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一种优化的高炉热风炉炉底结构及施工方法
申请号	CN202311372139.4	申请日	2023-10-20	公开(公告)号	CN117487989A	公开(公告)日	2024-02-02
申请人	山东省冶金设计院股份有限公司;			发明人	王振东; 李同来; 闫守阔; 李晓健; 张恩龙; 王建新;
摘要	本发明涉及热风炉结构技术领域，主要公开了一种优化的高炉热风炉炉底结构及施工方法，高炉热风炉炉底结构包括炉壳、裙座、炉柱子和型钢，炉壳的底板上方在最外圈炉柱子外侧沿炉壳中心周向布设有钢支模，钢支模的外壁与炉壳的内壁之间填充有耐火浇筑料，且在耐火浇筑料内部布设有钢筋，钢支模的内壁到炉壳中心内填充有喷涂料，炉壳的内壁上依次设置有纤维毡和大墙砖，沿大墙砖的内侧到炉壳中心的耐火浇筑料和喷涂料上方依次布设有黏土水泥砂浆和低蠕变黏土砖，通过上述高炉热风炉炉底结构及其施工方法来有效减少材料使用量同时缩短施工周期，起到降低热风炉炉底部位的投资成本，同时保证结构原有稳定性。
权利要求	1.一种优化的高炉热风炉炉底结构，包括炉壳(1)、裙座(2)、炉柱子(3)和型钢(4)，所述炉壳(1)的底板上方设置有型钢(4)，所述型钢(4)按网格状布设，在所述型钢(4)形成的隔孔内设置有炉柱子(3)，所述的炉壳(1)的底部外缘处设置有裙座(2)，在所述炉壳(1)的底板下方填充有灌浆料(5)；其特征在于：所述炉壳(1)的底板上方在最外圈炉柱子(3)外侧沿炉壳(1)周向布设有钢支模(6)，所述钢支模(6)的外壁与炉壳(1)的内壁之间填充有耐火浇筑料(8)，且在耐火浇筑料(8)内部布设有钢筋(7)，所述的钢支模(6)的内壁到炉壳(1)中心内填充有喷涂料(9)，所述炉壳(1)的内壁上由外向内依次设置有纤维毡(11)和大墙砖(10)，沿大墙砖(10)的内侧到炉壳(1)中心的耐火浇筑料(8)和喷涂料(9)上方布设有黏土水泥砂浆(12)，在所述黏土水泥砂浆(12)上方铺设低蠕变黏土砖(13)。 2.根据权利要求1所述的一种优化的高炉热风炉炉底结构，其特征在于：所述钢支模(6)的高度与所述耐火浇筑料(8)的高度一致。 3.根据权利要求2所述的一种优化的高炉热风炉炉底结构，其特征在于：所述喷涂料(9)的高度与所述耐火浇筑料(8)的高度一致。 4.根据权利要求1所述的一种优化的高炉热风炉炉底结构，其特征在于：耐火浇筑料内布设有钢筋(7)，所述钢筋(7)两端分别连接炉壳(1)的内壁和钢支模(6)的外壁。 5.根据权利要求3所述的一种优化的高炉热风炉炉底结构，其特征在于：所述的炉柱子(3)均匀布置在炉壳(1)的底板上方并通过螺栓固定。 6.根据权利要求5所述的一种优化的高炉热风炉炉底结构，其特征在于：所述纤维毡(11)和大墙砖(10)的高度与炉壳(1)的高度一致。 7.一种根据权利要求1‑6任一所述的优化的高炉热风炉炉底结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤： S1.炉壳(1)、裙座(2)、炉柱子(3)、型钢(4)等钢结构安装就位，焊接或机械连接固定牢固； S2.炉壳(1)的底板开孔并在开孔位置安装短管，通过短管进行炉底灌浆料(5)的施工，灌浆完成后切除短管并封堵孔洞； S3.在最外圈炉柱子(3)与炉壳(1)内壁之间安装钢支模(6)用于耐火浇筑料浇筑，钢支模(6)垂直于炉壳(1)底板并沿炉壳(1)周向布置，将钢支模(6)与炉壳(1)底板和型钢(4)的侧壁焊接； S4.在炉壳(1)与钢支模(6)之间布设双向的钢筋(7)，钢筋(7)的两端分别焊接在炉壳(1)的内壁和钢支模(6)的外壁上，钢筋(7)之间绑扎固定； S5.在炉壳(1)与钢支模(6)之间布设钢筋(7)位置浇筑耐火浇筑料； S6.炉中心到钢支模(6)之间采用轻质喷涂料(9)填充，填充高度与耐火浇筑料高度一致； S7.炉壳(1)底部耐火浇筑料和喷涂料(9)施工完成后，待结构成型稳定进行炉壳(1)底部平整，并进行大墙砖(10)和纤维毡(11)的施工，在炉壳(1)内壁上布设纤维毡(11)，在纤维毡(11)内侧砌筑大墙砖(10)，纤维毡(11)和大墙砖(10)的高度与炉壳(1)一致； S8.在S7中，当大墙砖(10)的砌筑高度大于炉底低蠕变黏土砖(13)的高度后，在耐火浇筑料(8)和喷涂料(9)上方铺设黏土水泥砂浆(12)，然后再砌筑两层低蠕变黏土砖(13)。
说明书全文	一种优化的高炉热风炉炉底结构及施工方法技术领域 [0001] 本发明涉及热风炉结构技术领域，特别是一种优化的高炉热风炉炉底结构及施工方法。背景技术 [0002] 随着炼铁工业发展，高炉热风炉系统已经形成了一套完整的结构体系，顶燃式热风炉技术也已成熟并得到广泛应用，面对市场需求趋于饱和、市场竞争日益激烈的社会大环境，高炉热风炉系统的优化升级、降本增效势在必行。 [0003] 优化设计和施工方法作为高炉热风炉工程建设降本增效的主要途径，对热风炉技术的未来发展起到了重要的引导作用，降低工程建设成本能促进热风炉技术更新同时显著提高热风炉市场竞争力。热风炉炉底作为与基础相接、支撑热风炉整个上部结构的部位，其结构稳定性和防止炉底漏风一直是设计、施工控制重点，中国发明专利CN102719584B公开了一种蓄热体预热燃烧的热风炉，其公开了现有的热风炉炉底结构，热风炉蓄热室下方与炉底上方为冷风室，炉箅子置于冷风室内，炉箅子下部有固定在炉底上的支撑柱，炉底钢壳下采用灌浆料、炉底钢壳上布设型钢、钢筋和支撑柱及其组件并浇筑耐火浇筑料的结构形式，具体施工时，如附图3所示，炉底为钢构拼接成的大圆板，直径约为7‑9米不等，根据不同设计需求，炉底边缘为C型弯过渡结构，平滑的和炉身钢构焊接，炉底圆板上焊接型钢H200x200，型钢呈不规则网格状，格孔安装炉箅子支撑柱和固定支柱螺栓和槽钢，炉底以上约0.4米高度绑扎钢筋网，错开炉箅子支柱空间，然后钢筋网以下位置全部浇筑浇注料PN‑AHS，浇筑完成沿边缘砌筑炉墙到炉顶，炉墙以内炉底铺三层耐火砖，炉箅子支柱一般为20根左右，此结构耐火浇筑料一般选择牌号PN‑AHS，使用温度可达1350℃。 [0004] 热风炉炉底作为热风炉基础上的承载重要结构，冷风和高温烟气交替通行长期工况环境，其使用温度长期实际处于180℃‑450℃之间波动。整个炉身的1000吨以上的载荷是通过炉墙传递到炉底边缘，再通过加固型钢和耐火浇筑料传递到炉底板上，进而传递给基础。而炉箅子及炉柱子上面的1000吨格子砖荷载将分摊在各个柱脚直接传递到炉底板上，最终传递给基础，上述热风炉炉底结构及施工方式存在以下问题：1.在一定程度上，材料指标选取过高以及材料浪费的问题；2.现有的热风炉炉底结构施工工期较长。发明内容 [0005] 本发明的目的是提供了一种优化的高炉热风炉炉底结构和施工方法来有效减少材料使用量同时缩短施工周期，起到降低热风炉炉底部位的投资成本，同时保证结构原有稳定性。 [0006] 实现上述目的本发明的技术方案为，一种优化的高炉热风炉炉底结构，包括炉壳、裙座、炉柱子和型钢，所述炉壳的底板上方设置有型钢，所述型钢按不规则网格状布设，在所述型钢形成的隔孔内设置有炉柱子，所述的炉壳的底部外缘处设置有裙座，裙座通过螺栓固定在地基上，在所述炉壳的底板下方填充有灌浆料；所述炉壳的底板上方在最外圈炉柱子外侧沿炉壳中心周向布设有钢支模，所述钢支模的外壁与炉壳的内壁之间填充有耐火浇筑料，且在耐火浇筑料内部布设有钢筋，所述的钢支模的内壁到炉壳中心内填充有喷涂料，所述炉壳的内壁上依次设置有纤维毡和大墙砖，纤维毡紧贴炉壳内壁，在纤维毡内侧自下而上砌筑大墙砖，沿大墙砖的内侧到炉壳中心的耐火浇筑料和喷涂料上方布设有黏土水泥砂浆，在所述黏土水泥砂浆上方铺设低蠕变黏土砖，耐火浇筑料和喷涂料以上布设一层黏土水泥砂浆并砌筑两层低蠕变黏土砖。通过上述技术方案，增设钢支模，将钢支模内侧到炉壳中心之间采用喷涂料替换原来的耐火浇筑料，喷涂料相较耐火浇筑料有更好的隔热效果和更轻的重量，降低热风炉炉底温度的同时还能减轻炉体总重量，降低基础荷载，能有效保障热风炉炉底使用寿命，减小热风炉炉底基础过热开裂及炉底钢壳热应力开裂漏风的隐患，使用喷涂料部分替代耐火浇筑料的结构形式相比原耐火浇筑料的结构形式有更好的经济效益，喷涂料材料成本低，施工简便，新结构形式能显著降低成本；并且采用喷涂料结构形式可以去除该部分的钢筋铺设量，节省钢材同时缩短了钢筋铺设和绑扎时间，缩短施工周期。 [0007] 本发明的进一步的技术方案在于：所述的炉柱子均匀布置在炉壳的底板上方并通过螺栓固定。 [0008] 本发明的进一步的技术方案在于：所述钢支模的高度与所述耐火浇筑料的高度一致，钢支模采用一定厚度的钢板。 [0009] 本发明的进一步的技术方案在于：所述喷涂料的高度与所述耐火浇筑料的高度一致。 [0010] 本发明的进一步的技术方案在于：耐火浇筑料内布设双向的钢筋，钢筋两端分别连接炉壳的内壁和钢支模的外壁。 [0011] 本发明的进一步的技术方案在于：所述纤维毡和大墙砖的高度与炉壳的高度一致。 [0012] 一种优化的高炉热风炉炉底结构的施工方法，包括以下步骤： [0013] S1.钢结构安装：炉壳、裙座、炉柱子、型钢等钢结构安装就位，焊接或机械连接固定牢固并满足设计要求的直线度、垂直度和内径偏差条件； [0014] S2.炉底灌浆：炉壳的底板开孔并在开孔位置安装短管，通过短管进行炉底灌浆料的施工，灌浆完成后切除短管并封堵孔洞； [0015] S3.安装钢支模：在最外圈炉柱子与炉壳内壁之间安装钢支模用于耐火浇筑料浇筑，钢支模垂直于炉壳底板并沿炉壳中心周向布置，将钢支模与炉壳底板和型钢的侧壁焊接； [0016] S4.布设钢筋：在炉壳与钢支模之间布设双向的钢筋，钢筋的两端分别焊接在炉壳的内壁和钢支模的外壁上，钢筋之间绑扎固定； [0017] S5.耐火浇筑料浇筑：在炉壳与钢支模之间布设钢筋位置浇筑耐火浇筑料，浇筑高度符合设计要求； [0018] S6.喷涂料施工：炉中心到钢支模之间采用轻质喷涂料填充，填充高度与耐火浇筑料高度一致； [0019] S7.炉底平整并砌筑墙砖：炉壳底部耐火浇筑料和喷涂料施工完成后，待结构成型稳定进行炉壳底部平整，并进行大墙砖和纤维毡的施工，在炉壳内壁上布设纤维毡，在纤维毡内侧砌筑大墙砖，纤维毡和大墙砖的高度与炉壳一致； [0020] S8.炉底黏土砖砌筑：在S7中，当大墙砖的砌筑高度大于炉底低蠕变黏土砖的设计高度后，在耐火浇筑料和喷涂料上方铺设黏土水泥砂浆，然后再砌筑两层低蠕变黏土砖。 [0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0022] 本申请根据炉底的实际工况和载荷分布，优化了原热风炉炉底全耐火浇筑料结构，采用耐火浇筑料配加强钢筋和喷涂料组合的结构形式，首先本申请的炉底优化结构，可以减少炉底加固钢筋的使用，仅需敷设至炉底边缘的炉柱子附近，不影响其传递炉墙载荷到炉底的功能，避免了大量捆扎钢筋作业的难度，大大降低了施工时间，缩短了工期；其次，所使用的钢筋量大大减少，降低了钢筋材料的成本，避免材料浪费；另外，在耐火浇筑料的使用上也大大减少，优化的炉底结构使用较少的耐火浇筑料，而使用轻质喷涂料的区域由于其体密更低，整个炉底耐火浇筑料及喷涂料重量大大减少，结合耐火浇筑料和喷涂料的价格偏差，可进一步降低炉底投资费用。附图说明 [0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0024] 图1为本发明具体实施方式中高炉热风炉炉底结构示意图， [0025] 图2为本发明具体实施方式中高炉热风炉炉底结构局部剖视图， [0026] 图3为现有技术中高炉热风炉炉底结构局部剖视图。 [0027] 图中：1、炉壳；2、裙座；3、炉柱子；4、型钢；5、灌浆料；6、钢支模；7、钢筋；8、耐火浇筑料；9、喷涂料；10、大墙砖；11、纤维毡；12、黏土水泥砂浆；13、低蠕变黏土砖。具体实施方式 [0028] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0029] 实施例1 [0030] 如图1‑图2所示，一种优化的高炉热风炉炉底结构，包括炉壳1、裙座2、炉柱子3和型钢4，所述炉壳1的底板上方设置有型钢4，所述型钢4按不规则网格状布设，在所述型钢4形成的隔孔内设置有炉柱子3，所述的炉柱子3均匀布置在炉壳1的底板上方并通过螺栓固定。所述的炉壳1的底部外缘处设置有裙座2，裙座2通过螺栓固定在地基上，在所述炉壳1的底板下方填充有灌浆料5；所述炉壳1的底板上方在最外圈炉柱子3外侧沿炉壳1中心周向布设有钢支模6，钢支模6采用一定厚度的钢板，所述钢支模6的外壁与炉壳1的内壁之间填充有耐火浇筑料8，所述钢支模6的高度与所述耐火浇筑料8的高度一致，且在耐火浇筑料8内部布设有钢筋7，耐火浇筑料内布设双向的钢筋7，钢筋7两端分别连接炉壳1的内壁和钢支模6的外壁。所述的钢支模6的内壁到炉壳1中心内填充有喷涂料9，所述喷涂料9的高度与所述耐火浇筑料8的高度一致。所述炉壳1的内壁上依次设置有纤维毡11和大墙砖10，纤维毡11紧贴炉壳1内壁，在纤维毡11内侧自下而上砌筑大墙砖10，沿大墙砖10的内侧到炉壳1中心的耐火浇筑料8和喷涂料9上方布设有黏土水泥砂浆12，在所述黏土水泥砂浆12上方铺设低蠕变黏土砖13，耐火浇筑料和喷涂料9以上布设一层黏土水泥砂浆12并砌筑两层低蠕变黏土砖13，所述纤维毡11和大墙砖10的高度与炉壳1的高度一致。 [0031] 通过上述技术方案，增设钢支模6，将钢支模6内侧到炉壳1中心之间采用喷涂料9替换原来的耐火浇筑料8，喷涂料9相较耐火浇筑料有更好的隔热效果和更轻的重量，降低热风炉炉底温度的同时还能减轻炉体总重量，降低基础荷载，能有效保障热风炉炉底使用寿命，减小热风炉炉底基础过热开裂及炉底钢壳热应力开裂漏风的隐患，使用喷涂料9部分替代耐火浇筑料的结构形式相比原耐火浇筑料的结构形式有更好的经济效益，喷涂料9材料成本低，施工简便，新结构形式能显著降低成本；并且采用喷涂料9结构形式可以去除该部分的钢筋7铺设量，节省钢材同时缩短了钢筋7铺设和绑扎时间，缩短施工周期。 [0032] 一种优化的高炉热风炉炉底结构的施工方法，包括以下步骤： [0033] S1.钢结构安装：炉壳1、裙座2、炉柱子3、型钢4等钢结构安装就位，焊接或机械连接固定牢固并满足设计要求的直线度、垂直度和内径偏差条件； [0034] S2.炉底灌浆：炉壳1的底板开孔并在开孔位置安装短管，通过短管进行炉底灌浆料5的施工，灌浆完成后切除短管并封堵孔洞； [0035] S3.安装钢支模6：在最外圈炉柱子3与炉壳1内壁之间安装钢支模6用于耐火浇筑料浇筑，钢支模6垂直于炉壳1底板并沿炉壳1中心周向布置，将钢支模6与炉壳1底板和型钢4的侧壁焊接； [0036] S4.布设钢筋7：在炉壳1与钢支模6之间布设双向的钢筋7，钢筋7的两端分别焊接在炉壳1的内壁和钢支模6的外壁上，钢筋7之间绑扎固定； [0037] S5.耐火浇筑料浇筑：在炉壳1与钢支模6之间布设钢筋7位置浇筑耐火浇筑料，浇筑高度符合设计要求； [0038] S6.喷涂料9施工：炉中心到钢支模6之间采用轻质喷涂料9填充，填充高度与耐火浇筑料高度一致； [0039] S7.炉底平整并砌筑墙砖：炉壳1底部耐火浇筑料和喷涂料9施工完成后，待结构成型稳定进行炉壳1底部平整，并进行大墙砖10和纤维毡11的施工，在炉壳1内壁上布设纤维毡11，在纤维毡11内侧砌筑大墙砖10，纤维毡11和大墙砖10的高度与炉壳1一致； [0040] S8.炉底黏土砖砌筑：在S7中，当大墙砖10的砌筑高度大于炉底低蠕变黏土砖13的设计高度后，在耐火浇筑料8和喷涂料9上方铺设黏土水泥砂浆12，然后再砌筑两层低蠕变黏土砖13。 [0041] 结合实施例1中的热风炉炉底结构的方案，在本实施例的施工方法中，可以减少炉壳1底部加固钢筋7的使用，仅需敷设至炉壳1底部边缘的炉柱子3附近，不影响其传递炉墙载荷到炉底的功能，避免了大量捆扎钢筋7作业的难度和钢筋7用量，捆扎仅需1个工作日即可完成。而现有技术中炉壳1底部满铺钢筋7至少需要3个工作日。 [0042] 在钢筋7的使用上大大减少，仅使用0.6吨钢筋7，降低了材料的成本，避免材料浪费。而现有技术中整个炉底捆扎钢筋7的满铺重量则需要4吨。 [0043] 在耐火浇筑料的使用上也大大减少，优化的炉底结构仅使用10吨耐火浇筑料8，而使用轻质喷涂料9的区域由于其体密更低，整个炉底耐火浇筑料及喷涂料9使用重量仅为30吨，重量减少了一半，结合耐火浇筑料8和喷涂料9的价格偏差，可进一步降低炉底投资费用。 [0044] 由于炉底中心仅承受450℃以下的温度，其承重较小，仅覆盖两层错砌的低蠕变黏土砖13，因此在考虑炉壳1中心底部耐火喷涂料9的选择上，材料性能仍然有较大的探索空间，在工程实例中，可利用部分喷涂料9的反弹料进行二次利用，进一步降低投资成本和减少排放废料。 [0045] 具体例 [0046] 在本具体例中，钢支模6选用10mm厚的钢板，从截面看，钢支模6组成的结构为圆形；所述钢筋7选用直径为16mm的圆钢。经计算，建造一座热风炉炉底结构，优化后与优化前的工程特性如表1所示： [0047] [0048] 表1.优化前后工程特性对比表 [0049] 由上可知，本申请优化改进后的炉底结构，单座热风炉炉底可降低投资约18万元，根据经验一般热风炉的生产工艺需要建设三座以上才能满足使用条件，因此本申请在高炉热风炉建设中可节约投资费用至少53万元。并且炉底使用寿命得到显著提高。 [0050] 本申请实施例的一种优化的热风炉炉底结构，先通过对炉底工况和载荷传递的情况分析，确认了炉身载荷和格子砖载荷传递到路基的路径方式，采用优化的结构，合理减少了加固钢筋7和耐火浇筑料8的使用，降低了施工难度和工期，降低热风炉投资费用，可以合理利用施工废料，减少排放废料降低污染。 [0051] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。