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用于高爐的外燃式熱風(fēng)爐的連接結(jié)構(gòu)的制作方法

文檔序號:3392472閱讀:243來源:國知局
專利名稱:用于高爐的外燃式熱風(fēng)爐的連接結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及到對作為高爐附屬設(shè)備而設(shè)置的外燃式熱風(fēng)爐連接結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。具體地說,涉及到獨立配備的由塔體形成的燃燒室和蓄熱室但不用伸縮接頭的外燃式熱風(fēng)爐的拱頂連接件安裝機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
向高爐中穩(wěn)定供給高溫?zé)犸L(fēng)的接風(fēng)爐的構(gòu)成包括有燃燒室和蓄熱室,燃燒室和蓄熱室同在一起的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐與燃燒室和蓄熱室相分離的外燃式熱風(fēng)爐有很大區(qū)別。
近年來,隨著高爐的大型化,較多地采用了外燃式熱風(fēng)爐。
這種外燃式熱風(fēng)爐由導(dǎo)引高爐氣與焦炭爐氣等進(jìn)行燃燒的燃燒室以及蓄聚其熱量的蓄熱室相分離而構(gòu)成,并在爐頂部的拱頂連接部將燃燒室與蓄熱室相連接,以供給所蓄聚的熱量及熱風(fēng)。
作為一種先有的連接爐頂部拱頂?shù)姆椒?,已知存在有用帶有伸縮接頭的直管來連接蓄熱室拱頂及燃燒室拱頂各側(cè)壁部分的所謂考伯斯式的方法,這種方法在特開昭50-104707號公報以及特開昭53-131906號公報、實開昭55-4285號公報中均已說明。
圖9顯示了考伯斯式熱風(fēng)爐12的結(jié)構(gòu)。蓄熱室1是獨立式的,燃燒室2支承在支架3上。用帶有伸縮接頭5的拱頂連接管4將蓄熱室1的拱頂9與燃燒室2的拱頂10連接起來,由于伸縮部分處因送風(fēng)時的風(fēng)壓而受到約1000噸的軸向推力的作用,所以要設(shè)置能承受內(nèi)部推力的拱頂?shù)沫h(huán)形加強(qiáng)件6和拉梁7,以防止伸縮接頭5朝蓄熱室拱頂9及燃燒室拱頂10兩方向擴(kuò)張。圖中的數(shù)字8是連接蓄熱室1及燃燒室2的連接構(gòu)架。
這樣構(gòu)成的熱風(fēng)爐如前所述,由于受到約1000噸的軸向推力而使拉梁7延伸,同時伸縮接頭5因操作開始受送風(fēng)時風(fēng)壓的影響而擴(kuò)張,且又在燃燒時因風(fēng)壓減小而收縮,此種現(xiàn)象會在較長時間(通常為10-15年)內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)。
于是,在作為伸縮接頭5的內(nèi)部襯里的耐火磚上會產(chǎn)生龜裂、不久將會形成空洞,熱風(fēng)吹到伸縮接頭5的板片上而發(fā)生赤熱化等問題。
同時,在維修工作中,不得不長時間地停止熱風(fēng)爐的運(yùn)轉(zhuǎn),使熱風(fēng)爐冷卻以更換伸縮接頭5,這時,必須憑借三臺爐基來操作通常有四臺爐基的熱風(fēng)爐,存在有使高爐的操作降低、修理時間長與增加費(fèi)用等大問題。
此外,還需要經(jīng)常排出伸縮接頭5內(nèi)底部的積水,而從維護(hù)觀點出發(fā),也需使熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)簡單與輕量化。
為了解決上述問題,目前考慮不用伸縮接頭5而采用只借拱頂連接管4的剛性來吸收熱膨脹的結(jié)構(gòu)。圖10顯示了不用伸縮接頭5而用拱頂連接管4的熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)。在這種情況下,用拱頂連接管4把蓄熱室1的拱頂9與燃燒室2的拱頂10直接連接起來,不言而喻,由于環(huán)形加強(qiáng)件6與拉梁7均不復(fù)存在,因而能夠減輕圖9所示的伸縮接頭5的重量。
如圖10所示,在拱頂連接管4上沒有伸縮接頭5的情況下,鐵皮沿水平方向的熱膨脹不會引起蓄熱室1及燃燒室2兩者的變形,而且也不存在應(yīng)力方面的問題。但是,在構(gòu)造具有獨立式的蓄熱室1且以支架3來承載著燃燒室2的那種結(jié)構(gòu)的熱風(fēng)爐的情況下,用拱頂連接管4將蓄熱室1的拱頂9與燃燒室2的拱頂10連接起來之后,由于要堆砌燃燒室2的爐磚,支架3便會因爐磚的重量而彎曲,致燃燒室2相對于蓄熱室1的高度下降。
此外,由于要解決應(yīng)力作用裂紋而對鐵皮進(jìn)行了保溫(保溫處的鐵皮溫度為200℃)的影響,以及因熱風(fēng)爐運(yùn)轉(zhuǎn)時的送風(fēng)風(fēng)壓的應(yīng)力和因燃燒·送風(fēng)的轉(zhuǎn)換而使得蓄熱室1和燃燒室2在高度方向上發(fā)生變動,結(jié)果使得盡管圖11(a)所示的蓄熱室拱頂9一側(cè)內(nèi)的拱頂連接管4的底部(A部)不會有大的變形,但圖11(b)所示的燃燒室拱頂10中的拱頂連結(jié)管4的底部(B部)卻因產(chǎn)生較大的應(yīng)力而有很大的變形,這已由有限元法(FEM)予以判明。為此,有必要大大地強(qiáng)化燃燒室底部的接合處11,而這在最壞的情況下是不能達(dá)到所期望的沒有連接管的伸縮接頭那種目的的。
本發(fā)明的目的在于提供一種用有限元法(FEM)求得拱頂連接管的管徑與蓄熱室拱頂直徑和燃燒室拱頂直徑之間的最佳比例、抑制局部產(chǎn)生的拱頂連接管的底部應(yīng)力、不使用伸縮接頭而具有最佳結(jié)構(gòu)的長壽命外燃式熱風(fēng)爐的連接結(jié)構(gòu)。
為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明的外燃式熱風(fēng)爐的連接結(jié)構(gòu)的特征在于在不使用伸縮接頭而用拱頂連接管來直接連接蓄熱室拱頂?shù)膫?cè)壁與燃燒室拱頂?shù)膫?cè)壁的外燃式熱風(fēng)爐的連接結(jié)構(gòu)中,拱頂連接管的管徑(RD)與蓄熱室拱頂直徑(TD)之比(RD/TD)的范圍為0.24≤(RD/TD)≤0.60,另外,拱頂連接管的管徑(RD)與燃燒室拱頂直徑(ND)之比(RD/ND)的范圍為0.44≤(RD/ND)≤0.80。
此外,在這種外燃式熱風(fēng)爐的連接結(jié)構(gòu)中,對蓄熱室拱頂9正下方的垂直體28與燃燒室拱頂10正下方的垂直體29,沿它們的周圍各自設(shè)置有加強(qiáng)環(huán)21,這兩個加強(qiáng)環(huán)21中的一個上一端固定的連接梁22的另一端與上述另一個加強(qiáng)環(huán)21相連,可以在一定范圍內(nèi)自由滑動。至于其它裝置,將在本發(fā)明的說明書及權(quán)利要求中予以說明。
圖1是顯示本發(fā)明的一個實施例的正面圖;
圖2是說明本發(fā)明構(gòu)成部件的圖;
圖3是說明拱頂連接管直徑(RD)對蓄熱室拱頂直徑(TD)之比(RD/TD)與對拱頂連接管底部接合處的位于蓄熱室一側(cè)鐵皮應(yīng)力來說是否要加固該接合處和有無氣體偏流的關(guān)系的線圖;
圖4是說明拱頂連接管直徑(RD)對燃燒室拱頂直徑(ND)之比(RD/ND)以及與對拱頂連接管底部接合處的位于燃燒室一側(cè)鐵皮應(yīng)力來說,是否要加固該接合處和有無氣體偏流的關(guān)系的線圖;
圖5是圖1中加強(qiáng)環(huán)與連接梁相組合部分的平面圖;
圖6是圖1中圓圈部分A的放大正面圖;
圖7是顯示本發(fā)明另一個實施例的正面圖;
圖8是圖7中圓圈部分B的放大剖面圖;
圖9是使用以往的伸縮接頭的用連接管將蓄熱室與燃燒室連接起來的先有外燃式熱風(fēng)爐的側(cè)面圖;
圖10是不使用以往的伸縮接頭的用連接管將蓄熱室與燃燒室直接連接起來的外燃式熱風(fēng)爐的側(cè)面圖;
圖11是說明處于先有連接管底部附近的蓄熱室鐵皮變形情況(圖11(a))與燃燒室鐵皮變形情況(圖11(b))的圖。
圖12是顯示圖9所示先有技術(shù)中應(yīng)力分布及應(yīng)力作用裂紋區(qū)域的圖。
本發(fā)明人曾就帶有伸縮接頭5的用拱頂連接管4的先有結(jié)構(gòu)以及沒有伸縮接頭5的直管來連接的本發(fā)明的結(jié)構(gòu),用多個應(yīng)變儀測量了運(yùn)轉(zhuǎn)開始時的應(yīng)力。結(jié)果是,在有伸縮接頭5的情況下,由于要重復(fù)進(jìn)行送風(fēng)和燃燒,拱頂9,10在它們的頂點之間反復(fù)作位移為2.3cm的動作,此時,很明顯,鐵皮的移動會對嵌在內(nèi)部的耐火磚產(chǎn)生不利的影響。與此相反,由于本發(fā)明的拱頂連接管4的管徑(RD)與蓄熱室的拱頂直徑(TD)之比以及與燃燒室的拱頂直徑(ND)之比在前述范圍內(nèi),所以,上述位移量會減小0.3cm,不用加強(qiáng)而能抑制連接管底部鐵皮在局部所產(chǎn)生的應(yīng)力,而且可確認(rèn)不會對嵌在內(nèi)部的耐火磚產(chǎn)生不利的影響。此外,在(RD/TD)不足0.44、(RD/ND)不足0.24的情況下,由于連接管徑(RD)變得過小,所以在熱風(fēng)爐燃燒及送風(fēng)時會產(chǎn)生爐內(nèi)氣體的偏流而不能進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而在(RD/TD)和(RD/ND)分別超過0.60和0.80時,連接管底部接合處的局部應(yīng)力會變大,于是又必須加強(qiáng)該接合處的鐵皮。為此,最重要的是使(RD/TD)及(RD/ND)的值處于前述范圍之內(nèi)。
此外,在本發(fā)明中,蓄熱室拱頂9正下方的垂直體28及燃燒室拱頂10正下方的垂直體29周圍均設(shè)置有加強(qiáng)環(huán)21,通過連接梁22連結(jié)兩加強(qiáng)環(huán)21,可以在一定范圍內(nèi)自由滑動,因此,在拱頂連接管4因送風(fēng)時的內(nèi)部壓力而作軸向延伸的情況下,連接梁22會在一定范圍的滑動之后停止。所以,不會對拱頂連接管4的內(nèi)嵌耐熱磚產(chǎn)生不利影響。
在拱頂連接管4破損或因內(nèi)部壓力而易于軸向延伸的情況下,上述加強(qiáng)環(huán)21和連接梁22特別有效。也就是說,通常情況下送風(fēng)時所產(chǎn)生的拱頂連接管4的軸向延伸由拱頂連接管4自身來對應(yīng),而在拱頂連接管4破損時,拱頂連接管4的延伸則靠連接梁22來對應(yīng)。因此,必須使加強(qiáng)環(huán)21和連接梁22具有能經(jīng)受送風(fēng)時內(nèi)部壓力的強(qiáng)度。
另外,在熱風(fēng)爐運(yùn)轉(zhuǎn)時,連接梁22的滑動量由于拱頂連接管4的鐵皮升溫而增加,因此有必要按前述范圍設(shè)定這種延伸位移量。
再者,由于在拱頂連接管4與蓄熱室拱頂9及燃燒室拱頂10的連接部分處設(shè)置有加強(qiáng)件23,因而能夠防止在沒有該加強(qiáng)件23的情況下所產(chǎn)生的在拱頂9、10鐵皮內(nèi)側(cè)的局部應(yīng)力作用裂紋。
還有,如前所述,在存在伸縮部分的情況下,該伸縮部分的軸向推力會對拉梁7產(chǎn)生作用,從而該推力也會對拱頂環(huán)形加強(qiáng)件6產(chǎn)生作用,圖12顯示了作用于拱頂鐵皮內(nèi)側(cè)的應(yīng)力分布。從圖12可知,壓應(yīng)力作用于拱頂連接管4與蓄熱室拱頂9及燃燒室拱頂10的連接部分,而拉應(yīng)力則作用于其它部分。于是,在拉應(yīng)力最大的部分處會產(chǎn)生局部應(yīng)力作用裂紋。
在本發(fā)明中,由于在產(chǎn)生壓應(yīng)力的拱頂連接管4與拱頂9、10連接部分處設(shè)置了加強(qiáng)件23,因而能分散該壓應(yīng)力,可以避免應(yīng)力作用裂紋。
以下將依照


本發(fā)明的實施例。
圖1是說明本發(fā)明的整個熱風(fēng)爐的正面圖;
圖2是說明本發(fā)明構(gòu)成部件的說明圖。
如圖2所示,在本發(fā)明的不用伸縮接頭5而用拱頂連接管4將蓄熱室1的拱頂9及燃燒室2的拱頂10的兩側(cè)壁直接連接起來的外燃式熱風(fēng)爐12中,由于拱頂連接管4的管徑(RD)與蓄熱室1的拱頂直徑(TD)之比(RD/TD)的范圍為0.24≤(RD/TD)≤0.60,拱頂連接管4的管徑(RD)與燃燒室2的拱頂直徑(ND)之比(RD/ND)的范圍為0.44≤(RD/ND)≤0.80,因而能夠抑制在拱頂連接管4底部A與B處,特別在朝向燃燒室2一側(cè)的拱頂10的底部B處所產(chǎn)生的應(yīng)力。
圖3中說明了拱頂連接管的直徑(RD)對蓄熱室拱頂直徑(TD)之比(RD/TD)與相對拱頂連接管底部的位于蓄熱室一側(cè)的鐵皮應(yīng)力來說是否要加固接合處11和有無氣體偏流的關(guān)系。如圖3所示,如果比值(RD/TD)在0.24至0.60的范圍內(nèi),那么,即使不加固拱頂連接管底部的接合處11的鐵皮,也能防止鐵皮龜裂等問題。同時也能防止熱風(fēng)爐燃燒及通風(fēng)時的氣體偏流。此外,如圖3所示,當(dāng)比值(RD/TD)為0.24時,鐵皮應(yīng)力為500Kg/cm2,而當(dāng)比值(RD/TD)為0.60時,鐵皮應(yīng)力為1687Kg/cm2。
在比值(RD/TD)不足0.24的情況下,鐵皮應(yīng)力會減小,但是由于會產(chǎn)生氣體偏流因而會導(dǎo)致熱風(fēng)爐運(yùn)轉(zhuǎn)方面的故障。相反,當(dāng)比例(RD/TD)超過0.60時,鐵皮應(yīng)力會變大,所以就有必要加固拱頂連接管底部接合處11的鐵皮。由此可知應(yīng)使比值(RD/TD)保持在0.24至0.60的范圍內(nèi)。
圖4說明了拱頂連接管直徑(RD)對燃燒室拱頂直徑(ND)之比(RD/ND)與對拱頂連接管底部燃燒室一側(cè)鐵皮應(yīng)力來說是否要加固接合處11和有無氣體偏流的關(guān)系。如圖4所示,比值(RD/ND)在0.44至0.80范圍內(nèi),因而即使不加固拱頂連接管底部接合處11的鐵皮,也能防止鐵皮龜裂等問題,同時也能防止熱風(fēng)爐燃燒及通風(fēng)時的氣體偏流。這時,如圖4所示,當(dāng)比值(RD/ND)為0.44時,鐵皮應(yīng)力為500Kg/cm2,而當(dāng)比值(RD/ND)為0.80時,鐵皮應(yīng)力則為1687Kg/cm2。
在比值(RD/ND)不足0.44的情況下,鐵皮應(yīng)力會減小,但由于會產(chǎn)生氣體偏流因而會導(dǎo)致熱風(fēng)爐運(yùn)轉(zhuǎn)方面的故障。相反,當(dāng)比值(RD/ND)超過0.80時,鐵皮應(yīng)力會變大,所以就有必要加固拱頂連接管底部接合處11的鐵皮。為此,最要緊的是要使比值(RD/ND)保持在0.44至0.80的范圍內(nèi)。
另外,能同時滿足0.24≤(RD/TD)≤0.60以及0.44≤(RD/ND)≤0.80的拱頂連接管的直徑(RD)當(dāng)然是最理想的。另外,本發(fā)明也適用于外燃式熱風(fēng)爐的燃燒室2不安裝在支架3上而為獨立式的熱風(fēng)爐。
在圖1,圖5、6、7及8中示明了本發(fā)明一實施例,在該實施例中,用具有直管結(jié)構(gòu)的拱頂連接管4將蓄熱室拱頂9與燃燒室拱頂10連接起來,同時,在蓄熱室拱9正下方的垂直體28及燃燒室拱頂10正下方的垂直體29的周圍分別設(shè)置有加強(qiáng)環(huán)21,并用連接梁22將這兩個加強(qiáng)環(huán)21連接起來。
連接梁22的一端固定于設(shè)置在燃燒室拱頂9正下方的垂直體29周圍的加強(qiáng)環(huán)21上,另一端則以在一定范圍內(nèi)自由滑動的方式與設(shè)置在蓄熱室拱頂9正下方的垂直體28周圍的加強(qiáng)環(huán)21相連接。
在連接梁22的上述另一端處設(shè)置有凸出部24,而在蓄熱室拱頂9正下方的垂直體28的加強(qiáng)環(huán)21上則設(shè)置有與該凸出部24相配合的止動件25(參見圖6)。這樣,若拱頂連接管4破損,由于存在送風(fēng)時的內(nèi)部壓力,因此在拱頂連接管4延伸到大于一定量的情況下,該凸出部24會與止動件25相配合,從而避免了拱頂連接管4內(nèi)側(cè)的耐熱磚破損。
通常狀態(tài)下,可以在凸出部24及止動件25之間形成游隙空間,設(shè)定出大于拱頂連接管4的熱膨脹量及因送風(fēng)風(fēng)壓而有的延伸量的間隙。
圖7及圖8示明了本發(fā)明的另一實施例。
在該實施例中,在拱頂連接管4與蓄熱室拱頂9和燃燒室10的連接部分處設(shè)置有加強(qiáng)件23。加強(qiáng)件23包括有焊接在拱頂9、10外面的附加復(fù)合加強(qiáng)板26以及以焊接方式連接該復(fù)合加強(qiáng)板26和拱頂連接管4外面的筋板27。
上述加強(qiáng)件23的作用是分散對蓄熱室拱頂9及燃燒室拱頂10的應(yīng)力,并能事先防止因應(yīng)力峰值集中而產(chǎn)生應(yīng)力作用裂紋。
另外,由于本發(fā)明的加強(qiáng)件23包括圖8所示的復(fù)合加強(qiáng)板26及筋板27而形成,所以,只要能夠很好地分散應(yīng)力,并不限定它們的形狀。
依照如前所述的本發(fā)明,在不用伸縮接頭而用連接管將蓄熱室拱頂?shù)膫?cè)壁與燃燒室拱頂?shù)膫?cè)壁連接起來的外燃式熱風(fēng)爐中,可以減少產(chǎn)生在連接管底部的鐵皮應(yīng)力,同時還能防止熱風(fēng)爐燃燒及通風(fēng)時爐內(nèi)的氣體偏流。因此,能避免因外燃式熱風(fēng)爐鐵皮應(yīng)力增大而帶來的問題,從而該外燃式熱風(fēng)爐能長期穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。
由于在拱頂連接管中不再使用伸縮接頭而是使用了鐵皮位移量小的直管結(jié)構(gòu),所以能夠防止先有技術(shù)中伴隨拱頂連接管作大量位移而產(chǎn)生的耐熱磚等受損的現(xiàn)象,因此能提高熱風(fēng)爐的壽命。
此外,由于用能在一定范圍內(nèi)滑動的連接梁將蓄熱室拱頂與燃燒室拱頂連接起來,能防止拱頂連接管損傷時拱頂連接管的延伸,有利于延長壽命。
另外,因設(shè)置有拱頂連接管和蓄熱室及燃燒室拱頂?shù)倪B接部分上的加強(qiáng)件,所以能分散加強(qiáng)環(huán)的應(yīng)力而防止拱頂或加強(qiáng)環(huán)處所產(chǎn)生的應(yīng)力作用裂紋。
權(quán)利要求
1.一種用于高爐的外燃式熱風(fēng)爐的連接結(jié)構(gòu),在這種不用伸縮接頭而用拱頂連接管直接將蓄熱室拱頂與燃燒室拱頂?shù)膫?cè)壁連接起來的外燃式熱風(fēng)爐中,拱頂連接管的管徑(RD)與蓄熱室拱頂直徑(TD)之比(RD/TD)的范圍為0.24≤(RD/TD)≤0.60,另外,拱頂連接管徑(RD)與燃燒室拱頂直徑(ND)之比(RD/ND)的范圍為0.44≤(RD/ND)≤0.80。
2.如權(quán)利要求1所述的用于高爐的外燃式熱風(fēng)爐的連接結(jié)構(gòu),其特征在于,在蓄熱室拱頂正下方的垂直體以及在燃燒室拱頂正下方的垂直體的周圍分別設(shè)置有加強(qiáng)環(huán),這兩個加強(qiáng)環(huán)中的一個上一端固定的連接梁的另一端與上述另一個加固環(huán)相連,可在一定范圍內(nèi)自由滑動。
3.如權(quán)利要求2所述的用于高爐的外燃式熱風(fēng)爐的連接結(jié)構(gòu),其特征在于,在拱頂連接管與蓄熱室拱頂及燃燒室拱頂?shù)倪B接部分處設(shè)置有加強(qiáng)部件。
全文摘要
一種用于高爐的外燃式熱風(fēng)爐的連接結(jié)構(gòu),其特征在于,在這種不用伸縮接頭而用拱頂連接管直接將蓄熱室拱頂與燃燒室拱頂?shù)膫?cè)壁連接起來的外燃式熱內(nèi)爐中,拱頂連接管的管徑(RD)與蓄熱室拱頂直徑(TD)之比(RD/TD)的范圍為0.24≤(RD/TD)≤0.60,另外,拱頂連接管的管徑(RD)與燃燒室拱頂直徑(ND)之比(RD/ND)的范圍為0.44≤(RD/ND)≤0.80。
文檔編號C21B9/04GK1101946SQ94106470
公開日1995年4月26日 申請日期1994年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月23日
發(fā)明者藤田昌男, 小野力生, 森本照明, 金谷弘, 金綱照夫, 秋本榮治 申請人:川崎制鐵株式會社
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