CN103415629B - 高炉热风炉的热风支管构筑方法及热风支管 - Google Patents

高炉热风炉的热风支管构筑方法及热风支管 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种不需要伸缩接头而能够避免伸缩接头所导致的各种问题的高炉热风炉的热风支管构筑方法。针对热风炉主体(1)与热风支管垂直部(5)的热风炉干燥升温时的热膨胀差δ，以使热风支管垂直部(5)向热风炉主体(1)的连结部位的高度比热风炉主体(1)向热风支管垂直部(5)的连结部位的高度高出热膨胀差吸收量σ＝0.2δ～δ的量的方式进行初始安装。使热风支管的垂直部及水平部的长度为各自管径的3倍以上，由此，即使产生热变位的差或热变位自身，也能够通过管自身的弹性变形进行吸收，其结果为，无需使用伸缩接头而能够避免伸缩接头所导致的各种问题。

Description

高炉热风炉的热风支管构筑方法及热风支管
技术领域
本发明涉及高炉热风炉中的热风支管，尤其适于将热风炉主体和连接在高炉的环状管上的热风主管连结起来的热风支管部分。
背景技术
作为高炉的附带设备的热风炉，用于对来自风口的送风进行加热升温，并大致分为小型的内燃式热风炉和大型的外燃式热风炉。在外燃式热风炉中，蓄热室与燃烧室分离，上部的拱顶(dome)彼此连结。关于该连结构造，以往，夹设称作波纹管(bellow)的由褶皱构造构成的伸缩接头来吸收在蓄热室及燃烧室中产生的热变位的差或在连结构造自身中产生的热变位。此外，在伸缩接头的使用部，一般使用用于获取所谓反力的拉伸梁(tension beam)。另外，为了保护构成热风炉的外壳的铁皮免受热风的高温影响，需要在铁皮的内侧砌砖。该砌砖不仅需要砌筑在热风炉内，而且需要砌筑在热风所通过的全部部位。
但是，在由褶皱构造构成的伸缩接头中，砌砖非常复杂且难以砌筑。另外，在产生伸缩的部位处，为了吸收该伸缩，需要在砖彼此之间空出间隙地进行砌筑，在长年重复伸缩的伸缩接头部位处，会产生砖磨损、脱落、铁皮赤热的问题。另外，还存在伸缩接头的褶皱部自身也由于应力腐蚀裂纹而发生破损的问题。
因此，本申请人首先提出了如下述专利文献1所记载那样不使用伸缩接头就能够将蓄热室和燃烧室连结起来的外燃式热风炉的连结构造。在该连结构造中，在通过连结管将蓄热室的拱顶和燃烧室的拱顶连结起来的情况下，使连结管的管径RD与蓄热室的拱顶直径TD的比RD/TD为0.24以上0.60以下，使连结管的管径RD与燃烧室的拱顶直径ND的比RD/TD为0.44以上0.60以下，由此，防止炉内气体的偏流并且抑制带有连结管的基节部的局部应力，从而不使用伸缩接头就能够将蓄热室和燃烧室连结起来。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-11316号公报
发明内容
但是，在热风炉中，也具有燃烧室(包含与蓄热室一体的燃烧室)与热风主管的连结部、即所谓热风支管，该热风支管也使用伸缩接头来吸收热变位的差或热变位自身，并在伸缩接头的使用部位处使用用于获取所谓反力的拉伸梁，因此，与上述同样地，存在构造复杂、铁皮赤热、伸缩接头自身发生破损的问题。
本发明是着重于上述那样的问题点而研发的，其目的在于提供一种不需要伸缩接头而能够避免伸缩接头所导致的各种问题的高炉热风炉的热风支管构筑方法。
为了解决上述技术课题，本发明的高炉热风炉的热风支管构筑方法为用于构筑夹设于连接在高炉的环状管上的热风主管与热风炉主体之间的、具有热风支管垂直部和热风支管水平部的热风支管的构筑方法，其特征在于，针对热风炉主体与热风支管垂直部的热风炉干燥升温时的热膨胀差δ，以使热风支管垂直部向热风炉主体的连结部位的高度比热风炉主体向热风支管垂直部的连结部位的高度高出热膨胀差吸收量σ＝0.2δ～δ的量的方式对热风支管垂直部进行初始安装。
另外，本发明的特征在于，通过能够调整高度的支承件支承上述热风支管垂直部，在上述热风支管垂直部的初始安装后，通过使上述热风支管垂直部下降而使该热风支管垂直部与热风炉主体的连结部位为相同高度，并通过热风支管上部水平部将该热风支管垂直部和热风炉主体连结起来，然后，根据热风炉干燥升温中的热风炉主体及热风支管垂直部的热膨胀来调整上述热风支管垂直部的高度。
另外，本发明的特征在于，在热风炉干燥升温后，调整上述热风支管垂直部的高度而通过热风支管上部水平部和热风支管下部水平部将上述热膨胀差δ与热膨胀差吸收量σ的实际热膨胀差δ-σ等分或大致等分。
另外，本发明的特征在于，在通过热风支管上部水平部将上述热风支管垂直部和热风炉主体连结起来后，使上述热风支管垂直部上升而使热风支管下部水平部为水平状态，在该状态下，在该热风支管下部水平部内砌砖，然后，使上述热风支管垂直部下降而使上述热风支管上部水平部为水平状态，在该状态下，在该热风支管上部水平部内砌砖。
为了解决上述技术课题，本发明的高炉热风炉的热风支管为夹设于连接在高炉的环状管上的热风主管与热风炉主体之间并具有热风支管垂直部和热风支管水平部的热风支管，其特征在于，使热风支管垂直部及热风支管水平部的长度为各自管径的3倍以上。
此外，热风支管垂直部及热风支管水平部的长度为各管的中心线之间的长度。
发明效果
于是，根据本发明的高炉热风炉的热风支管构筑方法，针对热风炉主体与热风支管垂直部的热风炉干燥升温时的热膨胀差δ，以使热风支管垂直部向热风炉主体的连结部位的高度比热风炉主体向热风支管垂直部的连结部位的高度高出热膨胀差吸收量σ＝0.2δ～δ的量的方式对热风支管垂直部进行初始安装，因此，在热风炉干燥升温后，在热风支管垂直部与热风炉主体的连结部位处产生的实际热膨胀差为δ-σ，从而吸收热变位的差或热变位自身，由此，在两者的连结部位处不需要伸缩接头而能够避免伸缩接头所导致的各种问题。
另外，通过能够调整高度的支承件支承热风支管垂直部，在热风支管垂直部的初始安装后，通过使热风支管垂直部下降而使该热风支管垂直部与热风炉主体的连结部位为相同高度，并通过热风支管上部水平部将该热风支管垂直部与热风炉主体连结起来，然后，根据热风炉干燥升温中的热风炉主体及热风支管垂直部的热膨胀来调整热风支管垂直部的高度，由此，能够通过例如热风支管的上部水平部及下部水平部来分担在热风炉干燥升温中产生的热膨胀差，从而能够吸收热变位的差或热变位自身。
另外，在热风炉干燥升温后，调整热风支管垂直部的高度而通过热风支管上部水平部和热风支管下部水平部将热膨胀差δ与热膨胀差吸收量σ的实际热膨胀差δ-σ等分或大致等分，由此，能够尽可能地吸收热变位的差或热变位自身。
另外，在通过热风支管上部水平部将热风支管垂直部和热风炉主体连结起来后，使热风支管垂直部上升而使热风支管下部水平部为水平状态，在该状态下，在该热风支管下部水平部内砌砖，然后，使热风支管垂直部下降而使热风支管上部水平部为水平状态，在该状态下，在该热风支管上部水平部内砌砖，由此，容易在热风支管上部水平部内及下部水平部内进行砌砖，并能够抑制及防止砖的磨损或脱落、铁皮的赤热等各种问题。
于是，根据本发明的高炉热风炉的热风支管构造，使热风支管的垂直部及水平部的长度为各自管径的3倍以上，由此，即使产生热变位的差或热变位自身，也能够通过管自身的弹性变形进行吸收，其结果为，无需使用伸缩接头而能够避免伸缩接头所导致的各种问题。
附图说明
图1是表示本发明的高炉热风炉的热风支管构筑方法的一个实施方式的第1工序图。
图2是图1的热风支管构筑方法的第2工序图。
图3是图1的热风支管构筑方法的第3工序图。
图4是图1的热风支管构筑方法的第4工序图。
图5是图1的热风支管构筑方法的第5工序图。
图6是图1的热风支管构筑方法的第6工序图。
图7是表示本发明的高炉热风炉的热风支管构造的一个实施方式的整体图。
图8是表示本发明的高炉热风炉的热风支管构造的各种实施方式的整体图。
图9是表示以往的高炉热风炉的热风支管构造的一例的整体图。
具体实施方式
实施方式1
接下来，参照附图说明本发明的高炉热风炉的热风支管构筑方法的一个实施方式。
图1～图6是本实施方式的热风炉的热风支管构筑方法的全部工序图。本实施方式的热风炉是燃烧室和蓄热室成为一体的所谓顶燃式热风炉。图中的附图标记1是热风炉主体。另外，图中的附图标记2是与高炉的环状管连接的热风主管。热风支管3是指从上述热风炉主体1到热风主管2的连结管构造。此外，热风炉主体1、热风支管3、热风主管2的外壳均被所谓铁皮覆盖，但在内部需要砌筑用于保护铁皮的砖。需要通过能够吸收热膨胀和热收缩这样的特殊砌法进行砌砖。另外，本发明的热风支管构筑方法也能够适用于以往的外燃式热风炉，在该情况下，以配置在热风炉的燃烧室与热风主管之间的热风支管为对象，后述的热膨胀差以燃烧室为对象。
图1是表示热风支管3中的热风支管下部水平部4、热风支管垂直部5的初始安装状态的第1工序图。热风支管下部水平部4支承在支承部7上并与热风主管2连结。热风支管垂直部5支承在架台8上的千斤顶(支承件)9上，热风支管垂直部5的下端部与热风支管下部水平部4连结。千斤顶9用于调整热风支管垂直部5的高度。此时，热风支管下部水平部4为水平。而且，以使热风支管垂直部5向热风炉主体1的连结部位的高度相对于热风炉主体1向热风支管垂直部5的连结部位的高度高出与热膨胀差吸收量σ相应的量的方式进行初始安装。该热膨胀差吸收量σ设定成热风炉主体1与热风支管垂直部5的热膨胀差δ的0.2～1.0倍。
热风炉主体1和热风支管垂直部5在构筑时当然均为常温，但在后述的干燥升温时，由于内部的砖的作用而升温到大约100℃(热风的温度更高)。从图中可知，热风炉主体1的高度方向的长度比热风支管垂直部5更长(高度更高)。因此，关于干燥升温时的向高度方向的热膨胀量，热风炉主体1大于热风支管垂直部5。将该热膨胀量的高度方向上的差记作热膨胀差δ。因此，若以使热风支管垂直部5向热风炉主体1的连结部位的高度相对于热风炉主体1向热风支管垂直部5的连结部位的高度高出与热膨胀差吸收量σ相应的量的方式进行初始安装，并在将两者连结后进行干燥升温，则热膨胀差δ为实际热膨胀差δ-σ。
即使在图1的状态下通过热风支管上部水平部6将热风炉主体1和热风支管垂直部5连接起来，干燥升温后的热风支管垂直部5与热风炉主体1的热膨胀差δ也为实际热膨胀差δ-σ。但是，在该情况下，构筑时，热风支管上部水平部6以下降状态连结热风炉主体1侧，在从该状态干燥升温时，热风炉主体1侧逐渐上升(参照图6)，从而导致热风支管上部水平部6的内部应力增大。因此，在本实施方式中，如图2所示，通过千斤顶9使热风支管垂直部5下降与上述热膨胀差吸收量σ相应的量，在使热风支管垂直部5与热风炉主体1的连结部位为相同高度后，通过热风支管上部水平部6以水平状态将两者连结起来。例如，若从该状态开始干燥升温，则即使例如热风炉主体1侧的热风支管上部水平部6上升至图6的状态，内部应力也不会变得那么大。
图2的状态是作为热风炉的未完成状态。其原因在于，例如尚未在热风支管下部水平部4和热风支管上部水平部6内砌砖。通常情况下，从强度方面和作业性出发，首先在热风支管下部水平部4内砌砖，然后在热风支管上部水平部5内砌砖。因此，在本实施方式中，如图3所示，通过千斤顶9使热风支管垂直部5再次上升与上述热膨胀差吸收量σ相应的量，从而使热风支管下部水平部4为水平状态，并在该状态下在该热风支管下部水平部4内砌砖。该热风支管下部水平部4内的砌砖结束后，如图4所示，通过千斤顶9使热风支管垂直部5再次下降与上述热膨胀差吸收量σ相应的量，从而使热风支管上部水平部6为水平状态，并在该状态下在该热风支管上部水平部6内砌砖。
在该状态下，完成热风炉自身的构筑。此时，热风支管上部水平部6与上述图2的状态相同，为水平状态，内部应力为零或几乎为零。因此，从该状态向热风炉的干燥升温过渡。如上所述，热风炉主体1和热风支管垂直部5均由于热膨胀而沿高度方向延长。此时，如图5所示，由于热风炉主体1的下端部接地，所以仅向上方延长，但热风支管垂直部5不仅向上方延长，也以千斤顶9的支承部为支点向下方延长。与该热膨胀或热变形的状态相应地，通过千斤顶9调整热风支管垂直部5的高度，以使得热风支管下部水平部4及热风支管上部水平部6的内部应力不会过度增大。
干燥升温后，通过千斤顶9调整热风支管垂直部5的高度，如图6所示，使热风主管2侧的热风支管下部水平部4与热风支管垂直部5侧的热风支管下部水平部4的高度差为上述实际热膨胀差的一半(δ-σ)/2，使热风炉主体1侧的热风支管上部水平部6与热风支管垂直部5侧的热风支管上部水平部6的高度差为上述实际热膨胀差的一半(δ-σ)/2，即，通过热风支管上部水平部6和热风支管下部水平部4将实际热膨胀差δ-σ等分或大致等分，由此能够尽可能地吸收热变位的差或热变位自身，并能够使热风支管上部水平部6的内部应力和热风支管下部水平部4的内部应力同时为最小。
本发明人在上述热风支管构筑方法的基础上，开发出如下热风支管构造：使构成热风支管的垂直部及水平部的长度为各自管径的3倍以上，通过管的弹性变形来吸收在干燥升温时产生的热变位的差或热变位自身，由此，不使用伸缩接头。热风支管垂直部5的长度优选为热风支管垂直部5的管径的3倍以上、6倍以下。更优选为5倍以上、5.5倍以下。热风支管水平部4、6的长度只要为热风支管水平部4、6的管径的3倍以上即可，能够根据热风炉主体和热风炉主管的位置而延长。在使构成热风支管的垂直部及水平部的长度为各自管径的3倍以上的情况下，在5000m3的高炉热风炉中施加内压和热膨胀时的基于有限元素法的解析结果中，例如能够使在热风支管上部水平部6与热风支管垂直部5的连结部处产生的最大应力为210N/mm2而控制在疲劳极限应力的容许范围内。但是，若同时使用本实施方式的热风支管构筑方法，则能够将在热风支管上部水平部6与热风支管垂直部5的连结部处产生的应力减小到140N/mm2，不使用伸缩接头就能够大幅降低在热风支管3中产生的内部应力。
像这样，在本实施方式的高炉热风炉的热风支管构筑方法中，针对热风炉主体1与热风支管垂直部5的热风炉干燥升温时的热膨胀差δ，以使热风支管垂直部5向热风炉主体1的连结部位的高度比热风炉主体1向热风支管垂直部5的连结部位的高度高出热膨胀吸收量σ＝0.2δ～δ的量的方式对热风支管垂直部5进行初始安装，由此，在热风炉干燥升温后，在热风支管垂直部5与热风炉主体1的连结部位处产生的实际热膨胀差为δ-σ，从而吸收热变位的差或热变位自身，由此，在两者的连结部位处不需要伸缩接头而能够避免伸缩接头所导致的各种问题。
另外，通过千斤顶9支承热风支管垂直部5，在热风支管垂直部5的初始安装后，通过使热风支管垂直部5下降而使该热风支管垂直部5与热风炉主体1的连结部位为相同高度，并通过热风支管上部水平部6将该热风支管垂直部5和热风炉主体1连结起来，然后，根据热风炉干燥升温中的热风炉主体1及热风支管垂直部5的热膨胀来调整热风支管垂直部5的高度，由此，能够通过热风支管上部水平部6及下部水平部4来分担在热风炉干燥升温中产生的热膨胀差，从而能够吸收热变位的差或热变位自身。
另外，在热风炉干燥升温后，调整热风支管垂直部5的高度而通过热风支管上部水平部6和热风支管下部水平部4将热膨胀差δ与热膨胀差吸收量σ的实际热膨胀差δ-σ等分或大致等分，由此，能够尽可能地吸收热变位的差或热变位自身。
另外，在通过热风支管上部水平部6将热风支管垂直部5和热风炉主体1连结起来后，使热风支管垂直部5上升而使热风支管下部水平部4为水平状态，在该状态下，在该热风支管下部水平部4内砌砖，然后，使热风支管垂直部5下降而使热风支管上部水平部6为水平状态，在该状态下，在该热风支管上部水平部6内砌砖，由此，容易在热风支管上部水平部6内及下部水平部4内进行砌砖，能够抑制及防止砖的磨损或脱落、铁皮的赤热等各种问题。
附图标记说明
1热风炉主体、2热风主管、3热风支管、4热风支管下部水平部、5热风支管垂直部、6热风支管上部水平部、7支承部、8架台、9千斤顶
实施方式2
接下来，参照附图说明本发明的高炉热风炉的热风支管构造的一个实施方式。
图7是本实施方式的热风炉的热风支管构造的整体图。图中的附图标记11为蓄热室，附图标记12为燃烧室。另外，图中的附图标记18为与高炉的环状管连接的热风主管。热风支管14是指从上述燃烧室12到热风主管18的连结管构造。此外，在本实施方式的热风炉中，在蓄热室11与燃烧室12的连结部分处没有使用伸缩接头。另外，蓄热室11、燃烧室12、热风支管14、热风主管18的外壳均被所谓铁皮覆盖，但在内部砌有用于保护铁皮的砖。以能够吸收热膨胀和热收缩这样的特殊砌法进行砌砖。
本实施方式的热风支管14构成为，具有：与燃烧室12连结的热风支管第1水平部15；与热风支管第1水平部15连结的热风支管垂直部16；以及将热风支管垂直部16和热风主管18连结起来的热风支管第2水平部17。热风支管14的各部分由于砌筑在内部的砖而只能从建设当初的常温升温到作业时的大约100℃左右，但会伴随着热变形而产生热变位的差或热变位自身。因此，以往，如图9所示，在热风支管第1水平部15和热风支管第2水平部17上使用伸缩接头A来吸收上述热变位的差或热变位自身。另外，在伸缩接头A的使用部位处同时还设有用于获取其反力的拉伸梁13。
如上所述，在伸缩接头A中存在由于使用伸缩接头A而导致的各种问题。因此，在本实施方式中，如图7所示，使热风支管第1水平部15的长度为该热风支管第1水平部15的管径的3倍以上，使热风支管垂直部16的长度为该热风支管垂直部16的管径的3倍以上，并且使热风支管第2水平部17的长度为该热风支管第2水平部17的管径的3倍以上，由此，成为不使用伸缩接头的构造。各管径分别表示管部的外径。另外，各长度分别表示与所连结的管部的连结部位处的中心线的交点间距离。
热风支管垂直部16的长度优选为热风支管垂直部16的管径的3倍以上、6倍以下。更优选为5倍以上、5.5倍以下。热风支管第1水平部15的长度只要是热风支管第1水平部15的管径的3倍以上即可，能够根据热风炉主体和热风炉主管的位置而延长。同样地，热风支管第2水平部17的长度也只要是热风支管第2水平部17的管径的3倍以上即可，能够根据热风炉主体和热风炉主管的位置而延长。
通过满足管的这种直径与长度的关系，例如能够通过该热风支管垂直部16的弹性变形来吸收热风支管第1水平部15的热变位与热风支管第2水平部17的热变位的差或热风支管垂直部16自身的热变位，其结果为，不需要伸缩接头。例如，在5000m3的高炉热风炉中施加内压和热膨胀时的基于有限元素法的解析结果中，可知例如在热风支管第1水平部15与热风支管垂直部16的连结部处产生最大应力，其大小为210N/mm2而在疲劳极限应力的容许范围内。
图7是使用上述专利文献1所记载的技术，在蓄热室11与燃烧室12的连结部分处也不使用伸缩接头的所谓最佳实施方式，但在本发明的高炉热风炉的热风支管构造中，不必以不使用伸缩接头为前提。图8(a)在热风支管第2水平部17上使用了伸缩接头A及拉伸梁13。另外，图8(b)在热风支管第1水平部15上使用了伸缩接头A及拉伸梁13。另外，图8(c)在蓄热室11与燃烧室12的连结部分处使用了伸缩接头A及拉伸梁13。另外，图8(d)在蓄热室11与燃烧室12的连结部分处及热风支管第1水平部15上使用了伸缩接头A及拉伸梁13。另外，图8(e)在蓄热室11与燃烧室12的连结部分处及热风支管第2水平部17上使用了伸缩接头A及拉伸梁13。
但是，在任一实施方式中，均使热风支管第1水平部15的长度为该热风支管第1水平部15的管径的3倍以上，使热风支管垂直部16的长度为该热风支管垂直部16的管径的3倍以上，并且使热风支管第2水平部17的长度为该热风支管第2水平部17的管径的3倍以上。因此，在构成热风支管14的各管部，能够通过自身的弹性变形来吸收热变位的差或热变位自身，因此即使使用了伸缩接头，伸缩接头的负载也较小，而且变形(变位)也较小，所以不存在上述以往那样的大问题。
像这样，在本实施方式的高炉热风炉的热风支管构造中，使热风支管14的垂直部16及水平部15、17的长度为各自管径的3倍以上，由此，即使产生热变位的差或热变位自身，也能够通过管自身的弹性变形进行吸收，其结果为，无需使用伸缩接头而能够避免伸缩接头所导致的各种问题。
附图标记说明
11蓄热室、12燃烧室、13拉伸梁、14热风支管、15热风支管第1水平部、16热风支管垂直部、17热风支管第2水平部、18热风主管、A伸缩接头。

Claims (6)

1.一种高炉热风炉的热风支管构筑方法，用于构筑夹设于连接在高炉的环状管上的热风主管与热风炉主体之间的、具有热风支管垂直部和热风支管水平部的热风支管，其特征在于，
针对热风炉主体与热风支管垂直部的热风炉干燥升温时的热膨胀差δ，以使热风支管垂直部向热风炉主体的连结部位的高度比热风炉主体向热风支管垂直部的连结部位的高度高出热膨胀差吸收量σ＝0.2δ～δ的量的方式对热风支管垂直部进行初始安装。
2.如权利要求1所述的高炉热风炉的热风支管构筑方法，其特征在于，
通过能够调整高度的支承件支承所述热风支管垂直部，并进行所述热风支管垂直部的初始安装，
在安装后，通过使所述热风支管垂直部下降而使该热风支管垂直部与热风炉主体的连结部位为相同高度，并通过热风支管上部水平部将该热风支管垂直部和热风炉主体连结起来，
在连结后，根据热风炉干燥升温中的热风炉主体及热风支管垂直部的热膨胀来调整所述热风支管垂直部的高度。
3.如权利要求2所述的高炉热风炉的热风支管构筑方法，其特征在于，
在热风炉干燥升温后，调整所述热风支管垂直部的高度而通过热风支管上部水平部和热风支管下部水平部将所述热膨胀差δ与热膨胀差吸收量σ的实际热膨胀差δ-σ等分或大致等分。
4.如权利要求2所述的高炉热风炉的热风支管构筑方法，其特征在于，
在通过热风支管上部水平部将所述热风支管垂直部和热风炉主体连结起来后，使所述热风支管垂直部上升而使热风支管下部水平部为水平状态，在该状态下，在该热风支管下部水平部内砌砖，然后，使所述热风支管垂直部下降而使所述热风支管上部水平部为水平状态，在该状态下，在该热风支管上部水平部内砌砖。
5.如权利要求1所述的高炉热风炉的热风支管构筑方法，其特征在于，
所述热风支管垂直部及热风支管水平部的长度为各自直径的3倍以上。
6.如权利要求5所述的高炉热风炉的热风支管构筑方法，其特征在于，
所述热风支管垂直部的长度为热风支管垂直部的管径的3倍以上、6倍以下。
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