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高炉炉底板边缘为何上翘?如何应对?

近年来,国内一些高炉出现炉底跑煤气严重,有的炉底板上翘等问题,甚至投产不久的炉缸发生烧穿事故,严重威胁人身设备安全。延长高炉炉缸炉底的寿命,对于实现高炉长寿和安全生产尤为重要。

黄发元 姜曦

目前,国内外许多研究者通过对高炉的解体研究和炉缸炉底模拟计算,分析了高炉炉缸炉底侵蚀机理,但是对于高炉炉底板上翘现象研究的报道很少。下面通过对某厂4000m3高炉炉壳炉底板荷载组合分析计算,初探高炉炉底板上翘的原因和减少炉底板上翘的措施。

高炉炉底板边缘上翘现象

该4000m3高炉于2007年2月建成投产,到目前已运行10年多,其间设备运行总体正常。2011年底,高炉炉底板边缘发生上翘现象。随后,工作人员对炉底板上翘进行监测,2012年5月初炉底板上翘50mm~110mm,没有漏煤气和温度异常情况;吹氧管从边缘开口处插入2500mm左右深度,此后监测发现边缘上翘有发展趋势,并且在高炉休风时上翘高度会略有下降,复风后又上升,到2015年,边缘上翘已达180mm左右。

2012年,该高炉对炉底板上翘可能造成的问题进行了普查,发现以下现象:炉底板边缘上翘情况严重,边缘一圈与基础脱开,炉身上涨检测装置表明炉体向上位移明显;炉顶导出管补偿器以及风口送风支管补偿器变形严重,变形量已超出补偿器补偿范围;下罐与上方结构梁之间的空间由于高炉炉体向上位移已经变得非常小,影响下罐称量,需要割梁。各种现象表明,高炉已整体向上位移,炉底板呈锅底状。

原因探析

开炉初期,炉底密封板并未发生较大程度的上翘现象,因此,此次炉底密封板较大的上翘不是由于高炉开炉热膨胀导致。为了探析何种原因导致高炉炉底板上翘,工作人员对高炉的荷载工况和受力进行了分析。

高炉炉壳结构在特殊的工作条件下,与一般压力容器和钢结构有所不同,其荷载工况和受力状况十分复杂。该高炉为自立式框架结构,高炉本体与炉体框架脱开,煤气上升管、上料罐、热风围管等重量由炉体框架承载,通过波纹补偿器与高炉本体脱开。

按GB50567-2010,高炉壳体结构上的荷载可分为恒荷载、活荷载、偶然荷载3类。恒荷载包括壳体自重、固定在炉壳上的相关设备和内衬的重力等,活荷载包括炉顶料重、炉料重、铁水压力、气体压力、耐火砌材膨胀作用、煤气上升管膨胀反力、壳体内外温差时的应力,偶然荷载包括高炉坐料时产生的荷载。

活荷载之炉内气体压力对炉底板边缘的向上提升力Q1k。炉内气体作用于高炉轴向的力,分为向上和向下一对力,轴向向下的力(炉底板的盲板力)作用于炉底板上,使炉底板紧贴于基墩,无法向下位移;而轴向向上的力作用于炉顶封罩、炉身内壁,使炉壳承受一个竖向向上的提升力,炉壳直径越大、炉内压力越大,竖向的提升力越大。

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