ШИБЕРНЫЙ ЗАТВОР Российский патент 2023 года по МПК B22D41/22 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к шиберным затворам для литейных и сталеразливочных ковшей, и предназначено для регулирования расхода стали и других жидких металлов.

Известно устройство для автоматической смены огнеупорных погружных стаканов и стаканов-дозаторов промежуточного ковша машины непрерывного литья заготовок, содержащее двуплечие рычаги первого рода, расположенные с двух противоположных сторон перемещаемого погружного стакана или стакана-дозатора вдоль линии его перемещения, вертикальные цапфы, корпус, монтажную раму, и упругие элементы, установленные на оправках, которые взаимодействуют одним своим концом с плечом рычага, при этом упругие элементы вторым своим концом взаимодействуют с шарнирно закрепленным балансиром, выполненным с возможностью поворота в вертикальной плоскости (патент RU №91908, МПК B22D 41/00, опубл. 10.03.2010). Такая схема воздействия упругих элементов через балансир на огнеупорные стаканы-дозаторы или погружные стаканы может быть использована и для прижима подвижной шиберной плиты в шиберном затворе. Преимуществом наличия балансира в конструкции устройства является обеспечение равномерности нагрузки, создаваемой упругими элементами, с каждой стороны вдоль линии перемещения стаканов. Недостатком является расположение упругих элементов в зоне разливочного отверстия, ввиду высокого термического воздействия со стороны жидкого металла, проходящего через него, что снижает надежность устройства. Также к недостаткам следует отнести необходимость четного количества упругих элементов с каждой стороны погружного стакана или стакана-дозатора вдоль линии его перемещения (более двух), которые располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга и симметрично относительно центра вращения балансира. Вместе с тем увеличение количества упругих элементов существенно повышает себестоимость устройства.

Известен шиберный затвор, содержащий монтажную раму, каретку с механизмом ее перемещения, неподвижную и подвижную огнеупорные плиты с отверстиями, установленные соответственно в монтажной раме и каретке, и поджатые друг к другу при помощи системы рычагов и взаимодействующего с ними пружинного блока, причем пружинный блок выполнен в виде двух, разнесенных по разные стороны от продольной оси затвора единичных пружинных блоков, размещенных в едином корпусе с возможностью совместного качания вокруг оси механизма перемещения каретки и продольного перемещения вдоль этой же оси, а система рычагов выполнена в виде двуплечих рычагов второго рода с опорными элементами, воздействующими на направляющие каретки, при этом одни плечи закреплены посредством двуплечих рычагов первого рода, оси которых расположены на корпусе пружинного блока, вынесенного из зоны высокотемпературного нагрева (патент RU №2311260, МПК B22D 41/22, опубл. 27.11.2007).

Достоинством данной конструкции является расположение пружинных блоков на удалении от высокотемпературной зоны, что обеспечивает стойкость пружинных блоков и постоянство формируемых ими усилий, а также возможность контроля рабочего усилия пружинных блоков без их снятия.

К ее недостаткам относится то, что компоновка шиберного затвора применима лишь к малогабаритным шиберным затворам для ковшей малой емкости (до 50 тонн) и не может быть использована на крупногабаритных затворах для ковшей большой емкости, например 160 тонн и более, поскольку поджатие огнеупорных плит осуществляется лишь по двум точкам, лежащим в плоскости, проходящей через ось отверстия неподвижной огнеупорной плиты. Еще одним недостатком шиберного затвора является то, что он не обеспечивает возможность использования шиберных плит различной толщины, так как конструкция рычагов не предусматривает изменения положения опорных роликов в вертикальной плоскости.

Следует отметить, что в шиберных затворах высокотемпературной считается зона вокруг разливочного отверстия, температура которой может достигать 600-800°С. Максимальная температура эксплуатации пружинных блоков, изготовленных из жаропрочного материала, не должна превышать 600°С, так как при превышении данной температуры упругие элементы, входящие в состав пружинных блоков, быстро теряют упругие свойства.

Также известен шиберный затвор литейного ковша (патент RU №2358833, МПК B22D 41/22, опубл. 20.06.2009), который принимается в качестве ближайшего аналога, содержащий корпус, каретку с направляющими, параллельными продольной оси шиберного затвора, механизм перемещения каретки, неподвижную и подвижную огнеупорные плиты с отверстиями, установленные соответственно в корпусе и каретке, поджатые одна к другой при помощи траверс, представляющих собой рычаги первого рода, одно плечо которых шарнирно закреплено на корпусе с возможностью вращения в вертикальной плоскости, а второе плечо связано с пружинными блоками, балансиры, шарнирно закрепленные на траверсах с возможностью качания в вертикальной плоскости, и опорные ролики.

Размещение в указанном шиберном затворе на вторых плечах рычагов опорных элементов, взаимодействующих с подвижной огнеупорной плитой посредством балансиров, установленных на монтажной раме, обеспечивает необходимую площадь приложения усилия поджатия огнеупорных плит друг к другу. Выполнение пружинного блока в виде направляющего вала с набором тарельчатых пружин и двух концевых элементов, шарнирно связанных с первыми плечами рычагов, обеспечивает равномерность поджатия огнеупорных плит.

Недостатком данной конструкции является наличие промежуточных кинематических звеньев - опорных элементов, усложняющих конструкцию и снижающих надежность затвора, кроме того рычаги испытывают существенные нагрузки, связанные с их кручением, что при работе в условиях повышенных температур становится причиной их деформаций и разрушения.

Кроме того, к общим недостаткам всех перечисленных шиберных затворов следует отнести:

- отсутствие возможности использования шиберных плит различной толщины, при этом регулировка положения опорных роликов в вертикальной плоскости не предусмотрена;

- возникновение в момент взведения затвора, т.е. захода подвижной каретки на опорные ролики, неконтролируемых напряжений в шиберной плите, создание тем самым циклических нагрузок при заходе/сходе подвижной каретки с опорных роликов.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в совершенствовании компоновки конструкции шиберного затвора, которая обеспечивает контролируемое равномерное усилие поджатия огнеупорных плит, возможность установки шиберных плит различной толщины без снятия затвора с ковша и каких-либо доработок в его конструкции.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении надежности работы шиберного затвора за счет повышения стойкости его элементов и узлов при работе в условиях повышенных температур.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в шиберном затворе, содержащем корпус, каретку с направляющими, параллельными продольной оси шиберного затвора, механизм перемещения каретки, неподвижную и подвижную огнеупорные плиты с отверстиями, установленные соответственно в корпусе и каретке, поджатые одна к другой при помощи траверс, представляющих собой рычаги первого рода, одно плечо которых шарнирно закреплено на корпусе с возможностью вращения в вертикальной плоскости, а второе плечо связано с пружинными блоками, балансиры, шарнирно закрепленные на траверсах с возможностью качания в вертикальной плоскости, и опорные ролики, согласно изобретению указанные пружинные блоки установлены по разные стороны от продольной оси шиберного затвора, ось вращения балансиров проходит через центр отверстия неподвижной огнеупорной плиты, а опорные ролики выполнены с возможностью взаимодействия с направляющими каретки и установлены в балансирах на осях, расположенных симметрично оси вращения балансиров.

Причем ось каждого опорного ролика в месте контакта с опорным роликом имеет цилиндрический участок, выполненный с цилиндрическими иголками, обеспечивающими трение качения, при этом балансиры, опорные ролики и оси опорных роликов выполнены с образованием съемного блока.

Кроме того, пружинные блоки установлены по одному, симметрично продольной оси шиберного затвора, за пределами зоны высокотемпературного нагрева, причем каждый пружинный блок снабжен опорным элементом и осью с отверстием и выполнен с возможностью фиксации на корпусе посредством замыкающего пальца, установленного в совмещенные между собой отверстия, выполненные на оси пружинного блока и в корпусе.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где показаны:

- на фиг. 1 - общий вид шиберного затвора;

- на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;

- на фиг. 3 - схема конструкции быстросъемного балансирного блока;

- на фиг. 4 - схема установки в траверсе балансирного блока;

- на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 1, схема установки пружинных блоков.

Шиберный затвор содержит (фиг. 1, 2) корпус 1, каретку 2 с механизмом ее перемещения 3, снабженную направляющими 4, параллельными продольной оси затвора, неподвижную 5 и подвижную 6 огнеупорные плиты с отверстиями, установленные соответственно в корпусе 1 и каретке 2, поджатые одна к другой при помощи размещенных в корпусе траверс 7, представляющих собой рычаги первого рода, с установленными в них балансирами 8 и взаимодействующих с ними пружинных блоков 9, разнесенных по разные стороны от продольной оси затвора, при этом траверсы 7 одним плечом шарнирно закреплены на корпусе 1 затвора с возможностью вращения в вертикальной плоскости, а на вторые плечи воздействуют пружинные блоки 9, при этом на траверсах 7 шарнирно закреплены балансиры 8 с возможностью качания в вертикальной плоскости, а ось 10 вращения балансиров проходит через центр отверстия неподвижной огнеупорной плиты 5, при этом симметрично от оси вращения балансиров 8 установлены оси 11 с опорными роликами 12, воздействующими на направляющие 4 каретки.

На цилиндрическом участке 13 контакта опорных роликов 12 с осями 11 используется трение качения за счет установки по всей поверхности участка контакта цилиндрических иголок 14 (фиг. 3), при этом балансиры 8 совместно с установленными в них осями 11 с опорными роликами 12 образуют съемный блок 15 (фиг. 4).

Пружинные блоки 9 расположены по одному симметрично продольной оси затвора за пределами зоны высокотемпературного нагрева, имеют опорные элементы 16, контактирующие с траверсами 7, и ось 17 с отверстием 18, располагаемую в корпусе 1. В корпусе 1 выполнены отверстия 19, соосные отверстиям 18 на осях 17 пружинных блоков 9, причем фиксация пружинных блоков 9 на корпусе 1 шиберного затвора осуществляется при совмещении отверстий 18 пружинных блоков и отверстий 19 корпуса, в которые продеваются замыкающие пальцы 20 (фиг. 5).

Проблемой шиберных затворов для ковшей средней и большой емкости является необходимость обеспечения равномерного поджатия огнеупорных плит друг к другу в зоне разливочного отверстия неподвижной плиты с большим усилием и на максимально возможной площади. Использование балансиров 8 с опорными роликами 12 позволяет обеспечить через соединение с траверсами 7 необходимую площадь приложения (по четырем точкам) усилия поджатия огнеупорных плит друг к другу, а необходимое, достаточно высокое усилие, которое равномерно распределяется по каждой стороне затвора, обеспечивают пружинные блоки 9, контактирующие своими опорными элементами 16 с траверсами 7. Пружинные блоки 9 установлены на удалении от высокотемпературной зоны (фиг. 1), что обеспечивает их стойкость и постоянство формируемых ими усилий, и таким образом повышает надежность работы затворов в условиях повышенных температур.

Вместе с тем в известных шиберных затворах установка пружинных блоков на удалении от высокотемпературной зоны связана с усложнением конструкции шиберного затвора, например, с использованием промежуточных рычагов, подвергающихся механическому кручению и прочим термомеханическим нагрузкам.

Объединение балансиров 8, осей 11 с опорными роликами 12 в съемный блок 15 (фиг. 3) позволяет компенсировать разность толщин используемых шиберных плит 5 и 6. При установке плит, отличающихся по толщине, в рычагах 7 устанавливаются предварительно собранные блоки 15, в которых опорные ролики 12 расположены на необходимой высоте, как показано на фиг.4.

При этом в известных шиберных затворах применяется использование шиберных плит одного типоразмера и переход на плиты другой толщины не предусмотрен либо предусматривает за собой снятие затвора с ковша и его механическую доработку. Предложенное изобретение позволяет при необходимости быстро проводить переналадку затвора на использование шиберных плит различной толщины во время сеанса обслуживания затвора, при этом достаточным будет только заменить балансирный съемный блок 15.

Использование трения качения на цилиндрическом участке 13 контакта опорных роликов 12 с осями 11 за счет установки по поверхности цилиндрических иголок 14 (фиг. 3), обеспечивает больший ресурс работы опорных роликов 12 и плавность их работы за счет исключения заклинивания роликов при перемещении по ним подвижной каретки 2.

Фиксация пружинных блоков 9 на корпусе 1 шиберного затвора при совмещении отверстий пружинных блоков 18 и отверстий 19 в корпусе путем продевания в них замыкающих пальцев 20 позволяет производить быстрый монтаж/демонтаж пружинных блоков 9 непосредственно на ковше без использования резьбовых соединений и прочих средств фиксации, усложняющих конструкцию затвора.

Размещение пружинных блоков 9 и балансира 8 непосредственно на траверсе 7 дает возможность упростить процедуру контроля равномерности усилий, создаваемых пружинными блоками 9, без использования дорогостоящего мерительного инструмента (например, динамометрического ключа). При заходе опорных роликов 12 на направляющие 4 каретки траверсы 7 поворачиваются относительно осей 21 поворота траверс, при этом расстояния h₁ и h₂ между торцами траверс 7 и корпусом 1 с каждой стороны от продольной оси затвора должны быть одинаковыми (h₁=h₂), как показано на фиг. 5. В случае осадки пружин 22 в каком-либо из пружинных блоков 9 расстояние между торцом траверсы и корпусом изменяется (h₁≠h₂). Таким образом, зная номинальное расстояние между торцом траверсы 7 и корпусом 1, возможно осуществлять как визуальный контроль за усилиями, создаваемыми пружинными блоками 9, так и с помощью простого мерительного инструмента, например, линейки.

Пример работы шиберного затвора.

В исходном состоянии шиберный затвор не укомплектован ковшевым стаканом 23, стаканом-коллектором 24, неподвижной 5 и подвижной 6 плитами. В таком виде его устанавливают на литейный ковш (условно не показан), для чего корпус неподвижно закрепляют на соответствующих крепежных элементах и в заданном месте. Каретку 2, соединенную со штоком механизма перемещения 3, и траверсы 7 откидывают в сторону, чтобы они не мешали дальнейшему монтажу устройства.

В траверсы 7 устанавливают предварительно собранные балансирные съемные блоки 15, содержащие балансиры 8, оси 11 с установленными на них опорными роликами 12. Для соединения балансирных съемных блоков 15 с траверсами 7 устанавливают оси 10, образующие ось качания балансиров, а затем фиксируют шплинтами 25.

Траверсы 7 с установленными балансирными съемными блоками 15 поворачивают относительно осей 21 поворота траверс до горизонтального положения, в гнезда 26 траверс вставляют пружинные блоки 9 таким образом, что их опорные элементы 16 взаимодействуют с траверсами 7, а отверстия пружинных блоков располагаются соосно отверстиям корпуса, после этого в совмещенные отверстия 18 и 19 вставляют замыкающие пальцы 20.

В гнездо 27 корпуса 1 с помощью специального шаблона (условно не показан) на мертеле устанавливаются ковшовый стакан 23 и затем неподвижная огнеупорная плита 5. В каретку 2 устанавливают на мертеле стакан-коллектор 24 и подвижную плиту 6. Далее механизмом перемещения 3 каретку начинают перемещать до захода направляющих 4 каретки на опорные ролики 12. При этом пакет тарельчатых пружин 22 пружинного блока 9 сжимается на величину рабочего хода, оказывая прижимное воздействие на каретку 2.

При наезде роликов 12 на направляющие 4 траверса 7 поворачивается относительно оси 21 поворота траверс на некоторый угол, а балансирный съемный блок 15, находящийся в траверсе 7, путем поворота относительно оси 11 занимает горизонтальное положение.

Включением/выключением механизма перемещения 3 каретки 2 добиваются свободного движения огнеупорных плит 5 и 6 относительно друг друга. При этом отверстия плит перекрываются либо полностью, либо частично, что будет соответствовать различным режимам истечения расплавленного металла.

Литейный ковш при необходимости переводится в рабочее положение, в него заливают металл и начинают процесс разливки расплавленного металла через шиберный затвор.

При совмещении отверстий высыпается стартовая смесь и происходит разливка жидкого метала. С помощью частичного перекрытия (дросселирования) происходит управление скоростью наполнения литейных или других форм. Для прекращения подачи метала отверстия огнеупорных плит 5 и 6 полностью перекрываются соответствующим включением механизма перемещения 3 каретки.

После проведения нескольких плавок появляется необходимость профилактического осмотра шиберного затвора и замены шиберных плит 5 и 6.

Контроль усилий, создаваемых пружинными блоками 9, осуществляется визуально, путем сравнения расстояний между торцом каждой траверсы и корпусом, либо это расстояние измеряется линейкой. Расстояния между торцом траверсы 7 и корпусом 1 с каждой стороны от продольной оси затвора должны быть одинаковыми (h₁=h₂) (фиг. 5).

С помощью механизма перемещения 3 затвора тяжелую каретку 2 сдвигают в положение, при котором опорные ролики 12 соскочат с направляющих 4 и появится возможность быстро вытащить замыкающие пальцы 20, извлечь пружинные блоки 9, откинуть в стороны траверсы 7. Путем быстрого извлечения шплинтов 25 и осей 10 из траверс вынимают балансирные блоки 15.

В случае необходимости установки шиберных плит большей/меньшей толщины, на замену извлеченного балансирного съемного блока 15 устанавливают предварительно подготовленный балансирный блок, в котором оси 11 с опорными роликами 12 располагаются на различной высоте, в соответствии с толщиной шиберных плит за счет наличия в балансире 8 смещенных отверстий 28. Расстояние, на которое смещаются отверстия 28, зависит от толщин используемых шиберных плит 5 и 6.

На участок обслуживания шиберных затворов съемные балансирные блоки 15 поступают уже предварительно собранными. Сборка балансирного блока 15 происходит в следующей последовательности: на оси 11 насаживают опорные ролики 12, при этом цилиндрический участок 13 их контакта образует кольцевую щель, которая заполняется густой смазкой, как правило на основе графита, далее в кольцевую щель по всей поверхности цилиндрического участка 13 укладывают цилиндрические иголки 14. Далее на оси 11 насаживают ступенчатые втулки 29, закрывающие цилиндрические иголки 14 от попадания грязи и вытекания смазки. Оси 11 с одной стороны продеваются через отверстия 28 балансиров 8 и с обратной стороны балансиров затягиваются гайками 30.

После замены необходимых элементов затвор собирается в обратной последовательности. Таким образом, шиберный затвор снова готов для дальнейшей эксплуатации.

При дальнейшей эксплуатации шиберного затвора появляется необходимость замены ковшового стакана 23 и стакана-коллектора 24. Данная работа производится в порядке, обратном описанному выше. Таким образом, происходит эксплуатация шиберного затвора.

Предложенная конструкция шиберного затвора была испытана в условиях металлургического предприятия на 60-тонных, 90-тонных и 100-тонных литейных ковшах.

Испытания показали увеличение стойкости пружинных узлов до более, чем 2000 разлитых плавок, увеличение стойкости металлоконструкции до более, чем 3000-5000 разлитых плавок, увеличение стойкости роликов до 2000 разлитых плавок, увеличение стойкости шиберных плит и стакана-коллектора до 8 разлитых плавок.

Проведенные испытания позволяют сделать вывод об увеличении стойкости элементов и узлов шиберного затвора, обеспечивающей надежность шиберного затвора, достигаемых за счет создания контролируемого равномерного усилия поджатия огнеупорных плит.

Кроме того, подтверждена возможность установки шиберных плит различной толщины без снятия затвора с ковша и каких-либо доработок в его конструкции, что делает возможным ее применение, в том числе для ковшей средней и большой емкости, без изменения показателей стойкости элементов и узлов шиберного затвора.

Изобретение относится к области металлургии. Шиберный затвор содержит корпус, каретку с направляющими (4), параллельными продольной оси затвора, и механизмом перемещения, неподвижную и подвижную огнеупорные плиты с отверстиями, установленные соответственно в корпусе и каретке, поджатые одна к другой при помощи траверс (7), балансиры (8) и опорные ролики (12). Траверсы представляют собой рычаги первого рода, одно плечо которых шарнирно закреплено на корпусе с возможностью вращения в вертикальной плоскости, а второе плечо связано с пружинными блоками (9). Балансиры шарнирно закреплены на траверсах с возможностью качания в вертикальной плоскости. Пружинные блоки установлены по разные стороны продольной оси затвора. Ось вращения балансиров проходит через центр отверстия неподвижной огнеупорной плиты. Ролики (12), взаимодействующие с направляющими (4), установлены в балансирах на осях, расположенных симметрично оси вращения балансиров. Обеспечивается контролируемое равномерное усилие поджатия огнеупорных плит и увеличение стойкости элементов и узлов затвора, влияющие на его надежность, а также обеспечивается возможность установки шиберных плит различной толщины без снятия затвора с ковша и каких-либо доработок в его конструкции. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 пр.

1. Шиберный затвор, содержащий корпус, каретку с направляющими, параллельными продольной оси шиберного затвора, механизм перемещения каретки, неподвижную и подвижную огнеупорные плиты с отверстиями, установленные соответственно в корпусе и каретке, поджатые одна к другой при помощи траверс, представляющих собой рычаги первого рода, одно плечо которых шарнирно закреплено на корпусе с возможностью вращения в вертикальной плоскости, а второе плечо связано с пружинными блоками, балансиры, шарнирно закрепленные на траверсах с возможностью качания в вертикальной плоскости, и опорные ролики, отличающийся тем, что пружинные блоки установлены по разные стороны от продольной оси шиберного затвора, ось вращения балансиров проходит через центр отверстия неподвижной огнеупорной плиты, а опорные ролики, выполненные с возможностью взаимодействия с направляющими каретки, установлены в балансирах на осях, расположенных симметрично оси вращения балансиров.

2. Шиберный затвор по п. 1, отличающийся тем, что ось опорного ролика в месте контакта с опорным роликом выполнена с цилиндрическим участком, снабженным цилиндрическими иголками, обеспечивающими трение качения, при этом балансиры, опорные ролики и оси опорных роликов образуют съемный блок.

3. Шиберный затвор по п. 1, отличающийся тем, что пружинные блоки установлены по одному, симметрично продольной оси шиберного затвора, за пределами зоны высокотемпературного нагрева, причем каждый пружинный блок снабжен опорным элементом и осью с отверстием и выполнен с возможностью фиксации на корпусе замыкающим пальцем, установленным в совмещенные отверстие на оси пружинного блока и отверстие, выполненное в корпусе.