专利名称：大型高炉热风管道温度变形补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及大型高炉热风管道温度变形补偿装置。
大型高炉的热风管道是从热风炉向高炉鼓吹高温热风的一段管道，包括支管、围管、总管。热风管道在正常工作状态下，管道自身将产生温度变形，常引起热风总管与热风炉的热风出口处局部应力和应变集中而产生结构破坏。热风总管的温度变形还反馈到直接向高炉送风的热风围管，再加上热风围管自身还会产生温度变形，这样就导致悬挂支承的热风围管整体位移或偏转高炉中心线，造成风口直吹管长度规格差异，风口严重漏风及早损，并产生高分贝的噪音、污染环境和浪费能源的高炉“通病”。
为解决这些问题，需要对热风管道的温度变形进行补偿。新日本制铁株式会社设计了“全拉杆”型补偿装置，在国内首先是用在宝钢一号高炉上。该装置为全焊接钢结构，主要由热风管道、金属波纹管膨胀节、拉紧装置及配套的管道支座四大部分组成，其中拉紧装置由长拉杆及其与热风总管间的紧固联结附件组成。在热风总管中，沿纵向间隔设置5个通用型金属波纹管膨胀节，六根具有足够刚度、并使用螺栓接手分段接长的大直径圆钢拉杆，通过沿总管钢壳外壁间隔设置的紧固联接附件将总管全部拉固；总管纵向每间隔7米及在每个膨胀节的两端设置单向滚动支座，由钢平台的框架横梁及钢支架结构支承。在四根支管上均设有复式拉杆型膨胀节，还设有为检修热风阀门使用的千斤顶支托和拉杆组成的更换装置；每根支管由二个单向滚动支座支承。热风围管采用双层水平刚性拉杆分别与四根炉体框架柱对称拉结固定。
在该装置上，大通径长距离的总管由于被通用型膨胀节多处分割切断，总管内强大的纵向内压推力全由长拉杆承担，长拉杆需要与总管等长，还需要设置许多紧固联接附件，因此该装置没有充分利用总管自身的材料强度，在结构传力和受力方面不甚合理，构件种类繁杂；此外这种“全拉杆”型补偿装置只能补偿拉杆系统范围内的管道变形增量，对热风围管沿其半径方向均匀扩大的温度变形增量及总管与围管交接三通部位的变形，不仅无法补偿，而且这些变形会受到斜向段总管的阻碍，以致围管与高炉中心线不能重合。利用双层刚性水平拉杆强制性对中，就会在炉体框架和围管结构中引发次生变形和次应力；或者导致热风总管的所有滚动支座都往其盲板端方向产生附加位移，这与整个热风管道的补偿方式不相协调。
另外，大型高炉的风口标高与热风炉热风出口标高不相同时，工艺布置通常将热风总管在平面内和平面外都设计有拐点走向；为消除在拐点处长拉杆对管道径向传力的有害影响，现有技术的拉紧装置必须在每个拐点处切断，重新锚固，并按各自独立分段系统设置膨胀节、拉杆及紧固联结附件，包括相应的管道支座，不仅设计复杂，还进一步导致构件种类繁多，增加投资。
本实用新型的目的是提供一种适合国内大型高炉技术装备水平和工艺布置的热风管道温度变形补偿装置，它能完全取消总管上设置的长拉杆及紧固联结附件，受力合理，补偿协调，并具备更好的适用性和可靠度。
本实用新型的目的是这样实现的该装置主要包括热风总管、热风围管、热风支管等部件；热风总管分斜直段和长直段；每根热风支管中部均设有一个万向型膨胀节和热风阀门；热风围管通过双层水平拉杆分别与四根炉体框架柱对称拉结固定，其结构要点是在总管长直段与斜直段相交的拐点处设有弯管压力平衡型膨胀节，其中部由一个双向滚动支座支承；长直段总管中部设有一个单式拉杆型膨胀节，其两端各设一个次固定支座，在长直段总管位于次固定支座两边间隔对称地设有数个单向滚动支座；斜直段总管上还间隔设有数个导向支架。
通过单向滚动支座和次固定支座的组合对称排列，使长直段总管中部形成一个中性点，长直段总管的变形就以中性点一分为二，左半段允许向盲板端变形，不加限制；右半段则以轴向和横向的位移分量由弯管压力平衡型膨胀节吸收。斜直段总管轴向及围管沿半径方向的增量变形也由弯管压力平衡型膨胀节补偿。当工艺设计在斜直段总管平面内出现多拐点或平面外出现局部上升或下降管段时，弯管压力平衡型膨胀节仍完全适用。
在热风支管的热风阀门两端各设一个双向滚动支座，可适应支管的双向位移；在拉结固定热风围管的水平拉杆两端各设一个抗震消能轴销，它具有制晃消能的功能，能合理传递和承受热风围管的地震水平力。此外，所有膨胀节在安装时进行二向予冷紧，予冷紧方向与热风管道的变形方向相反。
本实用新型针对热风管道温度变形引发的结构破坏和高炉“通病”，采用弯管压力平衡、单式拉杆型膨胀节结合热风管道自身而构成的补偿装置分而治之。通过采用组合配套的管道支座使长直段总管的变形一分为二，补偿量绝对值成倍减小。在膨胀节安装阶段实施二向予冷紧的予补偿手段，使热风管道按照本实用新型设计与控制的方式和方向去变形，并在适当的部位设置可与各管道变形及管道内衬结构稳定相协调的膨胀节予以吸收，所以补偿装置功能合理。由于装置中的热风总管是连续的，可承受结构自重，又直接传递内压推力，所以可完全取消现有技术装置中沿总管全长设置的长拉杆及繁杂的紧固联结附件，不仅充分利用了大通径总管自身的材料强度，节省大量钢材，也使其构造简洁，施工方便，结构受力和传力路径短捷。又由于总管拐点处设置的弯管压力平衡型膨胀节可一身二任，不仅对管道轴向和横向的变形都能够有效补偿，还能适应斜直段总管的多拐点走向，解决了现有技术中总管与围管之间补偿方式不相协调的矛盾，提高补偿装置的适用性和可靠度。此外，在热风围管双层水平拉杆的两端设有抗震消能轴销，使围管结构具有制晃功能，从合理构造上满足抗震设防要求。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
图1为本实用新型热风管道温度变形补偿装置第一个实施例的结构平面简图。
图2是
图1所示的热风管道温度变形补偿装置动态补偿平面示意图。
图3为
图1所示的弯管压力平衡型膨胀节构造示意图。
图4为
图1所示的总管次固定支座构造图。
图5为
图1所示的支管用双向滚动支座构造图。
图6为
图1所示的围管水平拉杆抗震消能节点示意图。
图7为图6所示的抗震消能轴销详图。
图8为本实用新型补偿装置的第二个实施例的结构平面布置简图。
图9为图8所示的实施例2的动态补偿平面示意图由
图1可知本实用新型补偿装置主要包括热风管道、金属波纹膨胀节和相配套的管道支座组成。热风总管1分为长直段和斜直段，其相交的拐点处设置弯管压力平衡型膨胀节2，中部由一个双向滚动支座14支承；并在斜直段总管间隔地设有数个导向支架5；总管长直段中部设有一个单式拉杆型膨胀节3，其两端各设一个次固定支座10支承；位于次固定支座10两边间隔对称地设有数个单向滚动支座9。通过单向滚动支座9和次固定支座10的组合对称排列，使长直段总管中部形成一个中性点，其变形就以中性点一分为二。与热风总管1相连的热风围管8采用双层水平拉杆6分别与四根炉体框架柱7对称拉结固定。混合室15、蓄热室16和燃烧室17为新日铁式热风炉。在热风炉与热风总管相连的热风支管12的中部均设一个万向型膨胀节4和热风阀门13，热风阀门13两端由双向滚动支座14支承。在该装置中所有膨胀节与热风管道均采用箍法联结，并在安装时进行二向予冷紧，予冷紧方向与热风管道的变形方向相反。
图2为
图1补偿装置动态补偿示意图，图中虚线给出了热风总管1、热风支管12和热风围管8在正常工作状态下的动态位移。以虚线箭头指出动态补偿的方式和方向。单式拉杆型膨胀节3的作用是在长直段总管中部形成一个中性点及配合实施二向予冷紧。
弯管压力平衡型膨胀节2构造见图3，主要由2段工作波纹管22和1段平衡波纹管19及弯管21、封头板25、大拉杆29和端板25a组成。中间管23与2段工作波纹管22相连，接管20和弯管21形成三通管，封头端管18与封头板25焊接，小拉杆30用于对平衡波纹管19予冷紧及对工作波纹管予张拉，并在运输中予以固定用，在补偿装置启动运行前拆除。在该补偿装置中，弯管压力平衡型膨胀节2的大拉杆29的两端设有圆头螺母26，在中间板27的两边设置挡块28，让大拉杆29可以在其结点处转动并具有局部活动间隙，使弯管压力平衡型膨胀节2对于小的位移具有较大的敏感性，同时可使平衡波纹管19只承受轴向位移。弯管压力平衡型膨胀节2以轴向补偿为主，避免横向补偿过大导致管道内衬破坏，并选择合适的轴向刚度。安装时，弯管压力平衡型膨胀节2的工作波纹管22与斜直段总管相联，其平衡波纹管19及封头端管18位于斜直段总管的盲端。
总管的次固定支座10构造图见图4，为粗糙摩擦滑动加安装螺栓支座。上管托底板33与下管托顶板34均采用纹高2mm的花纹钢板制作，安装螺栓36与椭园孔38配合，支承结构钢框架横梁37与下管托32之间固接。在下管托顶板34两端各设一个挡条35用于限制上管托的横向位移。
图5为支管用双向滚动支座14构造图，支管12的管托42落在钢球40上，隔板41纵横相焊，均匀分隔钢球40，安装螺栓39用于滚动支座与支承结构钢梁的固定。
图6为围管8水平拉杆抗震消能节点示意图，围管8由吊杆及管托43吊挂于炉体框架梁下，用双层次刚性拉杆6与炉体框架柱7拉接，拉杆6中部的可调螺母45用于围管8与高炉中心线对中，水平拉杆6两端设抗震消能轴销44，其与双层水平拉杆6，配合螺母45的调紧，可建立予应力平面拉环结构，具有制晃消能功能及合理传递和承受围管8的地震水平力。
抗震消能轴销详图见图7，轴销44采用塑性较好的低碳钢材料制成双层钢管，轴心填充钢丝蕊橡胶材料47。在内层钢管开缝48，或改变钢管的壁厚来调整轴销44的抗震消能功能。轴销44的抗剪强度与围管8传递的地震水平力最不利组合值相匹配。轴销44安装后由开口销46固定防脱。
本实用新型补偿装置实施例2结构平面布置见图8，热风管道在走向布置上与
图1略有区别，燃烧室17和蓄热室16组成外燃式热风炉，热风阀13移至支管端部，仅用一个双向滚动支座14支承热风支管12。斜直段总管在平面外设有下降管段1a，弯管压力平衡型膨胀节2仍设在拐点处并完全适用。其动态补偿示意图见图9。
本实用新型对于国内现有采用改进型内燃式热风炉的1000m3级高炉热风管道也同样适用，并可取得相同的技术效益。
综上所述，本实用新型补偿装置与现有技术相比具有的优点是1、提供一种新的大型高炉热风管道温度变形补偿装置，通过控制和调整热风管道的变形方向及补偿方式，使装置受力和传力合理、短捷，解决了现有技术中总管与围管之间补偿方式不协调的矛盾。
2、完全取消总管设置的全长拉杆及其繁杂的紧固联接附件，节省大量钢材。
3、结构形式简单，制造方便，能适合总管的多拐点走向布置，提高了补偿装置系统工作可靠度和适用性。
4、在双层水平拉杆的两端设置抗震消能轴销，能形成制晃消能功能，满足围管结构抗震设防及地震水平力的传递需要。
权利要求1.一种大型高炉热风管道温度变形补偿装置，主要包括热风总管(1)、热风围管(8)、热风支管(12)等部件；热风总管(1)分为斜直段和长直段；与长直段总管相连的热风支管(12)中部均设有一个万向型膨胀节(4)和热风阀(13)；与斜直段总管相连的热风围管(8)通过双层水平拉杆(6)分别与炉体框架柱(7)对称拉结固定，其特征在于在所述的热风总管(1)的长直段与斜直段相交的拐点处设有弯管压力平衡型膨胀节(2)，其中部设有一个双向滚动支座(14)；长直段总管中部设有一个单式拉杆型膨胀节(3)，其两端又各设一个次固定支座(10)；在长直段位于次固定支座(10)两边间隔对称地设有数个单向滚动支座(9)；在斜直段位于弯管压力平衡型膨胀节(2)之外间隔地设有数个导向支架(5)。
2.根据权利要求1所述的补偿装置，其特征在于所述的热风总管(1)斜直段在工艺设计中出现多个拐点时或在其平面外出现局部上升或下降管段时，弯管压力平衡型膨胀节(2)仍完全适用。
3.根据权利要求1所述的补偿装置，其特征在于在所述的热风支管(12)的热风阀(13)两端各设一个双向滚动支座(14)。
4.根据权利要求1、2所述的补偿装置，其特征在于在所述的热风围管(8)的水平拉杆(6)两端各设一个抗震消能轴销(44)，该轴销(44)由塑性较好的低碳钢材料制成双层钢管，轴心填充钢丝橡胶材料(47)，并在内层钢管开缝(48)。
5.根据权利要求2所述的补偿装置，其特征在于所述的热风阀(13)位于热风支管(12)的端部，在万向型膨胀节(4)和热风阀(13)之间设有一个双向滚动支座(14)。
6.根据权利要求1、3、5所述的补偿装置，其特征在于所述的双向滚动支座(14)由钢球(40)和隔板(41)组成，隔板(41)纵横相焊，均匀分隔钢球(40)。
7.根据权利要求1、2所述的补偿装置，其特征在于所述的次固定支座(10)的上管托底板(33)与下管托顶板(34)均采用纹高2mm的花纹钢板制作，通过安装螺栓(36)与椭园孔(38)配合连接，在下管托顶板(34)两端各设一个挡条(35)。
8.根据权利要求1、2所述的补偿装置，其特征在于所述的弯管压力平衡型膨胀节(2)的大拉杆(29)两端设有圆头螺母(26)，在其中间板(27)的两边设置挡块(28)、安装时，弯管压力平衡型膨胀节(2)的工作波纹管(22)与斜直段总管相联，其平衡波纹管(19)及封头端管(18)位于斜直段总管的盲端。
9.根据权利要求1、2、8所述的补偿装置，其特征在于所述的弯管压力平衡型膨胀节(2)、单式拉杆型膨胀节(3)和万向型膨胀节(4)在安装时进行二向予冷紧，予冷紧方向与热风管道的变形方向相反。
专利摘要本实用新型公开了一种大型高炉热风管道温度变形补偿装置,其结构要点是在热风总管长直段与斜直段相交处设置弯管压力平衡型膨胀节,中部由双向滚动支座支承;在长直段总管中部设有单式拉杆型膨胀节,两端由次固定支座支承,其两边间隔对称地设有数个单向滚动支座;斜直段上还设有数个导向支架。此外在热风支管上还设有万向型膨胀节及双向滚动支座,热风围管的水平拉杆两端设有抗震消能轴销。该装置结构简单,能节省大量投资,适合国内大型高炉技术装备水平和工艺布置。
文档编号C21B9/00GK2286753SQ96243098
公开日1998年7月29日 申请日期1996年11月13日 优先权日1996年11月13日
发明者白建民, 季德培 申请人:冶金工业部马鞍山钢铁设计研究院