卡鲁金式热风炉内衬砌筑新型上料技术
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摘要:本文介绍卡鲁金式热风炉内衬砌筑中耐火材料上料系统的搭设。主要包括炉外附着升降机的定位；炉皮开口位置的确定；炉身拐点保护棚及吊装系统和炉内、外装卸平台在满足结构稳定性和强度要求的前提下综合考虑其稳定性、经济性和可行性。
关键词：卡鲁金式热风炉；定位；平台；保护棚；搭设；吊装系统
中图分类号：TU5 文献标识码：A
1、前言
卡鲁金式热风炉是一种由俄罗斯技术设计的特殊结构顶燃式热风炉。其燃料采用高炉煤气和转炉煤气的混合煤气，设置换热装置对热风炉废气余热进行回收，回收的热能再预热高炉煤气和助燃空气。目前国内很多钢厂已经引用这项技术含量较高、施工工艺先进的技术。本文以唐钢3200m3卡鲁金式热风炉为例介绍内衬砌筑上料系统搭设的施工技术。卡鲁金式热风炉炉身有两次变径，炉身锥段和预燃室球顶有喷涂层，为了节省工期可采用垂直分层作业方法（如图）。即在炉身拐点+23.53m处搭设保护棚，上部进行耐酸涂料和喷涂施工，下部在炉皮上开口进料进行炉墙砌筑和码格子砖。唐钢3200m3热风炉内衬施工采用重车入炉法施工，它效率高，机械化程度高，劳动强度低，耐火材料损耗低，便于文明施工。热风炉的耐火材料供应流程采用科学先进的施工程序（见流程图），以达到最佳效果，这是一项施工单位必须熟练掌握的施工技术。炉外运输由汽车将耐火材料从砖库运至炉下。而后用叉车将耐火材料运上输送进附着升降机罐笼内，由附着升降机提升至工作平台，由平台上施工人员用手动液压叉车将耐火材料运进炉内装卸平台。再由炉内3t电动葫芦吊装到施工作业处。
垂直分层施工示意图 耐火材料供应流程图
2、附着升降机的定位
热风炉上料体系的垂直运输采用新型施工机具附着式升降机，它具有操作方便、升降速度快、安全性能高的特点，还可以利用一个罐笼上料和另一个罐笼载人同步升降。
每座热风炉外设一架50.0m高附墙升降机，考虑到高温区热风炉皮不能开口，热风出口以上部位耐火材料利用热风出口正对面左侧人孔入炉，所以将附着升降机架设在正对人孔适当位置处（如图）。选择基础时，应考虑地面具有一定的承载能力，同时还要考虑建筑物附着点处所能承受的最大作用力。升降机的基础必须是专门浇注的混凝土基础，保证升降机能最大限度地发挥其运送能力又满足现场的具体情况。
升降机基础示意图
3、炉身拐点处保护棚及吊装系统搭设
3.1具体技术措施
热风炉炉身拐点+23.53m处平行搭设5道32a工字钢梁，并在两端采用三面焊缝焊接在托圈上；为了保护棚整体稳定，在工字钢梁之间采用［12槽钢每隔2米进行两端满焊连接；同时在炉顶横放一根32a工字钢，在工字钢的两端用槽钢和螺栓固定在法兰孔处，在工字钢上悬挂一根Ф30.5mm的钢丝绳与中间一根工字钢梁进行柔性连接；中间一根工字钢梁1/4和3/4处在分别焊接一个鼻子用Ф30.5mm钢丝绳与炉壳柔性拉接；中间一根工字钢梁正对人孔，在工字钢梁下安装一台3t电动葫芦作为保护棚下耐火材料施工的吊装运输。同时在工字钢梁上面满铺跳板，并在跳板上面铺一层塑料彩条布和一层通廊废皮带。在皮带上面放脚手架底座，搭设扣件式脚手架进行炉顶锚固钉焊接、耐热耐酸涂料和喷涂施工。脚手架全部搭设在工字钢上，脚手架为满堂红扣件式脚手架，搭设高度为13.0米，立杆采用单立管，搭设尺寸为：立杆的纵距2.03米，立杆的横距1.50米，立杆的步距1.40米。采用的钢管类型为Ф48×3.5mm，连墙件为两步一垮，焊接在炉皮上。施工层为一层，上面铺设脚手板。
工字钢梁平面图 三面焊缝示意图
工字钢梁立面图脚手架立杆布置平面图
脚手架基底示意图
3.2保护棚整体稳定性计算书：
3.2.1荷载标准值
脚手架自重：0.2×15=3KN
施工操作活荷载标准值：2KN
电动葫芦最大荷载标准值：30KN
（大梁自重、喷涂落料及脚手板自重忽略不计）
中间工字钢梁受力示意图
3.2.2荷载设计值
脚手架荷载设计值：3×1.2+2×1.4=6.4KN
电动葫芦荷载设计值：30×1.4=42KN
脚手架最大弯矩设计值：6/8×6.4×12=57.6KN.m
电动葫芦最大弯矩设计值：1/4×42×12=126KN.m
中间梁最大弯矩设计值：126+57.6=183.6KN.m
3.2.3安全校核计算
①正应力校核：
中间梁：186.6×106/877.6×103=212.6
其它梁：57.6×106 /692.5×103=83.2
②剪应力校核：
中间梁：80.4×103/76.44×102=10.6
其它梁：38.4×103/67.12×102=5.7
③整体稳定：各梁之间有纵向连接，可作主梁侧向支撑，在使用过程中确保工字钢不发生侧向失稳；
④钢度校核:挠度设计值：I/400=12×103/400=30mm
中间梁：42×103×123×109/48×206×103×15796×104=46.5mm
(公式：PL3/48EI )
6.4×103×123×109× （5×36+2）/（384×6×206×103×15796×104）=26.8mm
(公式：PL3(5n2+2)/384nEI ； n=6)
46.5+26.8=73.3mm
其它梁：6.4×123×109× （5×36+2）/（384×6×206×103×11080×104）=38.25mm
挠度不符合要求！
3.2.4计算结论
中间电动葫芦大梁选用I32a工字钢时挠度偏大，为了满足工字钢梁挠度使用要求，在中间大梁1/4、1/2和3/4处用6×61Ф30.5mm钢丝绳（破断拉力591kN）进行卸荷，进一步减小变形，确保其使用要求；其它梁选用I32a，为控制变形，加强整体稳定性，按原设计用［12槽钢连接以减小变形，加强保护棚整体性。
4、炉皮开口和炉内、外装卸平台搭设
4.1炉皮开口
热风炉热风出口正对面左侧人孔中心的正下方位置开设两个带圆角的方口（见示意图），两个开口位置中心分别在标高+10.050m和+19.500m与人孔纵向中心线交点处，开口的尺寸为1.3m宽、1.5m高，开口处要错开炉壳的横、纵焊缝。待砌筑工作超过开口部位后，再由专业人员焊接好。
热风炉开口位置示意图
4.2开口处炉内、外装卸平台搭设
4.2.1具体技术要求
分别在两个开孔处炉内、外设工作平台，开孔处工作平台由工字钢、槽钢、木跳板、钢丝绳、钢板等组成。首先将300mm长Ⅰ32a工字钢满焊连接在炉壳外侧作为牛腿；在牛腿上面焊接Ⅰ20a工字钢组成主梁，在主梁下面用［12槽钢焊接斜支撑，这样就形成了一端固定一端简支的主梁；在两侧的主梁上面端头用钢丝绳斜拉在炉皮表面；主梁上面间隔600mm焊接一道［12槽钢作为次梁；在次梁间满铺木跳板，跳板上面满铺一层δ=5mm钢板，使工作平台上表面平整无阻碍。平台宽度4m，主梁4根，次梁3根。同时在平台的四周设1.2m高的安全防护栏，挂上安全网。炉内平台与炉外平台做法一样，平台宽度1.8m，主梁2根，次梁3根。耐火材料由开口处的外平台通过孔口直接进入热风炉内，在炉内平台上由炉内吊装系统吊到作业处。
开口处炉外平台示意图
4.2.2开口平台稳定性计算：
4.2.2.1荷载标准值
施工操作活荷载标准值：2KN
承受荷载量最大标准值：20 KN
（主梁、次梁、木跳板、钢板自重可忽略不计）
4.2.2.2荷载设计值
主梁荷载设计值： 20×1.4=28 KN
活荷载设计值： 2×1.4=2.8 KN
主梁最大弯矩设计值：
Mx=5PL/32=5×(28+2.8) ×1.25×2/32=12.03KNm
4.2.2.3安全校核计算
①强度校核：
Mx/γxWx=12.03×106/1.05×237×103=48.34﹤[f]=215
强度符合要求！
②刚度校核（挠度设计值）：
2.5×103/400=6.25 mmPL3/48EI=(28+2.8)×103×(1.25×2)3×109/48×206×103×2369×104=2.06 mm﹤6.25 mm
挠度符合要求！
③整体稳定：各主梁之间有次梁纵向连接，可作住两侧向支撑，在使用过程中确保主梁不发生侧向失稳。
4.2.2.4结论
通过安全计算开口平台满足热风炉上料系统使用要求，即选用
Ⅰ20a工字钢,为了控制变形，加强整体稳定性，主梁上面用［12槽钢连接，同时在平台两侧的主梁端头用Ф15mm钢丝绳（破断拉力6.33t）与炉壳柔性拉接，加强开口平台的整体稳定性。
5、结束语
安全适用的热风炉上料体系是大型热风炉内衬施工中的重点。针对施工现场的特殊情况，确定最佳的上料方案，通过力学稳定性计算，合理选用材料，节约施工成本，是作为技术人员施工过程中的关键课题。本文以唐钢3200m3卡鲁金式热风炉内衬砌筑上料系统为实例，共节省工期20天，节约成本98.1万元；此套新型上料技术在2007年度唐山市职工经济技术创新活动中被唐山市总工会与唐山市科学技术局评为优秀成果奖。
作者简介：姜悦举，男，1978.10出生，2005年毕业于内蒙古农业大学水利与土建筑工程学院土木工程专业，就任于中国二十二冶集团有限公司工业炉窑工程分公司。