专利名称：具有五边结构的主沟钢壳的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高炉的主沟，尤其是涉及高炉主沟的钢壳结构。
背景技术：
传统高炉主沟为一细长、不封顶的钢壳，其截面一般为矩形，而主沟钢壳通常坐落在铺有沙子或粘土砖的出铁场地面。矩形的钢壳外围四周填满耐火材料，如沙子或砖，这样出铁场地面与钢壳之间就没有空间用于钢壳的外部冷却。另外，由于主沟的截面为矩形，而主沟内侧由耐火材料构成的铁水通道为U形，这样钢壳的不同位置(例如矩形的下角部与侧边中部)与铁水通道之间的距离相差较大，而使得钢壳不同部位之间的温度差较大。这样，由于钢壳长时间经受较高的温度且其不同部位之间存在有较大的温度差，因此很容易产生扭曲、变形。而钢壳变形则会造成其结构本身产生裂缝或使焊接点开裂，这样在铁水的压力和冲击下，主沟钢壳结构就会遭到破坏，而导致灾难性的事故，如跑铁事故的发生。
并且，钢壳的变形或扭曲还会对其内部的耐火材料产生挤压作用，使耐火材料产生裂缝，空气由该裂缝中进入，会造成耐火材料的氧化，而进一步加大了耐火材料的破坏，最终导致耐火材料整个系统的失败。在这种情况下就要对主沟进行更换或者修理，而一个高炉主沟的钢壳成本较高，动辄上百万元，这样就会使生产的成本增加，并可能会造成停产。
因此，如何延长主沟钢壳的使用寿命及其使用的安全性，就是摆在本领域技术人员面前的一个难题。为了解决该问题，有的设计采用了中空的钢壳，利用强制水冷或风冷对钢壳进行冷却，使其在使用过程中能够保持适当的温度。而在实际使用过程中，由于该钢壳的夹层空间较小，可能会发生一侧堵塞的情况。在这种情况下，由于一侧的堵塞，未堵塞的另一侧的冷却水或冷风的流量会明显加大，而使该侧的冷却效果加剧。这样，钢壳的一侧因堵塞而得不到冷却，而另一侧的冷却加剧，导致两侧的温差加大，而使钢壳更易变形。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种五边结构的主沟钢壳，其可提高主沟及其所有耐火材料背衬的安全性能、可靠性和使用维护性能，同时避免许多传统主沟设计的缺陷与问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种五边结构的主沟钢壳，所述钢壳的截面为由一条底边、两条侧边、和连接底边和侧边的两条斜边的五条边构成。
所述钢壳内的铁水通道为与钢壳相似的形状，从而使钢壳上的各点距离铁水通道的距离差不超过10％。
所述钢壳外部与地面之间形成一冷却通道。
支撑该钢壳的地面上设置有进气孔，而钢壳是上端设置开口，而使冷却空气从下部的进气孔进入，而从钢壳上端排出。
所述进气孔(4)为间隔设置的多个进气孔。
所述开口(5)为间隔设置的多个进气孔。
本发明的优点是1.本发明的五边结构钢壳采用″有限元分析″对主沟钢壳及其所有耐火材料背衬的温度场分布做出精确的预测，实现了主沟、耐火材料背衬的几何形状的最优设计(五边结构)，确保了温度场的均匀的辐射状分布，最终保护钢壳，避免了传统设计中钢壳底部两个直角与底部、侧壁之间的严重不等温而导致的挤压、扭曲。
2.本发明的五边结构钢壳非常有助于减轻钢壳的重量(因三角形任意两边(原矩形钢壳构成角部的部分边)之和大于第三边(本发明的斜边))，同时减轻了内侧耐火材料的重量(平均减少10％-15％)，从而大幅度减轻了整个主沟的重量，从而节省了材料的费用。
3.本发明的五边结构钢结构外侧的、受控的自然风冷或强制对流风冷冷却空气从钢结构底部进入，沿着钢结构两侧上沿流出，使钢结构的温度稳定地、均匀地降到最低，钢壳所受到的挤压降到最小，同时降低因化学反应(温度越低，反应越温和)产生的耐火材料损耗，大幅度延长工作层浇注料的寿命。而且，由于钢壳与出铁场平台之间的冷却通道具有足够空间，不会发生传统设计中冷却通道堵塞、钢壳两侧冷却不均匀导致的其纵向严重变形的问题。
4.通过对高炉出铁条件和主沟操作条件的详尽分析，精确计算动态流动条件，为最佳沟形和尺寸提供设计数据，将湍流和耐火材料损耗降到最少，实现铁/渣分离的最佳化。
下面结合附图及具体实施例的说明，可对本发明的目的、优点及其他特征更清楚地了解。
图1是带有通风通道的本发明五边结构的主沟的截面图；图2是使用本发明五边结构的主沟的温度分布图。
具体实施例方式
下面结合
本发明的实施例。
图1示出了本发明的五边结构的主沟的截面图。从图中可以看出该主沟的截面不是传统技术的矩形，而是五边形的结构。所述的五边形的结构是指构成主沟钢壳的钢板边数，即一底边2、两个侧边1、以及连接底边2与两个侧边1的斜边3，共计5条边。而整个钢壳是由延截面纵向延伸的5块钢板构成，而不是现有技术中3块钢板构成。该钢壳的截面不同位置的截面即可以是相同面积的截面，也可以延其纵向变化截面，即从高炉的一端向出铁口端逐渐缩小或者变大。同样，该五边结构也可采用与相似的其他结构，如U形结构，但从制造的可行性及成本考虑，优选采用五边结构。
本实用新型的五边结构的主沟，从截面上看其两斜边与被去掉的原矩形主沟的部分底边和侧边构成两个三角形，该两个三角形较佳为等腰三角形，即去掉的底边与侧边的长度相等，当然也可为不等腰三角形。较佳地是，该两个三角形形状相同。该斜边的两个点的位置可以是根据截面形状的需要进行任意选择，较佳为自底边与侧边的相交点其向底边或者侧边内延伸1/8-1/3的边长。
由于本发明主沟的钢壳截面在其底边2和两侧边1之间设置了两条斜边3，而将原来的矩形结构的两个位于底部的角去掉。从几何学原理可知，该斜边的长度小于其所替代的部分侧边1和底边2的长度。因此，钢壳所使用的材料较原来钢壳的材料少。并且本发明五边结构主沟钢壳的截面面积也小于原矩形结构的面积，即减小原矩形钢壳的部分侧边与本发明斜边构成的两个三角形区域，而使所使用的耐火材料也比原来的少。这样，即可减少整个主沟的重量以防止主沟沟底变形，又可减少主沟钢结构用钢材数量及耐火材料的费用。
本发明的主沟钢壳内部的耐火材料形成的铁水通道7可以为传统的U形，也可以为与钢壳相似的形状，即五边结构。从而使主沟钢壳上各点距铁水通道的距离差值比现有技术中的矩形钢壳的小，尤其是消除了原矩形钢壳的下角部和侧边与铁水通道之间的距离差值，这样可减小钢壳各处之间的温差，由此减小钢壳变形的可能。本发明的主沟钢壳上各点距铁水通道的距离的差值为10％以下为佳。图2示出了使用本发明五边结构钢壳内耐火材料温度场及主沟的温度示意图。作为一实施例，从图中可以看出，在通风条件下，钢壳斜边3处的温度与底边2和侧边1的温度保持基本相同，即侧边1、底边2的温度为70度，斜边3不同位置的温度分别为72度和70度。
本发明还可以在钢壳下面的支撑结构设置有进气孔4，而在钢壳的底边2和侧边1外侧设置有通风通道6，而在侧边1的上端设置有开口5，以供冷却空气排出。这样，在生产过程中，冷空气从底部的进气孔4中进入，而从上端的排气开口5中排出，以冷却钢壳。由于采用了上述冷却空气从底部进入而从上端排出的结构，而非如现有技术一样采用一端进气，另一端排气的结构，因此，在使用过程中，冷却通道6不会发生堵塞，从而改善了冷却效果，减少了钢壳变形的可能。而从底部进气，上端排气也符合空气流动的原理，使冷却效果更好。
设置在钢壳下面的支撑结构的进气孔可以是连续设置的一个也可以是间隔设置的多个。同样，侧边1的上端设置的开口5可以延侧边1连续设置，也可以间隔地设置成多个出气开口5。
权利要求
1.一种五边结构的主沟钢壳，其特征在于所述钢壳的截面为由一条底边(2)、两条侧边(1)、和连接底边(2)和侧边(1)的两条斜边(3)的五条边构成。
2.根据权利要求1所述的主沟钢壳，其特征在于所述钢壳内的铁水通道(7)为与钢壳相似的形状，从而使钢壳上的各点距离铁水通道(7)的距离差不超过10％。
3.根据权利要求1所述的主沟钢壳，其特征在于所述钢壳外部与支撑结构之间形成一冷却通道(6)。
4.根据权利要求1所述的主沟钢壳，其特征在于所述钢壳底部的支撑结构设置有进气孔(4)，钢壳上端设置有开口(5)，而使冷却空气从下部的进气孔(4)进入，从钢壳上端开口(5)排出。
5.根据权利要求4所述的主沟钢壳，其特征在于所述进气孔(4)为间隔设置的多个进气孔。
6.根据权利要求4所述的主沟钢壳，其特征在于所述开口(5)为间隔设置的多个进气孔。
全文摘要
本发明涉及一种五边结构的主沟钢壳，所述钢壳的截面由一底边(2)、两条侧边(1)、和连接底边(2)和侧边(1)的两条斜边(3)构成。本发明的主沟钢壳可提高主沟及其所有耐火材料背衬的安全性能、可靠性和使用维护性能，同时避免许多传统主沟设计的缺陷与问题。
文档编号C21B7/14GK1690225SQ20041003724
公开日2005年11月2日 申请日期2004年4月29日 优先权日2004年4月29日
发明者R·G·布伦尼曼, V·D·雷斯蒂沃 申请人:联合矿产(天津)有限公司