CN102803883A - 用于冶金设备的热风控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于冶金设备的热风控制阀（10），该热风控制阀尤其用于控制鼓风炉的热风流。热风控制阀（10）包括：金属阀壳（12），具有其中限定有气体通道（22）的耐火炉衬（20）；以及阀件（24），可旋转地布置于气体通道（22）中，以通过阀件（24）在打开位置与关闭位置之间关于旋转轴线（26）的旋转而能够改变气体通道（22）中的自由通路。阀件（24）具有关于旋转轴线（26）旋转对称的壳体，并且具有在横向于阀件（24）的旋转轴线（26）的方向布置于阀件中（24）的贯穿通路（28）。贯穿通路（28）的横截面与气体通道（22）的横截面基本相同。进一步，贯穿通路（28）布置于阀件（24）中，以便当阀件（24）在打开位置时贯穿通路与气体通道（22）对齐。

Description

用于冶金设备的热风控制阀

技术领域

本发明通常涉及一种用于冶金设备的热风控制阀，所述热风控制阀具体地用于控制鼓风炉的热风流。

背景技术

在鼓风炉中，热空气（通常称为热风（hot blast））被注入炉中以辅助炉中矿石的还原（reduction）。

空气在作为热风传送给炉之前被加热至1250℃。还原气体或热空气可以混合入热风中，以进一步辅助炉中矿石的还原。用于控制热风流的任何阀均暴露于气体温度非常高并且还可能具有极大侵蚀性的极端环境中。

已知的是，在热风的传送管道中布置有蝶形阀以控制流向炉的热风流。从JP 09095720中可获知这种蝶形阀，这种蝶形阀包括安装在布置于热风路径中的中央位置的旋转轴线上的盘状控制件。在关闭位置，盘状控制件垂直于热风流并且基本上阻挡热风的路径。然后控制件可旋转90°进入其打开位置，其中控制件基本上平行于热风流，从而允许热风流过阀。实际上，热风在控制件的两侧流过。这种蝶形阀的缺陷在于，由于旋转轴线布置于管道的中央，即使当控制件处于全开位置时控制件仍然在热风路径中。实际上，即使控制件的流动限制在打开位置被降低至最小，控制件仍然呈现出阻挡热风穿过阀的自由流动。此外，由于控制件暴露于极高的温度，因此提供用于冷却盘状控制件的冷却通道。但是，这种冷却经常不足以防止对控制件的破坏。结果，在一段时间后需要更换控制件。但是，由于只有在已经拆下控制阀并且将其从管道中取出后才可能接近控制件，因此更换控制件特别困难。从而维修时间和成本相当高。

如上所述，蝶型热风控制阀的可靠性和耐久性由于暴露于这种极端环境而受到损害。这种控制阀不仅具有在热风路径中形成阻挡的缺陷，而且要求高制造成本以及密集、频繁且高成本的维修操作。从而有必要提供一种较好实施的热风控制阀，优选地降低涉及的成本。

技术问题

本发明的目的在于提供一种没有上述缺陷的改进的热风控制阀。该目的通过权利要求1中要求保护的热风控制阀实现。

发明内容

本发明提出一种用于冶金设备的热风控制阀，该热风控制阀具体地用于控制鼓风炉的热风流。热风控制阀包括：金属阀壳，具有其中限定有气体通道的耐火炉衬；以及阀件，可旋转地布置于气体通道中，以通过所述阀件在打开位置与关闭位置之间关于旋转轴线的旋转而能够改变气体通道中的自由通路。阀件具有关于旋转轴线旋转对称的壳体，以及具有在横向于阀件的旋转轴线的方向布置于阀件中的贯穿通路。贯穿通路的横截面与气体通道的横截面基本相同。进一步，贯穿通路布置于阀件中，以便当阀件在打开位置时贯穿通路与气体通道对齐。

根据本发明的一个重要方面，阀件包括：圆柱体部分，具有第一基座和与所述第一基座相对的第二基座；所述第一基座设置有用于将所述阀件连接至轴的连接装置；所述圆柱体部分的直径大于所述气体通道的直径。所述阀件还包括半球体部分，所述半球体部分具有布置于所述圆柱体部分的所述第二基座上的基座。

这样的热风控制阀具有的优点是：当控制件在打开位置时，热风能自由地流过控制件的贯穿通路。实际上，控制件不对热风流构成阻挡。与处于打开位置时产生达到20%压力降的蝶型控制阀相反的是，穿过根据本发明的打开的控制阀的压力降是微不足道的。此外，在其关闭位置中，蝶型控制阀通常表现出相当的泄漏（达到40%）。由于根据本发明的热风控制阀的具体形状（圆柱体部分和半球体部分），可大大减少所述泄漏。因此可实现热风流的改进控制。

优选地，气体通道与贯穿通路具有圆形横截面，并且贯穿通路的直径基本对应于气体通道的直径。

有利地，贯穿通路的轴线垂直于阀件的旋转轴线。

优选地，半球体部分的基座的直径对应于圆柱体部分的第二基座的直径。

有利地，半球体部分的基座被布置为位于气体通道的轴线上。

根据本发明的重要方面，优选地，连接装置包括位于圆柱体部分的第一基座上的连接垫座（shoe），连接垫座形成周向沟槽，所述沟槽中具有接合凸缘，接合凸缘面向圆柱体部分的第一基座。接合凸缘可以平行于圆柱体部分的第一基座。然而，优选地，接合凸缘以一定角度朝向第一基座的外周远离第一基座逐渐变细。

根据本发明的实施方式，轴包括与连接垫座中的周向沟槽相接合的夹紧装置，夹紧装置为以下所述的，以使得轴的夹紧装置的旋转运动被传递给阀件的方式，使得夹紧装置的接触表面与连接垫座的接合凸缘紧密接触。

有利地，夹紧装置包括与周向沟槽相接合的至少两个夹紧元件，夹紧元件连接至轴的扩大头部。优选地，还提供了与至少两个夹紧元件相接合的固定环，从而避免夹紧元件沿着径向远离连接垫座的方向移动。

所述至少两个夹紧元件能通过螺钉连接至扩大头部；螺钉优选地设置有用于将夹紧元件拉向扩大头部的弹簧装置，螺钉优选地设置有用于限定螺钉行进的套管。

为了对轴和连接装置进行冷却，有利地，轴设置有用于将冷却流体供给至轴的扩大头部的冷却通道。

在所述至少两个夹紧元件与轴的扩大头部之间可布置有中间板。该中间板可设置有辅助轴，所述辅助轴接合在匹配凹槽中，所述匹配凹槽布置于阀件的连接垫座中以产生形状匹配连接（form-fit connection）。这种布置可用于确保，万一接触表面与接合凸缘之间的摩擦连接失败时，阀件由辅助轴提供的形状匹配连接来驱动（entrained）。

夹紧元件和/或固定环和/或中间板和/或辅助轴由耐热钢制成。热绝缘材料布置于夹紧装置的各种元件之间的间隙中。有利地，阀件由耐火材料或陶瓷材料形成为一体件。

优选地，金属阀壳包括用于通过轴操作阀件的横向开口；横向开口的直径至少略微大于阀件的圆柱体部分的直径。这种横向开口允许容易地从阀壳中取出阀件以便进行维修目的。没有必要去除阀壳以接近要检修的阀。

优选地，用于轴的任何轴承均安放于金属阀壳的外部，从而轴承不遭受金属阀壳中极其严酷的环境。因此轴承的使用寿命延长。

阀件的第一基座的周向区域中布置有环形沟槽，环形薄板与环形沟槽接合以形成迷宫式密封（labyrinth seal）。这种迷宫式密封可以防止大量热风进入连接装置并朝向主密封装置行进。从而可延长主密封装置的使用寿命。

附图说明

现在将会参照附图以示例的形式描述本发明的优选实施例，其中：

图1是通过根据本发明的热风控制阀截取的截面图；

图2是图1的阀件和轴之间的连接的放大视图；以及

图3是根据图1的优选实施例的阀件的透视图。

具体实施方式

图1示意性地示出了用于安装在热风管道中的热风控制阀。热风控制阀10包括具有入口端14和出口端16的金属阀壳12，入口端和出口端中的每个都包括用于连接至管道（未示出）的连接凸缘18。在内部，阀壳12包括耐热炉衬20，耐热炉衬中限定有用于将热风从入口端14传送到出口端16的气体通道22。

阀件24可旋转地设置在气体通道22中，以通过阀件24在开口位置与出口位置之间关于旋转轴线26的旋转而改变气体通道中的自由通路。阀件24具有关于旋转轴线26旋转对称的壳体。后面将更仔细地描述阀件24的壳体。

阀件24包括贯穿通路28，贯穿通路的横截面基本与气体通道22的横截面相同。贯穿通路28被布置成，当阀件24处于如图1中所示打开位置时，贯穿通路28与气体通道22对齐并形成气体通道22的连续部分，以使得热风能自由地从热风控制阀10的入口端14流向出口端16。

阀件24包括具有第一基座32的圆柱体部分30，该第一基座具有用于将阀件24连接至轴36的连接垫座34。后面参照图2时将更为仔细地描述轴36与阀件24之间的连接。

阀壳12设置有横向开口38，以允许轴36从阀壳稳步伸入阀壳中并连接至阀件24。横向开口38的尺寸设置成允许阀件24通过该横向开口38从阀壳12缩回。从而可以容易且快速地执行阀件24的维修和替换。不必为了接近阀件24而在连接凸缘18处将热风控制阀10从管道拆开。通过将轴支撑组件40连接至连接凸缘42，使得包括阀件24和轴36的组件被保持在适当位置。

其中，轴支撑组件40包括轴轴承（shaft bearing）44以及主密封装置46（优选地，为填料盒形式）。应该注意到，这些元件都布置于阀壳12的外部，即，远离阀壳12中的侵蚀环境。

现在参照图2，更仔细地描述轴36与阀件24之间的连接。在第一基座32的中央部上，阀件24包括形成有周向沟槽50的连接垫座34，在该周向沟槽50中具有倾斜接合凸缘52。轴36包括与周向沟槽50相接合的夹紧装置。夹紧装置由至少两个夹紧元件54形成，所述至少两个夹紧元件具有与周向沟槽50相接合的突出部56。夹紧元件54的突出部56的横截面基本对应于连接垫座34的沟槽50的横截面。突出部56的接触表面58与连接垫座34的接合凸缘52紧密接触，以使得夹紧元件54（旋转地固定至轴36）的旋转运动通过接触表面58和接合凸缘52传递给阀件24。耐火隔热纸60可夹在接触表面58与接合凸缘52之间，以进一步提高从轴36传输至阀件24的力。

通过与布置于夹紧元件54中的圆周凹槽64相接合的固定环62，防止所述至少两个夹紧元件54径向外移。

夹紧元件54通过螺钉68连接至轴36的扩大头部66。螺钉68将夹紧元件54拉向扩大头部66。这样做，螺钉68也将接触表面58拉紧抵靠在接合凸缘52上，以确保夹紧元件54与阀件24的连接垫座34良好接触。扩大头部66可以与轴36形成为一体件。但是，优选地，扩大头部66单独形成并通过焊接固定至轴36。

夹紧元件54与扩大头部66之间还布置有中间板70。通过与轴36的旋转轴线26对齐的辅助轴（例如设置于中间板70上的多边形轴72）以及阀件24的连接垫座34中的相应多边形凹槽74，提供了中间板70与阀件24之间的形状匹配连接。万一接触表面58与接合凸缘52之间的摩擦连接失败，则阀件24的驱动可以借助于多边形轴72提供的形状匹配连接来实现。

在扩大头部66与中间板70中，优选地，螺钉68被引导穿过套管76，套管与夹紧元件54接触并由此限制螺钉68的行进（travel）。套管76防止螺钉68过紧并且防止由于过紧而潜在损坏夹紧元件54或连接垫座34。优选地，螺钉还设置有位于中间板70与螺帽80之间的预拉伸（pretensioned）弹簧装置78。弹簧装置78（可以是盘簧的形式）确保接触区域（接合凸缘52和接触表面）上的载荷被限制在预定张力（predetermined tension）内。实际上，由于温度的变化，接触区域上的载荷是可变化的。由于弹簧装置78和套管76，该载荷不会超过预定阈值。

可以通过轴36本身将冷却水供应至轴36的扩大头部66。在轴的头部处，冷却水径向喷洒并以任何公知方式收集。

本发明另一重要方面在于，从阀件24到轴36的较慢的热传递。实际上，布置成与热风直接接触的阀件24可容易地达到1200℃范围的温度。为忍耐该温度，优选地阀件24由耐火材料或陶瓷材料制成。阀件24与轴36之间的各种元件，即，夹紧元件54、固定环62、中间板70以及多边形轴72由耐热钢制成，从而降低到轴36的热传递。为了进一步降低热传递，各种元件之间设有间隙82，这些间隙82中布置有诸如隔热毡的隔热材料。各种元件与隔热材料的相互作用允许轴36的温度低至40℃。

如上所述，热风控制阀10的密封主要由布置在阀壳12外部的主密封装置46实现。然而，与旋转轴线26平行且同轴布置的环形薄板84可以提供附加密封。环形薄板84包括与布置于阀件24的第一基座32的周部中的环形沟槽88相接合的突出部86。与环形沟槽88相接合的突出部86形成迷宫式密封，以防止大量热风进入连接装置以及朝向主密封装置46行进。

图3中示出阀件24的优选实施方式。示出的阀件24具有由圆柱体部分30和半球体部分92形成的外壳，圆柱体部分具有第一基座32和相对的第二基座90，半球体部分通过其基座连接至圆柱体部分30的第二基座90。半球体部分92的基座具有与第二基座90相同的直径。第一基座32包括用于与轴连接的连接垫座34。优选地，半球体部分92、圆柱体部分30和连接垫座34形成为一体件。贯穿通路28设置成使得其中心轴线位于包括第二基座90的平面内。

参考标号说明：

10热风控制阀                    32第一基座

12阀壳                          34连接垫座

14入口端                        36轴

16出口端                        38横向开口

18连接凸缘                      40轴支撑组件

20耐火炉衬                      42连接凸缘

22气体通道                      44轴轴承

24阀件                        46主密封装置

26旋转轴线                    50周向沟槽

28贯穿通路                    52接合凸缘

30圆柱体部分                  54夹紧元件

56突出部                      76套管

58接触表面                    78弹簧装置

60耐火隔热纸                  80螺帽

62固定环                      82间隙

64周向凹槽                    84环形薄板

66扩大头部                    86突出部

68螺钉                        88环形沟槽

70中间板                      90第二基座

72多边形轴                    92半球体部分

74多边形凹槽                  94中心轴线

Claims (20)

1.一种用于冶金设备的具体用于控制鼓风炉的热气流的热风控制阀，所述热风控制阀包括：

金属阀壳，具有其中限定有气体通道的耐火炉衬；

阀件，可旋转地布置于所述气体通道中，以能够通过所述阀件在打开位置与关闭位置之间围绕旋转轴线的旋转而改变所述气体通道中的自由通路；所述阀件具有关于所述旋转轴线旋转对称的壳体；

贯穿通路，在横向于所述阀件的所述旋转轴线的方向布置于所述阀件中；其中所述贯穿通路的横截面与所述气体通道的横截面基本相同；并且其中，所述贯穿通路布置于所述阀件中以使得当所述阀件处于其打开位置时所述贯穿通路与所述气体通道对齐，其特征在于，所述阀件包括：

-圆柱体部分，具有第一基座和与所述第一基座相对的第二基座；所述第一基座设置有用于将所述阀件连接至轴的连接装置；所述圆柱体部分的直径大于所述气体通道的直径；以及

半球体部分，所述半球体部分具有布置于所述圆柱体部分的所述第二基座上的基座，

其中，所述贯穿通路被设置成穿过所述阀件的所述圆柱体部分和所述半球体部分。

2.根据权利要求1所述的热风控制阀，其中，所述气体通道与所述贯穿通路具有圆形横截面，并且所述贯穿通路的直径基本对应于所述气体通道的直径。

3.根据权利要求1或2所述的热风控制阀，其中，所述贯穿通路的轴线垂直于所述阀件的所述旋转轴线。

4.根据权利要求1-3所述的热风控制阀，其中，所述半球体部分的所述基座的直径对应于所述圆柱体部分的所述第二基座的直径。

5.根据权利要求1至4所述的热风控制阀，其中，所述半球体部分的所述基座被布置为位于所述气体通道的轴线上。

6.根据权利要求1至5所述的热风控制阀，其中，所述连接装置包括位于所述圆柱体部分的所述第一基座上的连接垫座，所述连接垫座形成周向沟槽，所述沟槽中具有接合凸缘，所述接合凸缘面向所述圆柱体部分的所述第一基座。

7.根据权利要求6所述的热风控制阀，其中，所述轴包括与所述连接垫座中的所述周向沟槽相接合的夹紧装置，所述夹紧装置设置成，以使得所述轴的所述夹紧装置的旋转运动被传递给所述阀件的方式，使得所述夹紧装置的接触表面与所述连接垫座的所述接合凸缘紧密接触。

8.根据权利要求7所述的热风控制阀，其中，耐火隔热纸布置于所述夹紧装置的所述接触表面与所述连接垫座的所述接合凸缘之间。

9.根据权利要求7或8所述的热风控制阀，其中，所述夹紧装置包括与所述周向沟槽相接合的至少两个夹紧元件，所述夹紧元件连接至所述轴的扩大头部。

10.根据权利要求9所述的热风控制阀，其中，所述夹紧装置包括固定环，所述固定环与所述至少两个夹紧元件相接合以避免所述夹紧元件沿着径向远离所述连接垫座的方向移动。

11.根据权利要求9或10所述的热风控制阀，其中，所述至少两个夹紧元件通过螺钉连接至所述扩大头部，所述螺钉优选设置有用于将所述夹紧元件拉向所述扩大头部的弹簧装置，所述螺钉优选设置有用于限制所述螺钉移动的套管。

12.根据权利要求9至11所述的热风控制阀，其中，所述轴设置有用于将冷却流体供应给所述轴的所述扩大头部的冷却通道。

13.根据权利要求9至12所述的热风控制阀，其中，所述夹紧装置包括布置于所述至少两个夹紧元件与所述轴的所述扩大头部之间的中间板。

14.根据权利要求13所述的热风控制阀，其中，所述中间板设置有辅助轴，所述辅助轴接合在匹配凹槽中，所述匹配凹槽布置于所述阀件的所述连接垫座中以产生形状匹配连接。

15.根据权利要求9至14所述的热风控制阀，其中，所述夹紧元件和/或所述固定环和/或所述中间板和/或所述辅助轴由耐热钢制成。

16.根据权利要求7至15所述的热风控制阀，其中，热绝缘材料布置于所述夹紧装置的各元件之间的间隙中。

17.根据上述权利要求中任一项所述的热风控制阀，其中，所述阀件由耐火材料或陶瓷材料形成为一体件。

18.根据权利要求1至17所述的热风控制阀，其中，所述金属阀壳包括用于通过所述轴来操作所述阀件的横向开口；所述横向开口的直径至少略大于所述阀件的所述圆柱体部分的直径。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的热风控制阀，其中，用于所述轴的任何轴承均位于所述金属阀壳的外侧。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的热风控制阀，其中，一环形沟槽布置在所述阀件的所述第一基座的周缘区域中，一环形薄板与所述环形沟槽接合以形成迷宫式密封。

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