Клапан горячего дутья Советский патент 1992 года по МПК C21B9/12 

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

Наиболее близким по технической сущности является клапан горячего дутья, содержащий корпус с крышкой и охлаждаемый футерованный диск, нижняя часть кото- рого снабжена закрепленным на его обечайке экраном из огнеупорного материала в виде сегмента 1.

Недостатком известной конструкции клапана горячего дутья является то, что под воздействием дутья, нагретого до высокой температуры, диск выходит из строя значительно раньше времени межремонтного периода вследствие значительных перепадов температур, возникающих в огнеупорном слое при открытом клапане и вызывающих растрескивание защитного слоя, выкроши- вание его и выдувание газовым потоком. Перепад температур возникает из-за того, что газовый поток с температурами 1000- 1200°С омывает нижнюю часть диска, в то время как верхняя полость скрыта в корпусе и при этом диск постоянно охлаждается изнутри водой, которая подается в наименее нагретую его верхнюю часть. Кроме того, металлографические и механические исс- ,. ледования вышедших из строя дисков по- казали, что в его нижней части вследствие охлаждения клапанов технической водой образуется плотный термоизоляционный из отложений, ухудшающий условия охлаждения и приводящий к перегреву низа диска. Поэтому даже при наличии экрана невозможно исключить местное кипение охлаждающей воды,вызывающее появление накипи и увеличивающее тепловые потери.

Цель изобретения - снижение потерь тепла и увеличение срока службы клапана за счет повышения эффективности тепловой защиты диска.

Поставленная цель достигается тем, что в клапане горячего дутья, содержащем футерованный корпус с крышкой и охлаждаемый футерооанный диск, нижняя часть которого снабжена закрепленным на его обечайке экраном из огнеупорного материала в виде сегмента, отношение расстояния от оси клапана до верхней внутренней поверхности крышки к наружному диаметру диска с экраном равно 1,6-1,8, а отношение наружного радиуса экрана к радиусу обечайки диска 1.02-1,04. При этом центральный угол сегмента равен 110-150°.

Такое конструктивное выполнение клапана горячего дутья обеспечит оптимальные условия тепловой работы футеровки

нижней части диска и, следовательно, увеличит срок службы клапана.

Исследования конвективного теплообмена показали, что коэффициент конвективной теплоотдачи от горячего дутья к нижней части диска зависит от высоты расположения диска а корпусе относительно уровня колец клапана. При этом также учитывался лучистый теплообмен обечайки диска с футеровкой воздухопровода.

Установлено, что при отношении расстояния от оси клапана до верхней внутренней поверхности крышки к наружному диаметру диска с экраном меньше 1,6 имеет

место значительный рост температуры обечайки диска и, следовательно, увеличивается перепад температур, возникающих в огнеупорном слое и вызывающих его растрескивание.

Чем глубже задвигается диск внутрь корпуса, тем меньше плотность теплового потока, воздействующего на нижнюю часть диска. Однако отношение расстояния от оси клапана до верхней внутренней поверхности крышки к диаметру диска с экраном больше 1,8 экономически нецелесообразно, т.к. при отношении 1,8 срок службы диска максимально приближен ко времени межремонтного периода, а более высокий подьем потребует увеличения габаритов корпуса или крышки, что приведет к увеличению металлоемкости клапана.

При отношении наружного радиуса экрана к радиусу обечайки диска меньшем

1,02 уменьшается толщина защитного экрана, заметно увеличивается (на 30% и более) рост плотности теплового потока, уменьшается эффективность тепловой защиты и увеличиваются теплопотери.

При отношении большем чем 1,04 с одной стороны, уже нет существенного снижения плотности теплового потока, а, с другой стороны, требуется нанесение футеровки экрана в несколько слоев, что снижает ее

долговечность.

Если центральный угол экрана будет меньше 110°, то снижается эффективность тепловой защиты и возрастают тепловые потери с охлаждающей водой, а выполнять

Экран с углом более 140й нецелесообразно, т.к. дополнительно защищенная поверхность диска удалена от излучающего потока и необходимости в экранировании нет. На фиг, 1 изображен клапан горячего

дутья, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - графики.

клапан горячего дутья содержит футерованный корпус 1 с крышкой 2 и охлаждаемый футерованный диск 3, нижняя часть

которого снабжена закрепленным на его

Обечайке экраном 4 из огнеупорного материала в виде сегмента с центральным углом а равным 110-150°.

Отношение расстояния В от оси клапана до верхней внутренней поверхности крышки 2 к наружному диаметру диска с экраном (С) равно 1,6-1,8 (В/С 1.6-1.8). Отношение наружного радиуса Кэ экрана к радиусу обечайки Рд составляет 1.02-1,04.

Устройство работает следующим обра- зом.

В режиме дутья горячий воздух с температурой 1300°С. разогретый в воздухонагревателе, проходит через клапан горячего дутья. Диск 3 клапана в это время поднят и нижняя часть его подвергается воздействию горячего дутья. Экран 4 из огнеупорного материала защищает обечайку диска 3 от перегрева и, следовательно, уменьшает тепловые потери горячего дутья с водой, охлаждающей диск.

Для подтверждения оптимальности выбранных пределов отношений была проведена серия экспериментов по определению зависимости температуры нижней части ди- ска от высоты его подъема над уровнем колец, т.е. в зависимости от отношения В/С, (см. фиг. 2), а также перепада температур наружной и внутренней стенки диска и количества теплосмен. выдерживаемых дис- ком.

Для выполнения экрана из огнеупорного материала на обечайке диска использовали жаростойкие бетоны марок МКВ-72 и ВГБ. имеющие одинаковый коэффициент теплопроводности А 2,1 Вт (м.к.) при температуре эксплуатации 130Q°C,

В связи с тем, что нет отечественных клапанов горячего дутья, имеющих на диске экран из огнеупорного материала в виде

сегмента для сравнения использовали результаты работы клапана горячего дутья ira Череповецком металлургическом комбинате, разработанного фирмой Th. Jansen GmbH. Rohrbach - Saar (Heljiwlndschieber DN 1300/1500/2000 № 0.78.778.330), ФРГ.

В таблице приведены усредненные результаты экспериментов. Как следует из таблицы 1 оптимальное значение отношение расстояния от оси клапана до верхней внутренней поверхности крышки к наружному диаметру диска с акраном равно 1,6- 1,8, а отношение наружного радиуса экрана к радиусу обечайки 1,02-1,04, т.к. при этих значениях соотношений имеет место минимальный перепад температур и максимальное количество теплосмен, выдерживаемых диском до замены.

Таким образом, предложенный клапан горячего дутья позволяет снизить потери тепла и увеличить срок службы клапана за счет повышения эффективности тепловой защиты диска.

Формула изобретения

1.Клапан горячего дутья, содержащий футерованный коопус с крышкой и охлаждаемый футерованный диск, нижняя часть которого снабжена закрепленным на его обечайке экраном из огнеупорного материала в виде сегмента, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь тепла и увеличения срока службы клапана, отношение расстояния от оси клапана до верхней внутренней поверхности крышки к наружному диаметру диска с экраном равно 1,6- 1,8, а отношение наружного радиуса экрана к радиусу обечайки диска 1,02-1,04.

2.Клапан по п. 1, отличающийся тем, что центральный угол сегмента равен 110-150°.

Продолжение таблицы

Использование: в оборудовании воздухонагревателей доменных печей,. Сущность изобретения: клапан горячего дутья содержит футерованный корпус 1 с крышкой 2 и охлаждаемый футерованный диск 3, нижняя часть которого снабжена закрепленным на его обечайке экраном 4 из огнеупорного материала в виде сегме нта с центральным углом, равным 110-150°. Отношение расстояния В от оси клапана до верхней внутренней поверхности крышки 2 к наружному диаметру диска с экраном (С) равно 1,6-1,8. Отношение наружного радиуса экрана к радиусу обечайки составляет 1,02-1.04.1 з.п.ф-лы, 3 ил. 10 С -ч М Ј 00 х GJ

4

Фиг. 2

1- Коэффициент

2- Цемледатуяа циники при 0м я%е№&.

седой & qwcyfflcm8w/гамм

,oof«9faijirtj f- ;

3 ffleMnepQiflyjjQ oS&QQKV /tptt испарифемном

QKflQ}Ј$ЈHUU