ШИБЕРНЫЙ КЛАПАН ДОМЕННОГО ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЯ Российский патент 1999 года по МПК C21B9/12 

Изобретение относится к области черной металлургии и касается оборудования воздухонагревателей доменных печей, в частности клапанов горячего дутья.

Известен шиберный клапан доменного воздухонагревателя (см. авт. свид. N 775134, кл. C 21 B 9/12, заявл. 10.07.78, опубл. 30.10.80), содержащий футерованный корпус с крышкой и охлаждаемый футерованный полый диск, состоящий из обечайки с двумя круглыми боковинами, расположенной в полости охлаждения криволинейной боковой направляющей для подвода хладагента в нижнюю часть полости и наклонных разделительных перегородок. Наклонные разделительные перегородки установлены по отношению к криволинейной направляющей и к обечайке с образованием петлеобразного канала охлаждения. Для ускорения потока хладагента в нижней части полости криволинейная боковая направляющая приближена к обечайке.

Недостатком этого клапана является недостаточная интенсивность охлаждения боковых нефутерованных стенок диска в его нижней части вследствие того, что скорость потока при сужении канала, образованного криволинейной направляющей, увеличивается, как правило, только в средней части канала, а у боковых стенок остается прежней. Кроме того, не исключена возможность засорения отложениями механических взвесей зоны, ограниченной двумя нижними разделительными перегородками и боковой направляющей.

Из известных наиболее близким по технической сущности (прототипом) является шиберный клапан доменного воздухонагревателя, описанный в патенте России N 2005795, кл. C 21 B 9/12, заявл. 22.06.92, опубл. 15.01.94.

Этот шиберный клапан доменного воздухонагревателя содержит футерованный корпус с крышкой и охлаждаемый футерованный полый диск, состоящий из обечайки с двумя круглыми боковинами, расположенной в полости охлаждения криволинейной боковой направляющей для подвода хладагента в нижнюю часть полости, наклонных разделительных перегородок и трубчатой вставки, расположенной в части полости диска, заключенной между обечайкой, боковинами и направляющей. Вставка равноудалена от внутренней поверхности диска, а ее длина составляет 0,6 - 0,8 длины криволинейной направляющей. Верхний конец вставки отстоит от верхнего конца направляющей на расстоянии, равном 0,25 - 0,3 длины вставки.

Предусмотренная в полости диска вставка, запаянная с двух торцов, отжимает поток хладагента непосредственно к стенкам диска, обеспечивая их интенсивное охлаждение.

Однако в нижней части диска, наиболее теплонагруженной, вследствие уменьшения сечения канала, образованного боковинами, обечайкой, направляющей и вставкой, возникает опасность засорения канала механической взвесью, особенно крупнодисперсной, из-за низкого качества технической воды, используемой для охлаждения клапанов на большинстве металлургических заводов. Засорение канала механическими частицами приводит к постепенному его зарастанию, ухудшает условия охлаждения диска, уменьшая количество воды, проходящей в единицу времени, и может привести к прогару диска и, следовательно, к преждевременному выходу клапана из строя.

Задача настоящего изобретения состоит в создании конструкции шиберного клапана, позволяющей повысить эффективность охлаждения особенно теплонагруженной нижней части диска, обеспечив при этом наиболее благоприятные условия для уменьшения вероятности засорения канала механическими отложениями.

Поставленная задача достигается тем, что в шиберном клапане доменного воздухонагревателя, содержащем футерованный корпус с крышкой и охлаждаемый футерованный полый диск, состоящий из обечайки с двумя круглыми боковинами, расположенной в полости охлаждения криволинейной боковой направляющей для подвода хладагента в нижнюю часть полости, наклонных разделительных перегородок и трубчатой вставки, расположенной равноудаленно от внутренней поверхности диска в заключенной между обечайкой, криволинейной направляющей и боковинами части полости диска, согласно изобретению полость трубчатой вставки со стороны верхнего торца соединена с подводом хладагента, а со стороны нижнего торца сообщается с полостью диска, у нижнего торца трубчатой вставки выполнено местное сужение ее полости с внутренним диаметром нижнего торца, равным 0,8 - 0,9 внутреннего диаметра верхнего торца, а нижний конец криволинейной направляющей отогнут внутрь диска под углом 25 - 30^o относительно касательной к ее траектории и выступает за нижний торец трубчатой вставки на расстояние 0,2 - 0,25 ее длины.

Такое конструктивное выполнение позволит повысить эффективность охлаждения диска и создать необходимые условия для уноса механических взвесей потоком хладагента.

Это обеспечивается следующим образом. Поток хладагента сразу же на входе в диск делится на два потока. Один из них, обтекая трубчатую вставку снаружи, отжимается непосредственно к теплонагруженным периферийным стенкам, незащищенным футеровкой. Другой поток хладагента через открытые с двух сторон торцы трубчатой вставки протекает внутри нее, оставаясь практически холодным в пределах вставки, вследствие изоляции его от теплового воздействия потоком хладагента, обтекающим вставку снаружи. Таким образом, в нижнюю периферийную часть диска, наиболее теплонагруженную в процессе эксплуатации клапана, все время подается струя хладагента, имеющая практически такую же температуру, как на входе в диск, что существенно повышает эффективность охлаждения. Местное сужение полости трубчатой вставки у нижнего торца позволяет получить эффект дросселирования потока хладагента на выходе из вставки, что в сочетании с расширением потока, омывающего вставку снаружи, вызванного отогнутым внутрь диска нижним концом направляющей, создает эффект барботажа в нижней части диска, не давая оседать механической взвеси, имеющейся в хладагенте.

Как показали исследования на модели, при выполнении внутреннего диаметра нижнего торца вставки меньше 0,8 внутреннего диаметра верхнего торца возникает опасность засорения полости вставки на выходе из нее хладагента крупнодисперсной механической взвесью. При внутреннем диаметре нижнего торца вставки больше 0,9 внутреннего диаметра верхнего торца существенно снижается эффект дросселирования на выходе потока хладагента из вставки, что, в свою очередь, уменьшает барботаж в нижней части диска и увеличивает вероятность оседания механической взвеси.

Если нижний конец криволинейной направляющей выступает за нижний торец трубчатой вставки на расстояние меньше 0,2 ее длины, то не обеспечивается необходимая скорость потока хладагента в нижней части диска, которая должна быть более 1 м/с для эффективного выноса механической взвеси. Если нижний конец направляющей выступает за нижний торец трубчатой вставки на расстояние, большее 0,25 ее длины, то турбулизация потока хладагента, возникающая у нижнего торца вставки, создает дополнительное гидравлическое сопротивление потоку хладагента на выходе из нижней периферийной части диска и препятствует таким образом эффективному выносу механической взвеси.

При угле отгиба нижнего конца направляющей во внутрь диска на угол меньше 25^o возмущение потока, обтекающего трубчатую вставку снаружи, незначительно из-за малого снижения скорости потока, вследствие чего эффект барботажа в нижней части диска недостаточен. При угле отгиба нижнего конца направляющей во внутрь диска на угол больше 30^o скорость потока хладагента в нижней части диска существенно снижается и одновременно возрастает гидравлическое сопротивление потоку хладагента в канале, образованном нижней наклонной разделительной перегородкой и направляющей, что также уменьшает эффект барботажа.

Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 изображен шиберный клапан доменного воздухонагревателя;
на фиг. 2 - то же, продольный разрез;
на фиг. 3 - узел А на фиг. 1;
на фиг. 4 - узел Б на фиг. 1;
на фиг. 5 - узел В на фиг. 2.

Шиберный клапан доменного воздухонагревателя содержит футерованный корпус 1 с крышкой 2 и охлаждаемый футерованный полый диск 3. Диск 3 состоит из обечайки 4 с двумя круглыми боковинами 5, расположенной в полости охлаждения криволинейной боковой направляющей 6 для подвода хладагента в нижнюю часть диска, наклонных разделительных перегородок 7 и трубчатой вставки 8, расположенной в полости, заключенной между обечайкой 4, боковинами 5 и направляющей 6. Трубчатая вставка 8 равноудалена от внутренней поверхности диска. Полость трубчатой вставки 8 со стороны верхнего торца соединена с трубой 9 подвода хладагента, а со стороны нижнего торца сообщается с полостью диска. У нижнего торца трубчатой вставки 8 выполнено местное сужение ее полости с внутренним диаметром d₁ нижнего торца, равным 0,8 - 0,9 внутреннего диаметра d верхнего торца. Нижний торец криволинейной направляющей 6 отогнут во внутрь диска под углом α, равным 25 - 30^o относительно касательной к ее траектории, и выступает за нижний торец трубчатой вставки 8 на расстояние c, равное 0,2 - 0,25 длины вставки.

Клапан работает следующим образом.

Поступающий через трубу подвода 9 в полость диска 3 хладагент разделяет на два потока. Один протекает по каналу диска, образованному боковой направляющей 6, боковинами 5, обечайкой 4 и трубчатой вставкой 8, и непосредственно охлаждает все стенки указанной части диска. Другой поток хладагента протекает внутри трубчатой вставки 8 и, будучи изолированным от внешнего теплового воздействия первым потоком, омывающим трубчатую вставку 8 снаружи, поступает в нижнюю, наиболее нагреваемую часть диска 3, практически с температурой входа в диск 3, обеспечивая ее интенсивное охлаждение. При встрече двух потоков хладагента в нижней части диска 3 в районе отогнутого конца направляющей 6 возникает эффект барботажа, препятствующий оседанию механических взвесей. Далее по петлеобразному каналу, образованному наклонными разделительными перегородками 7, хладагент восходящим потоком поступает в трубу отвода 10, через которую удаляется из полости диска 3, унося с собой и механические взвеси.

Предложенный шиберный клапан доменного воздухонагревателя по сравнению с известными позволяет улучшить условия охлаждения диска, уменьшить вероятность прогара диска из-за засорения его нижней части механической взвесью и, таким образом, повысит срок службы клапана.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к оборудованию воздухонагревателей доменных печей. Шиберный клапан доменного воздухонагревателя содержит футерованный корпус с крышкой и охлаждаемый футерованный полый диск. Диск состоит из обечайки с двумя круглыми боковинами, расположенной в полости охлаждения криволинейной боковой направляющей, наклонных разделительных перегородок и трубчатой вставки. Вставка расположена в части полости диска, заключенной между обечайкой, боковинами и направляющей, равноудаленно от внутренней поверхности диска. Полость трубчатой вставки со стороны верхнего торца соединена с подводом хладагента, а со стороны нижнего торца сообщается с полостью диска. У нижнего торца трубчатой вставки выполнено местное сужение ее полости с внутренним диаметром нижнего торца, равным 0,8-0,9 внутреннего диаметра верхнего торца. Нижний конец криволинейной направляющей отогнут внутрь диска под углом 25-30° относительно касательной к ее траектории и выступает за нижний торец трубчатой вставки на расстояние 0,2-0,25 ее длины. Использование изобретения позволяет улучшить условия охлаждения диска, уменьшить вероятность его прогара и, таким образом, повысить срок службы клапана. 5 ил.

Шиберный клапан доменного воздухонагревателя, содержащий футерованный корпус с крышкой и охлаждаемый футерованный полый диск, состоящий из обечайки с двумя круглыми боковинами, расположенной в полости охлаждения криволинейной боковой направляющей для подвода хладагента в нижнюю часть полости, наклонных разделительных перегородок и трубчатой вставки, расположенной равноудаленно от внутренней поверхности диска в заключенной между обечайкой, криволинейной направляющей и боковинами части полости диска, отличающийся тем, что полость трубчатой вставки со стороны верхнего торца соединена с подводом хладагента, а со стороны нижнего торца сообщается с полостью диска, у нижнего торца трубчатой вставки выполнено местное сужение ее полости с внутренним диаметром нижнего торца, равным 0,8-0,9 внутреннего диаметра верхнего торца, а нижний конец криволинейной направляющей отогнут внутрь диска под углом 25-30° относительно касательной к ее траектории и выступает за нижний торец трубчатой вставки на расстояние 0,2-0,25 ее длины.