炼铁厂顶燃式热风炉改造结构设计
【摘要】本文以邯钢炼铁部4号1080m3高炉热风炉大修工程为对象，对热风炉炉壳、基础、吊车钢架以及相关平台的改造计算设计作了介绍，为钢铁厂相似工程的设计提供了经验。
【关键词】热风炉；改造；结构；应力；设计
1.前言
热风炉的基本作用就是将高炉鼓风加热，使高炉鼓风携带尽可能多的物理热进入高炉，从而达到降低燃烧比，实现高炉稳定顺行的目的.热风炉分为蓄热室和燃烧室，煤气和空气在燃烧室混合后燃烧，将热量传给蓄热室的格子砖，高炉鼓风通过格子砖时将热量带进高炉。
顶燃式热风炉蓄热室设在直段筒体内，燃烧室设在拱顶，燃烧器在热风炉拱顶处燃烧。
本次改造采用新型燃烧器，以提高风温.改造后拱顶加高约7.65米，基础荷载增加约5100KN，设计时必须对热风炉基础和热风炉下部炉壳进行核算，以确定是否可以利旧。
这是顶燃式热风炉改造结构设计的关键，决定着本次改造方案是否可行。
另外，随着拱顶温度的增加，晶间应力腐蚀加大，结构设计时，必须采取相应的措施。
2.概况
邯钢炼铁部4号1080m3高炉热风炉系统，原配置3座首钢式顶燃热风炉，燃烧系统配置两台套筒燃烧器。
目前热风出口与燃烧器附近存在炉皮开焊、掉砖发红现象，热风温度不理想。
简单的进行拱顶大墙的修复不能改变套筒燃烧器的缺陷，为以后生产留下隐患。
要想延长热风炉寿命，实现高炉强化冶炼、降低焦比、持续高风温，只有改变热风炉的结构形式，同时热风炉若要进一步发展、完善，必须彻底改变燃烧器的结构形式，使用高效节能的多火孔陶瓷燃烧器。
为此，本次改造将热风炉型式改为“改进型”顶燃式热风炉。
3.改造内容
热风炉系统由顶燃式热风炉炉壳、管道、栈桥、管道支架、平台组成。
改造后，热风炉上部拱顶形状彻底改变，上部炉壳、顶部吊车钢架及平台需改造；热风炉荷载增加，热风炉基础需核算。
3.1热风炉炉壳改造
热风炉炉壳由直筒壳体及拱顶壳体两大部分构成。
直筒部与埋入基础混凝土的结构螺栓相连接，直接座落混凝土基础上。
本次改造保留热风炉34.568m以下的炉壳，34.568m至38.8m之间的炉壳拆除。
热风出口和两个燃烧口部位炉壳钢板更换。
根据工艺要求，热风炉增高至46.45米，并分别在标高43.44米和41.62米设空煤气入口。
3.1.1热风炉炉壳承受的荷载
⑴直接安设在炉壳上的设备荷载；
⑵通过固定在炉壳上的平台传递的标准均布荷载、积灰荷载及设备重量；
⑶冷风管道、热风管道、管道设备及拱顶部分的砌体通过钢箍传递给炉壳的重量；
⑷热风炉内气体压力及由于炉内耐火砌体受热膨胀而传递给炉壳的侧向压力；
⑸其它荷载：如：风荷载、温度荷载等。
3.1.2热风炉炉壳复核
原热风炉底部炉壳为Q235B，厚度为12mm。
A=3.14·D·δ=3.14x8000x12=301440mm?
W=3.14·（D -D2 ）/（32·D）=600172462 mm?
G=6600KN （永久荷载）M=3179KN.m（风荷产生弯矩）
P1=0.35MPa （工作压力）
P2=0.40MPa （爆炸压力）
D---炉壳外直径（mm）
D2---炉壳内直径（mm）
r---炉壳平均半径（mm）
δ---炉壳壁厚（mm）
δ1---母线向应力，
δ2---环向应力
⑴永久荷载产生的应力
δ1=1.2x6600000/301440=26.27N/mm?（压力）
（2）永久荷载产生的应力
δ1f=1.4x3179000000/600172462=7.42N/mm?
（3）工作压力产生的应力
δ1=1.2·P1·r/2δ=1.2x0.35x3994/2x12=69.9N/mm?
δ2=1.2·P1·r/δ=1.2x0.35x3994/12=139.79N/mm?
（4）爆炸压力产生的应力
δ1=1.2·P2·r·0.85/2δ=1.2x0.40x3994x0.85/2x12=67.9N/mm?
δ2=1.2·P2·r·0.85/δ=1.2x0.40x3994x0.85/12=135.79N/mm?
（5）地震力作用下的应力
ME=0.5ξ·а1·Geg·h=11246.97KN.m
W=600172462 mm?
δ1=1.3x11246970000/600172462=24.3N/mm?
（6）应力组合
δ1=-26.27+7.42+69.9+24.3=75.35N/mm?279.0 kPa。
如果考虑原地基经过长期压缩，压缩系数大大减小，承载力应有更大的提高。
基础的承载力满足改造后的要求。
3.3顶部吊车钢架及平台
顶部吊车保留检修热风主管的电动葫芦，荷载不变，只是柱子增高4m，由于原钢架采用钢材截面较大，经计算满足要求，施工时等强拼接一段4m长I32B 钢材即可，按原来设计增设钢柱间缀条。
保留原有柱间支撑。
增加标高40.770米及标高42.570米热风炉本体平台及炉顶检修平台，平台支撑在炉壳之上。
4.结论
本次改造经计算，热风炉基础和热风炉下部炉壳满足要求，可以利旧，这样
有效地利用了已有设施，降低了投资。
同时对高温区的炉壳采取了防止晶间应力腐蚀破裂的措施，可以有效地延长炉壳使用寿命。