CZ297007B6 - Monobloková zátková tyc upravená pro vhánení plynu a zpusob její výroby - Google Patents

Abstract

Monobloková zátková tyc upravená pro vhánení plynu behem odlévání roztaveného kovu obsahuje teleso zátkové tyce, opatrené vnitrní komorou (1) a kanálem (2) pro vypoustení plynu, dále otvorem (3), propojujícím vnitrní komoru (1) s kanálem (2) pro vypoustení plynu. V otvoru (3) jsou usporádány kalibracní prostredky pro zajistení omezené dráhy. Kalibracní prostredky obsahují tycku (4), zasahující nad dno vnitrní komory (1) a opatrenou alespon jedním osove probíhajícím plynovým kanálkem. Plynový kanálek nebo plynové kanálky mají prurez pro zajistení predem stanoveného odporu vuci prutoku. Pri provádení zpusobu výroby zátkové tyce se záruvzdorný materiál privádí do vhodné formy, záruvzdorný materiál se lisuje do formy, lisovaná zátková tyc se vyjímá z formy a vypaluje se, pricemz se dále tycka(4) vkládá do otvoru.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká monoblokové zátkové tyče, používané pro regulaci průtoku roztaveného kovu z vypouštěcí výlevkové hubice v nádobě během odlévání kovu, přičemž tato zátková tyč je upravena pro vhánění plynu.

Vynález se rovněž tyká způsobu výroby monoblokové zátkové tyče.

Dosavadní stav techniky

U postupů plynulého odlévání kovů bylo prokázáno, že využívání plynů, vháněných za zátkovou tyčí, má výrazně příznivé účinky na kvalitu odlévaného kovu. Například inertní plyny, jako jsou argon nebo dusík, mohou být vháněny za účelem zmírnění problémů, vznikajících v důsledku vyvíjení oxidu hlinitého a zanášení nebo ucpávání, nebo za účelem napomáhání při odstraňování produktů tuhnutí z blízkosti výlevkové hubice.

Reaktivní plyny mohou byt rovněž používány tehdy, kdy je nutno modifikovat složení taveniny.

Zátková tyč bývá běžně opatřena vnitřní komorou, připojenou na jednom konci k prostředkům pro přivádění plynu a na druhém konci ke kanálu pro vypouštění plynu.

Byly vyvinuty různé systémy, aby bylo zajištěno, že do zátkové tyče je přiváděn přesně měřený průtok plynu. Existují však určité problémy z hlediska utěsnění takových systémů a z hlediska zajištění, že plyn proudí po požadované dráze a nedochází k jeho úniku.

Zátkové tyče, které se osvědčily jako úspěšné při řešení celé rady z těchto problémů, jsou popsány například v patentových dokumentech EP 358 535, WO 00/30785 a WO 00/30786.

Avšak, přestože existuje celá rada hodnotných zdokonalení, je nutno rovněž řešit ještě i další problémy.

Jeden takový problém vzniká v důsledku efektu během odlévání velkého objemu roztaveného kovu, proudícího za nosem zátkové tyče přes výlevkovou hubici. Na konci zátkové tyče může byt vytvářen podtlak, který může byt přenášen přes kanál pro vypouštění plynu do tělesa a zpět k přívodní trubici, kde může využívat nedokonalé spoje, způsobující nasávání vzduchu do proudu plynu, v důsledku čehož dochází i k výraznému zhoršení kvality odlévanéhokovu.

Za účelem odstranění tohoto rizika byla navržena různá řešení, která zahrnují omezení proudění plynu v zátkové tyči za účelem vytváření kladného tlaku v prostoru zátkové tyče.

Je například známo jednoduché omezení mezi vnitřní komorou a kanálem pro vypouštěni plynu pro zajištění regulace.

Při požadovaném tlaku byla velikost průměru otvoru vnitřní komory vypočtena na hodnotu od 0,2 mm do 0,5 mm, takže jako taková je velice citlivá na zablokování prostřednictvím nečistot nebo prachu, unášených v proudu plynu, v důsledku čehož dochází ke ztrátě průtoku.

Je rovněž známo vložit pro plyn propustnou zátku do zátkové tyče pro dosažení požadovaného omezení průtoku a natlakovat zátkovou tyč.

-1 CZ 297007 B6

Tyto systémy však trpí problémem změn charakteristik propustnosti žáruvzdorných materiálů během životnosti zátkové tyče, přičemž jsou náchylné k rychlému nárůstu teploty během odlévání, takže v důsledku jejich nedostatečné spolehlivosti nalezly pouze omezené využití.

V souladu s dalším známým zařízením, popsaným například v patentovém spise GB 2 254 274, byla vyvinuta monobloková zátková tyč, uzpůsobená pro přivádění plynu během odlévání roztaveného kovu, která obsahuje těleso zátkové tyče, opatřené vnitřní komorou a kanálem pro vypouštění plynu, dále otvor, propojující vnitřní komoru s kanálem pro vypouštění plynu, přičemž kalibrační prostředky jsou uspořádány v tomto otvoru pro zajištění omezené dráhy.

Kalibrační prostředky jsou vytvořeny s využitím ztraceného dutého tmu pro vytvoření části otvoru, spojujícího vnitřní komoru s kanálem pro vypouštění plynu, a tím pro vytváření omezené štěrbinovité dráhy, která vykazuje předem stanovený odpor vůči proudění a má tendenci udržovat přetlak v prostoru zátkové tyče.

Avšak vytváření štěrbinovité dráhy, provedené s využitím ztraceného dutého tvářecího členu, je mimořádně nespolehlivé, přičemž neumožňuje vytvořit omezení s přesně předem stanoveným odporem vůči proudění.

Tento způsob vytváření kromě toho neumožňuje vytvořit velmi úzké kanálky. Je nutno zdůraznit, že přetlak v zátkové tyči znamená, že tento tlak je alespoň stejný, jako tlak v okolí zátkové tyče.

V souladu s jiným známým zařízením, které je popsáno Například v patentovém spise FR 2 787 045, byla vyvinuta monobloková zátková tyč, uzpůsobená pro přivádění plynu během odlévání roztaveného kovu, která obsahuje těleso zátkové tyče, opatřené vnitřní komorou a kanálem pro vypouštění plynu, přičemž otvor propojuje vnitřní komoru s kanálem pro vypouštění plynu. Kalibrační prostředky jsou provedeny ve formě Venturiho trubice, vložené do vnitřní komory.

Takováto konstrukce kalibračních prostředků však neumožňuje flexibilitu během výrobního procesu. Kromě toho musejí být přijímána zvláštní opatření pro zamezení problému ucpávání Venturiho trubice Například prachem.

Podstata vynálezu

Úkolem předmětu tohoto vynálezu je odstranit nebo alespoň zmírnit shora uvedené problémy, vyskytující se u dosud známých zátkových tyčí, a odstranit zejména jejich nedostatečnou spolehlivost.

V souladu s jedním aspektem předmětu tohoto vynálezu byla proto vyvinuta monobloková zátková tyč upravená pro vhánění plynu během odlévání roztaveného kovu a obsahující těleso zátkové tyče, opatřené vnitřní komorou a kanálem pro vypouštění plynu, dále otvorem, propojujícím vnitřní komoru s kanálem pro vypouštění plynu, přičemž v otvoru jsou uspořádány kalibrační prostředky pro zajištění omezené dráhy.

Kalibrační prostředky obsahují tyčku, zasahující nad dno vnitřní komory a opatřenou alespoň jedním osově probíhajícím plynovým kanálkem, přičemž plynový kanálek nebo plynové kanálky mají průřez pro zajištění předem stanoveného odporu vůči průtoku.

Tyčka je s výhodou vytvořena ze žáruvzdorného materiálu.

Tyčka může být s výhodou vytvořena z rekrystalizovaného oxidu hlinitého, zejména protlačovaného.

-2CZ 297007 B6

Kanálky mají s výhodou tvar kapilárových otvorů nebo štěrbin.

Kolem tyčky je s výhodou umístěno těsnění, zejména žáruvzdorné těsnění nebo grafitové těsnění.

Mezi spodním koncem tyčky a kanálem pro vypouštění plynu je s výhodou umístěna porézní hmota.

Zátka z porézní hmoty může být s výhodou vložena v části otvoru, která je umístěna mezi spodním koncem tyčky a kanálem pro vypouštění plynu.

Plynový kanálek nebo plynové kanálky jsou s výhodou propojeny s vnitřní komorou a s kanálem pro vypouštění plynu.

Tyčka s výhodou probíhá směrem vzhůru a je připojena k prostředkům pro přivádění plynu.

V souladu s dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byl dále rovněž vyvinut způsob výroby shora uvedené zátkové tyče, který obsahuje následující kroky žáruvzdorný materiál se přivádí do vhodné formy, žáruvzdorný materiál se lisuje do formy, lisovaná zátková tyč se vyjímá z formy, lisovaná zátková tyč se vypaluje, tyčka se vkládá do otvoru.

Otvor se před vkládáním tyčky s výhodou vrtá nebo zvětšuje.

Tyčka se s výhodou připojuje k prostředkům pro přivádění plynu.

Předem stanovený odpor vůči proudění u plynových kanálků, probíhajících podél tyčky, je vypočten tak, aby umožňoval velmi přesné a spolehlivé řízeni příslušného proudění plynu nebo vnitřního tlaku a/nebo aby umožňoval udržování přetlaku plynu v zátkové tyči.

Využívání takové tyčky, která může být vložena do tělesa zátkové tyče na konci výrobního procesu zátkové tyče, umožňuje mimořádnou flexibilitu při nastavování, předem stanoveného odporu vůči proudění, takže zátková tyč podle tohoto vynálezu může být přizpůsobena pro široké rozmezí provozních parametrů jednoduše výměnou tyčky.

Kromě toho tyčka, která je vyráběna samostatně, může být vyráběna s mnohem větší pozorností, než je tomu v případě, kdy je tyčka vyráběna společně se zátkovou tyčí, takže v důsledku toho může být mnohem spolehlivější.

Takové tyčky jsou komerčně dostupné pro využívání jako termoelektrické pouzdro.

Tyčka je s výhodou vyráběna ze žáruvzdorného materiálu, který je nepropustný pro plyny, takže úniku plynu v úrovni tyčky je zabráněno, v důsledku čehož dochází ke zvýšení spolehlivosti kalibrace.

Materiál tyčky je rovněž s výhodou odolný proti opotřebení, takže předem stanovený odpor vůči proudění zůstává konstantní během celé životnosti tyčky.

-3CZ 297007 B6

Vhodné materiály zahrnují křemičitan hlinitý, pálený hlinitokřemičitan neboli aluminosilikát, oxid hlinitý, rekrystalizovaný oxid hlinitý, oxid zirkoničitý a oxid hlinitý, nebo jiné vysoce žáruvzdorné materiály, které mají požadované vlastnosti.

Kanálek (nebo množina kanálků), probíhající v osovém směru podél tyčky, má tvar kapilárního otvoru nebo štěrbiny, a to za účelem zvýšení ztráty tlaku.

Je však nutno poznamenat, že větší plynové kanálky až do velikosti 2 nebo 3 mm byly rovněž úspěšně využívány.

Zejména je výhodné nastavit kanálky tak, že zátková tyč pracuje za příznivých zvukových podmínek (plyn proudí kanálky rychlostí, která je alespoň stejná jako rychlost zvuku).

Je všeobecně známo, že za těchto podmínek může být dosaženo mnohem spolehlivějšího proudění plynu, neboť proudění vypouštěného plynu je nezávislé na vnějším tlaku na konci pro vypouštění plynu, přičemž je závislé pouze na tlaku v prostoru zátkové tyče nebo v prostoru prostředků pro přivádění plynu.

Tyčka může být s výhodou opatřena množinou kanálků.

Je nutno poznamenat, že jemné vyladění nebo seřízení kalibrace může být prováděno buď změnou celkového průřezu plynových kanálků, nebo délky tyčky.

V souladu s obzvláště výhodným alternativním provedením předmětu tohoto vynálezu pak tyčka vyčnívá z otvoru za dno vnitřní komory. Toto uspořádání skutečně poskytuje past kolem vyčnívající části tyčky, která zachycuje prach a částice, přítomné v zátkové tyči, takže nemůže dojít k ucpávání plynového kanálku nebo plynových kanálků.

V tomto případě by měla tyčka vyčnívat dostatečně za dno vnitřní komory, aby bylo zabráněno tomu, že částice budou dosahovat až ke vstupu plynových kanálků. Výška alespoň 1 cm, s výhodou však alespoň 2 cm, za dno vnitřní komory umožňuje dosáhnout tohoto cíle.

V souladu s dalším provedením předmětu tohoto vynálezu je těsnění, s výhodou vyrobené ze stlačitelného žáruvzdorného materiálu, umístěno mezi alespoň části tyčky a stěnami otvoru.

Pro tyto účely jsou vhodná těsnění z grafitu o nízké hustotě. Těsnění může být usazeno na své místo buď během výroby zátkové tyče, nebo až v pozdější etapě.

Tyčka může rovněž zasahovat až k vypouštěcímu otvoru. Toto provedení je obzvláště výhodné tehdy, kdy jsou plynové kanálky vytvořený v tyčce jako kapilárové otvory nebo štěrbiny. To umožňuje vstřikovat plyn do roztaveného kovu ve formě jemných plynových proudů namísto velkých bublin.

U alternativního provedení je rovněž možné umístit porézní materiál v části otvoru, který je umístěn mezi spodním koncem tyčky a kanálem pro vypouštění plynu. U takového uspořádání jsou plynové proudy rozbíjeny a převáděny na rozptýlené malé bublinky.

V souladu s výhodným provedením je porézní zátka vložena do otvoru kanálem pro vypouštění plynu.

Tyčka bude obecně zasahovat nade dno vnitřní komory pouze o několik centimetrů, takže plynový kanálek nebo plynové kanálky, které zde probíhají, jsou propojeny s vnitřní komorou a s kanálem pro vypouštění plynu.

-4CZ 297007 B6

Avšak u alternativního provedení probíhá tyčka směrem vzhůru a je připojena k prostředkům pro přivádění plynu. Za těchto podmínek je plyn, přiváděný do zátkové tyče, přímo vypouštěn z otvoru pro vypouštění plynu pres plynový kanálek nebo plynové kanálky v tyčce, aniž by byl vypouštěn do vnitřní komory. Toto uspořádání zamezuje ztrátám plynu, ke kterým by mohlo docházet v důsledku propustnosti materiálu zátkové tyče.

Zátková tyč podle tohoto vynálezu může být vyráběna různými výrobními postupy.

V souladu s prvním způsobem je tyčka, opatřená alespoň jedním osově probíhajícím plynovým kanálkem, lisována společně s tělesem zátkové tyče.

U výhodného alternativního provedení tohoto způsobu je žáruvzdorné těsnění umístěno kolem tyčky před krokem společného lisování, takže těsnění je stlačeno mezi tyčku a materiál, představující těleso zátkové tyče.

V souladu s jiným výrobním postupem je tyčka vložena do otvoru v pozdější etapě. Tyčka může být vložena do otvoru přes kanál pro vypouštění plynu nebo přes vnitřní komoru. Je možno přidat maltu nebo cement kolem tyčky pro její zajištění uvnitř otvoru.

Výhodně může být jedno nebo několik těsnění umístěno kolem tyčky před jejím vložením tak, aby byly vyrovnávány případné rozdíly při tepelném roztahování odlišných materiálů. Může být nezbytné násilně zatlačit těsnění do otvoru. Materiál těsnění je s výhodou chráněn před oxidací s pomocí malty nebo cementu. Oblast otvoru, určená pro uložení těsnění, může být provedena jako kuželovitá, takže těsnění je udržováno ve stlačeném stavu během jeho vkládání, přičemž si zachovává tento stlačený stav po dobu celé životnosti tyčky.

Druhý výrobní postup je výhodný z několika důvodů. Umožňuje mít standardní tvar a konstrukce zátkové tyče, která je pouze přizpůsobena těsně před ukončením výrobního procesu příslušným provozním parametrům, přičemž je rovněž zabráněno tomu, aby došlo k prasknutí kalibrované tyčky během jejího lisování a následných operací vypalování.

U výhodného provedení druhého výrobního postupu je nejnižší oblast otvoru opatřena vnitřním závitem a uzpůsobena pro vložení porézní vložky, opatřené vnějším závitem. Tato vložka plní funkci difúze plynu do roztaveného materiálu, přičemž chrání spodní část tyčky (před přístupem roztaveného materiálu) a těsnění (před oxidací).

V tomto případě se může porézní zátka rovněž dotýkat spodní části těsnění, takže může rovněž přispívat tomu, aby těsnění bylo udržováno ve stlačeném stavu.

U dalších alternativ výrobních postupů, odpovídajících případu, kdy tyčka směřuje vzhůru a je připojena k prostředkům pro přivádění plynu, předmětný způsob dále obsahuje krok připojování tyčky k prostředkům pro přivádění plynu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje schematický pohled v řezu na spodní část zátkové tyče podle jednoho provedení předmětu tohoto vynálezu;

obr. 2 znázorňuje schematický pohled v řezu na spodní část zátkové tyče podle jiného provedení předmětu tohoto vynálezu;

-5CZ 297007 B6 obr. 3 znázorňuje schematický pohled v řezu na spodní část zátkové tyče podle dalšího výhodného provedení předmětu tohoto vynálezu; a obr. 4 znázorňuje schematický pohled v řezu na spodní část zátkové tyče podle ještě dalšího provedení předmětu tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na obrázcích výkresů je znázorněna vnitřní komora 1, vytvořená uvnitř tělesa zátkové tyče. Tato vnitřní komora 1 je propojena s prostředky pro přivádění plynu (neznázoměno). Zátková tyč je rovněž opatřena kanálem 2 pro vypouštění plynu, umístěným u nejnižšího konce zátkové tyče. Otvor 3 propojuje vnitřní komoru 1 s kanálem 2 pro vypouštění plynu.

V otvoru 3 je umístěna tyčka 4. Tato tyčka 4 je opatřena jedním nebo několika osově probíhajícími kanálky pro průchod plynu. Celkový průřez těchto kanálků pro průchod plynu je vypočten tak, aby poskytoval předem stanoveny odpor vůči průtoku pro udržování přetlaku plynu v zátkové tyči.

Těsnění 5, vytvořené z grafitu o nízké hustotě a umístěné kolem tyčky 4, umožňuje zabránit úniku plynu, čímž je dosahováno zvýšení spolehlivosti celého systému.

Tyčka 4 zátkové tyče podle obr. 1 je vyrovnána ve vodorovné rovině se dnem vnitřní komory L

Obdobné zátkové tyče j sou znázorněny na obr. 2 až obr. 4, přičemž zde vsak tyčka 4 vyčnívá za dno vnitřní komory f, takže prach a částice, které jsou přítomny ve vnitřní komoře f (například unášené proudem plynu nebo vytvářené oděrem uvnitř zátkové tyče), nemohou dosahovat do vstupů kanálků pro přívod plynu.

Na obr. 3 je znázorněno výhodné provedení, u kterého byly tyčka 4 a těsnění 5 z grafitu o nízké hustotě vytvořeny lisováním společně se zátkovou tyčí.

Na obr. 4 je znázorněno další provedení předmětu tohoto vynálezu, u kterého byla zátka z porézní hmoty 6 vložena do otvoru, vyvrtaného kolem otvoru 3 v úrovni kanálu 2 pro vypouštění plynu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (12)

1. Monobloková zátková tyč upravená pro vhánění plynu během odlévání roztaveného kovu a obsahující těleso zátkové tyče, opatřené vnitřní komorou (1) a kanálem (2) pro vypouštění plynu, dále otvorem (3), propojujícím vnitřní komoru (1) s kanálem (2) pro vypouštění plynu, přičemž v otvoru (3) jsou uspořádány kalibrační prostředky pro zajištění omezené dráhy, vyznačující se tím, že kalibrační prostředky obsahují tyčku (4), zasahující nad dno vnitřní komory (1) a opatřenou alespoň jedním osově probíhajícím plynovým kanálkem, přičemž plynový kanálek nebo plynové kanálky mají průřez pro zajištění předem stanoveného odporu vůči průtoku.

-6CZ 297007 B6

2. Zátková tyč podle nároku 1, vyznačující se tím, že tyčka (4) je vytvořena že žáruvzdorného materiálu.

3. Zátková tyč podle nároku 2, vyznačující se tím, že tyčka (4) je vytvořena z rekrystalizovaného oxidu hlinitého, zejména protlačovaného.

4. Zátková tyč podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že kanálky mají tvar kapilárových otvorů nebo štěrbin.

5. Zátková tyč podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že kolem tyčky (4) je umístěno těsnění (5), zejména žáruvzdorné těsnění nebo grafitové těsnění.

6. Zátková tyč podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že mezi spodním koncem tyčky (4) a kanálem (2) pro vypouštění plynuje umístěna porézní hmota (6).

7. Zátková tyč podle nároku 6, vyznačující se tím, že zátka z porézní hmoty (6) je vložena v části otvoru (3), která je umístěna mezi spodním koncem tyčky (4) a kanálem (2) pro vypouštění plynu.

8. Zátková tyč podle nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že plynový kanálek nebo plynové kanálky jsou propojeny s vnitřní komorou (1) a s kanálem (2) pro vypouštění plynu.

9. Zátková tyč podle nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že tyčka (4) probíhá směrem vzhůru a je připojena k prostředkům pro přivádění plynu.

10. Způsob výroby zátkové tyče podle kteréhokoliv z nároků 1 až 9, obsahující následující kroky žáruvzdorný materiál se přivádí do vhodné formy, žáruvzdorný materiál se lisuje do formy, lisovaná zátková tyč se vyjímá z formy, lisovaná zátková tyč se vypaluje, vyznačující se tím, že se dále tyčka (4) vkládá do otvoru.

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že se dále otvor před vkládáním tyčky (4) vrtá nebo zvětšuje.

12. Způsob podle nároku 11 nebo 12, vy z na č uj í c í se t í m , že se dále tyčka (4) připojuje k prostředkům pro přivádění plynu.