[发明专利]顶燃式热风炉圆弧拟合悬链线的独立拱顶结构

说明书

技术领域

本发明属于蓄热式热风炉技术领域，提供了一种顶燃式热风炉圆弧拟合悬链线的独立拱顶结构，拟合悬链线拱顶使用在顶燃式热风炉上。

背景技术

在蓄热式热风炉的发展历史中，顶燃式热风炉的成功应用无疑具有标志性的意义。顶燃式热风炉以其占地小、投资省、流场均匀、风温高等优点广泛应用于各级别高炉，实现高风温的同时，显著降低燃料消耗与污染物排放，是热风炉的发展方向。目前顶燃式热风炉顶部的燃烧器与下部的炉身之间绝大多数采用了锥球结合的拱顶连接形式，如图1所示；也有的取消了球段4，直接变为由圆锥3连接的锥形拱顶。

随着该形式顶燃式热风炉的推广使用，发现其温度最高、工况最恶劣的拱顶部位，特别是锥段3、球段4和热风出口7，这些部位频繁发生钢结构温度异常升高和开裂、耐火材料破损甚至发生炉壳烧穿的恶性事故。每次烧出事故都造成了严重的经济损失，修复费用动辄数十万元，还严重影响了高炉生产，而且烧出事故极易造成人员伤亡；另有大量的顶燃式热风炉热风出口需要定期进行维护以免出现恶性事故。

分析其原因，主要是拱顶的结构形式不合理造成的。众所周知，热风炉拱顶是由耐火材料砌筑而成的松散结构，在工作以后容易受到重力、耐火材料热膨胀、气体压力等作用而失去稳定性。经过技术分析，如图1所示的锥球结合的拱顶，在受到重力的作用下，其拱顶的径向受力如图2所示，锥段3受到的径向力8方向向内，而球段4受到的径向力9方向向外，从而使拱顶向着变形趋势10的方向发生形变，而失去稳定性。由于图1所示的结构形式热风出口7和球段4是一体的，因此热风出口7如果有破损也会造成球段4的破损，形成连带破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种顶燃式热风炉圆弧拟合悬链线的独立拱顶结构，通过改变顶燃式热风炉的拱顶结构形式，彻底解决其拱顶锥段3、球段4和热风出口7部位易发生高温破损的问题，延长顶燃式热风炉的使用寿命。

本发明的解决方法是利用倒置的悬链线拱顶结构，优化热风炉拱顶的受力结构，提供一种受力稳定的顶燃式热风炉拱顶结构，如图3所示，热风炉拱顶不再采用锥球结合或者圆锥的拱顶结构，而采用圆弧拟合倒置悬链线轨迹11的圆弧拟合的悬链线拱顶12结构。

本发明包括包括燃烧器1、喉口段2、拱顶直段5、炉身6、热风出口7、倒置悬链线轨迹11、圆弧拟合的悬链线拱顶12、托砖圈13。在顶燃式热风炉喉口段2与拱顶直段5之间采用了圆弧拟合的悬链线拱顶12来连接，圆弧拟合的悬链线拱顶12下部设置了托砖圈13，使其与拱顶直段5相互脱开，形成独立结构；热风出口7设置在拱顶直段5的侧面。

可以采用拱顶12的内表面、中心线或者外表面对悬链线进行拟合，拟合圆弧可以是一段或者多段；利用悬链线在重力作用下压力线与拱顶形状重合的特点，提高了热风炉拱顶整体结构的稳定性。

圆弧拟合的悬链线拱顶12与拱顶直段5通过托砖圈13脱开；热风出口7设置在拱顶直段5上。

由于倒置悬链线拱顶的特点，在受到重力的作用下，径向力8和径向力9分布均匀而且互相抵消，使砌砖的压力线与拱顶内形吻合，大幅提高了拱顶砌砖结构的稳定性。

本发明可以应用在高炉、石化等需要将加热气体介质的领域。

附图说明

图1是现有的顶燃式热风炉拱顶结构立面图，其中燃烧器1、喉口段2、锥段3、球段4、拱顶直段5、炉身6、热风出口7。

图2是锥球结合的拱顶在重力所用下的径向力示意图，其中锥段径向力8、球段径向力9、变形趋势10。

图3是圆弧拟合的悬链线顶燃式热风炉独立拱顶示意图，其中燃烧器1、喉口段2、拱顶直段5、炉身6、热风出口7、倒置悬链线轨迹11、圆弧拟合的悬链线拱顶12。

图4托砖圈设置示意图，其中托砖圈13、拱顶直段5，圆弧拟合的悬链线拱顶12。

具体实施方式

本发明包括包括燃烧器1、喉口段2、拱顶直段5、炉身6、热风出口7、倒置悬链线轨迹11、圆弧拟合的悬链线拱顶12、托砖圈13。在顶燃式热风炉喉口段2与拱顶直段5之间采用了圆弧拟合的悬链线拱顶12来连接，圆弧拟合的悬链线拱顶12下部设置了托砖圈13，使其与拱顶直段5相互脱开，形成独立结构；热风出口7设置在拱顶直段5的侧面。

可以采用拱顶12的内表面、中心线或者外表面对悬链线进行拟合，拟合圆弧可以是一段或者多段；利用悬链线在重力作用下压力线与拱顶形状重合的特点，提高了热风炉拱顶整体结构的稳定性。

结合图3和图4，对本发明的具体实施方式做出如下详细说明。