CN1040230C - 用于高炉的外燃式热风炉的连接结构 - Google Patents

Abstract

一种用于高炉的外燃式热风炉的连接结构，其特征在于，在这种不用伸缩接头而用拱顶连接管直接将蓄热室拱顶与燃烧室拱顶的侧壁连接起来的外燃式热风炉中，拱顶连接管的管径(RD)与蓄热室拱顶直径(TD)之比(RD/TD)的范围为0.24≤(RD/TD)≤0.60，另外，拱顶连接管的管径(RD)与燃烧室拱顶直径(ND)之比(RD/ND)的范围为0.44≤(RD/ND)≤0.80。

Description

用于高炉的外燃式热风炉的连接结构

本发明涉及到对作为高炉附属设备而设置的外燃式热风炉连接结构的改进。具体地说，涉及到独立配备的由塔体形成的燃烧室和蓄热室但不用伸缩接头的外燃式热风炉的拱顶连接件安装机构的结构。

向高炉中稳定供给高温热风的接风炉的构成包括有燃烧室和蓄热室，燃烧室和蓄热室同在一起的内燃式热风炉与燃烧室和蓄热室相分离的外燃式热风炉有很大区别。

近年来，随着高炉的大型化，较多地采用了外燃式热风炉。

这种外燃式热风炉由导引高炉气与焦炭炉气等进行燃烧的燃烧室  以及蓄聚其热量的蓄热室相分离而构成，并在炉顶部的拱顶连接部将燃烧室与蓄热室相连接，以供给所蓄聚的热量及热风。

作为一种先有的连接炉顶部拱顶的方法，已知存在有用带有伸缩接头的直管来连接蓄热室拱顶及燃烧室拱顶各侧壁部分的所谓考伯斯式的方法，这种方法在特开昭50-104707号公报以及特开昭53-131906号公报、实开昭55-4285号公报中均已说明。

图9显示了考伯斯式热风炉12的结构。蓄热室1是独立式的，燃烧室2支承在支架3上。用带有伸缩接头5的拱顶连接管4将蓄热室1的拱顶9与燃烧室2的拱顶10连接起来，由于伸缩部分处因送风时的风压而受到约1000吨的轴向推力的作用，所以要设置能承受内部推力的拱顶的环形加强件6和拉梁7，以防止伸缩接头5朝蓄热室拱顶9及燃烧室拱顶10两方向扩张。图中的数字8是连接蓄热室1及燃烧室2的连接构架。

这样构成的热风炉如前所述，由于受到约1000吨的轴向推力而使拉梁7延伸，同时伸缩接头5因操作开始受送风时风压的影响而扩张，且又在燃烧时因风压减小而收缩，此种现象会在较长时间(通常为10-15年)内重复出现。

于是，在作为伸缩接头5的内部衬里的耐火砖上会产生龟裂、不久将会形成空洞，热风吹到伸缩接头5的板片上而发生赤热化等问题。

同时，在维修工作中，不得不长时间地停止热风炉的运转，使热风炉冷却以更换伸缩接头5，这时，必须凭借三台炉基来操作通常有四台炉基的热风炉，存在有使高炉的操作降低、修理时间长与增加费用等大问题。

此外，还需要经常排出伸缩接头5内底部的积水，而从维护观点出发，也需使热风炉的结构简单与轻量化。

为了解决上述问题，目前考虑不用伸缩接头5而采用只借拱顶连接管4的刚性来吸收热膨胀的结构。图10显示了不用伸缩接头5而用拱顶连接管4的热风炉的结构。在这种情况下，用拱顶连接管4把蓄热室1的拱顶9与燃烧室2的拱顶10直接连接起来，不言而喻，由于环形加强件6与拉梁7均不复存在，因而能够减轻图9所示的伸缩接头5的重量。

如图10所示，在拱顶连接管4上没有伸缩接头5的情况下，铁皮沿水平方向的热膨胀不会引起蓄热室1及燃烧室2两者的变形，而且也不存在应力方面的问题。但是，在构造具有独立式的蓄热室1且以支架3来承载着燃烧室2的那种结构的热风炉的情况下，用拱顶连接管4将蓄热室1的拱顶9与燃烧室2的拱顶10连接起来之后，由于要堆砌燃烧室2的炉砖，支架3便会因炉砖的重量而弯曲，致燃烧室2相对于蓄热室1的高度下降。

此外，由于要解决应力作用裂纹而对铁皮进行了保温(保温处的铁皮温度为200℃)的影响，以及因热风炉运转时的送风风压的应力和因燃烧·送风的转换而使得蓄热室1和燃烧室2在高度方向上发生变动，结果使得尽管图11(a)所示的蓄热室拱顶9一侧内的拱顶连接管4的底部(A部)不会有大的变形，但图11(b)所示的燃烧室拱顶10中的拱顶连结管4的底部(B部)却因产生较大的应力而有很大的变形，这已由有限元法(FEM)予以判明。为此，有必要大大地强化燃烧室底部的接合处11，而这在最坏的情况下是不能达到所期望的没有连接管的伸缩接头那种目的的。

本发明的目的在于提供一种用有限元法(FEM)求得拱顶连接管的管径与蓄热室拱顶直径和燃烧室拱顶直径之间的最佳比例、抑制局部产生的拱顶连接管的底部应力、不使用伸缩接头而具有最佳结构的长寿命外燃式热风炉的连接结构。

为了达到上述目的，本发明的外燃式热风炉的连接结构的特征在于：在不使用伸缩接头而用拱顶连接管来直接连接蓄热室拱顶的侧壁与燃烧室拱顶的侧壁的外燃式热风炉的连接结构中，拱顶连接管的管径(RD)与蓄热室拱顶直径(TD)之比(RD/TD)的范围为0.24≤(RD/TD)≤0.60，另外，拱顶连接管的管径(RD)与燃烧室拱顶直径(ND)之比(RD/ND)的范围为0.44≤(RD/ND)≤0.80。

此外，在这种外燃式热风炉的连接结构中，对蓄热室拱顶9正下方的垂直体28与燃烧室拱顶10正下方的垂直体29，沿它们的周围各自设置有加强环21，这两个加强环21中的一个上一端固定的连接梁22的另一端与上述另一个加强环21相连，可以在一定范围内自由滑动。至于其它装置，将在本发明的说明书及权利要求中予以说明。

图1是显示本发明的一个实施例的正面图；

图2是说明本发明构成部件的图；

图3是说明拱顶连接管直径(RD)对蓄热室拱顶直径(TD)之比(RD/TD)与对拱顶连接管底部接合处的位于蓄热室一侧铁皮应力来说是否要加固该接合处和有无气体偏流的关系的线图；

图4是说明拱顶连接管直径(RD)对燃烧室拱顶直径(ND)之比(RD/ND)以及与对拱顶连接管底部接合处的位于燃烧室一侧铁皮应力来说，是否要加固该接合处和有无气体偏流的关系的线图；

图5是图1中加强环与连接梁相组合部分的平面图；

图6是图1中圆圈部分A的放大正面图；

图7是显示本发明另一个实施例的正面图；

图8是图7中圆圈部分B的放大剖面图；

图9是使用以往的伸缩接头的用连接管将蓄热室与燃烧室连接起来的先有外燃式热风炉的侧面图；

图10是不使用以往的伸缩接头的用连接管将蓄热室与燃烧室直接连接起来的外燃式热风炉的侧面图；

图11是说明处于先有连接管底部附近的蓄热室铁皮变形情况(图11(a))与燃烧室铁皮变形情况(图11(b))的图。

图12是显示图9所示先有技术中应力分布及应力作用裂纹区域的图。

本发明人曾就带有伸缩接头5的用拱顶连接管4的先有结构以及没有伸缩接头5的直管来连接的本发明的结构，用多个应变仪测量了运转开始时的应力。结果是，在有伸缩接头5的情况下，由于要重复进行送风和燃烧，拱顶9，10在它们的顶点之间反复作位移为2.3cm的动作，此时，很明显，铁皮的移动会对嵌在内部的耐火砖产生不利的影响。与此相反，由于本发明的拱顶连接管4的管径(RD)与蓄热室的拱顶直径(TD)之比以及与燃烧室的拱顶直径(ND)之比在前述范围内，所以，上述位移量会减小0.3cm，不用加强而能抑制连接管底部铁皮在局部所产生的应力，而且可确认不会对嵌在内部的耐火砖产生不利的影响。此外，在(RD/TD)不足0.44、(RD/ND)不足0.24的情况下，由于连接管径(RD)变得过小，所以在热风炉燃烧及送风时会产生炉内气体的偏流而不能进行正常运转。而在(RD/TD)和(RD/ND)分别超过0.60和0.80时，连接管底部接合处的局部应力会变大，于是又必须加强该接合处的铁皮。为此，最重要的是使(RD/TD)及(RD/ND)的值处于前述范围之内。

此外，在本发明中，蓄热室拱顶9正下方的垂直体28及燃烧室拱顶10正下方的垂直体29周围均设置有加强环21，通过连接梁22连结两加强环21，可以在一定范围内自由滑动，因此，在拱顶连接管4因送风时的内部压力而作轴向延伸的情况下，连接梁22会在一定范围的滑动之后停止。所以，不会对拱顶连接管4的内嵌耐热砖产生不利影响。

在拱顶连接管4破损或因内部压力而易于轴向延伸的情况下，上述加强环21和连接梁22特别有效。也就是说，通常情况下送风时所产生的拱顶连接管4的轴向延伸由拱顶连接管4自身来对应，而在拱顶连接管4破损时，拱顶连接管4的延伸则靠连接梁22来对应。因此，必须使加强环21和连接梁22具有能经受送风时内部压力的强度。

另外，在热风炉运转时，连接梁22的滑动量由于拱顶连接管4的铁皮升温而增加，因此有必要按前述范围设定这种延伸位移量。

再者，由于在拱顶连接管4与蓄热室拱顶9及燃烧室拱顶10的连接部分处设置有加强件23，因而能够防止在没有该加强件23的情况下所产生的在拱顶9、10铁皮内侧的局部应力作用裂纹。

还有，如前所述，在存在伸缩部分的情况下，该伸缩部分的轴向推力会对拉梁7产生作用，从而该推力也会对拱顶环形加强件6产生作用，图12显示了作用于拱顶铁皮内侧的应力分布。从图12可知，压应力作用于拱顶连接管4与蓄热室拱顶9及燃烧室拱顶10的连接部分，而拉应力则作用于其它部分。于是，在拉应力最大的部分处会产生局部应力作用裂纹。

在本发明中，由于在产生压应力的拱顶连接管4与拱顶9、10连接部分处设置了加强件23，因而能分散该压应力，可以避免应力作用裂纹。

以下将依照附图说明本发明的实施例。

图1是说明本发明的整个热风炉的正面图；

图2是说明本发明构成部件的说明图。

如图2所示，在本发明的不用伸缩接头5而用拱顶连接管4将蓄热室1的拱顶9及燃烧室2的拱顶10的两侧壁直接连接起来的外燃式热风炉12中，由于拱顶连接管4的管径(RD)与蓄热室1的拱顶直径(TD)之比(RD/TD)的范围为0.24≤(RD/TD)≤0.60，拱顶连接管4的管径(RD)与燃烧室2的拱顶直径(ND)之比(RD/ND)的范围为0.44≤(RD/ND)≤0.80，因而能够抑制在拱顶连接管4底部A与B处，特别在朝向燃烧室2一侧的拱顶10的底部B处所产生的应力。

图3中说明了拱顶连接管的直径(RD)对蓄热室拱顶直径(TD)之比(RD/TD)与相对拱顶连接管底部的位于蓄热室一侧的铁皮应力来说是否要加固接合处11和有无气体偏流的关系。如图3所示，如果比值(RD/TD)在0.24至0.60的范围内，那么，即使不加固拱顶连接管底部的接合处11的铁皮，也能防止铁皮龟裂等问题。同时也能防止热风炉燃烧及通风时的气体偏流。此外，如图3所示，当比值(RD/TD)为0.24时，铁皮应力为500Kg/cm²，而当比值(RD/TD)为0.60时，铁皮应力为1687Kg/cm²。

在比值(RD/TD)不足0.24的情况下，铁皮应力会减小，但是由于会产生气体偏流因而会导致热风炉运转方面的故障。相反，当比例(RD/TD)超过0.60时，铁皮应力会变大，所以就有必要加固拱顶连接管底部接合处11的铁皮。由此可知应使比值(RD/TD)保持在0.24至0.60的范围内。

图4说明了拱顶连接管直径(RD)对燃烧室拱顶直径(ND)之比(RD/ND)与对拱顶连接管底部燃烧室一侧铁皮应力来说是否要加固接合处11和有无气体偏流的关系。如图4所示，比值(RD/ND)在0.44至0.80范围内，因而即使不加固拱顶连接管底部接合处11的铁皮，也能防止铁皮龟裂等问题，同时也能防止热风炉燃烧及通风时的气体偏流。这时，如图4所示，当比值(RD/ND)为0.44时，铁皮应力为500Kg/cm²，而当比值(RD/ND)为0.80时，铁皮应力则为1687Kg/cm²。

在比值(RD/ND)不足0.44的情况下，铁皮应力会减小，但由于会产生气体偏流因而会导致热风炉运转方面的故障。相反，当比值(RD/ND)超过0.80时，铁皮应力会变大，所以就有必要加固拱顶连接管底部接合处11的铁皮。为此，最要紧的是要使比值(RD/ND)保持在0.44至0.80的范围内

另外，能同时满足0.24≤(RD/TD)≤0.60以及0.44≤(RD/ND)≤0.80的拱顶连接管的直径(RD)当然是最理想的。另外，本发明也适用于外燃式热风炉的燃烧室2不安装在支架3上而为独立式的热风炉。

在图1，图5、6、7及8中示明了本发明一实施例，在该实施例中，用具有直管结构的拱顶连接管4将蓄热室拱顶9与燃烧室拱顶10连接起来，同时，在蓄热室拱9正下方的垂直体28及燃烧室拱顶10正下方的垂直体29的周围分别设置有加强环21，并用连接梁22将这两个加强环21连接起来。

连接梁22的一端固定于设置在燃烧室拱顶9正下方的垂直体29周围的加强环21上，另一端则以在一定范围内自由滑动的方式与设置在蓄热室拱顶9正下方的垂直体28周围的加强环21相连接。

在连接梁22的上述另一端处设置有凸出部24，而在蓄热室拱顶9正下方的垂直体28的加强环21上则设置有与该凸出部24相配合的止动件25(参见图6)。这样，若拱顶连接管4破损，由于存在送风时的内部压力，因此在拱顶连接管4延伸到大于一定量的情况下，该凸出部24会与止动件25相配合，从而避免了拱顶连接管4内侧的耐热砖破损。

通常状态下，可以在凸出部24及止动件25之间形成游隙空间，设定出大于拱顶连接管4的热膨胀量及因送风风压而有的延伸量的间隙。

图7及图8示明了本发明的另一实施例。

在该实施例中，在拱顶连接管4与蓄热室拱顶9和燃烧室10的连接部分处设置有加强件23。加强件23包括有焊接在拱顶9、10外面的附加复合加强板26以及以焊接方式连接该复合加强板26和拱顶连接管4外面的筋板27。

上述加强件23的作用是分散对蓄热室拱顶9及燃烧室拱顶10的应力，并能事先防止因应力峰值集中而产生应力作用裂纹。

另外，由于本发明的加强件23包括图8所示的复合加强板26及筋板27而形成，所以，只要能够很好地分散应力，并不限定它们的形状。

依照如前所述的本发明，在不用伸缩接头而用连接管将蓄热室拱顶的侧壁与燃烧室拱顶的侧壁连接起来的外燃式热风炉中，可以减少产生在连接管底部的铁皮应力，同时还能防止热风炉燃烧及通风时炉内的气体偏流。因此，能避免因外燃式热风炉铁皮应力增大而带来的问题，从而该外燃式热风炉能长期稳定地运转。

由于在拱顶连接管中不再使用伸缩接头而是使用了铁皮位移量小的直管结构，所以能够防止先有技术中伴随拱顶连接管作大量位移而产生的耐热砖等受损的现象，因此能提高热风炉的寿命。

此外，由于用能在一定范围内滑动的连接梁将蓄热室拱顶与燃烧室拱顶连接起来，能防止拱顶连接管损伤时拱顶连接管的延伸，有利于延长寿命。

另外，因设置有拱顶连接管和蓄热室及燃烧室拱顶的连接部分上的加强件，所以能分散加强环的应力而防止拱顶或加强环处所产生的应力作用裂纹。

Claims (3)

1、一种用于高炉的外燃式热风炉的连接结构，在这种不用伸缩接头而用拱顶连接管直接将蓄热室拱顶与燃烧室拱顶的侧壁连接起来的外燃式热风炉中，其特征在于，拱顶连接管的管径(RD)与蓄热室拱顶直径(TD)之比(RD/TD)的范围为0.24≤(RD/TD)≤0.60，另外，拱顶连接管径(RD)与燃烧室拱顶直径(ND)之比(RD/ND)的范围为0.44≤(RD/ND)≤0.80。

2、如权利要求1所述的用于高炉的外燃式热风炉的连接结构，其特征在于，在蓄热室拱顶正下方的垂直体以及在燃烧室拱顶正下方的垂直体的周围分别设置有加强环，这两个加强环中的一个上一端固定的连接梁的另一端与上述另一个加固环相连，可在一定范围内自由滑动。

3、如权利要求2所述的用于高炉的外燃式热风炉的连接结构，其特征在于，在拱顶连接管与蓄热室拱顶及燃烧室拱顶的连接部分处设置有加强部件。

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