CN105331759B - 一种检测高炉炉底封板应力变化的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测高炉炉底封板应力变化的装置，属于高炉设备技术领域。本发明包括炉底封板、浇注料和压力感应机构，炉底封板为上翘的高炉炉底封板，浇注料灌注于上翘的炉底封板和高炉耐热基墩之间形成的缝隙内部；压力感应机构包括顶板、压力传感器、预埋锚栓、压板、垫块A和螺帽；预埋锚栓底端插入在高炉炉壳外侧、高炉基础上预留的基础钻孔内，上部穿过压板，并和压板滑动连接；压板底端面的一端压在垫块A，另一端依次压在顶板、压力传感器和炉底封板的上翘端，其上端面通过螺帽和预埋锚栓的顶部螺纹往下旋压。本发明实现了利用压力感应机构在线连续检测高炉炉底封板压力变化，提供多测量点数据便于对炉底封板压力变化进行分析的目的。

Description

一种检测高炉炉底封板应力变化的装置

技术领域

本发明属于高炉设备技术领域，具体说是一种检测高炉炉底封板应力变化的装置。

背景技术

全球大型炼铁高炉，随高炉冶炼生产的变化，部分高炉会出现了炉底封板上翘，上翘炉底封板会随着高炉炉龄增加而加剧；形变严重会造成炉缸损伤、泄漏煤气直接影响到人身及设备安全。目前对炉底封板上翘成因国内外尚无明确定性，同时炉底封板上升应力随高炉炉内顶压、送风温度、炉顶温度、气温、用料负荷及用料结构等工艺参数等关系亦没有定量测量数据。故现阶段多数高炉因炉底封板上翘造成高炉未能全负荷、全顶压运行，达不到经济运行的目标。

因炉底封板过度上翘较为明显导致的后果是：

1、高炉炉壳上涨；

2、炉顶煤气导出管波纹管变形；

3、炉顶称量罐与上层平台梁干涉称重受影响；

4、十层冷却壁外部配管受平台挤压焊缝漏水；

5、风口平面抬高，送风支管上翘，发生送风支管烧穿事故等。

中国专利公开号CN104313217A，公开日2015.01.28，公开了一种高炉炉底，主要为了提供一种密封性更好、避免高炉底封板上翘、防止炉底烧穿的高炉炉底。该发明高炉炉底，包括下封板、混凝土基墩、以及上封板，在所述混凝土基墩和所述炉壳之间设置有碳素捣打料，在所述上封板和所述混凝土基墩的上表面之间设置有冷却水管。该发明高炉炉底的上封板和下封板形成高炉炉底的两道密封防线，提高了高炉炉底的密封性能。混凝土基墩与上、下封板形成刚性箱体，相较于现有技术中的底板上方仅有炉底满铺碳砖来说，更能够抵抗下封板的上翘，即抵抗底板的上翘。将冷却水管设置在上封板的下方，避免了炉底冷却水管破裂造成炉底烧穿的重大事故发生。该发明通过高炉炉底的改进并将冷却水管设置在上封板的下方来避免由于高炉底封板上翘造成炉底冷却水管破裂，但并没有对已经发生高炉底封板上翘的问题进行有效解决。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术中存在高炉底封板上翘造成重大安全隐患和重大经济损失的问题，本发明提供了一种检测高炉炉底封板应力变化的装置。它可以实现利用压力感应机构，在线连续检测高炉炉底封板压力变化，提供多测量点实时数据便于对炉底封板压力变化进行分析的目的。同时可以利用炉底封板压力数据为高炉冶炼安全生产提供数据支持，为找准炉底封板上翘的原因提供数据分析，并为高炉冶炼生产强化经济技术指标提高进行数据分析。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种检测高炉炉底封板应力变化的装置，包括炉底封板、浇注料和压力感应机构，其中：炉底封板为已经上翘的高炉炉底封板，浇注料灌注于上翘的炉底封板和高炉耐热基墩之间形成的缝隙内部；压力感应机构包括顶板、压力传感器、预埋锚栓、压板、垫块A和螺帽；预埋锚栓底端插入在高炉炉壳外侧、高炉基础上预留的基础钻孔内，上部穿过压板，并和压板滑动连接；压板底端面的一端压在垫块A，另一端依次压在顶板、压力传感器和炉底封板的上翘端，其上端面通过螺帽和预埋锚栓的顶部螺纹往下旋压。

进一步的方案，压力感应机构包括不同厚度规格的底板和垫板，底板插入压力传感器和炉底封板之间，垫板插入垫块A和高炉基础之间，通过使用不同厚度规格的底板和垫板来调整压板两端的平衡。

进一步的方案，垫块和压力传感器在预埋锚栓两侧对称设置。

进一步改进的方案，浇注料的外围固定有环形挡圈。

进一步改进的方案，浇注料包括SiC、刚玉、减水剂、分散剂和含水粘合剂。

进一步改进的方案，浇注料各配料的重量份数为：SiC，80～90份；含水粘合剂，20～30份；刚玉，9～19份；减水剂和分散剂共1份。

进一步改进的方案，还包括锚栓加压机构，锚栓加压机构和压力感应机构的不同之处在于用垫块B替换顶板和压力传感器，即压板底端面的另一端依次压在垫块B和炉底封板的上翘端。

进一步改进的方案，在高炉底面圆周均匀分布4组16个压力感应机构和108个锚栓加压机构。

进一步改进的方案，每4个压力传感器为1组，共分成4组分别连接4个仪表箱，压力传感器信号接入仪表箱内的重量变送器，通过重量变送器转换成数字信号，再传送给称重仪表，称重仪表能够同时显示每一个压力传感器的压力信号和4个压力传感器的总压力，并且通过4～20mA标准模拟量信号或总线信号远距离传送给控制系统。

进一步改进的方案，通过力矩扳手紧固安装螺帽对锚栓加压机构和压力感应机构加压，并按同样力矩紧固，保持锚栓加压机构和压力感应机构接近相同压力。

3.有益效果

采用本发明，具有如下有益效果：

(1)本发明的检测高炉炉底封板应力变化的装置，通过压力感应机构反映炉底封板上翘压力的变化，再结合炉底温度、炉顶压力、送风温度等参数进行分析，即可基本找准炉底封板上翘的原因，为控制炉底封板的上翘提供数据支持，并最终为解决高炉底封板上翘造成重大安全隐患和重大经济损失的问题打下良好的基础。

(2)本发明的检测高炉炉底封板应力变化的装置，通过底板和垫板的厚度来调整压板两端的平衡，操作方便，成本低；

(3)本发明的检测高炉炉底封板应力变化的装置，环形挡圈避免浇注时含水的浇注料外渗；以保证浇注料能够缓冲炉底封板压力；垫块和压力传感器对称设置，避免压板两边受力不均，造成数据采集不能稳定；

(4)本发明的检测高炉炉底封板应力变化的装置，浇注料的配料保证了其高强度和高耐热性能，为数据的准确采集提供了良好的基础条件；

(5)本发明的检测高炉炉底封板应力变化的装置，浇注料的成分配比是发明人根据高炉炉底的特殊工况、压紧装置和上翘的炉底封板的狭小空间、上翘的炉底封板上翘力等因素综合考虑，先拟定浇注料抗折强度、耐热参数、抗压强度和导热系数参数，精心选配配料及配比，经过反复的数据采集和验证，最终得出的成分配比；

(6)本发明的检测高炉炉底封板应力变化的装置，锚栓加压机构的使用，避免过量使用压力传感器，造成数据采集量过大，只需要使用少量压力感应机构，只需要按同样力矩紧固螺帽，锚栓加压机构即能反映压力传感器的压力，降低设备成本及数据处理成本；

(7)本发明的检测高炉炉底封板应力变化的装置的应用，通过建立炉底封板上翘压力与炉顶压力、送风温度、炉底温度之间的数据关联，结合炉底封板上翘压力报警时各参数的变化来寻找规律，即可找出炉底上翘主要原因。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的锚栓加压机构位置示意图；

图3为本发明的仪表箱结构示意图；

图4为图1中压力感应机构放大后示意图；

图5为实施例1中炉底温度每天均值变化曲线模型；

图6为实施例1中炉底板所测压力每天均值变化曲线模型；

图7为实施例1中对应炉顶压力每天均值变化曲线模型；

图8为实施例1中对应热风温度每天均值变化曲线模型。

示意图中的标号说明：1、炉底封板；2、浇注料；3、环形挡圈；4、压力感应机构；5、高炉耐热基墩；6、高炉基础；7、锚栓加压机构；9、高炉炉壳；10、基础钻孔；11、水冷管；41、底板；42、顶板；43、压力传感器；44、预埋锚栓；45、压板；46、垫块A；47、垫板；48、垫块B；49、螺帽。

具体实施方式

下面结合具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例的一种检测高炉炉底封板应力变化的装置，如图1所示，包括炉底封板1、浇注料2、压力感应机构4和锚栓加压机构7，其中：炉底封板1为已经上翘的高炉炉底封板，浇注料2灌注于上翘的炉底封板1和高炉耐热基墩5之间形成的缝隙内部；压力感应机构4包括顶板42、压力传感器43、预埋锚栓44、压板45、垫块A46和螺帽49；预埋锚栓44底端插入在高炉炉壳9外侧、高炉基础上预留的基础钻孔10内，上部穿过压板45，并和压板45滑动连接；压板45底端面的一端压在垫块A46，另一端依次压在顶板42、压力传感器43和炉底封板1的上翘端，其上端面通过螺帽49和预埋锚栓44的顶部螺纹往下旋压；垫块46和压力传感器43在预埋锚栓44两侧对称设置；如图2所示，锚栓加压机构7和压力感应机构4的不同之处在于用垫块B48替换顶板42和压力传感器43，即压板45底端面的另一端依次压在垫块B48和炉底封板1的上翘端；在高炉底面圆周均匀分布4组16个压力感应机构4和108个锚栓加压机构7；浇注料2的外围固定有环形挡圈3；浇注料各配料的重量份数为：SiC，80份；含水粘合剂，30份；刚玉，9份；减水剂和分散剂共1份。

本实施例的一种检测高炉炉底封板应力变化的装置的应用，以一座4000m³高炉为例，其炉底半径R＝8990mm，周长56486mm，在其投产6年后出现炉底封板上翘，为分析上翘原因，设计了本实施例的检测高炉炉底封板应力变化的装置：

A、安装：

在高炉底面圆周均匀分布4组16个压力感应机构4和108个锚栓加压机构7；如图3所示，每4个压力传感器43为1组，共分成4组分别连接4个仪表箱，压力传感器43信号接入仪表箱内的重量变送器，通过重量变送器转换成数字信号，再传送给称重仪表，称重仪表能够同时显示每一个压力传感器43的压力信号和4个压力传感器43的总压力，并且通过4～20mA标准模拟量信号或总线信号远距离传送给控制系统。

安装时通过力矩扳手紧固安装螺帽49对锚栓加压机构7和压力感应机构4加压，并按同样力矩紧固，保持锚栓加压机构7和压力感应机构4接近相同压力；通过力矩扳手紧固安装螺帽49同时观察压力传感器43数据变化调整显示重量到15T左右。这样可近似于108只压板对炉底板起保护压力为108*15T＝1620T。

控制系统中读取相应四只压力传感器43重量总和数据检测各点重量变化情况，例如重量显示接近70％量程即发出报警现场检查，松动相应称重传感器区域螺帽49并记录此区域及其它方向相应力矩及称重数值变化。

B、压力参数模型建立：

根据各点检测压力数据制作专门的炉底模型画面进行实时监控。并对实时数据进行采集及记录，针对每个工艺参数变化制定实时秒级监控曲线(含炉底板4个方向压力检测与炉底温度、炉顶压力、送风温度)同时显示每分钟平均数据与各数据1分钟平均数据制作全天曲线；每天生成全天各数据平均数据报表便于制作每月平均报表。

C、记录统计：总结高炉在各种工况条件下的炉底板上升应力变化规律，以便提供在更高工况条件下的应力参数提供工艺参考，彻底找出炉底上翘主要原因。对实时数据进行采集及记录，针对每个工艺参数变化制定监控曲线。

本实施例的一种检测高炉炉底封板应力变化的装置的应用，通过2015年10月1日至10月20日的连续数据采集，如图5～8所示的有关温度、压力数据，均为当天的平均数值，通过图6、7和8，可以看出炉底封板上翘压力和炉顶压力、送风温度有明显的对应关系，说明炉顶压力、送风温度越大，炉底封板上翘压力越大，而由图5可以看出，炉底封板上翘压力对炉底封板温度也有一定的影响，虽然温度曲线波动较炉底封板上翘压力波动小，但10月2日和10月11日分别有两次温度值和报警温度值重合，触发了黄色报警装置，而这两日，刚好是炉底封板上翘压力波动最大时。当然，炉底封板温度波动小，与浇注料的性能有一定的关系，也有可能导热系数不符合要求。

从以上4个曲线图可以明显分析出测定高炉炉底封板应力变化的意义，通过高炉炉底封板应力变化的检测，和报警应力的设定，通过调整炉顶压力和送风温度来控制炉底封板上翘压力，以避免其过度上翘，造成安全隐患和经济损失。

实施例2

本实施例的一种检测高炉炉底封板应力变化的装置，其基本结构同实施例1，改进之处在于：压力感应机构4包括不同厚度规格的底板41和垫板47，如图4所示，底板41插入压力传感器43和炉底封板1之间，垫板47插入垫块A46和高炉基础6之间，通过使用不同厚度规格的底板41和垫板47来调整压板45两端的平衡。

为了保证所测压力和温度的准确性和对结论的进一步验证，本实施例的检测高炉炉底封板应力变化的装置对浇注料的配料进行了调整：SiC，90份；含水粘合剂，25份；刚玉，14份；减水剂和分散剂共1份。通过检测，其导热系数{100℃，(200℃×24h)}为13w/m.k，经过模拟试验，发现炉底封板温度和其它参数的曲线波动趋于一致，由于是高炉底的复杂因素，还要考虑浇注料的抗折强度和抗压强度，不能一味的提高其导热性，而忽略其它属性。

实施例3

本实施例的一种检测高炉炉底封板应力变化的装置，其基本结构同实施例2，对浇注料的配料进行了再次调整：SiC，85份；含水粘合剂，20份；刚玉，19份；减水剂和分散剂共1份。通过检测，其导热系数{100℃，(200℃×24h)}为12w/m.k，强度等级为C40。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种检测高炉炉底封板应力变化的装置，包括炉底封板(1)和浇注料(2)，其特征在于：还包括压力感应机构(4)，其中：

所述炉底封板(1)为已经上翘的高炉炉底封板，所述浇注料(2)灌注于上翘的炉底封板(1)和高炉耐热基墩(5)之间形成的缝隙内部；

所述压力感应机构(4)包括顶板(42)、压力传感器(43)、预埋锚栓(44)、压板(45)、垫块A(46)和螺帽(49)；所述预埋锚栓(44)底端插入在高炉炉壳(9)外侧、高炉基础上预留的基础钻孔(10)内，上部穿过压板(45)，并和压板(45)滑动连接；压板(45)底端面的一端压在垫块A(46)，另一端依次压在顶板(42)、压力传感器(43)和炉底封板(1)的上翘端，其上端面通过螺帽(49)和预埋锚栓(44)的顶部螺纹往下旋压。

2.根据权利要求1所述的检测高炉炉底封板应力变化的装置，其特征在于：所述压力感应机构(4)包括不同厚度规格的底板(41)和垫板(47)，底板(41)插入压力传感器(43)和炉底封板(1)之间，垫板(47)插入垫块A(46)和高炉基础(6)之间，通过使用不同厚度规格的底板(41)和垫板(47)来调整压板(45)两端的平衡。

3.根据权利要求1或2所述的检测高炉炉底封板应力变化的装置，其特征在于：所述垫块A(46)和压力传感器(43)在预埋锚栓(44)两侧对称设置。

4.根据权利要求1或2所述的检测高炉炉底封板应力变化的装置，其特征在于：所述浇注料(2)的外围固定有环形挡圈(3)。

5.根据权利要求3所述的检测高炉炉底封板应力变化的装置，其特征在于：所述浇注料(2)包括SiC、刚玉、减水剂、分散剂和含水粘合剂。

6.根据权利要求5所述的检测高炉炉底封板应力变化的装置，其特征在于：所述浇注料(2)各配料的重量份数为：SiC，80～90份；含水粘合剂，20～30份；刚玉，9～19份；减水剂和分散剂共1份。

7.根据权利要求6所述的检测高炉炉底封板应力变化的装置，其特征在于：还包括锚栓加压机构(7)，所述锚栓加压机构(7)和压力感应机构(4)的不同之处在于用垫块B(48)替换顶板(42)和压力传感器(43)，即压板(45)底端面的另一端依次压在垫块B(48)和炉底封板(1)的上翘端。

8.根据权利要求7所述的检测高炉炉底封板应力变化的装置，其特征在于：在高炉底面圆周均匀分布4组16个压力感应机构(4)和108个锚栓加压机构(7)。

9.根据权利要求8所述的检测高炉炉底封板应力变化的装置，其特征在于：每4个压力传感器(43)为1组，共分成4组分别连接4个仪表箱，压力传感器(43)信号接入仪表箱内的重量变送器，通过重量变送器转换成数字信号，再传送给称重仪表，称重仪表能够同时显示每一个压力传感器(43)的压力信号和4个压力传感器(43)的总压力，并且通过4～20mA标准模拟量信号或总线信号远距离传送给控制系统。

10.根据权利要求8所述的检测高炉炉底封板应力变化的装置，其特征在于：通过力矩扳手紧固安装螺帽(49)对所述锚栓加压机构(7)和压力感应机构(4)加压，并按同样力矩紧固，保持锚栓加压机构(7)和压力感应机构(4)接近相同压力。