Результат интеллектуальной деятельности: КЛАПАН ГОРЯЧЕГО ДУТЬЯ ДОМЕННЫХ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к области черной металлургии, а точнее к конструкции клапанов горячего дутья доменных воздухонагревателей.

Известен клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей, см. а.с. СССР №1792979, кл. C21B 9/12, заявл. 06.07.90 г., опубл. 07.02.93 г., содержащий футерованный запорный диск, размещенный внутри водоохлаждаемого корпуса, состоящего из горловины с крышкой, присоединительных фланцев и цилиндрической части, внутри которой с образованием кольцевого канала расположены упорные кольца с огнеупорной футеровкой переменной толщины. Упорные кольца и присоединительные фланцы выполнены в виде отдельных элементов конструкции и соединены между собой сваркой.

Отношение толщины огнеупорной футеровки на упорных кольцах со стороны запорного диска к толщине ее со стороны присоединительных фланцев составляет 1,4-1,7, а отношение глубины кольцевого канала к его ширине составляет 1,3-1,5.

Недостатком данного устройства является то, что в режиме дутья не обеспечивается необходимый минимальный уровень обогрева незащищенной контактной поверхности упорных колец, что неизбежно приводит к возрастанию тепловой нагрузки на клапан, увеличению тепловых потерь в нем и, как следствие, снижению срока его службы.

Следующим недостатком известной конструкции является выполнение упорных колец и присоединительных фланцев в виде отдельных элементов конструкции, соединенных между собой с помощью сварки. Увеличение количества сварных швов, находящихся в зоне высоких температур, существенно снижает эксплуатационную надежность клапана и уменьшает срок его службы.

Наиболее близким по технической сущности является клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей, содержащий футерованный водоохлаждаемый запорный диск, водоохлаждаемый футерованный корпус с крышкой, состоящий из футерованной горловины, присоединительных фланцев и цилиндрической части, внутри которой с образованием между ними межкольцевого пространства для размещения запорного диска расположены упорные кольца с уплотнительной поверхностью, а с каждой стороны межкольцевого пространства выполнены два кольцевых канала для воды, охлаждающей упорные кольца и присоединительные фланцы, подключенные к системе подвода и отвода охлаждающей воды. Упорные кольца и присоединительные фланцы выполнены в виде отдельных элементов конструкции и соединены между собой сваркой (патент России №2318023, кл. C21B 9/12, F16K 49/00, заявл. 26.04.2006 г., опубл. 27.02.2008 г.).

Недостатком данной конструкции является то, что упорные кольца и присоединительные фланцы являются отдельными элементами конструкции, соединенными между собой с помощью сварки. Увеличение количества сварных швов, находящихся в зоне высоких температур, существенно снижает эксплуатационную надежность клапана и уменьшает срок его службы.

Следующим недостатком описанной конструкции клапана является также то, что не определено оптимальное расположение контактной уплотнительной поверхности упорных колец в клапане относительно футеровки колец, а это существенно сказывается на тепловых нагрузках и тепловых потерях через нефутерованный и наиболее интенсивно обогреваемый в режиме дутья участок клапана и снижает срок его службы.

Задача настоящего изобретения состоит в создании клапана горячего дутья доменных воздухонагревателей, позволяющего снизить тепловые потери в клапане и увеличить срок его службы.

Поставленная задача достигается тем, что в клапане горячего дутья доменных воздухонагревателей, содержащем футерованный водохлаждаемый запорный диск, водохлаждаемый футерованный корпус с крышкой, состоящий из футерованной горловины, присоединительных фланцев и цилиндрической части, внутри которой с образованием между ними межкольцевого пространства для размещения запорного диска расположены упорные кольца с уплотнительной поверхностью, а с каждой стороны межкольцевого пространства выполнены два кольцевых канала для воды, охлаждающей упорные кольца и присоединительные фланцы, соединенные отверстиями с системой подвода и отвода охлаждающей воды, согласно изобретению упорные кольца выполнены заодно с присоединительными фланцами, при этом отношение глубины расположения контактной уплотнительной поверхности упорного кольца от верхнего края футеровки на нем к ширине межкольцевого пространства составляет 1,0-1,35.

Такое конструктивное выполнение клапана горячего дутья доменных воздухонагревателей позволит снизить тепловые потери в клапане и увеличить срок его службы.

Предлагаемое конструктивное выполнение клапана горячего дутья позволит значительно снизить расход охлаждающей воды за счет уменьшения тепловых потерь через контактные поверхности упорных колец.

Упорные кольца, являющиеся наиболее теплонагруженными элементами конструкции, в предлагаемом клапане горячего дутья выполнены заодно с присоединительными фланцами, то есть цельным элементом конструкции, что позволило минимизировать количество сварных швов в зоне высоких температур и обеспечить высокую эксплуатационную надежность клапана, а следовательно, увеличить срок его службы.

Как показали многочисленные замеры в промышленных условиях, тепловая нагрузка на элементы конструкции клапана в режиме дутья значительно (в три-четыре раза) превосходит нагрузку в режиме нагрева. При этом до 80% нагрузки режима дутья определяется вынужденной конвекцией. Таким образом, снижение тепловой нагрузки (потерь тепла) возможно, в первую очередь, за счет уменьшения конвективной составляющей режима дутья. Выполнение контактной уплотнительной поверхности упорного кольца с отношением глубины ее расположения к ширине межкольцевого пространства от 1,0 до 1,35 позволяет расположить ее в зоне минимальных, как показывают проведенные авторами исследования, коэффициентов конвективной теплоотдачи в режиме дутья, снизив тем самым потери тепла и, как следствие, требуемый расход охлаждающей воды. При отношении глубины расположения контактной уплотнительной поверхности упорного кольца от верхнего края футеровки на нем к ширине межкольцевого пространства меньше 1,0 и больше 1,35 происходит повышение тепловой нагрузки на клапан и увеличение тепловых потерь в нем, что снижает в итоге срок службы клапана.

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, вид сбоку;

на фиг.3 - место А на фиг.2.

Клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей содержит футерованный водоохлаждаемый запорный диск 1 и футерованный водоохлаждаемый корпус 2 с крышкой 3. Корпус 2 состоит из футерованной горловины 4, присоединительных фланцев 5 и цилиндрической части 6, внутри которой расположены упорные кольца7 с уплотнительной поверхностью 8, образующие между собой межкольцевое пространство 9 для размещения запорного диска 1. Упорные кольца 7 выполнены заодно с присоединительными фланцами 5, то есть выполнены цельным элементом конструкции. С каждой стороны межкольцевого пространства 9 выполнены два кольцевых канала 10 для воды, охлаждающей упорные кольца 7 и присоединительные фланцы 5. Кольцевые каналы 10 соединены отверстиями 11 с общей системой подвода и отвода охлаждающей воды (не показана).

Отношение глубины "а" расположения контактной уплотнительной поверхности 8 упорного кольца 7 от верхнего края футеровки 12 на нем к ширине "в" межкольцевого пространства равно 1,0-1,35.

Клапан работает следующим образом.

В режиме нагрева запорный диск 1 опущен и перекрывает воздухопровод. Обогрев элементов клапана происходит в основном за счет излучения разогретой футеровки воздухопровода. Интенсивность обогрева упорных колец 7 при этом невелика. В режиме дутья запорный диск 1 поднят и через клапан движется разогретый воздух с температурой 1200°C и выше. Происходит интенсивный обогрев элементов корпуса 2 клапана, прежде всего упорных колец 7.

Благодаря выполнению упорных колец 7 заодно с присоединительными фланцами 5, оптимизации параметров расположения контактной уплотнительной поверхности 8 упорных колец 7 относительно футеровки 12 на них обеспечивается существенное уменьшение тепловых потерь через нефутерованный и наиболее интенсивно обогреваемый в режиме дутья участок клапана, а также повышение срока службы клапана.

Предложенный клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей по сравнению с известными позволяет снизить тепловые потери в клапане, повысить эксплуатационную надежность и увеличить срок его службы.