РЕГУЛИРУЮЩИЙ ОХЛАЖДАЕМЫЙ ШИБЕР ГАЗОХОДА Российский патент 2002 года по МПК F27B3/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к медерафинировочным отражательным печам с устройством газоотводящего тракта.

Известны конструкции отражательных печей, содержащие плавильную ванну, свод, охлаждаемые стены, вертикальный и горизонтальный газоотводящие тракты (газоходы). Между вертикальными и горизонтальными газоходами газоотводящий тракт снабжен регулируемым охлаждаемым шибером, конструкция которого представляет собой поворотную панель из сваренных между собой труб, концы которых вварены в верхний и нижний коллекторы. Верхний коллектор выполнен по типу "труба в трубе", причем наружная труба соединена с нижним коллектором. Торцы верхнего коллектора, являющегося одновременно осью поворота шибера, используют для подачи котловой воды и отвода пароводяной смеси. Они соединены с раздающим и собирающим коллекторами при помощи сальниковых уплотнений (О.Н. Багров. Испарительное охлаждение печей в цветной металлургии.- М.: Металлургия, 1979, с.73-74, рис.44).

Недостатки такой конструкции заключаются в том, что сальниковые уплотнения представляют собой недостаточно надежную в эксплуатации конструкцию узла испарительного охлаждения. Сальниковое уплотнение предназначено для предотвращения утечки жидкостей (газов, водяного пара и др.) из трубопроводов и компенсации их линейных изменений. В описываемой конструкции сальниковое уплотнение должно не только предотвратить утечку перегретой воды или пароводяной эмульсии при осевом перемещения труб внутри верхнего коллектора относительно друг друга, но и, главное, - при вращении, что является обязательным в технологическом режиме работы регулируемого шибера. Так как сальниковое уплотнение коллектора принимает не только осевую компенсацию, но и должно обеспечить уплотнение при повороте шибера, т.е. работает одновременно для компенсации линейных удлинений и для кручения, наблюдается быстрый износ уплотнительной набивки, разгерметизация узла в целом, что создает трудности в эксплуатации шибера (течи, малый срок службы, сложность в обслуживании и др.) и приводит к ненадежности его работы.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является конструкция шибера (заявка на выдачу патента на изобретение 98120592 от 03.11.1998, МКП6 F 27 В 3/00, решение о выдаче патента России от 15.12.1999 "Шибер газохода отражательной печи"), которая представляет собой поворотную плоскую охлаждаемую панель из труб, соединенные с ней раздающий и собирающий коллекторы, выполненные по типу "труба в трубе", и электрический исполнительный механизм. Охлаждаемая панель шибера выполнена по типу "труба в трубе", раздающий и собирающий коллектора жестко соединены друг с другом и с каждой стороны снабжены двумя штуцерами для подвода и отвода охлаждающей среды, установленными в плоскости охлаждаемой панели и под углом 90^o к оси коллекторов. Подводящий и отводящий коллекторы снабжены гибкими металлическими рукавами, при этом гибкие металлические рукава подводящего и отводящего коллекторов подключены соответственно к штуцерам раздающего и собирающего коллекторов.

В описанном устройстве раздающий и собирающий коллекторы, выполненные по типу "труба в трубе" и являющиеся валом, на котором вращается шибер, соединены между собой жестко при помощи торцевых заглушек на сварке. Создание такой жесткой конструкции предотвращает утечку перегретой воды и пароводяной смеси. Это позволяет обеспечить достаточно надежную работу шибера, облегчает его обслуживание и эксплуатацию, повышает его стойкость.

Соединение раздающего и собирающего коллекторов с гибкими металлическими рукавами для подвода и отвода охлаждающей среды с помощью штуцеров, которые установлены в плоскости охлаждающей панели и под углом 90^o к оси коллекторов, при открытии (повороте) шибера, осуществляемом в процессе плавки, дает возможность рукавам изгибаться в одной плоскости.

Недостатком такой конструкции является то, что в процессе вращения охлаждаемого шибера нижняя часть металлического рукава "провисает" под воздействием силы тяжести металлического рукава, наполненного охлаждающей средой (водой или пароводяной эмульсией), и на расстоянии 200-300 мм от нижнего штуцера наблюдается изгиб рукава радиусом (1,5-2,0)d (где d - внутренний диаметр рукава), что приводит к образованию "свища" и выходу из строя металлического рукава. При уменьшении длины металлического рукава может произойти его разрыв. Срок службы такой конструкции составляет 6-8 месяцев, после чего необходима замена металлических рукавов, которая может производиться только при остановке анодной печи, что связано с потерей производства меди и необходимости затрат на приобретение новых металлических рукавов.

Анализ описанных выше аналога и прототипа выявил, что ни в одном из них не достигается желаемый результат - создание регулирующего охлаждаемого шибера газохода, обеспечивающего надежное соединение коллекторов с гибкими металлическими рукавами за счет выбора оптимальной длины металлических рукавов и снабжение раздающего и собирающего коллекторов в местах подключения гибких металлических рукавов, специальными устройствами, которые предотвращают изгиб нижней части рукавов радиусом менее допустимого.

Авторами настоящей заявки на изобретение создана конструкция шибера газохода с достижением указанного технического результата. Она, как и конструкция-прототип, содержит подводящий и отводящий коллекторы, поворотную плоскую охлаждаемую панель из труб, снабженную раздающим и собирающим коллекторами, выполненными по типу "труба в трубе" и подключенными гибкими металлическими рукавами соответственно к подводящему и отводящему коллекторам, и электрический исполнительный механизм.

Устройство шибера газохода отличается от устройства-прототипа тем, что соотношение длины гибких металлических рукавов и расстояние между коллекторами, к которым они подключены, составляет 10:9, а в местах соединения с гибкими металлическими рукавами раздающий и собирающий коллектора снабжены направляющими желобообразными устройствами лепесткового типа, в которых радиус криволинейного участка лепестка составляет (5-6)d, где d - внутренний диаметр металлического рукава, а соотношение длины прямолинейной части лепестка к длине его криволинейного участка составляет 1:(1-1,2).

Заявляемое устройство шибера газохода отражательной печи отвечает всем критериям патентоспособности.

Оно ново, т. к. аналогичные известные из уровня техники решения не обладают тождественной совокупностью признаков, о чем свидетельствует проведенный выше анализ известных конструкций.

Предлагаемое для патентной защиты изобретение имеет изобретательский уровень, т. к. его сущность для специалиста явным образом не следует из известного уровня техники, т.е. не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемой конструкции, а значит, и не может быть подтверждена известность отличительных признаков на указанный заявителем технический результат.

Заявляемое изобретение является промышленно применимым, т.к. оно может быть использовано в производстве рафинированной меди в условиях АО "Уралэлектромедь" по своему назначению, т.е. для регулирования технологических режимов плавки. Ни один признак, взятый в отдельности, ни вся совокупность признаков изобретения не противоречит возможности их применения в промышленности и не препятствует достижению усматриваемого заявителем технического результата.

Осуществление поставленной задачи обеспечивается за счет того, что в заявляемом устройстве по технологии работы газоотводящего тракта величина поворота шибера составляет ±26^o от вертикальной оси и принята из условия минимальной величины сопротивления газоотводящего тракта анодной печи. При повороте шибера на 26^o от вертикальной оси металлические рукава изгибаются и в местах их крепления к коллекторам возникают значительные нагрузки, которые приводят к образованию "свища" и выходу из строя металлического рукава, а следовательно, и всей установки в целом. Чтобы избежать этого негативного эффекта в заявляемом устройстве и обеспечить выполнение задачи, положенной в основу заявляемого изобретения, в регулирующем охлаждаемом шибере газохода соотношение длины гибких металлических рукавов и расстояние между коллекторами, к которым они подключены, составляет 10:9. При этом обеспечивается достаточная длина металлических рукавов, которая предотвращает их разрыв при повороте шибера на 26^o от вертикальной оси. Кроме того, выбор оптимальной длины металлических рукавов обеспечивает плавный изгиб тяжелого металлического рукава, наполненного водой или пароводяной эмульсией, в нижней его части в месте крепления к коллектору. Радиус такого изгиба должен составлять (5-6)d, где d - внутренний диаметр металлического рукава. Уменьшение этой величины приводит к снижению стойкости рукава за счет образования "свища" в месте крепления, а, следовательно, и разгерметизации узла крепления и выходу из строя шибера. Увеличение длины гибких металлических рукавов неоправданно утяжеляет устройство в целом и увеличивает его габариты, что снижает его эксплуатационную надежность.

Кроме того, для обеспечения надежного соединения раздающего и собирающего коллекторов с гибкими металлическими рукавами предусмотрено снабдить эти коллектора желобообразными устройствами лепесткового типа. Радиус криволинейного участка лепестка составляет (5-6)d, где d - внутренний диаметр металлического рукава, а соотношение длины прямолинейной часта лепестка к длине его криволинейного участка составляет 1: (1-1,2). Установка на раздающем и собирающем коллекторах в местах крепления металлических рукавов желобообразных устройств лепесткового типа позволяет обеспечить плавный изгиб металлического рукава и предотвратить изгиб его нижней части с радиусом меньше допустимого, что в совокупности с оптимальной длиной металлического рукава обеспечивает повышение его стойкости и надежное соединение их с коллекторами. При уменьшении радиуса криволинейного участка лепестка менее 5d в местах соединения металлических рукавов с коллекторами при величине поворота шибера на ~26^o (что обусловлено требованиями технологии) образуются "свищи", в результате которых установка выходит из строя. Увеличение радиуса криволинейного участка лепестка свыше 6d приводит к неоправданному увеличению габаритов установки, что, в свою очередь, приводит только к высоким затратам на ее содержание.

Оптимальное соотношение длины прямолинейной части лепестка к длине его криволинейного участка составляет 1:(1÷2) и выбрано с учетом длины металлических рукавов, о которой сказано выше, и величины поворота шибера. Уменьшение такого соотношения приведет к нарушению работы гибких металлических рукавов вследствие образования "свищей", а увеличение заявляемой величины нецелесообразно, так как ведет к неоправданно высоким затратам на сооружение установки.

Исходя из вышеизложенного и с учетом раскрытой причинно-следственной связи между совокупностью признаков заявляемого изобретения и техническим результатом, полученным с их помощью, можно утверждать, что задача, положенная в основу создания регулирующего охлаждаемого щибера газохода, полностью решена, так как использование изобретения позволяет обеспечить надежное соединение коллекторов шибера с гибкими металлическими рукавами за счет выбора оптимальной длины металлических рукавов и снабжения раздающего и собирающего коллекторов в местах подключения гибких металлических рукавов специальными устройствами, которые предотвращают изгиб нижней части рукавов радиусом менее допустимого.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид регулирующего охлаждаемого шибера газохода (вид сбоку).

Регулирующий охлаждаемый шибер газохода включает подводящий 1 и отводящий 2 коллектора, поворотную плоскую охлаждаемую панель 3 из труб, снабженную раздающим 4 и собирающим 5 коллекторами, выполненными по типу "труба в трубе" и подключенными гибкими металлическими рукавами 6 соответственно к подводящему 1 и отводящему 2 коллекторам, и электрический исполнительный механизм (на чертеже не показан). Соотношение длины гибких металлических рукавов 6 и расстояния между коллекторами 1 и 4, 2 и 5, к которым они подключены, составляет 10:9. В местах соединения с гибкими металлическими рукавами 6 раздающий 4 и собирающий 5 коллектора снабжены направляющими желобообразными устройствами лепесткового типа 7, в которых радиус криволинейного участка лепестка - R составляет (5-6)d, где d - внутренний диаметр металлического рукава 6, а соотношение длины L прямолинейной части лепестка к длине его криволинейного участка l составляет 1:(1÷1,2).

Регулирующий охлаждаемый шибер газохода работает следующим образом.

Регулирование технологических режимов плавки в анодной печи осуществляется за счет поворота плоской охлаждаемой панели 3 шибера вокруг оси, соединенных с ней раздающего 4 и собирающего 5 коллекторов, выполненных по типу "труба в трубе". Так как шибер газохода работает в зоне высоких температур, панель 3 шибера выполнена также охлаждаемой по типу "труба в трубе". Охлаждение шибера осуществляется посредством подключения его к системе испарительного охлаждения через подводящий 1 и отводящий 2 коллектора и гибкие металлические рукава 6, подключенные соответственно к раздающему 4 и собирающему 5 коллекторам. Охлаждающая среда подается с помощью одного из гибких металлических рукавов 6 к раздающему 4 коллектору во внутренние трубы охлаждаемой панели 3, далее пароводяная смесь по наружным трубам охлаждаемой панели 3 поднимается в собирающий 5 коллектор и через другой гибкий металлический рукав 6 в отводящий 2 коллектор.

При открытии (повороте) охлаждаемой панели 3, осуществляемом в процессе плавки, гибкие металлические рукава изгибаются. Для обеспечения заданного радиуса изгиба нижней части металлических рукавов 6, равного (5÷6)d, раздающий 4 и собирающий коллектора в местах крепления их с металлическими рукавами 6 снабжены направляющими желобообразными устройствами лепесткового типа 7. При этом в направляющих желобообразных устройствах лепесткового типа 7 лепестки имеют прямолинейный и криволинейный участок. Радиус R криволинейного участка лепестка составляет (5÷6)d, а соотношение длины L прямолинейной части лепестка к длине l его криволинейного участка составляет 1: (1÷1,2). Кроме того, направляющие желобообразные устройства лепесткового типа, расположенные в плоскости изгиба металлических рукавов 6, при открытии (повороте) охлаждаемой панели 3 шибера в процессе плавки полностью исключают кручение гибких металлических рукавов 6.

Использование: изобретение относится к цветной металлургии, в частности к медерафинировочным анодным печам с устройством газоотводящего тракта. Сущность: регулирующий охлаждаемый шибер газохода включает подводящий и отводящий коллекторы, поворотную плоскую охлаждаемую панель из труб, снабженную раздающим и собирающим коллекторами, выполненными по типу "труба в трубе" и подключенными гибкими металлическими рукавами соответственно к подводящему и отводящему коллекторам, и электрический исполнительный механизм. Соотношение длины гибких металлических рукавов и расстояния между коллекторами, к которым они подключены, составляет 10 : 9. В местах соединения с гибкими металлическими рукавами раздающий и собирающий коллекторы снабжены направляющими желобообразными устройствами лепесткового типа, в которых радиус криволинейного участка лепестков составляет (5 - 6)d, где d - внутренний диаметр металлического рукава, а соотношение длины прямолинейной части лепестка к длине его криволинейного участка составляет 1: (1 - 1,2). Изобретение позволяет обеспечить надежное соединение коллекторов с гибкими металлическими рукавами за счет выбора оптимальной длины металлических рукавов и снабжения коллекторов в местах подключения гибких металлических рукавов специальными устройствами, которые предотвращают изгиб нижней части рукавов менее допустимого. 1 ил.

Регулирующий охлаждаемый шибер газохода, включающий подводящий и отводящий коллекторы, поворотную плоскую охлаждаемую панель из труб, снабженную раздающим и собирающим коллектором, выполненными по типу "труба в трубе" и подключенными гибкими металлическими рукавами соответственно к подводящему и отводящему коллекторам, и электрический исполнительный механизм, отличающийся тем, что соотношение длины гибких металлических рукавов и расстояния между коллекторами, к которым они подключены, составляет 10 : 9, а в местах соединения с гибкими металлическими рукавами раздающий и собирающий коллекторы снабжены направляющими желобообразными устройствами лепесткового типа, в которых радиус криволинейного участка лепестка составляет (5-6) d, где d - внутренний диаметр металлического рукава, а соотношение длины прямолинейной части лепестка к длине его криволинейного участка составляет 1 : (1-1,2).