Устройство и способ дозирования потока при непрерывной разливке жидкого металла
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для дозирования потока при непрерывной разливке расплавленного металла. Дозирующий шибер (1010) для управления потоком жидкого металла с пониженным забиванием содержит верхнюю пластину (1030), имеющую первый проточный канал (1031) с впуском (1032), имеющим ось впуска (1015), и с выпуском, имеющим ось выпуска (1033). Ось впуска (1015) и ось выпуска (1033) имеют смещение друг относительно друга. Дроссельная заслонка (1040), установленная с возможностью скольжения относительно верхней пластины (1030), избирательно принимает поток от верхней пластины (1030). Изобретение позволяет обеспечить менее извилистый и более симметричный путь движения жидкого металла, когда шибер частично открыт, и относительно прямой проток вниз, что позволяет пропускать полный поток металла, когда шибер полностью открыт. 2 н. и 21 з. п. ф-лы, 46 ил.
Настоящее изобретение в общем имеет отношение к плавке металла, а более конкретно, имеет отношение к созданию способа и устройства для дозирования жидкого металла в ходе его плавки.
Дозирующие (измерительные) шиберы с тремя пластинами используют для управления скоростью течения жидкого металла, выходящего из разливочного резервуара, такого как разливочный желоб. Например, дозирующий шибер может быть использован для управления скоростью течения жидкой стали, текущей из разливочного желоба машины непрерывной разливки в литейную форму.
Дозирующий шибер представляет собой совокупность огнеупорных компонентов, каждый из которых имеет проток. Протоки (то есть отверстия или каналы) внутри огнеупорных компонентов объединены вместе и образуют полный проток через шибер, который имеет жидкостное сообщение с разливочным резервуаром и через который может протекать жидкий металл.
Огнеупорные компоненты дозирующего шибера собирают и зажимают вместе при помощи механического средства таким образом, что один из компонентов, а именно дроссельная заслонка, может скользить в боковом направлении в блоке дозирующего шибера для управления скоростью течения жидкого металла через шибер. За счет перемещения со скольжением дроссельной заслонки в различные положения шибер может быть закрыт, частично открыт или полностью открыт для управления скоростью течения из разливочного резервуара (см. например, US 4966315 А).
При управлении потоком жидкой стали, вытекающим из разливочного устройства с дозирующими шиберами, возникают различные проблемы. Эти проблемы включают в себя: (1) отклонение потока металла в протоки шибера, что может создавать чрезмерную турбулентность и асимметричный выпуск жидкого металла; (2) сильное неоднородное забивание протоков за счет накопления металлического и неметаллического материалов, которые прилипают к стенкам канала, с последующей потерей способности получения желательной скорости и гладкости течения при выпуске жидкого металла; и (3) локализованное и ускоренное эродирование огнеупорных компонентов дозирующего шибера с последующим загрязнением жидкого металла и потенциальной потерей управления или с возникновением утечки металла.
Обратимся к рассмотрению фиг.1 и 2, на которой показан блок 10 дозирующего шибера с тремя пластинами (далее "шибер 10"), который типично включает в себя 5 основных компонентов: разливочный стакан 20, верхнюю пластину 30, дроссельную заслонку 40, нижнюю пластину 50 и выходную трубу 60. Жидкий металл (не показан) втекает в шибер 10 сверху и вытекает из шибера 10 снизу.
Разливочный стакан 20 представляет собой трубку, которая позволяет произвести прием жидкого металла, текущего от разливочного резервуара (не показан) в проточный канал 22 в верхней части разливочного стакана 20. Верхняя пластина 30 находится в контакте с основанием разливочного стакана 20 и содержит проточный канал 32. Центральная ось (осевая линия) 35 проточного канала 32 в верхней пластине 30, показанная на фиг.2, коллинеарна с центральной осью 25 проточного канала 22 в разливочном стакане 20.
Дроссельная заслонка 40 находится в контакте с основанием верхней пластины 30. Шибер 10 выполнен таким образом, что дроссельная заслонка 40 может скользить в боковом направлении относительно других компонентов шибера 10. Нижняя пластина 50 находится в контакте с основанием дроссельной заслонки 40 и содержит проточный канал 52. Центральная ось 55 проточного канала 52 в нижней пластине 50 коллинеарна с центральной осью 25 проточного канала 22 в разливочном стакане 20.
Выходная труба 60 находится в контакте с основанием нижней пластины 50 и содержит проточный канал 62. Центральная ось 65 проточного канала 62 в выходной трубе 60 коллинеарна с центральной осью 25 проточного канала 22 в разливочном стакане 20.
Центральные оси 25, 35, 55 и 65 протоков 22, 32, 52 и 62 в разливочном стакане 20, в верхней пластине 30, в нижней пластине 50 и в выходной трубе 60 соответственно все коллинеарны и все вместе определяют "основную осевую линию" 15 шибера 10.
Как это показано на фиг.3-5, дроссельная заслонка 40 при скольжении определяет полностью открытое (фиг.3), частично открытое (фиг.4) и закрытое (фиг.5) положения шибера. Как это показано на фиг.4, при нормальной работе дроссельная заслонка 40 типично расположена в частично открытом положении таким образом, что расход жидкого металла через шибер 10 может дозироваться, то есть может быть установлена заданная и управляемая скорость течения жидкого металла. Как это показано на фиг.3, дроссельная заслонка 40 занимает полностью открытое положение для обеспечения максимального потока жидкого металла через шибер 10. Как это показано на фиг.5, дроссельная заслонка 40 может занимать закрытое положение, что приводит к прекращению течения жидкого металла через шибер 10.
Компоненты дозирующего шибера могут быть объединены или подразделены. Например, для снижения числа компонентов шибер 710 может быть образован всего из трех деталей, как это показано на фиг.6, когда разливочный стакан объединен с верхней пластиной и образует первый компонент 712, и/или когда нижняя пластина объединена с выходной трубой и образует второй компонент 714, имеющие избирательное жидкостное сообщение с дроссельной заслонкой 740. Как это показано на фиг.7, для облегчения замены выходной трубы шибера 810, имеющего разливочный стакан 812, дроссельную заслонку 813 и нижнюю пластину 814, нижняя пластина 814 может быть разделена на две пластины 816 и 818.
Используют различные вариации компонентов основного трехпластинчатого шибера. Например, в отличие от показанного на фиг.1-5 шибера, в котором разливочный стакан 20 имеет расточку конического сечения (конусную расточку) 22, а расточки 32 и 52 в пластинах 30 и 50 и расточка 62 выходной трубы 60 имеют цилиндрическое сечение, шибер 110, который показан на фиг.8, может иметь разливочный стакан 120 с цилиндрической расточкой 122, причем верхняя пластина 130 может иметь конусную расточку 132, а расточки в дроссельной заслонке 140, в нижней пластине 150 и в выходной трубе 160 могут быть такими же, как и в шибере 110 фиг.1-5. Кроме того, как это показано на фиг.9, шибер 210 может иметь конусные расточки 222 и 232 как в разливочном стакане 220, так и в верхней пластине 230, причем расточки в дроссельной заслонке 240, в нижней пластине 250 и в выходной трубе 260 могут быть такими же, как и в шибере 110 фиг.1-5, причем, как это показано на фиг.10, шибер 310 может иметь разливочный стакан 320 с расточкой параболической формы 322 и верхнюю пластину 330 с конусной расточкой 332, при этом расточки в дроссельной заслонке 340, в нижней пластине 350 и в выходной трубе 360 могут быть такими же, как и в шибере 110 фиг.1-5.
На фиг.11 показан другой вариант шибера 410, в котором цилиндрическая расточка 442 в дроссельной заслонке 440 скошена под углом относительно поверхности пластины 443, для того чтобы направить поток через дроссельную заслонку 440 назад к основной осевой линии 415 шибера 410. На фиг.12 и 13 показаны соответственно частично открытое и закрытое положения шибера 410.
В шибере 410 расточки 422, 432, 442, 452 и 462 в разливочном стакане 420, в верхней пластине 430, в дроссельной заслонке 440, в нижней пластине 450 и в выходной трубе 460 соответственно обычно являются асимметричными. Например, расточки могут иметь цилиндрическое или коническое сечение. Центральные оси 425,435, 455 и 465 разливочного стакана 420, верхней пластины 430, нижней пластины 450 и выходной трубы 460 обычно являются коллинеарными.
Были предложены и другие варианты дозирующих шиберов, которые позволяют улучшить дренирование дроссельной заслонки, когда она закрыта. Например, на фиг.14-16 показан шибер 510, который включает в себя разливочный стакан 520, верхнюю пластину 530, дроссельную заслонку 540, нижнюю пластину 550 и выходную трубу 560, в открытом, частично открытом и закрытом положениях шибера соответственно. Шибер 510 аналогичен показанному на фиг.1-5 за исключением того, что проточный канал 542 дроссельной заслонки удлинен при помощи специального дренажного (сливного) выреза 544, выполненного вблизи от кромки основания 546 на одной боковой стороне, который позволяет производить дренирование расточки 542 при нахождении шибера в закрытом положении, как это показано на фиг.16. Это предотвращает захват жидкого металла в расточке 542 дроссельной заслонки, который в противном случае мог бы затвердевать при временном закрывании шибера 510.
На фиг.17-19 показан другой шибер 610, который включает в себя разливочный стакан 620, верхнюю пластину 630, дроссельную заслонку 640, нижнюю пластину 650 и выходную трубу 660, в открытом, частично открытом и закрытом положениях шибера соответственно, который имеет другую характеристику дренирования. Конусная расточка 652 в верхней части нижней пластины 650 имеет диаметр у верхней поверхности 654 нижней пластины 650, который превышает диаметр расточки 652 у поверхности основания 656 нижней пластины 650.
Все вышеупомянутые конструкции шибера обеспечивают извилистый путь движения жидкого металла, когда шибер является частично открытым - что является нормальным рабочим положением при разливке жидкого металла. Дозирующие шиберы проектируют на максимальный расход, но работают они обычно ориентировочно при 50% этого расхода, что обеспечивает желательную реакцию шибера на управляющее воздействие и предоставляет резервную емкость, которая в случае необходимости может потребоваться при высокопроизводительном литье или для отливок большого сечения. Таким образом, частично открытое состояние шибера является типичным в ходе разливки жидкого металла, потому что размер протока должен быть достаточно большим для обеспечения максимальной мощности потока разливки, причем обычно шибер работает при потоке меньше максимального. Требуемое или желательное количество жидкого металла, протекающего через разливочный стакан, обычно изменяется в ходе операции разливки и обычно существенно меньше максимального, а именно лежит в диапазоне от 30 до 70% от максимального большую часть времени. В результате изогнутый и искривленный путь движения жидкого металла в указанных шиберах, когда они частично открыты, вызывает: (1) асимметричный выпуск жидкого металла; (2) создание чрезмерной турбулентности в протоке; (3) создание локализованных областей, в которых может происходить ускоренная эрозия огнеупорного материала; (4) чрезмерное ограничение течения; и (5) быстрое нарастание материала и забивание критических мест протока. Указанное приводит к снижению периода нормальной эксплуатации компонентов шибера и увеличивает эксплуатационные расходы.
Искривленное течение в указанных шиберах, когда они частично открыты, показано схематично на фиг.20 и 21 соответственно для шибера 210 (фиг.9) и 410 (фиг.11-13). На фиг.20 часть потока 271 в протоке 212 соударяется с верхним выступом 248 дроссельной заслонки 240 (в области А), что приводит к резкому изгибу этой части потока 271 в направлении отверстия расточки 242. Остальная часть потока 272 отклоняется на существенно меньший градус. Указанный главным образом односторонний изгиб потока приводит к тому, что поток 273 отделяется от поверхности расточки 242 дроссельной заслонки ниже ее верхней кромки 248 и затем вновь направляется к поверхности расточки 242. Имеющий высокую скорость струйный поток 274, образованный в расточке 242 дроссельной заслонки, сильно наклонен в сторону от основной осевой линии 215 протока 212. Эта наклонная струя соударяется с одной стороной расточки 252 в нижней пластине 250 (область В), а также вводит металл в поток рециркуляции 275 под выступом, образованным пластиной 230. Описанное выше сильное искривление и отклонение потока создает асимметричный режим течения в нижней пластине 250 и в выходной трубе 260, при этом: (1) течение с высокой скоростью 276 смещено к одной стороне протока 212; и (2) интенсивный поток рециркуляции 277, который включает в себя весьма турбулентные порции 278 и 279, занимает большую часть протока 212.
Такой режим потока не отвечает требованиям, так как он ведет к чрезмерной потере давления и способствует забиванию и эрозии. Сильное искривление и отклонение потока и его соударение с огнеупорным материалом (например, в областях А и В) приводит к чрезмерному ограничению течения, при этом выпуск жидкого металла может быть ограничен за счет нарастания забивающего материала. Поток рециркуляции 275, в который поступает входящий металл, создает идеальные условия для нарастания неметаллического забивающего материала в расточке 242 дроссельной заслонки 240, что является критической проблемой, определяющей эксплуатационные параметры шибера. Асимметричная природа течения в выходной трубе 260, с концентрированной струей 277 на одной стороне и с турбулентной рециркуляцией 279 на другой стороне, вызывают: (1) асимметричный выпуск жидкого металла из выходной трубы 260, что вредно влияет на качество металла отливки; и (2) неравномерное и быстрое забивание выходной трубы 260. Соударение потока со стенками расточки 252, например в области В, также усложняет проблемы с локализованной эрозией огнеупоров.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.21, на которой показана неудачная попытка направить поток назад в направлении к основной осевой линии 415 шибера 410, которая приводит даже к усилению проблем, связанных с извилистым путем движения и с асимметричной природой распределения течения, когда шибер 410 частично открыт. На фиг.21 показан режим течения для шибера 410, имеющего наклонную цилиндрическую расточку 442 в дроссельной заслонке 440 и расточку конического сечения 452 в нижней пластине 450. Режим течения аналогичен показанному на фиг.20, но является более асимметричным. В частности, поток 471 изгибается резче при его соударении с верхним выступом 446 дроссельной заслонки 440 (область А), в то время как поток 472 искривляется меньше, чем поток 471. Из сравнения фиг.20 и 21 можно сделать вывод о том, что это происходит потому, что при наклонной цилиндрической расточке 442 вход в расточку по существу сдвинут вправо, за счет чего появляется более длинный выступ 446, который сильнее отклоняет поток 471 от основной осевой линии 415, чем это делает верхний выступ меньшей длины.
Наклон расточки 442 в дроссельной заслонке 440 также способствует созданию более значительных областей разделенного (отделенного) потока 473 по сравнению с фиг.20 на одной стороне расточки 242 в дроссельной заслонке 240. Поток с высокой скоростью 474 накренен сильнее в сторону от основной осевой линии 415 шибера 410, поэтому он более прямо соударяется с одной стороной расточки 452 нижней пластины (область В). Увеличенное прямое соударение струи приводит к увеличению пропорции потоков рециркуляции 475 и 476 под выступом 446 верхней пластины и увеличивает локализацию потока с высокой скоростью 477, входящего в выходную трубу 460 вдоль одной стенки протока 462. Поэтому происходит увеличение протяженности турбулентных течений 478, 479 и 480 на другой стороне протока 462. В результате выпуск чрезмерно ограничен и асимметрия потока на входе в выходную трубу 460 более сильная, что способствует забиванию и эрозии.
Таким образом, попытки улучшения симметрии течения в дозирующем шибере за счет создания наклона протока в дроссельной заслонке, чтобы вновь направить поток в направлении основной осевой линии шибера, когда шибер частично открыт, не достигают поставленной цели и создают более существенные проблемы при эксплуатации.
В связи с ранее описанным существует необходимость создания дозирующего шибера, в котором имеется прямой путь движения жидкого металла.
В соответствии с настоящим изобретением предлагаются способ и устройство для дозирования потока, которые обеспечивают в себя избирательное пропускание жидкого металла через проход в верхней пластине, имеющий вход и выход, причем вход и выход смещены, а затем в дроссельную заслонку.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается дозирующий шибер, в котором имеется прямой путь движения жидкого металла и обеспечен более симметричный и менее турбулентный выпуск, в результате чего снижается вероятность забивания и эрозии компонентов шибера. Настоящее изобретение позволяет снизить протяженность областей разделенного и турбулентного течения, когда шибер частично открыт. Настоящее изобретение также позволяет создать менее эрозийный режим потока. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает меньшее ограничение течения при частично открытом шибере, за счет чего предоставляется более легкое прохождение жидкого металла. Настоящее изобретение позволяет также снизить остроту проблем забивания за счет задержки скорости нарастания, снижения объема нарастания и улучшения однородности любого возможного нарастания (забивающего материала). Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает повышение однородности распределения потока в выходной трубе, за счет чего улучшается режим течения металла в последующем резервуаре, таком как кристаллизатор непрерывной разливки. Настоящее изобретение также облегчает дренирование дроссельной заслонки без вредного влияния на режим потока.
Указанные результаты достигаются в заявленном устройстве дозирования потока при непрерывной разливке расплавленного металла, содержащем дозирующий шибер, имеющий верхнюю пластину, в которой выполнен первый проточный канал с впуском с осью впуска и с выпуском с осью выпуска, и дроссельную заслонку со вторым проточным каналом, имеющую контакт скольжения с верхней пластиной и выполненную с возможностью избирательного приема потока металла от верхней пластины благодаря тому, что оси впуска и выпуска верхней пластины смещены друг относительно друга. Первый проточный канал образован множеством геометрических фигур по ходу канала, которые являются осесимметричными и которые выбраны из группы, в которую входят цилиндрические геометрические фигуры, конические геометрические фигуры, а также их комбинации. Множество геометрических фигур ограничивает впускной канал для отклонения потока через него.
Смещение осей впуска и выпуска первого проточного канала выполнено в направлении перемещения дроссельной заслонки, причем по меньшей мере одна из множества геометрических фигур является сужающей канал.
Дроссельная заслонка выполнена с возможностью перемещения относительно верхней пластины, главным образом ортогонально направлению течения потока металла из выпуска первого проточного канала.
Дроссельная заслонка может иметь выступ, который отклоняет поток, выходящий из первого проточного канала, при этом впуск первого канал и выступ выполнены с возможностью взаимодействия для совместного отклонения потока во второй проточный канал.
Второму проточному каналу может быть придана форма, увеличивающая объем потока металла. Он может быть выполнен в виде удлиненной, объединенной без скручивания расточки и сужаться вдоль направления перемещения дроссельной заслонки. Дозирующий шибер может дополнительно содержать нижнюю пластину, имеющую третий проточный канал, расположенный относительно дроссельной заслонки таким образом, что третий проточный канал имеет жидкостное сообщение со вторым проточным каналом вне зависимости от перемещения дроссельной заслонки. Ось третьего проточного канала коллинеарна с осью впуска верхней пластины, а ось второго проточного канала в открытом положении дроссельной заслонки коллинеарна с осью выпуска верхней пластины. Объектом изобретения является также способ дозирования потока при непрерывной разливке расплавленного металла, включающий пропускание расплавленного металла в первый проточный канал в первой пластине дозирующего шибера в первом вертикальном направлении и пропускание потока расплавленного металла из первого проточного канала в первой пластине во втором вертикальном направлении, отличающийся тем, что первое вертикальное направление имеет горизонтальное смещение от второго вертикального направления.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых аналогичные характеристики имеют одинаковые позиционные обозначения.
На фиг.1 показан вид сверху известного дозирующего шибера в частично открытом положении.
На фиг.2 показано сечение по линии II-II фиг.1 дозирующего шибера в частично открытом положении.
На фиг.3 показан вариант фиг.2 в полностью открытом положении.
На фиг.4 показан вариант фиг.2 в частично открытом положении.
На фиг.5 показан вариант фиг.2 в закрытом положении шибера.
На фиг.6 показано сечение второго известного дозирующего шибера в частично открытом положении.
На фиг.7 показано сечение третьего известного дозирующего шибера в частично открытом положении.
На фиг.8 показано сечение четвертого известного дозирующего шибера в частично открытом положении.
На фиг.9 показано сечение пятого известного дозирующего шибера в частично открытом положении.
На фиг.10 показано сечение шестого известного дозирующего шибера в частично открытом положении.
На фиг.11 показано сечение седьмого известного дозирующего шибера с наклонной расточкой в дроссельной заслонке, в полностью открытом положении.
На фиг.12 показан дозирующий шибер фиг.11 в частично открытом положении.
На фиг.13 показан дозирующий шибер фиг.11 в закрытом положении шибера.
На фиг.14 показано сечение восьмого известного дозирующего шибера в полностью открытом положении.
На фиг.15 показан дозирующий шибер фиг.14 в частично открытом положении.
На фиг.16 показан дозирующий шибер фиг.14 в закрытом положении шибера.
На фиг.17 показано сечение девятого известного дозирующего шибера в полностью открытом положении.
На фиг.18 показан дозирующий шибер фиг.17 в частично открытом положении.
На фиг.19 показан дозирующий шибер фиг.17 в закрытом положении шибера.
На фиг.20 показаны режимы течения в дозирующем шибере фиг.9.
На фиг.21 показаны режимы течения в дозирующем шибере фиг.12.
На фиг.22 показан вид сверху варианта дозирующего шибера, построенного в соответствии с настоящим изобретением, в частично открытом положении.
На фиг.23 показано детальное поперечное сечение по линии XXIII-XXIII фиг.22.
На фиг.24 показан вид в плане с увеличением, где можно видеть верхнюю пластину дозирующего шибера фиг.22.
На фиг.25 показано поперечное сечение по линии XXV-XXV фиг.24.
На фиг.26 показан вариант дозирующего шибера фиг.23 в полностью открытом положении.
На фиг.27 показан вариант дозирующего шибера фиг.23 в частично открытом положении.
На фиг.28 показан вариант фиг.23 в закрытом положении шибера.
На фиг.29 показаны режимы течения в дозирующем шибере фиг.23.
На фиг.30 показан вид сверху другого варианта дозирующего шибера, построенного в соответствии с настоящим изобретением, в частично открытом положении.
На фиг.31 показано сечение по линии XXXI-XXXI фиг.30.
На фиг.32 показано сечение по линии XXXII-XXXII фиг.30.
На фиг.33 показан вариант фиг.31 в полностью открытом положении.
На фиг.34 показан вариант фиг.31 в частично открытом положении.
На фиг.35 показан вариант фиг.31 в закрытом положении шибера.
На фиг.36 показан вид сверху с увеличением верхней пластины дозирующего шибера фиг.30-33.
На фиг.37 показано сечение по линии XXXVII-XXXVII фиг.36.
На фиг.38 показано сечение по линии XXVIII-XXVIII фиг.36.
На фиг.39 показан вид сверху с увеличением дроссельной заслонки (пластины) дозирующего шибера фиг.30-33.
На фиг.40 показано сечение по линии XL-XL фиг.39.
На фиг.41 показано сечение по линии XLI-XLI фиг.39.
На фиг.42 показаны режимы течения в дозирующем шибере фиг.31.
На фиг.43 показаны режимы течения в дозирующем шибере фиг.31.
На фиг.44 показано сечение другого варианта дозирующего шибера, построенного в соответствии с настоящим изобретением, в полностью открытом положении.
На фиг.45 показан вариант фиг.44 в частично открытом положении.
На фиг.46 показан вариант фиг.44 в закрытом положении.
Настоящее изобретение направлено на создание дозирующего шибера для управления течением жидкого металла, имеющего пониженное забивание (закупоривание), который содержит верхнюю пластину, которая создает смещение (сдвиг) между осью протока в верхней пластине и основной осевой линией шибера.
Обратимся к рассмотрению фиг.22-28, на которых показан первый вариант дозирующего шибера 1010, который содержит разливочный стакан 1020, верхнюю пластину 1030, дроссельную заслонку 1040, нижнюю пластину 1050 и выходную трубу 1060. Проточный канал 1022 в разливочном стакане 1020 может иметь коническое сечение, однако могут быть использованы и другие конфигурации. Проточные каналы 1042 и 1052 в дроссельной заслонке 1040 и в нижней пластине 1050 показаны в виде простых цилиндров, однако могут быть использованы и другие формы. Аналогично проточный канал 1062 в выходной трубе 1060 показан в виде цилиндра, однако могут быть использованы и другие формы.
Как это показано на фиг.23, проточные каналы 1022, 1052 и 1062 разливочного стакана 1020, нижней пластины 1050 и выходной трубы 1060 соответственно имеют осевые линии 1025, 1055, 1065, которые являются коллинеарными и определяют главную осевую линию 1015. Проточный канал 1032 верхней пластины 1030 имеет впуск с осью впуска 1035, которая коллинеарна с основной осевой линией 1015, и выпуск с осью выпуска 1033. Ось выпуска 1033 не коллинеарна с осью впуска 1035.
Обратимся к рассмотрению фиг.24 и 25, на которых показан проточный канал 1032 в верхней пластине 1030, который имеет верхний участок 1034 и нижний участок 1031. Проточный канал 1032 имеет две оси 1033 и 1035, которые не являются коллинеарными. Две оси 1033 и 1035 образованы в результате наложения (пересечения) двух участков 1031 и 1034. Два участка 1031 и 1034 в верхней пластине 1030 пересекаются и образуют одну расточку 1032 с двумя осями.
Участок 1034 в верхней пластине 1030 может иметь коническое сечение (то есть сечение в виде усеченный конуса). Центральная ось 1035 участка 1034 далее здесь именуется входной осью 1035 протока 1032 в верхней пластине 1030. Второй участок 1031 в верхней пластине 1030 может иметь цилиндрическое сечение. Центральная ось 1033 участка 1031 далее здесь именуется выходной осью 1033 проточного канала 1032 в верхней пластине 1030. Выходная ось 1033 параллельна входной оси 1035, но не коллинеарна с ней. Расстояние между двумя осями 1033 и 1035 далее именуется как смещение 1036.
Обратимся к рассмотрению фиг.23, на которой входная ось 1035 проточного канала 1032 в верхней пластине 1030 может быть расположена таким образом, что она коллинеарна с основной осевой линией 1015 шибера 1010. Следовательно, выходная ось 1033 верхней пластины 1030 имеет смещение от основной осевой линии 1015 шибера 1010 в направлении перемещения 1044 открывания дроссельной заслонки 1040. Эта конфигурация обеспечивает менее извилистый и более симметричный путь движения (жидкого металла), когда шибер 1010 является частично открытым, как это показано на фиг.27, однако все еще обеспечивает относительно прямое течение вниз через проток 1012, что позволяет пропускать полный поток металла, когда шибер 1010 полностью открыт, как это показано на фиг.26.
Преимущества настоящего изобретения лучше всего могут быть оценены при сравнении фиг.22 и 23 с фиг.1-2. Как это лучше всего видно при сравнении фиг.1 и 22, вместо сдвига основной осевой линии 15 шибера 10 к одной кромке протока 12 основная осевая линия 1015 шибера 1010 расположена ближе к центру. В самом деле, до появления настоящего изобретения полагали, что основная осевая линия 15 шибера 10 может лежать только вблизи от центра протока 12, когда шибер 10 полностью открыт, как это показано на фиг.3. В отличие от этого в соответствии с настоящим изобретением основная осевая линия 1015 шибера 1010 имеет центральное положение, когда шибер 1010 открыт частично и далеко не полностью, как это показано на фиг.23. Таким образом, настоящее изобретение позволяет обеспечить более прямой и менее извилистый путь движения жидкого металла, когда шибер 1010 частично открыт.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.25, на которой показано, как величина смещения 1036 между входной осью 1035 и выходной осью 1033 верхней пластины 1030 влияет на величину открытия шибера 1010 с главным образом расположенной по центру основной осевой линией 1015. Например, если шибер 1010 при эксплуатации обычно открыт на 65%, то шибер 1010 может быть выполнен таким образом, чтобы основная осевая линия 1015 шибера 1010 располагалась по центру в протоке 1012, когда дозирующий шибер открыт на 65%. Другими словами, шибер 1010 может быть выполнен таким образом, что когда шибер 1010 открыт на 65%, то основная осевая линия 1015 расположена по центру протока. Например, разливочный стакан 1020 может быть смещен относительно выходного отверстия верхней пластины, что приводит к соответствующему смещению осевой линии 1015 относительно протока.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.26-28, на которых показан дозирующий шибер в соответствии с настоящим изобретением, в котором дроссельная заслонка 1040 занимает различные положения, при этом получают полностью открытое положение шибера (фиг.26), частично открытое положение шибера (фиг.27) и закрытое положение шибера (фиг.28). Как это показано на фиг.28, в закрытом положении шибера в соответствии с настоящим изобретением легко происходит дренирование протока 1042 в дроссельной заслонке 1040 без специального дренажного (сливного) выреза в основании протока дроссельной заслонки 1042 или без конического верхнего участка протока 1052 в нижней пластине 1050. Эту характеристику дренирования получают в результате того, что за счет смещения 1036 выходной оси 1033 относительно входной оси 1035 верхней пластины 1030 по сути происходит перемещение нижней кромки 1037 проточного канала 1032 в верхней пластине 1030 в направлении основной осевой линии 1015 шибера 1010. Другими словами, так как выходное отверстие 1038 верхней пластины 1030 смещено относительно основной осевой линии 1015, для прекращения течения через шибер 1010 требуется перемещение дроссельной заслонки 1040 только до тех пор, когда входное отверстие 1048 дроссельной заслонки 1040 прекращает быть в жидкостном сообщении со сдвинутым выходным отверстием верхней пластины 1038, что происходит ранее момента, когда выходное отверстие дроссельной заслонки 1049 прекращает быть в жидкостном сообщении с протоком 1052 в нижней пластине 1050.
Таким образом, когда шибер 1010 закрыт, проточный канал 1042 в дроссельной заслонке 1040 сохраняет возможность дренирования в проток 1052 в нижней пластине 1050.
Более прямой путь движения жидкого металла и более симметричная природа течения в протоке 1012 дозирующего шибера 1010 в соответствии с настоящим изобретением, когда он частично открыт, показаны схематично на фиг.29. Поток 1071 соударяется с верхним выступом 1047 дроссельной заслонки 1040 (область А1) и отклоняется в направлении отверстия 1048 дроссельной заслонки 1040. Вторая порция потока 1072 также отклоняется, но в противоположном направлении по сравнению с потоком 1071, в направлении отверстия 1048, когда она (эта порция) соударяется с впускным каналом 1080 участка 1034 верхней пластины 1030 (область А2). Таким образом, настоящее изобретение способствует двухстороннему отклонению потока, входящего в отверстие 1048, причем отклонение с каждой стороны направлено к основной осевой линии 1015 шибера 1010. По этой причине имеющий высокую скорость струйный поток 1073, образованный в расточке дроссельной заслонки 1042, не сильно наклонен в сторону от основной осевой линии 1015. Имеющий высокую скорость струйный поток 1073 почти коллинеарен с основной осевой линией 1015 шибера 1010, что позволяет обеспечивать большую степень симметрии потока.
Струйный поток 1073 не имеет сильного соударения с одной стороной расточки 1052 в основании пластины 1050, поэтому порции потоков рециркуляции 1074, 1075 и 1076 слабее и менее интенсивны по сравнению с соответствующими потоками в шиберах, которые не сконструированы в соответствии с настоящим изобретением. Режим течения в нижней пластине 1050 и в выходной трубе 1060 является более симметричным и распределенным более равномерно, причем направленные вниз потоки 1077, 1078 и 1079 занимают большую часть протоков 1052 и 1062 в нижней пластине 1050 и в выходной трубе 1060 соответственно.
На фиг.30-35 показан второй вариант дозирующего шибера 2010 в соответствии с настоящим изобретением, а режим течения в нем показан на фиг.42 и 43. На фиг.36-38 показана с увеличением верхняя пластина 2030 указанного шибера, а на фиг.39-41 показана с увеличением его дроссельная заслонка 2040. Дроссельная заслонка 2040 имеет проточный канал 2042 с поперечным сечением, ограниченным удлиненной, объединенной без скручивания (lofted) расточкой.
"Lofting" ("объединение без скручивания") - это термин, который хорошо знаком специалистам в автоматизированном (с помощью компьютера) проектировании трехмерных твердых тел и обозначает вид соединения двух замкнутых фигур, таких как круг, овал или многоугольник, которые определены (существуют) в различных плоскостях. При использовании в соответствии с настоящим изобретением этот термин обозначает отсутствие скручивания.
Дозирующий шибер 2010 обладает двумя важными характеристиками: (1) как это показано на фиг.36 и 38, существует смещение 2036 между осью 2033 проточного канала 2032 в верхней пластине 2030 и основной осевой линией 2015 шибера 2010, о чем уже упоминалось ранее при рассмотрении дозирующего шибера 1010; и (2) существуют проточные каналы 2032, 2034 (фиг.36) и 2042 (фиг.30) уникальной геометрии в верхней пластине 2030 и в дроссельной заслонке 2040 соответственно, которые уже (сужены) в направлении перемещения дроссельной заслонки 2040 и шире в ортогональном направлении. Таким образом, проточный канал 2032, образованный относительно выходной оси 2033 верхней пластины 2030, и проток 2042 дроссельной заслонки 2040 не являются осесимметричными, но являются симметричными относительно плоскости 2039. На фиг.33-35 показан дозирующий шибер 2010 в полностью открытом положении (фиг.33), в частично открытом положении (фиг.34) и в закрытом положении шибера (фиг.35).
Обратимся к рассмотрению фиг.36-38, на которых проточный канал 2032 в верхней пластине 2030 имеет две неколлинеарные оси 2033 и 2035, лежащие в плоскости 2036. Ось 2035 коллинеарна с основной осевой линией 2015. Две оси 2033 и 2035 протока 2032 верхней пластины 2030 образованы в результате наложения двух геометрических форм (участков) 2031 и 2034. Два участка 2031 и 2034 пересекаются в верхней пластине 2030 и образуют одну расточку 2032 с двумя осями. Первой геометрической формой 2034 в верхней пластине 2030 может быть верхняя расточка с круговым поперечным сечением у верхней части пластины 2030, которая плавно переходит в удлиненное поперечное сечение ниже верхней части верхней пластины 2030. Центральная ось 2035 кругового поперечного сечения представляет собой входную ось. Вторая геометрическая форма 2031 в верхней пластине 2030 удлинена в направлении, ортогональном плоскости 2039, то есть в плоскости 2038. Центральная ось 2033 этой второй геометрической формы 2031 представляет собой выходную ось. Выходная ось 2033 параллельна, но не коллинеарна входной оси 2035. Между двумя осями 2033 и 2035 имеется промежуток или смещение 2036.
Симметричная в плоскости конфигурация протоков верхней пластины и дроссельной заслонки позволяет снизить боковой размер отверстия в направлении перемещения дроссельной заслонки, так как в этом направлении имеется наибольшая степень асимметрии потока. Симметричная в плоскости конфигурация увеличивает размер отверстия в ортогональном направлении, потому что асимметрия не вводится в поток в ортогональном направлении. Следовательно, предложенная конфигурация обеспечивает дополнительное выпрямление струйного потока, образованного в протоке 2042 дроссельной заслонки 2040, и дополнительно улучшает симметрию потока в нижней пластине 2050 и в выходной трубе 2060, когда шибер 2010 частично открыт. Это происходит потому, что в частично открытом состоянии конфигурация снижает долю потока, который отклоняется, и обеспечивает более симметричное отклонение этой порции потока при его приближении к отверстию 2048 дроссельной заслонки 2040. К тому же эта конфигурация снижает до минимума размер полки 2047 над дроссельной заслонкой 2040 и области под полкой 2049 протока 2042 в дроссельной заслонке 2040, что показано на фиг.35, по сравнению с полкой 1047 и областью под полкой 1049, показанными на фиг.29, причем эти области являются критическими для снижения забивания.
На фиг.39-41 показана дроссельная заслонка 2040 в соответствии со вторым вариантом изобретения. Дроссельная заслонка 2040 имеет проток 2042 с поперечным сечением, которое ограничено удлиненной, объединенной без скручивания (lofted) расточкой.
На фиг.42 и 43 схематично показан режим течения во втором варианте шибера 2010, при его частичном открывании. Показанный на фиг.42 режим потока весьма похож на режим потока фиг.29, за исключением того, что сквозное отклонение потока является более симметричным. Показанный на фиг.43 режим потока является симметричным и однородным при наличии небольшого изгиба. В результате использования удлиненной конфигурации протоков 1032 и 1042 в верхней пластине 1030 и в дроссельной заслонке 1040 соответственно более высокая доля потока проходит через шибер 2010 с меньшим отклонением. В результате путь движения является в целом прямым и отсутствует чрезмерное ограничение потока, причем более симметричный поток легче создается в выходной трубе 2060.
На фиг.44-46 показан третий вариант дозирующего шибера 3010 в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.44-46 показан дозирующий шибер 3010 в полностью открытом положении (фиг.44), в частично открытом положении (фиг.45) и в закрытом положении шибера (фиг.46).
Обратимся к рассмотрению фиг.44-46, на которых дозирующий шибер 3010 имеет основную осевую линию 3015, а проточный канал 3032 в верхней пластине 3030 имеет две коллинеарные оси 3033 и 3035. Ось 3033 является входной осью верхней пластины 3030, а ось 3035 является выходной осью верхней пластины 3030. Дроссельная заслонка 3040 имеет центральную ось 3037. Расточка 3032 в верхней пластине 3030 является просто прямой сквозной расточкой.
Оси 3033 и 3035 являются параллельными, но имеют смещение от основной осевой линии 3015. Оси 3033 и 3035 смещены на расстояние 3036 от основной осевой линии 3015.
В общем и целом настоящее изобретение позволяет получить меньшее ограничение потока и снижение скорости, а также понизить степень забивания в сравнении с другими дозирующими шиберами. Потоки рециркуляции являются менее интенсивными и более слабыми, что препятствует нарастанию металлического и неметаллического забивающего материала в критических областях протока, таких как отверстие или расточка дроссельной заслонки. Улучшенная симметрия потока в выходной трубе улучшает однородность выпуска жидкого металла из выходной трубы, что благоприятно сказывается на режиме потока в литейная форме и на качестве металла отливки. Кроме того, соударение потока с боковыми стенками протока является менее сильным и поэтому снижен потенциал ускоренной эрозии огнеупорных материалов.
Несмотря на то что были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят, однако, за рамки приведенной далее формулы изобретения.
1. Устройство дозирования потока при непрерывной разливке расплавленного металла, содержащее дозирующий шибер, имеющий верхнюю пластину, в которой выполнен первый проточный канал с впуском с осью впуска и с выпуском с осью выпуска, и дроссельную заслонку со вторым проточным каналом, имеющую контакт скольжения с верхней пластиной и выполненную с возможностью избирательного приема потока металла от верхней пластины, отличающееся тем, что оси впуска и выпуска верхней пластины смещены относительно друг друга.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый проточный канал образован множеством геометрических фигур по ходу канала.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что геометрические фигуры указанного множества являются осесимметричными.
4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что множество геометрических фигур выбрано из группы, в которую входят цилиндрические геометрические фигуры, конические геометрические фигуры, а также их комбинации.
5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что смещение осей впуска и выпуска первого проточного канала выполнено в направлении перемещения дроссельной заслонки, причем по меньшей мере одна из множества геометрических фигур является сужающей канал.
6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что множество геометрических фигур ограничивает впускной канал для отклонения потока через него.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дроссельная заслонка выполнена с возможностью перемещения относительно верхней пластины, главным образом ортогонально направлению течения потока металла из выпуска первого проточного канала.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что дроссельная заслонка образует выступ, который отклоняет поток металла, выходящий из первого проточного канала, причем впуск первого канала и выступ выполнены с возможностью взаимодействия для совместного отклонения потока во второй проточный канал.
9. Устройство по любому из пп.7-8, отличающееся тем, что второму проточному каналу придана форма, увеличивающая объем потока металла.
10. Устройство по любому из пп.7-9, отличающееся тем, что второй проточный канал выполнен в виде удлиненной, объединенной без скручивания расточки.
11. Устройство по любому из пп.7-10, отличающееся тем, что второй проточный канал сужается вдоль направления перемещения дроссельной заслонки.
12. Устройство по любому из пп.7-11, отличающееся тем, что смещение осей впуска и выпуска верхней пластины выполнено вдоль направления перемещения дроссельной заслонки.
13. Устройство по любому из пп.7-12, отличающееся тем, что дозирующий шибер дополнительно содержит нижнюю пластину, имеющую третий проточный канал, расположенный относительно дроссельной заслонки таким образом, что третий проточный канал имеет жидкостное сообщение со вторым проточным каналом вне зависимости от перемещения дроссельной заслонки.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что ось третьего проточного канала коллинеарна с осью впуска верхней пластины.
15. Устройство по любому из пп.7-14, отличающееся тем, что ось второго проточного канала в открытом положении дроссельной заслонки коллинеарна с осью выпуска верхней пластины.
16. Способ дозирования потока при непрерывной разливке расплавленного металла, включающий пропускание расплавленного металла в первый проточный канал в первой пластине дозирующего шибера в первом вертикальном направлении и пропускание потока расплавленного металла из первого проточного канала в первой пластине во втором вертикальном направлении, отличающийся тем, что первое вертикальное направление имеет горизонтальное смещение от второго вертикального направления.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что дозирующий шибер снабжен второй подвижной пластиной, имеющей второй проточный канал, которую перемещают вдоль первой пластины, между открытым положением, предназначенным для пропускания потока металла во второй проточный канал из первого проточного канала, и закрытым положением, предназначенным для запрета пропускания потока металла во второй проточный канал из первого проточного канала.
18. Способ по п.17, отличающийся тем, что поток металла из первого проточного канала пропускают с сужением его за счет сужения первого проточного канала вдоль направления перемещения второй подвижной пластины.
19. Способ по любому из пп.17 и 18, отличающийся тем, что поток металла расширяют во втором проточном канале.
20. Способ по любому из пп.17-19, отличающийся тем, что дозирующий шибер снабжают третьей пластиной, при этом пропускают поток металла в третий проточный канал в третьей пластине вне зависимости от положения второй пластины.
21. Способ по любому из пп.17-20, отличающийся тем, что смещение первого вертикального от второго вертикального направления происходит вдоль направления перемещения подвижной второй пластины.
22. Способ по любому из пп.17-21, отличающийся тем, что поток металла во второй проточный канал отклоняют.
23. Способ по п.22, отличающийся тем, что отклонение расплавленного металла во второй проточный канал производят при помощи средства, выбранного из группы, в которую входят выступ второй пластины, впускной канал, выполненный в первом проточном канале, и их комбинации.
