[发明专利]高炉热风围管水平拉杆的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及高炉设计领域，具体是一种高炉热风围管水平拉杆的设计方法。

背景技术

长期以来，高炉系统的部分结构件都在设计时选用了足够大的尺寸，很多结构的刚度、强度都远远超出了所需安全系数，其可靠性是毋庸置疑的，但是，超高的可靠性却造成了材料的结构尺寸存在很大的冗余，造成了材料的浪费和成本的提高。

高炉系统的部分结构件没有经过合理的设计分析，在原有经验值的基础上进行设计，工程设计人员并不了解该结构处于哪一种安全状态，不清楚其结构尺寸和设备能力存在多少冗余，因此每次做新的工程设计时都是参考旧图纸的相关数据，不能对相关结构及设备能力做出优化、不能提高图纸的设计质量，最终导致工程成本居高不下。

缺乏相关的设计分析就不能对施工图做出相应的优化，这就导致了设计水平在多年前旧图纸的基础上原地踏步，设计质量不能得到提高，不能适应新形势的要求。

高炉热风围管的水平拉杆由于受到热风主管盲板力和热风围管高温高压变形的影响，其受力情况非常复杂。拉杆的设计可以用有限元软件进行计算分析，但由于软件的复杂性及拉杆受力的复杂性，只有经过专门训练的人员才能在耗时耗力的分析后得到设计结果，一般的工程设计人员很难掌握这种设计方法。

发明内容

为了克服现有技术中高炉系统的部分结构未经优化而造成材料浪费和成本较高的不足，本发明提供了一种高炉热风围管水平拉杆的设计方法，在保证安全系数和强度要求的前提下，对拉杆的材料和尺寸结构进行优化，达到降低成本的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高炉热风围管水平拉杆的设计方法，包括以下步骤：步骤1、计算热风主管的风压对拉杆产生的作用力以及计算热风围管的变形对拉杆产生的作用力；步骤2、根据步骤1计算结果计算单个拉杆所受的最大作用力；步骤3、根据单个拉杆所受的最大作用力的大小，确定拉杆的直径。

进一步地，步骤1包括：步骤1.1a、计算热风主管内的热风对热风围管的盲板力，该盲板力的计算公式为F_MB为盲板力，单位为N；d₀为热风主管的内径，单位为mm；P为热风压力，单位为MPa。

进一步地，步骤1还包括：步骤1.1b、计算热风主管内热风压力P对单个拉杆产生的最大作用力，该最大作用力的计算公式为F_DMB为热风主管内热风压力P对单个拉杆产生的最大作用力，单位为N；α₁...α_n为各拉杆与热风主管的夹角，单位为度。

进一步地，步骤1包括：步骤1.2a、计算热风围管的外径在设定压力作用下的变形量，该热风围管在设定压力作用下的变形量计算公式为Δd₁为热风围管在设定压力作用下的变形量，单位为mm；D₀为热风围管的中径，单位为mm；d为热风围管的内径，单位为mm；δ为热风围管的壁厚，单位为mm；E为热风围管的材料对应的弹性模量，单位为MPa。

进一步地，步骤1还包括：步骤1.2b、计算热风围管的外径在设定温度作用下的变形量，该热风围管的外径在设定温度作用下的变形量的计算公式为Δd₂为热风围管的外径在设定温度作用下的变形量，单位mm；α为热风围管的材料对应的线膨胀系数，单位为1/℃；T₁为热风围管的安装温度，单位为℃；T₂为热风围管的工作温度，单位为℃。

进一步地，步骤1还包括：步骤1.2c、计算热风围管的外径的单侧总变形量，该总变形量的计算公式为ΔR为总变形量，单位为mm。

进一步地，步骤1还包括：步骤1.2d、计算热风围管单侧总变形量对应产生同等变形的纯压力，该纯压力的计算公式为P_Z为热风围管单侧总变形量对应产生同等变形的纯压力，单位为MPa；Δl是结构及安装因素可以吸收的热风围管的膨胀变形量，单位为mm。

进一步地，步骤1还包括：步骤1.2e、计算拉杆抵消热风围管变形需要提供的作用力，该作用力的计算公式为F_BX＝P_Zab，F_BX为拉杆抵消热风围管变形需要提供的作用力，单位为N；a为拉杆的支座与热风围管的接触面的长度，单位为mm；b为拉杆的支座与热风围管的接触面的宽度，单位为mm。