и через предохранительный клапан с распределителем разгрузки 2.6 и обратный клапан подводит рабочую жидкость к гидроаккумулятору 2.4 и распределителю поджима 2.2 управления гидроцилиндром 2.1. При включении двигателя и включении распределителя разгрузки в системе создается давление настройки аварийного предохранительного клапана (150 бар) или настройки элемента 2.5, при достижении которого избытки рабочей жидкости сбрасываются в сливную магистраль.

Цилиндром 2.1 производится поджим защитной трубы 1.2 к выпускному отверстию ковша 3 до значения настройки элемента 2.5, определяющего давление в гидравлической системе 2, (например, 145 бар), в случае достижения которого, элемент 2.5 через управляющий элемент 4 подаст сигнал на катушку распределителя разгрузки 2.6, он займет положение, при котором рабочая жидкость из поршневой полости 2.1б перенаправляется в сливную магистраль (Т). Требуемое значение верхнего давления в системе устанавливается исходя из требуемого усилия поджатия защитной трубы 1.2.

При достижении разрядки аккумулятора (например, 135 бар) давление в гидравлической системе 2 достигнет нижнего значения, элемент 2.5 подаст сигнал на катушку распределителя разгрузки 2.6 и давление в гидравлической системе 2 станет снова повышаться до значения настройки верхнего давления. Значение нижнего давления в системе назначается ниже значения верхнего на 10 бар.

При превышении давления (160 бар) в напорной линии гидроцилиндра (в случае опускания стальковша), поток рабочей жидкости сбрасывается на слив, за счет настроек перепускного предохранительного клапана 2.7.

Таким образом, заявленным техническим решением создано более удобное в процессе производства устройство защиты струи металла, позволяющее повысить качество разливаемого металла, сократить рабочее время контролирующего устройство персонала, там самым добившись повышения технологичности устройства защиты струи металла.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к гидравлической системе устройства защиты струи расплавленного металла при непрерывной разливке стали. Устройство содержит несущий рычаг, а также гидравлическую систему, включающую цилиндр поджатия защитной трубы, содержащий штоковую и поршневую полости, соединенные с распределителем и двумя дросселями, при этом цилиндр через распределитель подключен к сливной и напорной магистралям, с последней из которых соединен гидроаккумулятор. Механизм оснащен по крайней мере одним устройством перемещения, а также защитной трубой, посредством которой он улавливает изменение прижатия ковша и передает его на гидравлическую систему. Гидравлическая система содержит элемент, определяющий давление в гидравлической системе, соединенный с управляющим элементом, с возможностью передачи на него верхнего и нижнего порогового значений давления. Рабочее давление в гидравлической системе находится в диапазоне 85-160 бар. Изобретение повышает технологические характеристики устройства при повышении качества разливаемого металла. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для защиты струи металла, содержащее механизм, включающий несущий рычаг, а также гидравлическую систему, включающую цилиндр поджатия защитной трубы, содержащий штоковую и поршневую полости, соединенные с распределителем и двумя дросселями, при этом цилиндр через распределитель подключен к сливной и напорной магистралям, с последней из которых соединен гидроаккумулятор,

отличающееся тем, что

механизм оснащен по крайней мере одним устройством перемещения, а также защитной трубой,

гидравлическая система содержит элемент, определяющий давление в гидравлической системе, соединенный с управляющим элементом,

а также предохранительный клапан, связанный с поршневой полостью цилиндра,

при этом рабочее давление в гидравлической системе находится в диапазоне 85-160 бар.

2. Устройство для защиты струи металла по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит распределитель, с помощью которого возможен переход на ручное управление.

3. Устройство для защиты струи металла по п. 1, отличающееся тем, что в качестве элемента, определяющего давление в гидравлической системе, применено два реле нижнего и верхнего пороговых значений.

4. Устройство для защиты струи металла по п. 1, отличающееся тем, что в качестве элемента, определяющего давление в гидравлической системе, применен датчик давления.

5. Устройство для защиты струи металла по п. 1, отличающееся тем, что в качестве элемента, определяющего давление в гидравлической системе, применено одно двухпороговое реле.

6. Устройство для защиты струи металла по п. 1, отличающееся тем, что в качестве управляющего элемента применен контроллер.

7. Устройство для защиты струи металла по п. 1, отличающееся тем, что в качестве управляющего элемента применена релейно-контакторная схема.

8. Устройство для защиты струи металла по п. 1, отличающееся тем, что необходимое усилие поджатия ковша составляет 300-700 кгс.

9. Устройство для защиты струи металла по п. 1, отличающееся тем, что управляющим элементом управляется, а гидравлической системой задается и поддерживается требуемое давление в устройстве, передаваемое на механизм, которым давление воспринимается от гидравлической системы и передается на ковш, выполняя его поджатие с заданным гидравлической системой давлением.

10. Устройство для защиты струи металла по п. 1, отличающееся тем, что значение нижнего давления в системе назначается ниже значения верхнего на 10 бар.