01
高炉本体钢结构
高炉本体钢结构的主要作用是 承受炉顶荷载、将炉身荷载传递到路基并且对炉壳进行密封的作用 。高炉本体钢结构主要有以下几种形式:
1)自力式(图1a)
炉顶全部荷载均由炉壳承受,炉体周围 没有框架和支柱 ,平台走梯也支承在炉壳上,并通过炉壳传递到基础上。
其特点是 :结构简单,操作方便,节约钢材,炉前宽敞便于更换风口和炉前操作。
为减小热应力,炉壳转折点应尽量少,折点部位应尽可能平缓过渡;高炉生产过程中应加强炉壳冷却,特别是炉龄末期炉壳可能变形,需要增设外部喷水冷却;另外,高炉大修时炉顶设备需要另设支架。
过去中小型高炉多采用这种结构。
2)炉缸支柱式(图1b)
炉顶荷载及炉身荷载由炉身外壳通过 炉缸支柱 传到基础上。
其特点是 :节省钢材,但风口平台拥挤,炉前操作不方便,并且大修时更换炉壳不方便。
高炉生产过程中应注意炉身部位的冷却,特别是炉龄后期,由于受热和承重炉壳有可能变形,这将影响装料设备的准确性。
过去255m3以下高炉多采用这种结构。
3)炉缸炉身支柱式(图1c)
炉顶装料设备和煤气导出管、上升管等的重量 经过炉身炉壳传递到炉腰托圈 ,炉顶框架、大小钟荷载则 通过炉身支柱传递到炉腰托圈 , 然后再通过炉缸支柱传递到 基础上 。煤气上升管和炉顶平台分别设有座圈和托座,大修更换炉壳时,炉顶煤气导出管和装料设备等荷载 作用在 平台上 。
这种结构降低了炉壳的负荷,安全可靠。但耗费钢材较多、投资高,因此只适用于大型高炉。
我国五六十年代所建高炉多采用这种结构。
4)炉体框架式(图1d)
近年来我国新建大型高炉多采用这种结构。
其特点是 :由四根支柱连接成框架,而框架是一个与高炉本体不相连的独立结构。
框架下部固定在高炉基础上,顶端则支撑在炉顶平台。因此炉顶框架的重量、煤气上升管的重量、各层平台及水管重量, 完全由大框架直接传给基础 。 只有装料设备重量经炉壳传给基础 。
这种结构由于取消了炉缸支柱,框架离开高炉一定距离,所以风口平台宽敞,炉前操作方便,还有利于大修时高炉扩容的扩大。
a b c d
图1 高炉本体钢结构
02
炉壳
炉壳是高炉的外壳 ,里面有冷却设备和炉衬,顶部有装料设备和煤气上升管,下部坐落在高炉基础上, 是不等截面的圆筒体 。
炉壳的主要作用 是固定冷却设备、保证高炉砌砖的牢固性、承受炉内压力和起到炉体密封作用,有的还要承受炉顶荷载和起到冷却内衬作用(外部喷水冷却时)。 因此,炉壳必须具有一定的强度。
炉壳外形与炉衬和冷却设备配置要相适应 。存在着转折点,转折点减弱炉壳的强度。由于固定冷却设备,炉壳具有开孔。炉壳转折点和开孔应避开在同一截面。炉缸下部转折点应在铁口框以下100mm以上,炉腹折点应在风口大套法兰边缘以上大于100mm处,炉壳开口处需补焊加强板。
炉壳厚度应与工作条件相适应 ,各部位厚度可由下式计算: δ=kD ,δ—计算部位炉壳厚度;D—计算部位炉壳外弦带直径(对圆锥壳体采用较大端直径);k—系数,mm/m。高炉下部钢壳较厚,是因为这个部位经常受高温的作用,以及安装铁口和风口,开孔较多的缘故。
03
炉体框架
炉体框架由四根支柱组成 ,上至炉顶平台,下至高炉基础,与高炉中心成对称布置,在风口平台以上部分采用钢结构,有“工”字断面,也有圆形断面,圆筒内灌以混凝土。
风口平台以下部分可以是钢结构,也可以采用钢筋混凝土结构。
一般情况下应保证支柱与热风围管有250mm间距。
04
壳体、进出口封头及分布板
高炉基础是高炉下部的承重结构,其作用是将高炉全部荷载均匀地传递到地基 。高炉基础由埋在地下的 基座部分 和地面上的 基墩部分 组成,如图2所示。
1—冷却壁;2—水冷管;3-耐火砖;4—炉底砖;5—耐热混凝土基墩;6—钢筋混凝土基座
图2 高炉基础
1)高炉基础的荷载
高炉基础承受的荷载有: 静荷载、动荷载、温度应力的作用 ,其中 温度造成的热应力作用最危险 。
髙炉基础承受的 静荷载 包括高炉内部的炉料重量、渣、铁液重量、炉体本身的砌砖重量、金属结构重量、冷却设备及冷却水重量、炉顶设备重量等,另外还有炉下建筑物、斜桥、装料卷扬机等分布在炉身周围的设备重量。
从力的作用情况来看,前者是对称的,作用在炉基上,后者则常常是不对称的,是引起力矩的因素,可能产生不均匀下沉。
动荷载 是指高炉非正常生产如崩料、坐料时加给高炉基础的额外荷载。 动荷载是相当大的,检测鉴定时必须考虑 。
炉缸中贮存着高温的铁液和渣液,炉基处于一定的温度下。由于高炉基础内温度分布不均匀,一般是里高外低,上高下低,这就在高炉基础内部产生了 热应力 。
2)对高炉基础的要求
1 高炉基础应把高炉全部荷载均匀地传递给地基,不允许发生沉陷和不均匀的沉陷 。髙炉基础下沉会引起髙炉钢结构变形,管路破裂。不均匀下沉将引起高炉倾斜,破坏炉顶正常布料,严重时不能正常生产。
2 具有一定的耐热能力 。一般混凝土只能在150℃以下工作,250℃便有开裂,400℃时失去强度,钢筋混凝土700℃时失去强度。过去由于没有耐热混凝土基墩和炉底冷却设施,炉底破损到一定程度后,常引起基础破坏,甚至爆炸。釆用 水冷炉底及耐热基墩 后,可以保证高炉基础很好地工作。
3 高炉基础一般应建在地基允许承压能力大于0.2MPa的土质上 ,如果S过小,基础面积将过大,厚度也要增加,使得基础结构过于庞大,故对于S<0.2MPa的地基应加以处理,视土层厚度,处理方法有夯实垫层、打桩、沉箱等。
05
结语
高炉作为高温高压反应器,高炉钢构件通常处于恶劣的生产环境;高炉又是庞大的竖炉,设备层层叠叠,运行期间高炉钢结构常常存在各种设备安装、更换,大型设备的进出、吊运、临时停放的可能。
随着服役时间增长,我国早期建设的高炉已逐渐步入暮年,安全风险逐年增大、生产效能不断减低,在生产和改造检修过程中尤应注意结构的安全。
下篇小编将就一个高炉炉壳原位中间带更换方案研究项目,介绍检测鉴定在既有高炉钢结构安全生产中发挥的作用。
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钢结构工程
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