一种适用于高温加热炉冷却管网的支撑组合钢梁的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于结构工程钢结构技术领域，尤其涉及一种适用于高温加热炉冷却管网的支撑组合钢梁。
【背景技术】
[0002]由于钢结构在高于600°C的温度下弹性模量与强度均发生大幅度下降，无法实现承重目的，所以连接高温加热炉的支撑梁设计难度很大。目前，连接高温加热炉的承重钢梁主要采取以下两种方法进行耐高温处理:第一种方法是增加加热炉与支撑梁之间隔热层的厚度，但是由于空间限制，隔热层往往无法做到很厚，隔热层的传热系数较大，无法大幅度降低结构的温度；第二，支撑梁整体采用耐高温材料，但是支撑梁结构用材多，整体采用耐高温材料大大增加建设成本。而且，虽然采用耐高温材料，但是板材中仍存在温度梯度，不均匀的膨胀将导致支撑钢梁严重变形。可见，上述两种方法都不能在满足工程经济合理性的基础上实现支撑板耐高温的要求。
【发明内容】
[0003]为了克服现有加热炉支撑板的缺点，本发明提供一种用于高温加热炉冷却管网的支撑组合钢梁。所述钢梁结构在承受高达900°C高温的同时能够充分发挥结构的承载性能。
[0004]本发明所提供的组合钢梁采用普通钢材(例如Q235钢)与特殊钢(例如耐高温奥氏体不锈钢或耐热钢)焊接连接共同承重的箱型梁来作为高温加热炉的支撑梁。同时，为了较小板件内温度梯度引起的支撑梁的整体变形，在不锈钢板边缘间隔一定距离开设孔缝。
[0005]在一方面，本发明提供了一种适用于高温加热炉冷却管网的支撑组合钢梁，包括:
[0006]第一钢梁构件，包括水平设置的第一钢板；
[0007]第二钢梁构件，包括水平设置的第二钢板，在横向上所述第二钢梁构件的一端与所述第一钢梁构件连接，并且所述第二钢梁构件的另一端的所述第二钢板的边缘间隔地开设有横向的多个孔缝；
[0008]多个横向支撑加劲肋，用以增加所述组合钢梁的承载能力，其中所述横向支撑加劲肋为垂直设置并使得所述多个孔缝各自位于在所述横向支撑加劲肋之间；
[0009]承重柱，分别设置于所述第一钢梁构件和第二钢梁构件纵向的两端用以支撑所述组合钢梁；
[0010]其中，在横向上所述第二钢梁构件的一端伸入加热炉体中并在连接部位覆盖隔热层。
[0011]其中所述第一钢梁构件和所述第二钢梁构件组合形成箱型梁。
[0012]所述第一钢梁构件和所述第二钢梁构件采用焊接连接。
[0013]所述第一钢梁构件的构成采用普通钢，例如Q235钢，所述第二钢梁构件的构成采用特殊钢，例如耐高温奥氏体不锈钢或耐热钢。
[0014]所述孔缝为三角形缝，所述孔缝的长度等于所述第二钢板的宽度ws。
[0015]在另一方面，本发明还提供了一种所述适用于高温加热炉冷却管网的支撑组合钢梁的制备方法，其包括:
[0016]设计和加工第一钢梁构件，其包括第一钢板；
[0017]设计和加工第二钢梁构件，其包括第二钢板；
[0018]在所述第二钢板上的边缘采用线切割的方式开设多个孔缝；
[0019]将所述第一钢梁构件和所述第二钢梁构件进行焊接；
[0020]设置多个横向支撑加劲肋，其中所述横向支撑加劲肋为垂直设置并使得所述多个孔缝各自位于在所述横向支撑加劲肋之间。
[0021]所述方法进一步包括:
[0022]将所述第二钢梁构件的一端伸入加热炉体中；
[0023]将所述第一钢梁构件和第二钢梁构件纵向的两端固定设置在承重柱上；
[0024]将所述第二钢梁构件在横向上的一端伸入加热炉体中并在连接部位覆盖隔热层。
[0025]本发明所提供的适用于高温加热炉冷却管网的支撑组合钢梁可用于水泥厂、钢厂和化工厂等处连接高温加热炉体的支撑梁，在确保钢梁在高温下正常工作的情况下，尽可能减小板材的变形并降低结构的造价。
【附图说明】
[0026]图1是该高温加热炉的组合支撑钢箱梁的工作环境图。
[0027]图2是该组合支撑钢箱梁的详细构造图。
[0028]图3是支撑板边缘孔缝的详细尺寸图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。应当理解，本发明并不局限于下述有关发明的【具体实施方式】或实施例。同时也应当理解，本文所使用的术语只是用于针对特定的实施方式进行描述，而不是用来对本申请要求保护的范围进行限制。
[0030]在一种【具体实施方式】中，高温加热炉的支撑板的工作环境(侧视图)如图1所示。用于高温加热炉冷却管网的支撑组合钢梁包括:普通钢梁100，包括普通钢板110 ;不锈钢梁200，包括不锈钢板210，边缘开设有多个孔缝230 ;多个横向支撑加劲肋400 ;承重柱500 ;普通钢梁100和不锈钢梁200采用焊接连接300。
[0031]其中w。为碳素钢梁100宽度，ws为不锈钢梁200的宽度，hb为箱型梁的高度。不锈钢板200的一端伸入加热炉体600中，在此端覆盖隔热层，降低支撑板的工作温度。加热炉体600温度高达900摄氏度以上，经过支撑板以及覆盖在它上面的保温材料的热传递，在支撑板另一端温度降到120摄氏度以下。经过温度递减，使普通钢板100的工作温度保持在120°C以下。钢梁支撑在承重柱500上，不锈钢与普通钢板采用焊接连接300。
[0032]在一种【具体实施方式】中，高温加热炉支撑板结构的构造如图2所示。其中w。为碳素钢梁100宽度，ws为不锈钢梁200的宽度，w i为不锈钢梁200伸入炉体600内的宽度，1 b为梁的长度，A 1为孔缝230的宽度。
[0033]不锈钢材料建议选用06Crl9Ni 10即AISI 304，该不锈钢材料在900度高温时还可以保持50%的弹性模量和20%的强度，普通钢选用碳素钢Q235。普通碳素钢焊接性较好，一般焊接接头中不易出现脆硬组织和冷裂纹，而该奥氏体不锈钢在焊接时容易出现焊接热裂纹、脆化、晶间腐蚀和应力腐蚀，且两种钢材化学成分和物理性能差异大，碳素钢较不锈钢导热性能差，线膨胀系数大。所以，若采用普通焊丝焊接易导致焊接应力和变形较大，易出现裂纹等缺陷。经过大量资料的查阅，和焊接实例的分析，焊丝材料采用国产不锈钢焊丝GWS-309。
[0034]为了充分保证钢梁的承载能力，在箱型梁中设置横向加劲肋400。
[0035]同时，为了避免温度梯度引起的板件整体变形与附加应力，在不锈钢板210边缘开设孔缝230。孔缝230设在两道横向加劲肋400之间，使其对钢箱梁的承载力的影响减为最小。由于热胀冷缩，炉体内的不锈钢板的膨胀变形由孔缝230来缓解。06Crl9Nil0不锈钢在900°C左右时的线膨胀系数为20X 10 6，根据计算，在板边缘开设η个孔缝，孔缝宽度为A 1，长度为不锈钢板的宽度ws。孔缝宽度满足公式:A 1 = 20X 10 6XlbX At/n，其中At为不锈钢梁两侧的温度差。根据一个实施例，图3显示了板边开缝的尺寸。
[0036]使用该装置的方法是:首先单独加工、设计不锈钢板和碳素钢钢板，将不锈钢伸入加热炉的边缘采用线切割的方式按照尺寸进行孔缝的切取。再采用国产不锈钢焊丝GWS-309，使用GXS-300进行焊接。
[0037]在上述说明书中针对一些优选实施方式进行了具体的描述，并且为说明之目的提供了一些技术细节，然而本领域的技术人员应该能够理解本发明可以有各种有关材料、形状、尺寸、数量等方面的变化和更多不同的实施方式，而且本文所描述的细节可以有相当的变化而不会偏离本发明的精神和主旨，从而应当属于本申请所要求保护的范围。
【主权项】
1.一种适用于高温加热炉冷却管网的支撑组合钢梁，包括: 第一钢梁构件，包括水平设置的第一钢板； 第二钢梁构件，包括水平设置的第二钢板，在横向上所述第二钢梁构件的一端与所述第一钢梁构件连接，并且所述第二钢梁构件的另一端的所述第二钢板的边缘间隔地开设有横向的多个孔缝； 多个横向支撑加劲肋，用以增加所述组合钢梁的承载能力，其中所述横向支撑加劲肋为垂直设置并使得所述多个孔缝各自位于在所述横向支撑加劲肋之间； 承重柱，分别设置于所述第一钢梁构件和第二钢梁构件纵向的两端用以支撑所述组合钢梁； 其中，在横向上所述第二钢梁构件的一端伸入加热炉体中并在连接部位覆盖隔热层。2.根据权利要求1所述的组合钢梁，其中所述第一钢梁构件和所述第二钢梁构件组合形成箱型梁。3.根据权利要求1所述的组合钢梁，其中所述第一钢梁构件和所述第二钢梁构件采用焊接连接。4.根据权利要求1所述的组合钢梁，其中所述第一钢梁构件由普通钢构成，所述第二钢梁构件由特殊钢构成。5.根据权利要求4所述的组合钢梁，其中所述特殊钢为不锈钢或耐热钢。6.根据权利要求1所述的组合钢梁，其中所述孔缝为三角形缝，所述孔缝的长度等于所述第二钢板的宽度ws。7.根据权利要求6所述的组合钢梁，其中所述第二钢梁构件由06Crl9Nil0不锈钢构成；所述孔缝的开口宽度为Δ1，其满足公式Δ 1 = 20X 10 6XlbX At/n，其中η为所述孔缝开设的个数，lbS所述第二钢梁构件的长度，At为所述第二钢梁构件横向两端的温度差，20 X 10 6为不锈钢线性膨胀系数。8.—种权利要求1-7任意项所述的适用于高温加热炉冷却管网的支撑组合钢梁的制备方法，其包括: 设计和加工第一钢梁构件，其包括第一钢板； 设计和加工第二钢梁构件，其包括第二钢板； 在所述第二钢板上的边缘采用线切割的方式开设多个孔缝； 将所述第一钢梁构件和所述第二钢梁构件进行焊接； 设置多个横向支撑加劲肋，其中所述横向支撑加劲肋为垂直设置并使得所述多个孔缝各自位于在所述横向支撑加劲肋之间。9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括: 将所述第二钢梁构件的一端伸入加热炉体中； 将所述第一钢梁构件和第二钢梁构件纵向的两端固定设置在承重柱上。10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括将所述第二钢梁构件在横向上的一端伸入加热炉体中并在连接部位覆盖隔热层。
【专利摘要】本发明涉及一种适用于高温加热炉冷却管网的支撑组合钢梁。所述组合钢梁采用普通钢材(例如Q235钢)与特殊钢(例如耐高温奥氏体不锈钢或耐热钢)焊接连接共同承重的箱型梁来作为高温加热炉的支撑梁。同时，为了较小板件内温度梯度引起的支撑梁的整体变形，在不锈钢板边缘间隔一定距离开设孔缝。所述钢梁结构在承受高达900℃高温的同时能够充分发挥结构的承载性能。所述支撑组合钢梁可用于水泥厂、钢厂和化工厂等处连接高温加热炉体的支撑梁，在确保钢梁在高温下正常工作的情况下，尽可能减小板材的变形并降低结构的造价。
【IPC分类】E04B1/24, F27D1/10
【公开号】CN105387721
【申请号】CN201510660635
【发明人】王元清, 王中兴, 叶国平
【申请人】清华大学, 成都益国工程设计顾问有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月12日