КЛАПАН ГОРЯЧЕГО ДУТЬЯ ДОМЕННЫХ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕЙ Российский патент 2000 года по МПК C21B9/12 F16K49/00 

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

Конструкция клапанов горячего дутья постоянно совершенствуется в направлении повышения эффективности охлаждения наиболее теплонагруженных элементов конструкции клапана - упорных колец корпуса и диска, уменьшения вероятности образования накипи и отложений механических взвесей, способствующих выходу клапана из строя.

Известен клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей, включающий футерованный полый запорный диск со спиралевидными внутренними каналами и наружным кольцевым каналом (см. патент ФРГ N 1031329, кл. 18a 15/01, заявл. 09.12.52 г., опубл. 20.11.58 г.).

Спиралевидные внутренние каналы диска выполнены из спирально намотанных труб, которые в местах их соприкосновения сварены между собой и образуют диск, а боковая поверхность этого диска охватывается полым кольцом, соединенным с подводящим и отводящим патрубками. Поперечное сечение полого кольца соответственно больше, чем поперечное сечение спирально намотанных труб.

На выходе в диск происходит разделение потока охлаждающей воды на два потока: один идет по внешнему (периферийному) каналу, второй - по примыкающему к нему спиралевидному каналу. При этом из-за низкого качества технической воды вероятность засорения нижней части диска крупнодисперсной механической взвесью возрастает.

Кроме того, для обеспечения скорости потока более 1,5 м/с, необходимой для вымывания взвеси из периферийного канала с увеличенным поперечным сечением, потребуется повышенный расход воды.

Недостатком также является то, что на выходе из периферийного канала поток охлаждающей воды встречает поток, идущий по спиралевидному каналу. Возникающая при этом турбулизация создает существенное гидравлическое сопротивление.

Известен также клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей, содержащий охлаждаемый полый диск со смежными сообщающимися в центре диска каналами, образованными вставленными одна в другую спиралевидными перегородками. Каналы связаны с подводящим и отводящим охлаждающую среду патрубками. Боковая поверхность диска образована кольцевым каналом (пат. США N 3499462, кл. 137-340, заявл. 28.06.67 г., опубл. 10.03.70 г.).

Охлаждающая среда в диск подается сразу и в периферийный канал, и в канал между внешней и внутренней спиралевидными перегородками и отводится самостоятельно из каждого канала, смешиваясь на выходе.

Недостатком этой конструкции клапана является недостаточно эффективное охлаждение поверхности диска, незащищенной огнеупорным покрытием. Для повышения эффективности охлаждения указанной зоны диска потребуется повышенный расход охлаждающей воды.

Из известных клапанов горячего дутья доменных воздухонагревателей наиболее близким по технической сущности является клапан, описанный в патенте ФРГ N 2366032, кл. F 16 K 49/00, заявл. 01.06.73 г., опубл. 17.11.83 г.

Эта конструкция клапана горячего дутья наиболее широко используется, что подтверждается прилагаемым чертежом клапана горячего дутья ⊘ 2000, изготовленного фирмой Zinmermann & Jansen GmbH для Череповецкого металлургического комбината.

Известный клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей содержит футерованные корпус с крышкой и охлаждаемый полый диск со смежными сообщающимися в центре диска каналами, образованными вставленными одна в другую спиралевидными перегородками и связанными с подводящим и отводящим охлаждаемую среду патрубками. Боковая поверхность диска образована кольцевым периферийным каналом.

Охлаждающая среда подается в периферийный канал и в зоне отводящего патрубка через два предусмотренных в стенке периферийного канала окна из периферийного канала поступает в спиралевидный канал. При этом поток, идущий по периферийному каналу, разделяется на два потока: один поступает в спиралевидный канал сразу, а второй, продолжая двигаться по завершающему участку периферийного канала, в конце также поступает в спиралевидный канал.

Такое разделение потока приводит к его возмущению и, как следствие, к существенным гидравлическим потерям напора, что значительно снижает эффективность охлаждения указанной зоны диска, а также возрастает вероятность засорения периферийного канала на завершающем участке, в результате чего ухудшатся условия охлаждения и произойдет прогар диска.

Задача настоящего изобретения состоит в создании клапана, позволяющего уменьшить гидравлические потери напора охлаждающей среды, повысить эффективность охлаждения боковой поверхности диска, что позволит повысить долговечность клапана и, следовательно, увеличить срок службы.

Поставленная задача достигается тем, что в клапане горячего дутья доменных воздухонагревателей, содержащем футерованные корпус с крышкой и охлаждаемый полый диск со смежными сообщающимися друг с другом в центре диска каналами, образованными вставленными одна в другую спиралевидными перегородками и связанными с подводящим и отводящим охлаждающую среду патрубками, согласно изобретению внешняя спиралевидная перегородка примыкает непосредственно к подводящему охлаждающую среду патрубку и образует с обечайкой диска периферийных канал, в который установлена трубчатая вставка длиной 0,6-0,7 длины окружности, образуемой осевой линией периферийного канала, при этом концы вставки равноудалены от вертикальной оси диска, а площадь поперечного сечения периферийного канала с учетом вставки составляет 0,5 - 0,6 площади сечения канала, образованного спиралевидными перегородками.

Такое конструктивное выполнение клапана горячего дутья доменных воздухонагревателей обеспечит увеличение срока службы клапана за счет повышения долговечности диска вследствие более высокой эффективности его охлаждения благодаря тому, что система охлаждения диска, образованная спиралевидными перегородками и обечайкой диска, представляет собой единый для потока охлаждающей жидкости канал, обеспечивающий плавный поворот и, как следствие, минимальные потери напора. Этому способствует и постоянство сечения канала на всем пути следования потока, кроме периферийного канала, где требуется повышенная скорость потока (> 1,5 м/с) для вымывания из нижней части диска механической взвеси с одной стороны, а с другой - для более эффективного охлаждения незащищенной огнеупорным покрытием периферии диска.

Увеличение скорости потока охлаждающей среды в периферийном канале обеспечивается трубчатой вставкой, благодаря которой хладагент отжимается к стенкам диска, при этом скорость его перемещения вдоль стенок за счет эффекта дросселирования увеличивается.

При длине вставки меньше 0,6 длины окружности, образованной осевой линией периферийного канала, снижается эффект дросселирования и невозможно получить достаточную скорость потока как на входе, так и на выходе из канала.

При длине вставки больше 0,7 возникает турбулизация потока на входе в периферийный канал у торца вставки и на выходе из канала в зоне примыкания к спиралевидной перегородке, что создает дополнительное гидравлическое сопротивление.

Равноудаленность концов вставки от вертикальной оси диска обеспечивает сохранение оптимального расстояния концов вставки с одной стороны от отверстия входа потока в диск, а с другой стороны - от спиралевидной перегородки на выходе потока из периферийного канала.

Если площадь поперечного сечения периферийного канала будет меньше 0,5 площади сечения канала, образованного спиралевидными перегородками, то возникает опасность засорения канала, особенно в его нижней части, крупнодисперсной механической взвесью, несмотря на достаточную скорость потока.

Если площадь поперечного сечения будет больше 0,6, то для обеспечения необходимой скорости потока (> 1,5 м/с) потребуется большой расход воды, в противном случае произойдет засорение канала.

Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 изображен клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей, общий вид;
на фиг. 2 - то же, продольный разрез;
на фиг. 3 - узел А на фиг. 2 (увеличено).

Клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей содержит футерованный корпус 1 с крышкой 2 и охлаждаемый футерованный полый диск 3. Диск 3 состоит из обечайки 4 с двумя круглыми боковинами 5 и спиралевидными перегородками 6 и 7, вставленными одна в другую и образующими смежные сообщающиеся друг с другом в центре диска каналы 8, связанные с подводящим 9 и отводящим 10 охлаждающую среду патрубками. Внешняя спиралевидная перегородка 6 примыкает непосредственно к подводящему охлаждающую среду патрубку 9 и образует с обечайкой 4 диска периферийный канал 11, в который установлена трубчатая вставка 12 длиной 0,6-0,7 длины окружности, образуемой осевой линией канала 11. Концы вставки равноудалены от вертикальной оси О-О диска 3, а площадь поперечного сечения периферийного канала с учетом вставки составляет 0,5 - 0,6 площади поперечного сечения канала, образованного спиралевидными перегородками.

Устройство работает следующим образом.

В режиме нагрева диск 3 опущен и перекрывает воздухопровод. Обогрев элементов клапана горячего дутья происходит за счет излучения от футеровки воздухопровода, при этом идет интенсивный нагрев торцевых стенок диска 3, охлаждаемых, например, водой, движущейся по периферийному 11 и спиралевидным каналам 8.

В режиме дутья диск 3 поднят и через клапан движется разогретый в воздухонагревателе воздух с температурой 1300^oC и выше. Идет интенсивный обогрев обечайки 4, охлаждаемой хладагентом, движущимся по периферийному каналу 11. Поступающий в полость диска 3 хладагент попадает в периферийный канал 11, образованный внешней спиралевидной перегородкой 6 и обечайкой 4. Благодаря уменьшенному за счет вставки сечению канала 11 идет интенсивное охлаждение обечайки 4 и прилегающих к ней участков боковин 5, не защищенных футеровкой. Пройдя по каналу 11, хладагент попадает в спиралевидные каналы 8 и затем удаляется из полости диска 3 через выводящий патрубок 10.

Таким образом, поток воды последовательно омывает все участки тепловоспринимающей поверхности диска.

Предложенный шиберный клапан доменного воздухонагревателя по сравнению с известными позволяет повысить стойкость диска за счет повышения эффективности его охлаждения и, следовательно, увеличить срок службы клапана горячего дутья.

Изобретение относится к черной металлургии и касается оборудования воздухонагревателей доменных печей. Клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей содержит футерованные корпус с крышкой и охлаждаемый футерованный полый диск со смежными сообщающимися друг с другом в центре диска каналами, образованными вставленными одна в другую спиралевидными перегородками, связанными с подводящим и отводящим охлаждающую среду патрубками. Внешняя спиралевидная перегородка примыкает непосредственно к подводящему охлаждающую среду патрубку и образует с обечайкой диска периферийный канал, в который установлена трубчатая вставка длиной 0,6-0,7 длины окружности, образуемой осевой линией периферийного канала, при этом концы вставки равноудалены от вертикальной оси диска, а площадь поперечного сечения периферийного канала с учетом вставки составляет 0,5-0,6 площади сечения канала, образованного спиралевидными перегородками. Использование изобретения обеспечивает повышение стойкости клапана и увеличение срока его службы. 3 ил.

Клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей, содержащий футерованные корпус с крышкой и охлаждаемый футерованный полый диск со смежными сообщающимися друг с другом в центре диска каналами, образованными вставленными одна в другую спиралевидными перегородками, связанными с подводящим и отводящим охлаждающую среду патрубками, отличающийся тем, что внешняя спиралевидная перегородка примыкает непосредственно к подводящему охлаждающую среду патрубку и образуют с обечайкой диска периферийный канал, в который установлена трубчатая вставка длиной 0,6 - 0,7 длины окружности, образуемой осевой линией периферийного канала, при этом концы вставки равноудалены от вертикальной оси диска, а площадь поперечного сечения периферийного канала с учетом вставки составляет 0,5 - 0,6 площади сечения канала, образованного спиралевидными перегородками.