高炉炉底耐压设计方案的制作方法

本发明涉及高炉炉底领域，是提高高炉炉底耐压等级（能力）的设计方案。

背景技术：

在中国乃至世界范围内，用于炼铁或生产铁合金的高炉，无论大小其炉底结构均没有按照耐压标准进行设计，因此，很多高炉当生产一段时间后就会出现“炉底漏煤气”、“炉体上涨”、“炉底板上翘”等问题，当发生上述问题后一般都需要从外部进行治理，通过外部治理虽然能够解决一部分问题（如漏煤气问题），但很难提高其耐压等级，很难从根本上解决问题，为此本发明特别提出高炉炉底耐压设计方案，以确保高炉炉底安全。

通过国内专利检索查询，检索到几项关于治理“炉底板上翘”和治理“炉底漏煤气”方面的，以及“炉底板密封”方面的专利，但均属于早已在用的技术，均没有太大的创新；检索到两项关于“两层炉底”的和一项“炉底角”采用“圆角”的设计方案，虽然较前面的有所进步，但仍然不够耐压并且与本发明有着本质的区别。下面将检索到的几个比较典型的关于高炉炉底方面的专利分别叙述一下，以便于审查、甄别。

1、《高炉炉底结构》公布号cn105063263a的专利，主要是“炉壳内侧”与“炉底板”之间的密封处理及“炉壳外侧”与混凝土基础之间的“密封”处理，不难看出该方案其炉底板与炉壳之间属于“柔性连接”根本无法遏制炉内压力对炉底向下的推力，因此不耐压，一旦炉内压力升高到超过“炉壳自重”（包括附加在炉壳上的其他设备的重量），其“炉壳”或者称“炉体”就会被“拔起”（即业内所称的炉底上涨或称炉体上涨）。

2、《高炉炉底》cn104313217a，该专利炉底设置了双层“封板”（即炉底板），但其“封板”与炉壳间连接处焊缝很容易被拉开，因为炉壳会随温度和压力的升高而产生膨胀，不仅纵向膨胀而且还横向膨胀或称周向膨胀，因此，炉壳周向膨胀后“直径就变大”，一旦炉壳直径变大，其炉壳与炉底“封板”的焊缝就容易被拉开，就容易“炉底漏煤气”；由于炉壳的周向膨胀直径变大，两层炉底板之间的耐热混凝土周围也会与炉壳生产“脱离”，一旦脱离，不仅其密封性能消失，其耐热混凝土“芯”对“双层封板”（即炉底板）的“刚性”支撑能力也随之丧失，因此该方案也不耐压。

3、《一种高炉炉底》cn107164590a，该专利较上面的cn105063263a、cn104313217a有所进步，炉底除设置了两层封板外，炉壳外侧与混凝土基础之间也进行了“密封”处理，但该结构仍然不耐压，特别是大型高炉当内工作压力提高到0.5mpa时，炉内作用于炉底的向下推力可能就要达到5000吨以上，由此看出该结构仍然不够耐压。

4、《高炉底部结构》申请号为：2015207269589的，该专利在炉底和炉壳的转角处采用了弧形连接（或称圆角连接），在外面增加了底脚螺栓和加强肋，但炉底板仍然是平的，其耐压程度虽然比上面几个有所提高，但仍然不是真正的耐压结构，一旦压力升高到一定的程度其炉底还会向下“鼓肚”，从周围外观上看就是“炉底上涨”、“炉底板上翘”（业内习惯称“炉底上涨”或“炉底板上翘”，实际上均是“炉体上涨”引起的），由于“炉底上涨”或“炉底板上翘”，甚至能够将很粗的底脚螺栓拉断，有关“炉底上涨”底脚螺栓被拉断的报道和文章能够在《炼铁》或者钢铁冶金方面的杂志上查到。

针对上述专利所代表的现有技术的不足，本发明特推出高炉炉底耐压设计方案，以便于高炉设计者和管理者选用，以便于提高高炉炉底耐压水平，彻底避免高炉“炉底板上翘”、“炉底漏煤气”、“炉体上涨”等问题的发生，保证高炉安全长寿，提高钢铁企业经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的和技术任务是针对已有高炉炉底普遍不耐压或者耐压程度不够的问题，特别提供高炉炉底耐压设计方案，以便于提高高炉炉底耐压水平，从而杜绝或者彻底避免高炉“炉底板上翘”、“炉底漏煤气”、“炉体上涨”等问题的发生，保证高炉安全长寿，提高钢铁企业经济效益。

本发明所述的高炉炉底耐压设计方案主要有三种类型，第一是半球形炉底设计方案；第二是二分之一扁圆形（所谓“扁圆形”就是从俯视角度看是圆形，从左视、右视、主视和后视角度看是椭圆形，其1/2就是其“扁圆形”的水平横剖切）球面炉底设计方案；第三是刚性炉底设计方案（其刚性炉底结构，就是利用“肋板”与炉壳交错焊接所形成的巨大的结合强度拉住炉壳使之不能上涨，利用“肋板”和炉底板大面积接触焊接，使“肋板”的支撑力得到充分发挥，使炉底板不产生“鼓肚或者变形”），在刚性炉底设计方案中又有五种具体的结构形式。

所述的半球形炉底设计方案中包括半球形炉底、环形支撑裙板、支撑肋、散热窗、环形底座、底脚螺栓，以及高炉炉壳和混凝土基础等基本构件；底脚螺栓的下部预埋在混凝土基础内，混凝土基础的上面安装环形底座，环形底座上面与环形支撑裙板的下端焊接，环形支撑裙板的上端与高炉炉壳焊接；在高炉炉壳下面在环形支撑裙板所围起来的空间里面安装并焊接半球形炉底；在环形支撑裙板的圆周上有若干散热窗；在环形支撑裙板外圆一周，上至高炉炉壳下至环形底座还焊有若干支撑肋，用以辅助环形支撑裙板支撑炉体设备（包括炉料）重量。

所述的二分之一扁圆形球面炉底设计包括二分之一扁圆形球面炉底、环形支撑裙板、支撑肋、散热窗、环形底座、底脚螺栓以及高炉炉壳和混凝土基础等基本构件；底脚螺栓的下部预埋在混凝土基础内，混凝土基础的上面安装环形底座，环形底座上面与环形支撑裙板的下端焊接，环形支撑裙板的上端与高炉炉壳焊接；在高炉炉壳下面在环形支撑裙板所围起来的空间里面安装并焊接二分之一扁圆形球面炉底；在环形支撑裙板的圆周上有若干散热窗；在环形支撑裙板外圆一周，上至高炉炉壳下至环形底座还焊有若干支撑肋，用以辅助环形支撑裙板支撑炉体设备（包括炉料）重量。

所述的刚性炉底设计方案之一是，炉底板安装在混凝土基础上，在炉底板上面焊接放射状肋板、环形肋板，环形肋板安装焊接在炉底板的中心区域，其周围焊接放射状肋板；按照炉壳安装位置标记按照箭头指示方向安装高炉炉壳，安装时要将高炉炉壳下部的切割插口逐个对准其所对应的放射状肋板；也可以先将高炉炉壳焊接在炉底板上，然后逐个将放射状肋板从高炉炉壳下部事先预留的切割插口中穿入再焊接牢固。

所述的刚性炉底设计方案之二是，炉底板安装在混凝土基础上，在炉底板上面焊接放射状肋板，其放射状肋板的交点可以在炉底板的中心，如果为了焊接方便也可以有所错位或者在中心放置一个钢棒，还可以先将高炉炉壳焊接在炉底板上，然后逐个将放射状肋板从高炉炉壳下部事先预留的切割插口中穿入再焊接牢固。

所述的刚性炉底设计方案之三是，炉底板安装在混凝土基础上，在炉底板上面平行焊接条形肋板，也可以先将高炉炉壳焊接在炉底板上，然后逐个将条形肋板从高炉炉壳下部事先预留的切割插口中穿入再焊接牢固。

所述的刚性炉底设计方案之四是，在炉底板上同时纵横焊接条形肋板，使之形成“网格结构”，条形肋板可以采取在相交处切口，然后通过相互扣合的方法安装焊接；也可以先将高炉炉壳焊接在炉底板上，随后逐个将某一方位的条形肋板从高炉炉壳下部事先预留的切割插口中穿入焊牢，然后将另一个方位的条形肋板按照网格尺寸切割成小块再进行焊接。

所述的刚性炉底设计方案之五是，可以先在炉底板上焊好放射状肋板或放射状肋板和环形肋板的组合或全条形肋板或由条形肋板组合的“网状结构”，然后将炉底板包括“肋板”一起反过来，将“肋板”一面置于混凝土基础上，形成“肋板”在下面的耐压炉底结构，然后在高炉炉壳周围焊接加强角使之与炉底板牢固结合。

所述的放射状肋板、环形肋板、条形肋板的材质、厚度、宽度（或称高度），以及肋板布置密度，需要根据具体高炉的大小、炉内压力的高低、炉底面积及炉底受力情况计算确定。

所述的半球形炉底和二分之一扁圆形球面炉底内部，包括“肋板”在炉底板下面的其炉底板上面的炉壳内部，以及“肋板”在炉底板上面的刚性炉底的肋板与肋板之间需要浇筑耐热混凝土，其上表面要按照设计标高进行找平，然后在找平层上面安装水冷管或者风冷管，并且在每根管的两端都需要安装波纹补偿器，以满足耐压、涨缩和密封的需要，在水冷管或者风冷管之间及周围浇筑导热性能好的耐火材料，并按照设计标高对上表面进行再次找平，以便于砌筑炉底碳砖；刚性炉底还必须在浇筑耐热混凝土前，先在炉底板上开灌浆孔并焊接灌浆管，利用灌浆管对炉底板下面与混凝土基础之间进行灌浆填充，等灌浆料凝固后割除灌浆管，封闭灌浆孔并焊接牢固，然后再浇筑耐热混凝土并进行找平，然后再在找平层上面安装水冷管或者风冷管，并且在每根管的两端都需要安装波纹补偿器，以满足耐压、涨缩和密封的需要，最后再在水冷管或者风冷管之间及周围浇筑导热性能好的耐火材料，并按照设计标高对上表面进行再次找平，以便于砌筑炉底碳砖。

本发明的高炉炉底耐压设计方案与现有技术相比，具有以下突出的优点和有益效果：该“方案”中半球形炉底是属于耐压程度最好的结构；二分之一扁圆形（所谓“扁圆形”就是从俯视角度看是圆形，从左视、右视、主视和后视角度看是椭圆形，其1/2就是其“扁圆形”的水平横剖切）球面炉底也是一种耐压程度非常好的耐压结构；另外的五种刚性炉底结构均能够利用“肋板”与炉壳交错焊接所形成的巨大的结合强度，紧紧地拉住炉壳使之不能上涨，利用“肋板”和炉底板大面积接触焊接，使“肋板”的支撑力得到充分发挥，使炉底板不产生“鼓肚”等任何变形，只要将其“肋板”宽度、厚度计算准确、选择合适、焊接牢固，完全能够满足高炉耐压要求，并且制造难度低、制造成本低、易于实施。总之，只要按照本发明所述技术方案实施，就能够得到耐压设计的高炉炉底，就能够使高炉彻底避免或者杜绝“炉底板上翘”、“炉底漏煤气”、“炉体上涨”等问题的发生，因此，能够保证高炉安全长寿，能够提高钢铁企业经济效益。

附图说明

图1是本发明半球形炉底剖面示意图；

图2是本发明二分之一扁圆形球面炉底剖面示意图；

图3是本发明“环形肋板和放射状肋板”组合应用的刚性炉底与高炉炉壳组装的示意图；

图4是本发明“环形肋板和放射状肋板”组合应用的刚性炉底平面示意图（即图3中a-a视图）；

图5是本发明“放射状肋板中心相交”式刚性炉底的平面示意图；

图6是本发明全“条形肋板”的刚性炉底平面示意图；

图7是本发明由“条形肋板”组成“网格结构”刚性炉底的平面示意图；

图8是本发明将“环形肋板和放射肋板”或全“条形肋板”或由“条形肋板”组成“网格结构”布置的其“肋板”在炉底板下面的刚性炉底结构示意图。

附图标记说明：图中1、高炉炉壳，2、半球形炉底，3、环形支撑裙板，4、散热窗，5、环形底座，6、底脚螺栓，7、混凝土炉基，8、二分之一扁圆形球面炉底，9、切割插口，10、炉底板，11、放射状肋板，12、环形肋板，13、螺栓孔，14、炉壳安装位置标记（图中双点划线），15、条形肋板，16、耐热混凝土，17、加强角，18，支撑肋，图3中“↓”表示炉壳向下安装。

具体实施方式

参照说明书及附图并结合具体实施例，对本发明的高炉炉底耐压设计方案作以下详细地说明。

所述的高炉炉底耐压设计方案的具体实施例有三种类型，一是半球形炉底设计方案；二是二分之一扁圆形（所谓“扁圆形”就是从俯视角度看是圆形，从左视、右视、主视和后视角度看是椭圆形，其1/2就是其“扁圆形”的水平横剖切）球面炉底设计方案；三是刚性炉底设计方案（其刚性炉底，就是利用“肋板”与炉壳交错焊接所形成的巨大的结合强度拉住炉壳使之不能上涨，利用“肋板”和炉底板大面积接触焊接，使“肋板”的支撑力得到充分发挥，使炉底板不产生“鼓肚或者变形”）。在刚性炉底设计方案中又有五种具体的结构形式。

在所述的半球形炉底设计方案中，包括半球形炉底（2）、环形支撑裙板（3）、支撑肋（18）、散热窗（4）、环形底座（5）、底脚螺栓（6）以及高炉炉壳（1）和混凝土基础（7）等基本构件；底脚螺栓（6）的下部预埋在混凝土基础（7）内，混凝土基础（7）的上面安装环形底座（5），环形底座（5）上面与环形支撑裙板（3）的下端焊接，环形支撑裙板（3）的上端与高炉炉壳（1）焊接；在高炉炉壳（1）下面在环形支撑裙板（3）所围起来的空间里面安装并焊接半球形炉底（2）；在环形支撑裙板（3）的圆周上有若干散热窗（4）；在环形支撑裙板（3）外圆一周，上至高炉炉壳（1）下至环形底座（5）还焊有若干支撑肋（18），用以辅助环形支撑裙板（3）支撑炉体设备（包括炉料）重量。

在所述的二分之一扁圆形球面炉底设计方案中，包括二分之一扁圆形球面炉底（8）、环形支撑裙板（3）、支撑肋（18）、散热窗（4）、环形底座（5）、底脚螺栓（6）以及高炉炉壳（1）和混凝土基础（7）等基本构件；底脚螺栓（6）的下部预埋在混凝土基础（7）内，混凝土基础（7）的上面安装环形底座（5），环形底座（5）上面与环形支撑裙板（3）的下端焊接，环形支撑裙板（3）的上端与高炉炉壳（1）焊接；在高炉炉壳（1）下面在环形支撑裙板（3）所围起来的空间里面安装并焊接二分之一扁圆形球面炉底（8）；在环形支撑裙板（3）的圆周上有若干散热窗（4）；在环形支撑裙板（3）外圆一周，上至高炉炉壳（1）下至环形底座（5）还焊有若干支撑肋（18），用以辅助环形支撑裙板（3）支撑炉体设备（包括炉料）重量。

所述的刚性炉底设计方案的具体结构形式之一是，炉底板（10）安装在混凝土基础（7）上，在炉底板（10）上面焊接放射状肋板（11）、环形肋板（12），环形肋板（12）安装焊接在炉底板（10）的中心区域，其周围焊接放射状肋板（11）；按照炉壳安装位置标记（14）按照箭头指示方向安装高炉炉壳（1），安装时要将高炉炉壳（1）下部的切割插口（9）逐个对准其所对应的放射状肋板（11）；也可以先将高炉炉壳（1）焊接在炉底板（10）上，然后逐个将放射状肋板（11）从高炉炉壳（1）下部事先预留的切割插口（9）中穿入再焊接牢固。

所述的刚性炉底设计方案之二是，炉底板（10）安装在混凝土基础（7）上，在炉底板（10）上面焊接放射状肋板（11），其放射状肋板（11）的交点可以在炉底板（10）的中心，如果为了焊接方便也可以有所错位或者在中心放置一个钢棒，也可以先将高炉炉壳（1）焊接在炉底板（10）上，然后逐个将放射状肋板（11）从高炉炉壳（1）下部事先预留的切割插口（9）中穿入再焊接牢固。

所述的刚性炉底设计方案的具体结构形式之三是，炉底板（10）安装在混凝土基础（7）上，在炉底板（10）上面平行焊接条形肋板（15），也可以先将高炉炉壳（1）焊接在炉底板（10）上，然后逐个将条形肋板（15）从高炉炉壳（1）下部事先预留的切割插口（9）中穿入再焊接牢固。

所述的刚性炉底设计方案的具体结构形式之四是，在炉底板（10）上同时纵横焊接条形肋板（15），使之形成“网格结构”，条形肋板（15）可以采取在相交处切口，然后通过相互扣合的方法安装焊接；也可以先将高炉炉壳（1）焊接在炉底板（10）上，随后逐个将某一方位的条形肋板（15）从高炉炉壳下部事先预留的切割插口（9）中穿入焊牢，然后将另一个方位的条形肋板（15）按照网格尺寸切割成小块再进行焊接。

所述的刚性炉底设计方案的具体结构形式之五是，可以先在炉底板（10）上焊好放射状肋板（11）或放射状肋板（11）和环形肋板（12）的组合或全条形肋板（15）或由条形肋板（15）组合的“网状结构”，然后将炉底板（10）包括“肋板”一起反过来，将“肋板”一面置于混凝土基础（7）上，形成“肋板”在下面的耐压炉底结构，然后在高炉炉壳（1）周围焊接加强角（17）使之与炉底板（10）牢固结合。

所述的放射状肋板（11）、环形肋板（12）、条形肋板（15）的材质、厚度、宽度（或称高度），以及肋板布置密度，需要根据具体高炉的大小、炉内压力的高低、炉底面积及炉底受力情况计算确定。

所述的半球形炉底和二分之一扁圆形球面炉底内部，包括“肋板”在炉底板下面的其炉底板上面的炉壳内部，以及“肋板”在炉底板上面的刚性炉底的肋板与肋板之间也需要浇筑耐热混凝土，其上表面要按照设计标高进行找平，然后在找平层上面安装水冷管或者风冷管，并且在每根管的两端都需要安装波纹补偿器，以满足耐压、涨缩和密封的需要，在水冷管或者风冷管之间及周围浇筑导热性能好的耐火材料，并按照设计标高对上表面进行再次找平，以便于砌筑炉底碳砖；刚性炉底还必须在浇筑耐热混凝土前，先在炉底板上开灌浆孔并焊接灌浆管，利用灌浆管对炉底板下面与混凝土基础之间进行灌浆填充，等灌浆料凝固后割除灌浆管，封闭灌浆孔并焊接牢固，然后再浇筑耐热混凝土并按照设计标高进行找平，然后再在找平层上面安装水冷管或者风冷管，并且在每根管的两端都需要安装波纹补偿器，以满足耐压、涨缩和密封的需要，最后再在水冷管或者风冷管之间及周围浇筑导热性能好的耐火材料，并按照设计标高对上表面进行再次找平，以便于砌筑炉底碳砖。

以上详细描述了本发明三类七种较佳的具体的实施例。不管是采用半球形炉底或二分之一扁圆形球面炉底或刚性炉底中任意一种，或者在其基本形状情况下进行的某些变形，只要采用与本专利描述类似的用于提高高炉炉底刚度或者能够提高炉底耐压程度的方案，均应属于本发明专利的保护范围；并且本领域普通技术人员无需付出创造性的劳动就可以根据本发明的构思另外作出诸多修改和变化的，或者本领域技术人员依照本发明的构思在现有技术的基础之上通过逻辑分析、推理或者是有限次的实验所得到的技术方案，也应属于本发明所确定的保护范围之内。