專利名稱：大型高爐熱風(fēng)管道溫度變形補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及大型高爐熱風(fēng)管道溫度變形補(bǔ)償裝置。
大型高爐的熱風(fēng)管道是從熱風(fēng)爐向高爐鼓吹高溫?zé)犸L(fēng)的一段管道，包括支管、圍管、總管。熱風(fēng)管道在正常工作狀態(tài)下，管道自身將產(chǎn)生溫度變形，常引起熱風(fēng)總管與熱風(fēng)爐的熱風(fēng)出口處局部應(yīng)力和應(yīng)變集中而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞。熱風(fēng)總管的溫度變形還反饋到直接向高爐送風(fēng)的熱風(fēng)圍管，再加上熱風(fēng)圍管自身還會產(chǎn)生溫度變形，這樣就導(dǎo)致懸掛支承的熱風(fēng)圍管整體位移或偏轉(zhuǎn)高爐中心線，造成風(fēng)口直吹管長度規(guī)格差異，風(fēng)口嚴(yán)重漏風(fēng)及早損，并產(chǎn)生高分貝的噪音、污染環(huán)境和浪費(fèi)能源的高爐“通病”。
為解決這些問題，需要對熱風(fēng)管道的溫度變形進(jìn)行補(bǔ)償。新日本制鐵株式會社設(shè)計(jì)了“全拉桿”型補(bǔ)償裝置，在國內(nèi)首先是用在寶鋼一號高爐上。該裝置為全焊接鋼結(jié)構(gòu)，主要由熱風(fēng)管道、金屬波紋管膨脹節(jié)、拉緊裝置及配套的管道支座四大部分組成，其中拉緊裝置由長拉桿及其與熱風(fēng)總管間的緊固聯(lián)結(jié)附件組成。在熱風(fēng)總管中，沿縱向間隔設(shè)置5個(gè)通用型金屬波紋管膨脹節(jié)，六根具有足夠剛度、并使用螺栓接手分段接長的大直徑圓鋼拉桿，通過沿總管鋼殼外壁間隔設(shè)置的緊固聯(lián)接附件將總管全部拉固；總管縱向每間隔7米及在每個(gè)膨脹節(jié)的兩端設(shè)置單向滾動(dòng)支座，由鋼平臺的框架橫梁及鋼支架結(jié)構(gòu)支承。在四根支管上均設(shè)有復(fù)式拉桿型膨脹節(jié)，還設(shè)有為檢修熱風(fēng)閥門使用的千斤頂支托和拉桿組成的更換裝置；每根支管由二個(gè)單向滾動(dòng)支座支承。熱風(fēng)圍管采用雙層水平剛性拉桿分別與四根爐體框架柱對稱拉結(jié)固定。
在該裝置上，大通徑長距離的總管由于被通用型膨脹節(jié)多處分割切斷，總管內(nèi)強(qiáng)大的縱向內(nèi)壓推力全由長拉桿承擔(dān)，長拉桿需要與總管等長，還需要設(shè)置許多緊固聯(lián)接附件，因此該裝置沒有充分利用總管自身的材料強(qiáng)度，在結(jié)構(gòu)傳力和受力方面不甚合理，構(gòu)件種類繁雜；此外這種“全拉桿”型補(bǔ)償裝置只能補(bǔ)償拉桿系統(tǒng)范圍內(nèi)的管道變形增量，對熱風(fēng)圍管沿其半徑方向均勻擴(kuò)大的溫度變形增量及總管與圍管交接三通部位的變形，不僅無法補(bǔ)償，而且這些變形會受到斜向段總管的阻礙，以致圍管與高爐中心線不能重合。利用雙層剛性水平拉桿強(qiáng)制性對中，就會在爐體框架和圍管結(jié)構(gòu)中引發(fā)次生變形和次應(yīng)力；或者導(dǎo)致熱風(fēng)總管的所有滾動(dòng)支座都往其盲板端方向產(chǎn)生附加位移，這與整個(gè)熱風(fēng)管道的補(bǔ)償方式不相協(xié)調(diào)。
另外，大型高爐的風(fēng)口標(biāo)高與熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口標(biāo)高不相同時(shí)，工藝布置通常將熱風(fēng)總管在平面內(nèi)和平面外都設(shè)計(jì)有拐點(diǎn)走向；為消除在拐點(diǎn)處長拉桿對管道徑向傳力的有害影響，現(xiàn)有技術(shù)的拉緊裝置必須在每個(gè)拐點(diǎn)處切斷，重新錨固，并按各自獨(dú)立分段系統(tǒng)設(shè)置膨脹節(jié)、拉桿及緊固聯(lián)結(jié)附件，包括相應(yīng)的管道支座，不僅設(shè)計(jì)復(fù)雜，還進(jìn)一步導(dǎo)致構(gòu)件種類繁多，增加投資。
本實(shí)用新型的目的是提供一種適合國內(nèi)大型高爐技術(shù)裝備水平和工藝布置的熱風(fēng)管道溫度變形補(bǔ)償裝置，它能完全取消總管上設(shè)置的長拉桿及緊固聯(lián)結(jié)附件，受力合理，補(bǔ)償協(xié)調(diào)，并具備更好的適用性和可靠度。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該裝置主要包括熱風(fēng)總管、熱風(fēng)圍管、熱風(fēng)支管等部件；熱風(fēng)總管分斜直段和長直段；每根熱風(fēng)支管中部均設(shè)有一個(gè)萬向型膨脹節(jié)和熱風(fēng)閥門；熱風(fēng)圍管通過雙層水平拉桿分別與四根爐體框架柱對稱拉結(jié)固定，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是在總管長直段與斜直段相交的拐點(diǎn)處設(shè)有彎管壓力平衡型膨脹節(jié)，其中部由一個(gè)雙向滾動(dòng)支座支承；長直段總管中部設(shè)有一個(gè)單式拉桿型膨脹節(jié)，其兩端各設(shè)一個(gè)次固定支座，在長直段總管位于次固定支座兩邊間隔對稱地設(shè)有數(shù)個(gè)單向滾動(dòng)支座；斜直段總管上還間隔設(shè)有數(shù)個(gè)導(dǎo)向支架。
通過單向滾動(dòng)支座和次固定支座的組合對稱排列，使長直段總管中部形成一個(gè)中性點(diǎn)，長直段總管的變形就以中性點(diǎn)一分為二，左半段允許向盲板端變形，不加限制；右半段則以軸向和橫向的位移分量由彎管壓力平衡型膨脹節(jié)吸收。斜直段總管軸向及圍管沿半徑方向的增量變形也由彎管壓力平衡型膨脹節(jié)補(bǔ)償。當(dāng)工藝設(shè)計(jì)在斜直段總管平面內(nèi)出現(xiàn)多拐點(diǎn)或平面外出現(xiàn)局部上升或下降管段時(shí)，彎管壓力平衡型膨脹節(jié)仍完全適用。
在熱風(fēng)支管的熱風(fēng)閥門兩端各設(shè)一個(gè)雙向滾動(dòng)支座，可適應(yīng)支管的雙向位移；在拉結(jié)固定熱風(fēng)圍管的水平拉桿兩端各設(shè)一個(gè)抗震消能軸銷，它具有制晃消能的功能，能合理傳遞和承受熱風(fēng)圍管的地震水平力。此外，所有膨脹節(jié)在安裝時(shí)進(jìn)行二向予冷緊，予冷緊方向與熱風(fēng)管道的變形方向相反。
本實(shí)用新型針對熱風(fēng)管道溫度變形引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞和高爐“通病”，采用彎管壓力平衡、單式拉桿型膨脹節(jié)結(jié)合熱風(fēng)管道自身而構(gòu)成的補(bǔ)償裝置分而治之。通過采用組合配套的管道支座使長直段總管的變形一分為二，補(bǔ)償量絕對值成倍減小。在膨脹節(jié)安裝階段實(shí)施二向予冷緊的予補(bǔ)償手段，使熱風(fēng)管道按照本實(shí)用新型設(shè)計(jì)與控制的方式和方向去變形，并在適當(dāng)?shù)牟课辉O(shè)置可與各管道變形及管道內(nèi)襯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定相協(xié)調(diào)的膨脹節(jié)予以吸收，所以補(bǔ)償裝置功能合理。由于裝置中的熱風(fēng)總管是連續(xù)的，可承受結(jié)構(gòu)自重，又直接傳遞內(nèi)壓推力，所以可完全取消現(xiàn)有技術(shù)裝置中沿總管全長設(shè)置的長拉桿及繁雜的緊固聯(lián)結(jié)附件，不僅充分利用了大通徑總管自身的材料強(qiáng)度，節(jié)省大量鋼材，也使其構(gòu)造簡潔，施工方便，結(jié)構(gòu)受力和傳力路徑短捷。又由于總管拐點(diǎn)處設(shè)置的彎管壓力平衡型膨脹節(jié)可一身二任，不僅對管道軸向和橫向的變形都能夠有效補(bǔ)償，還能適應(yīng)斜直段總管的多拐點(diǎn)走向，解決了現(xiàn)有技術(shù)中總管與圍管之間補(bǔ)償方式不相協(xié)調(diào)的矛盾，提高補(bǔ)償裝置的適用性和可靠度。此外，在熱風(fēng)圍管雙層水平拉桿的兩端設(shè)有抗震消能軸銷，使圍管結(jié)構(gòu)具有制晃功能，從合理構(gòu)造上滿足抗震設(shè)防要求。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。


圖1為本實(shí)用新型熱風(fēng)管道溫度變形補(bǔ)償裝置第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)平面簡圖。
圖2是
圖1所示的熱風(fēng)管道溫度變形補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平面示意圖。
圖3為
圖1所示的彎管壓力平衡型膨脹節(jié)構(gòu)造示意圖。
圖4為
圖1所示的總管次固定支座構(gòu)造圖。
圖5為
圖1所示的支管用雙向滾動(dòng)支座構(gòu)造圖。
圖6為
圖1所示的圍管水平拉桿抗震消能節(jié)點(diǎn)示意圖。
圖7為圖6所示的抗震消能軸銷詳圖。
圖8為本實(shí)用新型補(bǔ)償裝置的第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)平面布置簡圖。
圖9為圖8所示的實(shí)施例2的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償平面示意圖由
圖1可知本實(shí)用新型補(bǔ)償裝置主要包括熱風(fēng)管道、金屬波紋膨脹節(jié)和相配套的管道支座組成。熱風(fēng)總管1分為長直段和斜直段，其相交的拐點(diǎn)處設(shè)置彎管壓力平衡型膨脹節(jié)2，中部由一個(gè)雙向滾動(dòng)支座14支承；并在斜直段總管間隔地設(shè)有數(shù)個(gè)導(dǎo)向支架5；總管長直段中部設(shè)有一個(gè)單式拉桿型膨脹節(jié)3，其兩端各設(shè)一個(gè)次固定支座10支承；位于次固定支座10兩邊間隔對稱地設(shè)有數(shù)個(gè)單向滾動(dòng)支座9。通過單向滾動(dòng)支座9和次固定支座10的組合對稱排列，使長直段總管中部形成一個(gè)中性點(diǎn)，其變形就以中性點(diǎn)一分為二。與熱風(fēng)總管1相連的熱風(fēng)圍管8采用雙層水平拉桿6分別與四根爐體框架柱7對稱拉結(jié)固定。混合室15、蓄熱室16和燃燒室17為新日鐵式熱風(fēng)爐。在熱風(fēng)爐與熱風(fēng)總管相連的熱風(fēng)支管12的中部均設(shè)一個(gè)萬向型膨脹節(jié)4和熱風(fēng)閥門13，熱風(fēng)閥門13兩端由雙向滾動(dòng)支座14支承。在該裝置中所有膨脹節(jié)與熱風(fēng)管道均采用箍法聯(lián)結(jié)，并在安裝時(shí)進(jìn)行二向予冷緊，予冷緊方向與熱風(fēng)管道的變形方向相反。
圖2為
圖1補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)補(bǔ)償示意圖，圖中虛線給出了熱風(fēng)總管1、熱風(fēng)支管12和熱風(fēng)圍管8在正常工作狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)位移。以虛線箭頭指出動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)姆绞胶头较?。單式拉桿型膨脹節(jié)3的作用是在長直段總管中部形成一個(gè)中性點(diǎn)及配合實(shí)施二向予冷緊。
彎管壓力平衡型膨脹節(jié)2構(gòu)造見圖3，主要由2段工作波紋管22和1段平衡波紋管19及彎管21、封頭板25、大拉桿29和端板25a組成。中間管23與2段工作波紋管22相連，接管20和彎管21形成三通管，封頭端管18與封頭板25焊接，小拉桿30用于對平衡波紋管19予冷緊及對工作波紋管予張拉，并在運(yùn)輸中予以固定用，在補(bǔ)償裝置啟動(dòng)運(yùn)行前拆除。在該補(bǔ)償裝置中，彎管壓力平衡型膨脹節(jié)2的大拉桿29的兩端設(shè)有圓頭螺母26，在中間板27的兩邊設(shè)置擋塊28，讓大拉桿29可以在其結(jié)點(diǎn)處轉(zhuǎn)動(dòng)并具有局部活動(dòng)間隙，使彎管壓力平衡型膨脹節(jié)2對于小的位移具有較大的敏感性，同時(shí)可使平衡波紋管19只承受軸向位移。彎管壓力平衡型膨脹節(jié)2以軸向補(bǔ)償為主，避免橫向補(bǔ)償過大導(dǎo)致管道內(nèi)襯破壞，并選擇合適的軸向剛度。安裝時(shí)，彎管壓力平衡型膨脹節(jié)2的工作波紋管22與斜直段總管相聯(lián)，其平衡波紋管19及封頭端管18位于斜直段總管的盲端。
總管的次固定支座10構(gòu)造圖見圖4，為粗糙摩擦滑動(dòng)加安裝螺栓支座。上管托底板33與下管托頂板34均采用紋高2mm的花紋鋼板制作，安裝螺栓36與橢園孔38配合，支承結(jié)構(gòu)鋼框架橫梁37與下管托32之間固接。在下管托頂板34兩端各設(shè)一個(gè)擋條35用于限制上管托的橫向位移。
圖5為支管用雙向滾動(dòng)支座14構(gòu)造圖，支管12的管托42落在鋼球40上，隔板41縱橫相焊，均勻分隔鋼球40，安裝螺栓39用于滾動(dòng)支座與支承結(jié)構(gòu)鋼梁的固定。
圖6為圍管8水平拉桿抗震消能節(jié)點(diǎn)示意圖，圍管8由吊桿及管托43吊掛于爐體框架梁下，用雙層次剛性拉桿6與爐體框架柱7拉接，拉桿6中部的可調(diào)螺母45用于圍管8與高爐中心線對中，水平拉桿6兩端設(shè)抗震消能軸銷44，其與雙層水平拉桿6，配合螺母45的調(diào)緊，可建立予應(yīng)力平面拉環(huán)結(jié)構(gòu)，具有制晃消能功能及合理傳遞和承受圍管8的地震水平力。
抗震消能軸銷詳圖見圖7，軸銷44采用塑性較好的低碳鋼材料制成雙層鋼管，軸心填充鋼絲蕊橡膠材料47。在內(nèi)層鋼管開縫48，或改變鋼管的壁厚來調(diào)整軸銷44的抗震消能功能。軸銷44的抗剪強(qiáng)度與圍管8傳遞的地震水平力最不利組合值相匹配。軸銷44安裝后由開口銷46固定防脫。
本實(shí)用新型補(bǔ)償裝置實(shí)施例2結(jié)構(gòu)平面布置見圖8，熱風(fēng)管道在走向布置上與
圖1略有區(qū)別，燃燒室17和蓄熱室16組成外燃式熱風(fēng)爐，熱風(fēng)閥13移至支管端部，僅用一個(gè)雙向滾動(dòng)支座14支承熱風(fēng)支管12。斜直段總管在平面外設(shè)有下降管段1a，彎管壓力平衡型膨脹節(jié)2仍設(shè)在拐點(diǎn)處并完全適用。其動(dòng)態(tài)補(bǔ)償示意圖見圖9。
本實(shí)用新型對于國內(nèi)現(xiàn)有采用改進(jìn)型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的1000m3級高爐熱風(fēng)管道也同樣適用，并可取得相同的技術(shù)效益。
綜上所述，本實(shí)用新型補(bǔ)償裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)是1、提供一種新的大型高爐熱風(fēng)管道溫度變形補(bǔ)償裝置，通過控制和調(diào)整熱風(fēng)管道的變形方向及補(bǔ)償方式，使裝置受力和傳力合理、短捷，解決了現(xiàn)有技術(shù)中總管與圍管之間補(bǔ)償方式不協(xié)調(diào)的矛盾。
2、完全取消總管設(shè)置的全長拉桿及其繁雜的緊固聯(lián)接附件，節(jié)省大量鋼材。
3、結(jié)構(gòu)形式簡單，制造方便，能適合總管的多拐點(diǎn)走向布置，提高了補(bǔ)償裝置系統(tǒng)工作可靠度和適用性。
4、在雙層水平拉桿的兩端設(shè)置抗震消能軸銷，能形成制晃消能功能，滿足圍管結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防及地震水平力的傳遞需要。
權(quán)利要求1.一種大型高爐熱風(fēng)管道溫度變形補(bǔ)償裝置，主要包括熱風(fēng)總管(1)、熱風(fēng)圍管(8)、熱風(fēng)支管(12)等部件；熱風(fēng)總管(1)分為斜直段和長直段；與長直段總管相連的熱風(fēng)支管(12)中部均設(shè)有一個(gè)萬向型膨脹節(jié)(4)和熱風(fēng)閥(13)；與斜直段總管相連的熱風(fēng)圍管(8)通過雙層水平拉桿(6)分別與爐體框架柱(7)對稱拉結(jié)固定，其特征在于在所述的熱風(fēng)總管(1)的長直段與斜直段相交的拐點(diǎn)處設(shè)有彎管壓力平衡型膨脹節(jié)(2)，其中部設(shè)有一個(gè)雙向滾動(dòng)支座(14)；長直段總管中部設(shè)有一個(gè)單式拉桿型膨脹節(jié)(3)，其兩端又各設(shè)一個(gè)次固定支座(10)；在長直段位于次固定支座(10)兩邊間隔對稱地設(shè)有數(shù)個(gè)單向滾動(dòng)支座(9)；在斜直段位于彎管壓力平衡型膨脹節(jié)(2)之外間隔地設(shè)有數(shù)個(gè)導(dǎo)向支架(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償裝置，其特征在于所述的熱風(fēng)總管(1)斜直段在工藝設(shè)計(jì)中出現(xiàn)多個(gè)拐點(diǎn)時(shí)或在其平面外出現(xiàn)局部上升或下降管段時(shí)，彎管壓力平衡型膨脹節(jié)(2)仍完全適用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償裝置，其特征在于在所述的熱風(fēng)支管(12)的熱風(fēng)閥(13)兩端各設(shè)一個(gè)雙向滾動(dòng)支座(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的補(bǔ)償裝置，其特征在于在所述的熱風(fēng)圍管(8)的水平拉桿(6)兩端各設(shè)一個(gè)抗震消能軸銷(44)，該軸銷(44)由塑性較好的低碳鋼材料制成雙層鋼管，軸心填充鋼絲橡膠材料(47)，并在內(nèi)層鋼管開縫(48)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的補(bǔ)償裝置，其特征在于所述的熱風(fēng)閥(13)位于熱風(fēng)支管(12)的端部，在萬向型膨脹節(jié)(4)和熱風(fēng)閥(13)之間設(shè)有一個(gè)雙向滾動(dòng)支座(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、3、5所述的補(bǔ)償裝置，其特征在于所述的雙向滾動(dòng)支座(14)由鋼球(40)和隔板(41)組成，隔板(41)縱橫相焊，均勻分隔鋼球(40)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的補(bǔ)償裝置，其特征在于所述的次固定支座(10)的上管托底板(33)與下管托頂板(34)均采用紋高2mm的花紋鋼板制作，通過安裝螺栓(36)與橢園孔(38)配合連接，在下管托頂板(34)兩端各設(shè)一個(gè)擋條(35)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的補(bǔ)償裝置，其特征在于所述的彎管壓力平衡型膨脹節(jié)(2)的大拉桿(29)兩端設(shè)有圓頭螺母(26)，在其中間板(27)的兩邊設(shè)置擋塊(28)、安裝時(shí)，彎管壓力平衡型膨脹節(jié)(2)的工作波紋管(22)與斜直段總管相聯(lián)，其平衡波紋管(19)及封頭端管(18)位于斜直段總管的盲端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、8所述的補(bǔ)償裝置，其特征在于所述的彎管壓力平衡型膨脹節(jié)(2)、單式拉桿型膨脹節(jié)(3)和萬向型膨脹節(jié)(4)在安裝時(shí)進(jìn)行二向予冷緊，予冷緊方向與熱風(fēng)管道的變形方向相反。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種大型高爐熱風(fēng)管道溫度變形補(bǔ)償裝置,其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是在熱風(fēng)總管長直段與斜直段相交處設(shè)置彎管壓力平衡型膨脹節(jié),中部由雙向滾動(dòng)支座支承;在長直段總管中部設(shè)有單式拉桿型膨脹節(jié),兩端由次固定支座支承,其兩邊間隔對稱地設(shè)有數(shù)個(gè)單向滾動(dòng)支座;斜直段上還設(shè)有數(shù)個(gè)導(dǎo)向支架。此外在熱風(fēng)支管上還設(shè)有萬向型膨脹節(jié)及雙向滾動(dòng)支座,熱風(fēng)圍管的水平拉桿兩端設(shè)有抗震消能軸銷。該裝置結(jié)構(gòu)簡單,能節(jié)省大量投資,適合國內(nèi)大型高爐技術(shù)裝備水平和工藝布置。
文檔編號C21B9/00GK2286753SQ96243098
公開日1998年7月29日 申請日期1996年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月13日
發(fā)明者白建民, 季德培 申請人:冶金工業(yè)部馬鞍山鋼鐵設(shè)計(jì)研究院