Патент на изобретение №2311260

(54) ШИБЕРНЫЙ ЗАТВОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии. Шиберный затвор содержит монтажную раму и каретку с механизмом ее перемещения. В монтажной плите и каретке установлены неподвижная и подвижная огнеупорные плиты, поджатые друг к другу при помощи системы рычагов и взаимодействующего с ними пружинного блока. Расположение пружинного блока со стороны механизма перемещения каретки и его размещение на расположенной соосно этому механизму цапфе опорного кронштейна монтажной рамы обеспечивает стойкость пружинного блока и постоянство формируемых им усилий. Выполнение системы рычагов в виде двух рычагов второго рода, взаимодействующих с пружинным блоком посредством двух рычагов первого рода, закрепленных на корпусе пружинного блока, обеспечивает упрощение разборки системы рычагов и эффективное формирование необходимого усилия поджатия плит пружинами. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к шиберным затворам для литейных и сталеразливочных ковшей, и предназначено для регулирования (дозирования) разливки стали и других жидких металлов и сплавов.

Известен шиберный затвор для ковша с расплавленным металлом, устанавливаемый в отверстии на днище и который содержит корпус с подвижной рамой, неподвижную огнеупорную плиту, огнеупорную пластину скольжения, поджатую к последней при помощи пружинных блоков и расположенную с возможностью перемещения при помощи специального привода, при этом подвижная рама снабжена средством соединения с манипулятором, расположенным с противоположной от специального привода стороны, и служащим для того, чтобы двигать ее по направляющим с целью съема с контейнера, последующего ремонта затвора или его профилактики и возврата на старое место [Описание изобретения к европейскому патенту №0819488 от 10.07.1997, МПК⁷ В22D 41/24, опубл. 09.02.2000, Бюл. №6].

Несмотря на сложное, технически оправданное решение необходимость использования специального манипулятора для монтажа и демонтажа затвора усложняет технологию его обслуживания, а также технологию обслуживания ковша и делает их менее надежными, поскольку надежность любой конструкции или технологии определяется их наиболее слабым звеном в технологической цепочке, а избыточная надежность является экономически неоправданной. Кроме этого, пружинные блоки шиберного затвора располагаются в области высоких температур, что по мере использования устройства может снизить его эксплуатационные возможности без их замены.

Известен сдвижной (шиберный) затвор для контейнера (ковша) с расплавленным металлом, содержащий корпус, ползун, огнеупорные клапанные доски (шиберные плиты), выполненные с возможностью вставки в корпус и прижима при помощи пружинных элементов сжатия друг к другу для открытия и закрытия затвора, два установочных средства для обеспечения подвижности ползуна относительно корпуса, при этом ползун имеет возможность перемещения вне открытого и закрытого положений, в которых направляющие опускаются на высоту, обеспечивающую ослабление пружинных элементов так, что блок ползуна освобождается после выхода из корпуса [Описание изобретения к патенту РФ №2223842 от 26.02.2001, МПК⁷ В22D 41/22, опубл. 20.02.2004, Бюл. №5].

Как и в предыдущем техническом решении, пружинные элементы огнеупорных шиберных плит находятся в зоне высоких температур. Положение усугубляется тем, что количество пружинных элементов ограничено двумя независимыми парами. Возможна ситуация, когда, по меньшей мере, один из пружинных элементов в результате воздействия высоких температур не сможет обеспечить требуемое усилие поджатия плит или вовсе выйти из строя. Неравномерное усилие поджатия шиберных плит друг к другу может привести к протеканию металла при разливке в образовавшийся зазор. Во избежание этого затвор должен регулярно разбираться для проверки упругих свойств пружин. Кроме этого, такая конструкция затвора отличается повышенными требованиями к точности изготовления. Например, точность изготовления огнеупорных плит выражается в десятых долях миллиметра, что снижает ремонтопригодность в условиях металлургического производства. Дополнительно к этому требуется особая квалификация обслуживающего персонала.

Известен шиберный затвор литейного ковша, содержащий монтажную раму, на которой производится монтаж деталей и узлов затвора, каретку с механизмом ее перемещения, снабженную направляющими, параллельными продольной оси затвора, подвижную и неподвижную огнеупорные плиты с отверстиями, установленные соответственно в монтажной раме и каретке [Описание изобретения к патенту РФ №2256531 от 10.03.2004, МПК⁷ В22D 41/22, опубл. 20.07.2005]. В опорах вращения монтажной рамы параллельно по обе стороны от продольной оси затвора расположены валы, на одних концах которых установлены первые плечи двуплечих рычагов, отжатые друг от друга одним общим пружинным блоком, перпендикулярным продольной плоскости затвора. На втором конце соответствующих валов установлены вторые плечи двуплечих рычагов первого рода, лежащие в плоскости, проходящей через ось отверстия неподвижной огнеупорной плиты перпендикулярно продольной оси затвора. Усилие общего пружинного блока передается через валы и плечи двуплечих рычагов на опорные элементы, которые установлены на осях симметрично продольной оси затвора и взаимодействуют с направляющими каретки, осуществляя тем самым прижим огнеупорных плит.

Данная конструкция обеспечивает равномерность распределения усилия прижатия огнеупорных плит, простоту конструкции, но имеет свои недостатки, а именно:

– пружинный узел расположен с тыльной стороны затвора и подвержен воздействию высоких температур во время разливки метала, что приводит к снижению его стойкости и требует применения дополнительных мер по охлаждению воздухом;

– измерение усилия пружинного узла возможно только при его снятии (демонтаже) с шиберного затвора;

– валы с двуплечими рычагами первого рода работают на кручение в зоне высоких температур, что снижает их стойкость;

– открытие затвора при обслуживании обязательно требует использования отдельного привода механизма перемещения каретки с увеличенным ходом.

Задача, решаемая настоящим изобретением, и достигаемый технический результат заключаются в совершенствовании компоновки конструкции шиберного затвора, расширении технологических возможностей его использования, повышении качества и удобства обслуживания, повышении стойкости элементов и узлов затвора, обеспечении контролируемого равномерного прижатия огнеупорных плит друг к другу и возможности контроля рабочего усилия пружинных элементов без их снятия при использовании многоплавочных огнеупорных плит.

Поставленная задача решается тем, что в шиберном затворе, содержащем монтажную раму, каретку с механизмом ее перемещения, снабженную направляющими, параллельными продольной оси затвора, неподвижную и подвижную огнеупорные плиты с отверстиями, установленные соответственно в монтажной раме и каретке, и поджатые одна к другой при помощи системы рычагов и взаимодействующего с ними пружинного блока, 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, при этом пружинный блок расположен со стороны механизма перемещения каретки и установлен на расположенной соосно ему цапфе опорного кронштейна монтажной рамы, а система рычагов выполнена в виде двух двуплечих рычагов второго рода с опорными элементами, воздействующими на направляющие каретки, при этом одни плечи закреплены на монтажной раме, а вторые плечи взаимодействуют с единичными пружинными блоками посредством двуплечих рычагов первого рода, оси которых расположены на корпусе пружинного блока.

Кроме этого:

– свободные плечи двуплечих рычагов второго рода монтажной рамы снабжены заходными фасками и взаимодействуют с плечами двуплечих рычагов первого рода посредством опор качения;

– плечи двуплечих рычагов первого рода снабжены заходными фасками и взаимодействуют со свободными плечами двуплечих рычагов второго рода монтажной рамы посредством опор качения;

– рычаги второго рода монтажной рамы выполнены с формой поперечного сечения, усиленной в зоне наибольших нагрузочных и температурных воздействий.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где:

– на фиг.1 показан общий вид шиберного затвора – продольный разрез;

– на фиг.2 – вид шиберного затвора сбоку;

– на фиг.3 – вид А фиг.1 (или фиг.2) – вид затвора снизу;

– на фиг.4 – разрез Б-Б фиг.3;

– на фиг.5 – разрез В-В фиг.3 пружинного блока;

– на фиг.6 и фиг.7 изображены технологические возможности обслуживания затвора.

Шиберный затвор содержит монтажную раму 1, каретку 2 с механизмом 3 ее перемещения, снабженную направляющими 4, параллельными продольной оси 5 затвора, неподвижную 6 и подвижную 7 огнеупорные плиты с отверстиями 8 и 9, установленные соответственно в монтажной раме 1 и каретке 2, и поджатые одна к другой при помощи системы рычагов 10 и взаимодействующего с ними пружинного блока 11, выполненного в виде двух, разнесенных по разные стороны от продольной оси 5 затвора единичных пружинных блоков 12 и 13, размещенных в едином корпусе 14 с возможностью совместного качания вокруг оси 5 механизма 3 перемещения каретки 2 и продольного перемещения вдоль этой же оси 5, при этом пружинный блок 11 расположен со стороны механизма 3 перемещения каретки 2 и установлен на расположенной соосно ему цапфе 15 опорного кронштейна 16 монтажной рамы 1, а система рычагов 10 выполнена в виде двух двуплечих рычагов 17 второго рода с опорными элементами 18, воздействующими на направляющие 4 каретки 2, при этом одни плечи 19 закреплены на монтажной раме 1, а вторые плечи 20 взаимодействуют с единичными пружинными блоками 12 и 13 посредством двуплечих рычагов 21 первого рода, оси 22 которых расположены на корпусе 14 пружинного блока.

Свободные плечи 20 двуплечих рычагов 17 второго рода монтажной рамы 1 снабжены заходными фасками 22 и взаимодействуют с плечами 23 двуплечих рычагов 20 первого рода посредством опор качения 24, при этом вторые плечи 25 рычагов 20 взаимодействуют с единичными пружинными блоками 12 или 13. Следует иметь в виду, что заходные фаски 22 могут быть выполнены на плечах 23 двуплечих рычагов 21 первого рода, а опоры качения 24 могут быть расположены на свободных плечах 20 двуплечих рычагов 17 второго рода (на фигурах чертежей этот вариант условно не показан из-за своей очевидности).

Рычаги 17 второго рода монтажной рамы 1 выполнены с формой поперечного сечения, усиленной в зоне наибольших нагрузочных и температурных воздействий, т.е. в области, прилегающей к отверстию 9, через которое изливается расплавленный металл.

Проанализируем более подробно признаки изобретения.

Выполнение пружинного блока 11 в виде двух, размещенных в едином корпусе 14 единичных пружинных блоков 12 и 13, разнесенных по разные стороны от продольной оси 5 затвора и установленных с возможностью совместного качания вокруг оси 5 механизма 3 перемещения каретки 2, автоматически обеспечивает одинаковую нагрузку на обе стороны подвижной огнеупорной плиты 7, в том числе в случае снижения усилия поджатия на одном из пружинных блоков 12 или 13, что исключает возможность ее перекоса в процессе работы относительно неподвижной плиты 6.

Выполнение пружинного блока 11 с возможностью продольного перемещения вдоль оси 5 затвора вместе с конструкцией системы рычагов 10 обеспечивает оперативный разрыв связи между передающими нагрузку рычагами 17 и 20, что делает возможной быструю разборку шиберного затвора для его ремонта или профилактики. Помимо этого, на затворе остается традиционная схема обслуживания каретки 2, когда в результате ее смещения в противоположную от механизма перемещения 3 сторону направляющие 4 выходят из зацепления с опорными элементами 18, а цапфы 26 попадают в соответствующие гнезда 27 монтажной рамы 1 с образованием шарнирного соединения (в отличие от известных решений, например, по патенту СССР №535029 (М.Кл. В22D 41/08) и патентам РФ №2043856 и №2141886 (МПК⁶ В22D 41/22), где шарнирные соединения являются стационарными). Благодаря этому каретка 2 откидывается, выходя при этом из зацепления со штоком 28 силового цилиндра 29 (привода) механизма перемещения 3. При желании, из этого положения каретку 2 можно снять для технического обслуживания. У потребителя есть возможность выбрать ту или иную схему обслуживания и профилактики затвора.

Расположение пружинного блока 11 со стороны механизма 3 перемещения каретки 2 и его размещение на расположенной соосно механизму 3 перемещения каретки 2 цапфе 15 опорного кронштейна 16 монтажной рамы 1, т.е. на удалении от высокотемпературной зоны, обеспечивает, в первую очередь, стойкость единичных пружинных блоков 12 и 13 и постоянство формируемых ими усилий. При этом обеспечивается доступность единичных пружинных блоков 12 и 13 при проведении различных измерений, упрощается или вовсе исключается процедура их охлаждения, например, воздухом.

Выполнение системы рычагов 10 в виде двух двуплечих рычагов 17 второго рода с опорными элементами 18, воздействующими на направляющие 4 каретки 2, когда одни плечи 19 закреплены на монтажной раме 1, а вторые плечи 20 взаимодействуют с единичными пружинными блоками 12 и 13 посредством двуплечих рычагов 21 первого рода, закрепленных на корпусе 14 пружинного блока 11, обеспечивает, как упоминалось выше, простейший вариант разборности системы рычагов 10, и эффективное формирование необходимого усилия поджатия при использовании пружин с жесткостью, меньшей по сравнению с традиционно принятой в этой области техники.

Наличие заходных фасок 22 и опор качения 24 на соответствующих плечах 20 или 23 рычагов 17 или 21 снижает требования к точности их изготовления и обеспечивает легкость сборки-разборки системы рычагов 10, включая автоматический и полуавтоматический режимы. Кроме этого, благодаря линейному (или точечному) контакту рычагов 17 и 21, который обеспечивают опоры качения 24, теплопередача от более нагретого рычага 17 к менее нагретому рычагу 21 и далее к механизму 3 перемещения каретки 2 сводится к минимуму или происходит с минимальной скоростью.

Усиленная в зоне наибольших нагрузочных и температурных воздействий форма поперечных сечений рычагов 17 за счет избыточного запаса прочности способствует их длительной эксплуатации в условиях экстремальных температур и обеспечивает необходимую надежность и длительность работы системы рычагов 10. Внецентренное приложение нагрузки на рычаги 17 от опорных элементов 18 компенсируется за счет дополнительного заневоливания рычагов 17 в боковых направляющих кронштейнов 30.

Таким образом, с помощью простых средств удалось создать принципиально новую конструкцию шиберного затвора, обеспечивающую заданный технический результат.

Пример работы шиберного затвора.

В исходном состоянии шиберный затвор не укомплектован ковшовым стаканом 31, стакан-коллектором 32, подвижной 7 и неподвижной 6 плитами. В таком виде его устанавливают на литейный ковш (условно не показан), для чего монтажную раму 1 неподвижно закрепляют на соответствующих крепежных элементах и в нужном месте. Каретку 2 и рычаги 17 откидывают в сторону, чтобы они не мешали дальнейшему монтажу устройства.

В гнездо 33 монтажной рамы 1 с помощью специального шаблона (условно не показан) на мертеле устанавливаются ковшовый стакан 31 и затем неподвижная огнеупорная плита 6. В каретку 2 устанавливают на мертеле стакан-коллектор 32 и плиту подвижную 7. Рычаги 17 поворачивают в сторону монтажной рамы 1, каретку 2 вводят в контакт со штоком 28 механизма 3 перемещения до соприкосновения огнеупорных плит 6 и 7, при этом рычаги 17 с помощью пары опорных элементов 18 прижимают через направляющие 4 каретки 2 огнеупорные плиты 6 и 7 друг к другу.

Замыкание затвора производится рабочим приводом 29 механизма 3 перемещения, когда свободные плечи 20 двуплечих рычагов 17 вступят во взаимодействие с опорами качения 24. Это может быть осуществлено за счет технологического перемещения корпуса 14 пружинного блока 11 вдоль цапфы 15 до контакта с опорным кронштейном 16, который жестко связан с монтажной рамой 1. После этого корпус 14 фиксируется на цапфе 15 с возможностью обеспечения лишь одной степени свободы – качания вокруг оси 5, – для осуществления равномерного прижима плит 6 и 7 независимо от создаваемых единичными пружинными блоками 12 и 13 усилий.

Далее, перемещением подвижной огнеупорной плиты 7 с помощью привода 29 добиваются ее свободного движения. При этом отверстия 8 и 9 перекрываются либо полностью, либо частично, что будет соответствовать различным режимам истечения расплавленного металла. После перекрытия отверстий 8 и 9, что соответствует закрытому положению шибера, в отверстие 8 и 8′ засыпается стартовая смесь.

В литейный ковш заливают металл и начинают процесс его разливки через шиберный затвор.

При совмещении отверстий 8 и 9 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 8 и 9 огнеупорных плит 6 и 7 полностью перекрываются приводом 29 механизма 3 перемещения подвижной каретки 2.

После проведения нескольких плавок появляется необходимость профилактического ремонта.

Для этого, используя рабочий привод 29, направляющие 4 каретки 2 выводят из зацепления с опорными элементами 18. Цапфы 26 попадают в соответствующие гнезда 27 монтажной рамы 1 с образованием шарнирного соединения и каретка 2 откидывается, выходя при этом из зацепления со штоком 29 привода 29. При этом плечи 20 рычагов 17 под действием пружинных блоков 12 и 13 выбирают зазор между монтажной рамой 1, упираясь в нее. В этот момент можно легко проконтролировать жесткость пружинных блоков 12 и 13. При необходимости меняется подвижная плита 7 и т.д. Каретка 2 собирается в обратной последовательности и шиберный затвор снова готов для дальнейшей эксплуатации.

При дальнейшей эксплуатации шиберного затвора появляется необходимость замены ковшового стакана 31 и стакан-коллектора 32.

Для этого обеспечивают технологическое перемещение корпуса 14 пружинного блока 11 по цапфе 15 вдоль оси 5 до состояния выхода свободных плеч 20 рычагов 17 из контакта с опорами качания 24. Технологическое перемещение в пределах длины 1 паза 34 возможно осуществить в случае, если корпус 14 будет связан со штоком 28 рабочего привода 29, например, с помощью специального штыря 35 (условно показан штрихпунктирной линией).

Рычаги 17 и каретка 2 с подвижной плитой 7 откидываются в сторону, освобождая комфортную рабочую зону затвора и ковша для ремонта (каретка 2 может быть снята для обслуживания в стационарных условиях). Удаляются неподвижная плита 6, ковшовый стакан 31, подвижная плита 7 и стакан-коллектор 32, при этом основные механизмы шиберного затвора находятся вне рабочей зоны, которая в силу своей специфики является источником повышенных загрязнений. Устанавливаются новые ковшовый стакан 31, стакан-коллектор 32, неподвижная 6 и подвижная 7 плиты. При необходимости пружинные блоки 12 и 13 заменяют на новые.

Сборка затвора происходит в обратной последовательности, после чего он пригоден для дальнейшей эксплуатации.

Таким образом, в результате решения поставленной задачи была усовершенствована компоновка конструкции шиберного затвора, расширены технологические возможности его использования, обеспечено качество и удобство обслуживания, повышена стойкость элементов и узлов затвора, обеспечено контролируемое равномерное прижатие огнеупорных плит друг к другу и возможность контроля рабочего усилия пружинных элементов без их снятия при использовании многоплавочных (две и более плавок) огнеупорных плит.

Формула изобретения

1. Шиберный затвор, содержащий монтажную раму, каретку с механизмом ее перемещения, направляющими, параллельными продольной оси затвора, неподвижную и подвижную огнеупорные плиты с отверстиями, установленные соответственно в монтажной раме и каретке и поджатые одна к другой при помощи системы рычагов и взаимодействующего с ними пружинного блока, отличающийся тем, что 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, при этом пружинный блок расположен со стороны механизма перемещения каретки и установлен на расположенной соосно ему цапфе опорного кронштейна монтажной рамы, а система рычагов выполнена в виде двух двуплечих рычагов второго рода с опорными элементами, воздействующими на направляющие каретки, при этом одни плечи закреплены на монтажной раме, а вторые плечи имеют возможность взаимодействия с единичными пружинными блоками посредством двуплечих рычагов первого рода, оси которых расположены на корпусе пружинного блока.

2. Шиберный затвор по п.1, отличающийся тем, что свободные плечи двуплечих рычагов второго рода монтажной рамы выполнены с заходными фасками и имеют возможность взаимодействия с плечами двуплечих рычагов первого рода посредством опор качения.

3. Шиберный затвор по п.1, отличающийся тем, что плечи двуплечих рычагов первого рода выполнены с заходными фасками и имеют возможность взаимодействия со свободными плечами двуплечих рычагов второго рода монтажной рамы посредством опор качения.

4. Шиберный затвор по п.1, отличающийся тем, что рычаги второго рода монтажной рамы выполнены с поперечным сечением, усиленным в зоне наибольших нагрузочных и температурных воздействий.

РИСУНКИ