Устройство газовоздухопровода воздухонагревателя доменной печи Советский патент 1991 года по МПК C21B9/12 

Изобретение относится к метаплургиче- скому оборудованию, а именно к арматуре доменных воздухонагревателей.

Целью изобретения является повышение надежности и срока службы клапана горячего дутья за счет оптимизации условий теплообмена его элементов с потоком горячего воздуха.

На чертеже показан корпус клапана горячего дутья, сечение.

Клапан горячего дутья содержит корпус 1 с присоединительными фланцами 2 с установленными в ном упорными кольцами 3 и 4, горловину 5 корпуса, запорный диск 6, перемещающийся в корпусе 1 между упорными кольцами 3 и 4. На диск, упорные кольца и участок корпуса между кольцами нанесена огнеупорная футеровка 7. Конфигурация колец 3 с нанесенной на их поверхность футеровкой 7 создает на участке клапана горячего дутья до запорного диски 6 (по направлению потока горячего воздуха) конфузор с углом уклона pi 10 - 20°, а за диском - диффузор с углом уклона р 10 - 20°. При этом отношение высоты h кольцевого уступа 8 по отношению к проходному диаметру газовоздухопровода на входе в клапан и на выходе из него к ширине b кольца 3 (4) клапана 0,25-0,35.

Устройство работает следующим образом.

В режиме дутья горячий воздух, разогретый в воздухонагревателе, двигается по штуцеру воздухонагрггателя к клапану горячего дутья. В это время диск 6 клапана поднят и нижняя его часть находится выше упорных колец 3 и 4 в корпусе 1. На участке кольцевой щели между корпусом клапана и футеровкой воздухопровода происходит возмущение потока - его турбулизация. Однако за счет предложенной конфигурации колец и наличия кольцевого уступа 8 создается вторичное течение между основным потоком и футеровкой 7 упорных колец, которое снижает уровень коэффициентов конвективной теплоотдачи к первому (по ходу потока) копьцу, геометрия кольца 3, наличие конфузорс с углом уклона 10-20° позволяют значительно снизить неравномерность распределения коэффициентов конвективной теплоотдачи вдоль футеровки 7 кольца. Кроме того, такая конфигурация первого кольца позволяет достичь плавного уменьшения диаметра струи основного потока горячего воздуха, что уменьшает интенсивность конвективной теплоотдачи к нижней части диска 6, а также к футеровке второго кольца 4.

Наличие диффузора у второго кольца с углом уклона 10-20° позволяет также снизить неравномерность распределения коэффициента теплоотдачи вдоль его поверхности, а небольшая высота уступа обеспечивает условия входа потока в воздухопровод после клапана с минимальными возмущениями и также обеспечивает минимальный уровень конвективной теплоотдачи к второму (по ходу потока) кольцу 4.

Фактором, определяющим температурный режим работы футеровки колец клапана горячего дутья и обечайки диска, является эпюра коэффициентов теплоотдачи. Результаты экспериментального исследования влияния высоты уступа и углов уклона конфузора и диффузора на теплоотдачу к элементам клапана приведены в табл. 1.

14з табл. 1 следует, что оптимальный угол р и уклона первого (по ходу потока воздуха) кольца должен составлять 10-20°,

поскольку при меньших углах уклона наблюдается значительная неравномерность (Хконв. вдоль кольца (ся значительно превосходит а.2 и Оз), объясняемая характером нарастания пограничного слоя на кольце

клапана. При угле уклона больше 20° характер течения потока изменяется, резко возрастает ((з в конце кольца, что обьясняется сильным динамическим воздействием потока на стенку кольца, расположенного под

большим углом.

В этом случае также заметно возрастает коэффициент теплоотдачи к обечайке диска и второму кольцу за счет активной турбули- зации потока.

Оптимальный угол (pi для второго кольца также составляет 10-20°, поскольку при меньших углах уклона диффузора распределение коэффициентов теплоотдачи заметно неравномерное. В диапазоне 10-20°происходит плавное распределение потока вдоль второго кольца, обеспечивается равномерное распределение коэффициента теплоотдачи. При угле уклона больше 20° происходит отрыв потока от передней кромки второго кольца, что приводит к значительной турбулизации потока, и уровень коэффициентов теплоотдачи к второму кольцу возрастает.

Результаты экспериментального исследования влияния высоты уступов на входе потока в клапан горячего дутья и выходе из него, образованных за счет углов уклона колец, представлены в табл. 2.

Из данных табл. 2 следует, что оптимальная относительная высота уступа между кольцами и футеровкой воздухопровода (отношение высоты уступа к ширине кольца) должна составлять 0,25-0,35, поскольку при меньших высотах уступа он не оказывает

компенсирующего влияния на турбулентный поток воздуха и уровень коэффициентов теплоотдачи высок, таким образом велика амплитуда колебаний температуры футеровки первого и второго кольца при переходах дутье-нагрев. При высоте уступа более 0,35 он сам начинает оказывать дополнительное турбулизирующее влияние на поток в зоне его отрыва от воздухопровода (первое кольцо) и способствует образованию вторичных течений и вихрей (второе кольцо), увеличивая теплоотдачу в режиме дутья к второму кольцу.

Это доказывает, что оптимальный угол уклона колец должен составлять 10-20°, а относительная высота уступа 0,25-0,35, указанная конфигурация колец клапана позволяет минимизировать продольные градиенты температур в футеровке колец з режиме дутья, а также амплитуду колебаний температуры в футеровке при переходах с режима дутья на режим нагрева. Минимизируется также амплитуда колебаний температуры обечайки диска клапана.

Таким образом, предложенная конструкция клапана горячего дутья большого диаметра позволяет продлить службы огнеупорной футеровки снизить 1 плорыо потери и следовательно, повысить срок служоы самого клапана.

Формула изобретения

Устройство газовоздухопровода воздухонагревателя доменной печи, содержащее

футеровку и клапан горяче-о дутьл, состоящий из футерованного и корпуса со вг тонными футерованными упорными коль цзми, имеющими переменный проходной диаметр и устанояленными минимальным

проходным диаметром навстречу друг другу, о т л и ч а ю щ е Р с я тем, что, с целью повышения надежности и службы устройства, минимальны11 приходной диаметр упорных колец равен проходному диаметру

газовоздухопровода, а их наибольший проходной диаметр выполнен меньшим проходного диаметра газовоздухолровода на величину, равную 0.25 0,35 ширины упорного кольца, при этом углы уклона чнутренней поверхности выполнены равными 10-20°.

а б л и ц

Изобретение относится к металлургическому оборудованию доменных воздухонагревателей. Цель - повышение надежности и срока службы устройства за счет оптимиза i. ции условий теплообмена err, элементе., с потоком горячего воздуха. Клапан горя еч дутья, устанавливаемый в газопоздухоиро роде, содержит корпус 1 со встааиыми упорными кольцами 3 и 4 с нанесенной из их поверхность огнеупорной футеровкой 7, имеющими переменным проходной диаметр. Углы схождения конфузорз, обрззо ванного упорным кольцом 3, и расхождение диффузора, образованного упорным кольцом равны 10-20. Высота кольцевые пос 8 по отношению к проходному дмамьгр1/ газовоз.цухспроаода 9 на входе и выходе из клапана составляет 0,25-0.35 ширины упор ного кольца, а минимальный проходной диаметр колец равен проходному диаметру га- зовоздухопроводз. 1 ил., 2 табл W ре о о о о .J