ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 1994 года по МПК C21B9/00 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к воздухонагревателям доменной печи, и может быть использовано в других областях народного хозяйства, где применяется высокотемпературный нагрев газа.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является воздухонагреватель доменной печи, содержащий кожух, плоское днище, футеровку периферийных стен и металлическую кольцевую балку замкнутого прямоугольного сечения, расположенную вплотную к кожуху.

Известный воздухонагреватель имеет следующие недостатки: присутствие металлической кольцевой балки в пределах толщины футеровки периферийных стен создает условия для ее деформации в связи с частыми температурными перепадами в поднасадочном устройстве (до 300^оС и более), что приводит к нарушению целостности футеровки воздухонагревателя; изготовление, монтаж и рихтовка кольцевой балки, даже если она выполнена из отдельных секций, требует значительных затрат, а установка ее при капитальном ремонте воздухонагревателя с сохранением кожуха и полной заменой футеровки невозможна в связи с наличием остаточной деформации плоского днища, полученной в процессе эксплуатации воздухонагревателя.

Целью изобретения является повышение стойкости воздухонагревателя при повышенных температуре и давлении горячего технологического воздуха (горячего дутья) за счет исключения изгибных деформаций днища.

Указанная цель достигается тем, что воздухонагреватель, содержащий кожух с огнеупорной футеровкой, плоское днище с диаметром, большим наружного диаметра кожуха, и фундамент, снабжен треугольными ребрами жесткости и опорными кронштейнами с анкерными болтами, причем ребра жесткости закреплены на внутренней стороне кожуха и днища, а величина их катетов составляет 2/3-1 толщины футеровки, при этом опорные кронштейны с анкерными болтами закреплены на наружной стороне кожуха и выступающей части днища.

Наличие треугольных ребер жесткости, расположенных между внутренней стороной кожуха и днищем, обеспечивают необходимую прочность и жесткость узла их соединения в пределах толщины огнеупорной футеровки стен и исключают возможность деформаций от вертикальных сил, возникающих в воздухонагревателе при разогреве огнеупорной футеровки и последующих температурных колебаниях в период режима нагрева и дутьевого режима. Жесткость плоского днища в пределах установки поднасадочного устройства обеспечена вертикальными нагрузками от веса самого поднасадочного устройства, веса огнеупорной насадки и камеры горения. Геометрические размеры ребер жесткости определяются из условия возникающих изгибающих усилий на плоское днище в пределах толщины огнеупорной футеровки стен при циклических температурных воздействиях и из учета обеспечения необходимой теплоизоляции этих элементов.

Усилие фундаментных анкерных болтов опорными кронштейнами, закрепленными между выступающей частью плоского днища и наружной стороной кожуха, позволяет воспринимать дополнительные вертикальные усилия, возникающие в кожухе воздухонагревателя при разогреве огнеупорной футеровки стен, ее объемном расширении и при наличии избыточного внутреннего давления, а также обеспечивает устойчивость воздухонагревателя при ветровых нагрузках.

Вместе с тем совокупность отличительных существенных признаков предлагаемого технического решения обеспечивает воздухонагревателю необходимую стойкость кожуха и днища на весь период эксплуатации, а при реконструкции существующих воздухонагревателей позволит ограничиться заменой плоского днища и нижней части кожуха (царги).

На фиг. 1 показан общий вид воздухонагревателя доменной печи в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Воздухонагреватель доменной печи содержит металлический кожух 1, на внутренней поверхности которого уложена огнеупорная футеровка 2, камеры горения 3 и насадки 4, объединенные общим куполом 5, а также поднасадочное устройство 6, плоское днище 7 и фундамент 8.

С внутренней стороны кожуха 1 приварены к плоскому днищу 7 и к кожуху 1 треугольные ребра 9 жесткости, установленные с шагом, равным 15 толщинам царги, примыкающей к плоскому днищу 7. Ребро 9 жесткости имеет толщину, равную наименьшей толщине свариваемых элементов (кожуха и днища), а величина катетов составляет не менее 2/3 толщины огнеупорной футеровки стен и не более ее толщины.

Плоское днище 7 имеет диаметр больше наружного диаметра кожуха 1 на 200 мм в связи с тем, что на него установлены с шагом в 30^о приваренные с наружной стороны кожуха 1 двойные соединенные траверсой 10 опорные кронштейны 11, через которые пропущены, затянутые гайкой 12, анкерные болты 13. Концы анкерных болтов 13 закреплены в фундаменте.

Шаг установки ребер жесткости и опорных кронштейнов для затяжки фундаментных анкерных болтов принимается на основании нормативных рекомендаций на проектирование узлов металлоконструкций. Геометрические размеры ребер жесткости определяются из условий возникновения изгибающих усилий на плоское днище в пределах толщины огнеупорной футеровки стен при циклических воздействиях и из учета обеспечения необходимой теплоизоляции этих элементов.

Воздухонагреватель работает следующим образом.

Вертикальная нагрузка на плоское днище 7 от веса поднасадочного устройства 6, огнеупорной насадки 4 и камеры 3 горения практически обеспечивают необходимую жесткость днища в пределах установки поднасадочного устройства при доведении давления газа до рабочего в воздухонагревателе до его сушки и разогрева. Но в узлах стыкового соединения кожуха и плоского днища возникают весьма значительные краевые напряжения, которые должны приводить к деформации днища уже при сушке и разогреве воздухонагревателя, которая прогрессирует в процессе эксплуатации. Это объясняется тем, что при охлаждении происходит усадка огнеупорной футеровки, а при разогреве - ее расширение и распор кожуха в высокотемпературной зоне, возникновение вертикальных усилий в кожухе, сопровождающиеся соответствующим подъемом кожуха и как следствие деформацией плоского днища или разрушением узла соединения кожуха и плоского днища.

Треугольные ребра 3 жесткости, приваренные между внутренней стороной кожуха 1 и днищем 7, а также опорные кронштейны 11 фундаментных анкерных болтов 13, приваренные между выступающей частью плоского днища и наружной стороной кожуха, обеспечивают необходимую прочность и жесткость узла соединения кожуха и днища в пределах толщины огнеупорной футеровки и исключают возможность деформаций от вертикальных сил, возникающих при разогреве огнеупорной футеровки и последующих температурных колебаниях, а также при ветровых нагрузках. При этом затяжка анкерных болтов 13 гайками 12 должна быть произведена до сушки и разогрева воздухонагревателя.

Таким образом, данное техническое решение разработано на основании длительного практического наблюдения и изучения причин выхода из строя действующих воздухонагревателей, тщательного анализа и теоретического обоснования схемы распределения усилий на конструктивные элементы кожуха воздухонагревателя с учетом воздействия на плоское днище вертикальной нагрузки от веса поднасадочного устройства, огнеупорной насадки и камеры горения, а также вертикальных сил, возникающих при разогреве воздухонагревателя с учетом распорных усилий, действующих в зависимости от компенсационного слоя на верхнюю вертикальную часть кожуха от температурного расширения огнеупорной футеровки стен, а также с учетом воздействия ветровой нагрузки и наличия избыточного внутреннего давления.

Предлагаемая конструкция воздухонагревателя исключает аварийный выход его из строя в результате деформации днища, разрывов анкеров и стыкового соединения кожуха с днищем, обеспечивает воздухонагревателю необходимую стойкость на весь период эксплуатации, позволяет повысить температуру горячего технологического воздуха (горячего дутья) с соответствующим снижением расхода кокса и при этом снижает трудоемкость строительно-монтажных работ при изготовлении.

Предлагаемая конструкция воздухонагревателя позволяет реконструировать существующие воздухонагреватели других конструкций с частичной заменой кожуха и использованием существующего фундамента при малой трудоемкости строительно-монтажных работ.

Сущность изобретения: к внутренней стороне кожуха 1 и к плоскому днищу 7 приварены треугольные ребра жесткости, установленные с шагом, равным 15 толщинам царги, примыкающей к днищу 7. Ребро жесткости имеет толщину, равную наименьшей толщине свариваемых элементов (кожуха и днища), а величина катетов составляет не менее 2/3 толщины огнеупорной футеровки стен и не более ее толщины. Плоское днище 7 имеет диаметр больше наружного диаметра кожуха 1 и на него установлены с шагом в 30° приваренные с наружной стороны кожуха 1 двойные опорные кронштейны для затяжки фундаментных анкерных болтов. 3 ил.

ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, содержащий кожух с огнеупорной футеровкой, плоское днище с диаметром, большим наружного даиметра кожуха, и фундамент, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости за счет исключения изгибных деформаций днища, он снабжен треугольными ребрами жесткости и опорными кронштейнами с анкерными болтами, причем ребра жесткости закреплены на внутренней стороне кожуха и днище, а величина их катетов составляет 2/3 - 1 толщины футеровки, при этом опорные кронштейны с анкерными болтами закреплены на наружной стороне кожуха и выступающей части днища.