專利名稱：具有五邊結(jié)構(gòu)的主溝鋼殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高爐的主溝，尤其是涉及高爐主溝的鋼殼結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)高爐主溝為一細(xì)長、不封頂?shù)匿摎?，其截面一般為矩形，而主溝鋼殼通常坐落在鋪有沙子或粘土磚的出鐵場地面。矩形的鋼殼外圍四周填滿耐火材料，如沙子或磚，這樣出鐵場地面與鋼殼之間就沒有空間用于鋼殼的外部冷卻。另外，由于主溝的截面為矩形，而主溝內(nèi)側(cè)由耐火材料構(gòu)成的鐵水通道為U形，這樣鋼殼的不同位置(例如矩形的下角部與側(cè)邊中部)與鐵水通道之間的距離相差較大，而使得鋼殼不同部位之間的溫度差較大。這樣，由于鋼殼長時(shí)間經(jīng)受較高的溫度且其不同部位之間存在有較大的溫度差，因此很容易產(chǎn)生扭曲、變形。而鋼殼變形則會造成其結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生裂縫或使焊接點(diǎn)開裂，這樣在鐵水的壓力和沖擊下，主溝鋼殼結(jié)構(gòu)就會遭到破壞，而導(dǎo)致災(zāi)難性的事故，如跑鐵事故的發(fā)生。
并且，鋼殼的變形或扭曲還會對其內(nèi)部的耐火材料產(chǎn)生擠壓作用，使耐火材料產(chǎn)生裂縫，空氣由該裂縫中進(jìn)入，會造成耐火材料的氧化，而進(jìn)一步加大了耐火材料的破壞，最終導(dǎo)致耐火材料整個(gè)系統(tǒng)的失敗。在這種情況下就要對主溝進(jìn)行更換或者修理，而一個(gè)高爐主溝的鋼殼成本較高，動輒上百萬元，這樣就會使生產(chǎn)的成本增加，并可能會造成停產(chǎn)。
因此，如何延長主溝鋼殼的使用壽命及其使用的安全性，就是擺在本領(lǐng)域技術(shù)人員面前的一個(gè)難題。為了解決該問題，有的設(shè)計(jì)采用了中空的鋼殼，利用強(qiáng)制水冷或風(fēng)冷對鋼殼進(jìn)行冷卻，使其在使用過程中能夠保持適當(dāng)?shù)臏囟?。而在?shí)際使用過程中，由于該鋼殼的夾層空間較小，可能會發(fā)生一側(cè)堵塞的情況。在這種情況下，由于一側(cè)的堵塞，未堵塞的另一側(cè)的冷卻水或冷風(fēng)的流量會明顯加大，而使該側(cè)的冷卻效果加劇。這樣，鋼殼的一側(cè)因堵塞而得不到冷卻，而另一側(cè)的冷卻加劇，導(dǎo)致兩側(cè)的溫差加大，而使鋼殼更易變形。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種五邊結(jié)構(gòu)的主溝鋼殼，其可提高主溝及其所有耐火材料背襯的安全性能、可靠性和使用維護(hù)性能，同時(shí)避免許多傳統(tǒng)主溝設(shè)計(jì)的缺陷與問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種五邊結(jié)構(gòu)的主溝鋼殼，所述鋼殼的截面為由一條底邊、兩條側(cè)邊、和連接底邊和側(cè)邊的兩條斜邊的五條邊構(gòu)成。
所述鋼殼內(nèi)的鐵水通道為與鋼殼相似的形狀，從而使鋼殼上的各點(diǎn)距離鐵水通道的距離差不超過10％。
所述鋼殼外部與地面之間形成一冷卻通道。
支撐該鋼殼的地面上設(shè)置有進(jìn)氣孔，而鋼殼是上端設(shè)置開口，而使冷卻空氣從下部的進(jìn)氣孔進(jìn)入，而從鋼殼上端排出。
所述進(jìn)氣孔(4)為間隔設(shè)置的多個(gè)進(jìn)氣孔。
所述開口(5)為間隔設(shè)置的多個(gè)進(jìn)氣孔。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.本發(fā)明的五邊結(jié)構(gòu)鋼殼采用″有限元分析″對主溝鋼殼及其所有耐火材料背襯的溫度場分布做出精確的預(yù)測，實(shí)現(xiàn)了主溝、耐火材料背襯的幾何形狀的最優(yōu)設(shè)計(jì)(五邊結(jié)構(gòu))，確保了溫度場的均勻的輻射狀分布，最終保護(hù)鋼殼，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中鋼殼底部兩個(gè)直角與底部、側(cè)壁之間的嚴(yán)重不等溫而導(dǎo)致的擠壓、扭曲。
2.本發(fā)明的五邊結(jié)構(gòu)鋼殼非常有助于減輕鋼殼的重量(因三角形任意兩邊(原矩形鋼殼構(gòu)成角部的部分邊)之和大于第三邊(本發(fā)明的斜邊))，同時(shí)減輕了內(nèi)側(cè)耐火材料的重量(平均減少10％-15％)，從而大幅度減輕了整個(gè)主溝的重量，從而節(jié)省了材料的費(fèi)用。
3.本發(fā)明的五邊結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)外側(cè)的、受控的自然風(fēng)冷或強(qiáng)制對流風(fēng)冷冷卻空氣從鋼結(jié)構(gòu)底部進(jìn)入，沿著鋼結(jié)構(gòu)兩側(cè)上沿流出，使鋼結(jié)構(gòu)的溫度穩(wěn)定地、均勻地降到最低，鋼殼所受到的擠壓降到最小，同時(shí)降低因化學(xué)反應(yīng)(溫度越低，反應(yīng)越溫和)產(chǎn)生的耐火材料損耗，大幅度延長工作層澆注料的壽命。而且，由于鋼殼與出鐵場平臺之間的冷卻通道具有足夠空間，不會發(fā)生傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中冷卻通道堵塞、鋼殼兩側(cè)冷卻不均勻?qū)е碌钠淇v向嚴(yán)重變形的問題。
4.通過對高爐出鐵條件和主溝操作條件的詳盡分析，精確計(jì)算動態(tài)流動條件，為最佳溝形和尺寸提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，將湍流和耐火材料損耗降到最少，實(shí)現(xiàn)鐵/渣分離的最佳化。
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例的說明，可對本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)及其他特征更清楚地了解。
圖1是帶有通風(fēng)通道的本發(fā)明五邊結(jié)構(gòu)的主溝的截面圖；圖2是使用本發(fā)明五邊結(jié)構(gòu)的主溝的溫度分布圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合
本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1示出了本發(fā)明的五邊結(jié)構(gòu)的主溝的截面圖。從圖中可以看出該主溝的截面不是傳統(tǒng)技術(shù)的矩形，而是五邊形的結(jié)構(gòu)。所述的五邊形的結(jié)構(gòu)是指構(gòu)成主溝鋼殼的鋼板邊數(shù)，即一底邊2、兩個(gè)側(cè)邊1、以及連接底邊2與兩個(gè)側(cè)邊1的斜邊3，共計(jì)5條邊。而整個(gè)鋼殼是由延截面縱向延伸的5塊鋼板構(gòu)成，而不是現(xiàn)有技術(shù)中3塊鋼板構(gòu)成。該鋼殼的截面不同位置的截面即可以是相同面積的截面，也可以延其縱向變化截面，即從高爐的一端向出鐵口端逐漸縮小或者變大。同樣，該五邊結(jié)構(gòu)也可采用與相似的其他結(jié)構(gòu)，如U形結(jié)構(gòu)，但從制造的可行性及成本考慮，優(yōu)選采用五邊結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的五邊結(jié)構(gòu)的主溝，從截面上看其兩斜邊與被去掉的原矩形主溝的部分底邊和側(cè)邊構(gòu)成兩個(gè)三角形，該兩個(gè)三角形較佳為等腰三角形，即去掉的底邊與側(cè)邊的長度相等，當(dāng)然也可為不等腰三角形。較佳地是，該兩個(gè)三角形形狀相同。該斜邊的兩個(gè)點(diǎn)的位置可以是根據(jù)截面形狀的需要進(jìn)行任意選擇，較佳為自底邊與側(cè)邊的相交點(diǎn)其向底邊或者側(cè)邊內(nèi)延伸1/8-1/3的邊長。
由于本發(fā)明主溝的鋼殼截面在其底邊2和兩側(cè)邊1之間設(shè)置了兩條斜邊3，而將原來的矩形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)位于底部的角去掉。從幾何學(xué)原理可知，該斜邊的長度小于其所替代的部分側(cè)邊1和底邊2的長度。因此，鋼殼所使用的材料較原來鋼殼的材料少。并且本發(fā)明五邊結(jié)構(gòu)主溝鋼殼的截面面積也小于原矩形結(jié)構(gòu)的面積，即減小原矩形鋼殼的部分側(cè)邊與本發(fā)明斜邊構(gòu)成的兩個(gè)三角形區(qū)域，而使所使用的耐火材料也比原來的少。這樣，即可減少整個(gè)主溝的重量以防止主溝溝底變形，又可減少主溝鋼結(jié)構(gòu)用鋼材數(shù)量及耐火材料的費(fèi)用。
本發(fā)明的主溝鋼殼內(nèi)部的耐火材料形成的鐵水通道7可以為傳統(tǒng)的U形，也可以為與鋼殼相似的形狀，即五邊結(jié)構(gòu)。從而使主溝鋼殼上各點(diǎn)距鐵水通道的距離差值比現(xiàn)有技術(shù)中的矩形鋼殼的小，尤其是消除了原矩形鋼殼的下角部和側(cè)邊與鐵水通道之間的距離差值，這樣可減小鋼殼各處之間的溫差，由此減小鋼殼變形的可能。本發(fā)明的主溝鋼殼上各點(diǎn)距鐵水通道的距離的差值為10％以下為佳。圖2示出了使用本發(fā)明五邊結(jié)構(gòu)鋼殼內(nèi)耐火材料溫度場及主溝的溫度示意圖。作為一實(shí)施例，從圖中可以看出，在通風(fēng)條件下，鋼殼斜邊3處的溫度與底邊2和側(cè)邊1的溫度保持基本相同，即側(cè)邊1、底邊2的溫度為70度，斜邊3不同位置的溫度分別為72度和70度。
本發(fā)明還可以在鋼殼下面的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置有進(jìn)氣孔4，而在鋼殼的底邊2和側(cè)邊1外側(cè)設(shè)置有通風(fēng)通道6，而在側(cè)邊1的上端設(shè)置有開口5，以供冷卻空氣排出。這樣，在生產(chǎn)過程中，冷空氣從底部的進(jìn)氣孔4中進(jìn)入，而從上端的排氣開口5中排出，以冷卻鋼殼。由于采用了上述冷卻空氣從底部進(jìn)入而從上端排出的結(jié)構(gòu)，而非如現(xiàn)有技術(shù)一樣采用一端進(jìn)氣，另一端排氣的結(jié)構(gòu)，因此，在使用過程中，冷卻通道6不會發(fā)生堵塞，從而改善了冷卻效果，減少了鋼殼變形的可能。而從底部進(jìn)氣，上端排氣也符合空氣流動的原理，使冷卻效果更好。
設(shè)置在鋼殼下面的支撐結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣孔可以是連續(xù)設(shè)置的一個(gè)也可以是間隔設(shè)置的多個(gè)。同樣，側(cè)邊1的上端設(shè)置的開口5可以延側(cè)邊1連續(xù)設(shè)置，也可以間隔地設(shè)置成多個(gè)出氣開口5。
權(quán)利要求
1.一種五邊結(jié)構(gòu)的主溝鋼殼，其特征在于所述鋼殼的截面為由一條底邊(2)、兩條側(cè)邊(1)、和連接底邊(2)和側(cè)邊(1)的兩條斜邊(3)的五條邊構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主溝鋼殼，其特征在于所述鋼殼內(nèi)的鐵水通道(7)為與鋼殼相似的形狀，從而使鋼殼上的各點(diǎn)距離鐵水通道(7)的距離差不超過10％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主溝鋼殼，其特征在于所述鋼殼外部與支撐結(jié)構(gòu)之間形成一冷卻通道(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主溝鋼殼，其特征在于所述鋼殼底部的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置有進(jìn)氣孔(4)，鋼殼上端設(shè)置有開口(5)，而使冷卻空氣從下部的進(jìn)氣孔(4)進(jìn)入，從鋼殼上端開口(5)排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的主溝鋼殼，其特征在于所述進(jìn)氣孔(4)為間隔設(shè)置的多個(gè)進(jìn)氣孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的主溝鋼殼，其特征在于所述開口(5)為間隔設(shè)置的多個(gè)進(jìn)氣孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種五邊結(jié)構(gòu)的主溝鋼殼，所述鋼殼的截面由一底邊(2)、兩條側(cè)邊(1)、和連接底邊(2)和側(cè)邊(1)的兩條斜邊(3)構(gòu)成。本發(fā)明的主溝鋼殼可提高主溝及其所有耐火材料背襯的安全性能、可靠性和使用維護(hù)性能，同時(shí)避免許多傳統(tǒng)主溝設(shè)計(jì)的缺陷與問題。
文檔編號C21B7/14GK1690225SQ20041003724
公開日2005年11月2日 申請日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
發(fā)明者R·G·布倫尼曼, V·D·雷斯蒂沃 申請人:聯(lián)合礦產(chǎn)(天津)有限公司