(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111074028 A(43)申请公布日 2020.04.28
(21)申请号 202010080643.7(22)申请日 2020.02.05
(71)申请人 中冶赛迪上海工程技术有限公司
地址 200940 上海市宝山区双城路803弄1
号(72)发明人 张玉栋 董会国 胡显波 李杰
邹忠平 (74)专利代理机构 上海光华专利事务所(普通
合伙) 31219
代理人 尹丽云(51)Int.Cl.
C21B 7/10(2006.01)
权利要求书1页 说明书6页 附图9页
(54)发明名称
一种高炉冷却壁安装设备及安装方法(57)摘要
本发明涉及工业炉窑冷却设备技术领域，特别是涉及一种高炉冷却壁安装设备及安装方法。该安装设备包括炉壳、冷却壁和至少一组第一连接件，所述冷却壁的安装自由端和炉壳通过第一连接件铰接，所述冷却壁的安装固定端通过第二连接件和炉壳固定连接。本发明的有益效果是：通过第一连接件和第二连接件配合使用，使得冷却壁安装在炉壳上不仅连接牢固稳定，还为冷却壁因温度波动产生位移提供了活动空间，降低冷却壁损坏的风险。
CN 111074028 ACN 111074028 A
权 利 要 求 书
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1.一种高炉冷却壁安装设备，其特征在于：包括炉壳、冷却壁和至少一组第一连接件，所述冷却壁的安装自由端和炉壳通过第一连接件铰接，所述冷却壁的安装固定端通过第二连接件和炉壳固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种高炉冷却壁安装设备，其特征在于：所述第一连接件包括炉壳连接杆和冷却壁连接杆，所述炉壳连接杆和冷却壁连接杆之间通过转接件铰接，所述炉壳连接杆穿过炉壳与炉壳垂直设置，并通过锁紧件锁紧，所述冷却壁连接杆与冷却壁固定连接，并与冷却壁垂直设置。
3.根据权利要求2所述的一种高炉冷却壁安装设备，其特征在于：所述转接件为连杆或为两个相连的万向节。
4.根据权利要求3所述的一种高炉冷却壁安装设备，其特征在于：当转接件为两个相连的万向节时，两个所述万向节之间通过伸缩机构连接，所述伸缩机构包括螺杆和套筒，所述套筒与第一万向节连接，所述螺杆的第一端与第二万向节连接，所述螺杆的第二端伸入套筒与套筒连接，所述螺杆的第二端端部设有限位块，所述螺杆上套设弹性件，弹性件的两端分别顶住限位块和套筒。
5.根据权利要求3所述的一种高炉冷却壁安装设备，其特征在于：当所述第二连接件位于冷却壁高度方向的中部时，所述第二连接件的上方和下方均分布有第一连接件。
6.根据权利要求1所述的一种高炉冷却壁安装设备，其特征在于：所述炉壳上设有供第一连接件穿过的第一安装孔以及供第二连接件穿过的第二安装孔，所述第一安装孔为长条孔或椭圆孔，且第一安装孔的长轴方向与冷却壁的高度方向相同。
7.根据权利要求1所述的一种高炉冷却壁安装设备，其特征在于：所述第二连接件为定位销或螺栓。
8.一种如权利要求1至7任一项所述的高炉冷却壁安装设备的安装方法，其特征在于：先安装所述第二连接件，使得所述冷却壁与所述炉壳固定连接，再安装所述第一连接件使得所述冷却壁与所述炉壳铰接，最后再同步锁紧直至炉壳与冷却壁紧密贴合。
9.根据权利要求8所述的安装方法，其特征在于：当只有一组所述第一连接件时，将安装在所述冷却壁上部的第一连接件的中心置于所述第一安装孔的下部；当有两组及以上所述第一连接件时，将安装在所述冷却壁上部和下部的第一连接件的中心靠近第二连接件的一侧。
10.根据权利要求8所述的安装方法，其特征在于：当转接件为通过伸缩机构连接的两个万向节时，通过扭矩扳手拧紧锁紧件，并根据弹性件的特性设定扭矩扳手的扭矩值，扭矩扳手拧紧锁紧件的扭矩值小于或等于扭矩扳手设定的扭矩值。
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说 明 书
一种高炉冷却壁安装设备及安装方法
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技术领域
[0001]本发明涉及工业炉窑冷却设备技术领域，特别是涉及一种高炉冷却壁安装设备及安装方法。
背景技术
[0002]大量工业炉窑采用的是水冷冷却壁结构，冷却壁通常是这类炉窑的关键设备之一，如炼铁高炉的冷却壁，该类设备通常使用铁、铜或钢铸造或机械加工制造，一般为长方体，高度约2m，宽度约1m，厚度为0.1m～0.2m，现代高炉的冷却壁通常固定在钢板制造的炉壳上。通常情况下，高炉冷却壁在常温状态下安装在炉内，高炉生产时冷却壁通常处于100-300℃，局部的冷却壁长期处在300℃-500℃，瞬间温度超过800℃。无论是铸铁、铜或铸钢壁体，受热后其体积均会随着温度升高发生膨胀，尤其在高度方向上产生较大的膨胀量；炉壳尽管也受热产生膨胀，但由于炉壳与冷却壁材质、温度不同，膨胀量不同，所以炉壳与冷却壁之间存在膨胀量差异。
[0003]现有的冷却壁安装方式通常是采用3-4颗高强度螺栓将冷却壁与炉壳固定连接，这种方式在壁体温度较低时简单可靠。但当冷却壁温度变化较剧烈时，炉壳和冷却壁膨胀量差异较大，壁体内应力容易破坏壁体。产生破坏的原因一方面是温度越高，膨胀量越大，壁体内应力越大；另一方面，温度越高，壁体强度越低，壁体温度攀升时容易出现冷却壁壁体破损的情况。
发明内容
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高炉冷却壁安装设备及安装方法，用于解决现有技术中炉壳和冷却壁在高温时因膨胀量差异而损坏冷却壁的问题。
[0005]为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种高炉冷却壁安装设备，包括炉壳、冷却壁和至少一组第一连接件，所述冷却壁的安装自由端(安装自由端是指冷却壁完成安装后，壁体因温度变化发生自由位移的端点)和炉壳通过第一连接件铰接，所述冷却壁的安装固定端(安装固定端是指冷却壁完成安装后，正常使用工况下壁体不能发生位移的固定端点)通过第二连接件和炉壳固定连接。[0006]本发明的有益效果是：通过第一连接件和第二连接件配合使用，使得冷却壁安装在炉壳上不仅牢固稳定，还为冷却壁因温度变化，体积膨胀或收缩产生位移提供了活动空间，避免冷却壁损坏。[0007]可选地，所述第一连接件包括炉壳连接杆和冷却壁连接杆，所述炉壳连接杆和冷却壁连接杆之间通过转接件铰接，所述炉壳连接杆穿过炉壳与炉壳垂直设置，并通过锁紧件锁紧，所述冷却壁连接杆与冷却壁固定连接，并与冷却壁垂直连接。[0008]采用上述可选地方案的有益效果是：炉壳连接杆、冷却壁连接杆分别与对应的炉壳、冷却壁垂直设置，提供了良好的受力条件，使得冷却壁安装牢固可靠。
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可选地，所述转接件为连杆或为两个相连的万向节。
[0010]可选地，当转接件为两个相连的万向节时，两个所述万向节之间通过伸缩机构连接，所述伸缩机构包括螺杆和套筒，所述套筒与第一万向节连接，所述螺杆的第一端与第二万向节连接，所述螺杆的第二端伸入套筒与套筒连接，所述螺杆的第二端端部设有限位块，所述螺杆上套设有弹性件，弹性件的两端分别顶住限位块和套筒。[0011]采用上述可选地方案的有益效果是：设置伸缩机构能够根据冷却壁位移的情况调整伸缩机构的长度，从而保证冷却壁始终与炉壳紧贴。[0012]可选地，当所述第二连接件位于冷却壁高度方向的中部时，所述第二连接件的上方和下方均分布有第一连接件。[0013]可选地，所述炉壳上设有供第一连接件穿过的第一安装孔以及供第二连接件穿过的第二安装孔，所述第一安装孔为长条孔或椭圆孔，且第一安装孔的长轴方向与冷却壁的高度方向相同。[0014]可选地，所述第二连接件为定位销或螺栓。[0015]采用上述可选地方案的有益效果是：冷却壁安装结构稳定，为冷却壁体积变形提供了充分的空间，有利于避免冷却壁损伤。
[0016]一种如上所述的高炉冷却壁安装设备的安装方法，先安装所述第二连接件使得所述冷却壁与所述炉壳固定连接，再安装所述第一连接件使得所述冷却壁与所述炉壳铰接，最后再同步锁紧直至炉壳与冷却壁紧密贴合。[0017]可选地，当只有一组所述第一连接件时，将安装在所述冷却壁上部的第一连接件的中心置于所述炉壳上的第一安装孔的下部；当有两组及以上所述第一连接件时，将安装在所述冷却壁上部和下部的第一连接件的中心靠近第二连接件的一侧。[0018]可选地，当转接件为通过伸缩机构连接的两个万向节时，通过扭矩扳手拧紧锁紧件，并根据弹性件特性设定扭矩扳手的扭矩值，且扭矩扳手拧紧锁紧件的扭矩值小于或等于扭矩扳手设定的扭矩值。
[0019]本发明的有益效果是：安装操作简单方便，便于快速安装冷却壁，连接牢固，冷却壁因温度变化发生体积变化时能够在一定范围内自由移动，延长冷却壁使用寿命。附图说明
[0020]图1为本发明的高炉冷却壁安装设备的实施例一冷却壁未发生位移时的结构示意图；
[0021]图2为本发明的高炉冷却壁安装设备的实施例一冷却壁受热膨胀发生位移时的结构示意图；
[0022]图3为图2中局部A的放大示意图；
[0023]图4为本发明的高炉冷却壁安装设备的实施例二冷却壁未发生位移时的结构示意图；
[0024]图5为本发明的高炉冷却壁安装设备的实施例二冷却壁受热膨胀发生位移时的结构示意图；
[0025]图6为图5中局部B的放大示意图；
[0026]图7显示为本发明的高炉冷却壁安装设备的第二连接件为螺栓时冷却壁展开的平
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面视图；
[0027]图8显示为本发明的高炉冷却壁安装固定点设在冷却壁中部时的结构示意图；[0028]图9显示为图8中冷却壁展开的平面视图。[0029]零件标号说明[0030]1 炉壳；[0031]11 第一安装孔；[0032]2 冷却壁；[0033]21 凸台；[0034]3 第一连接件；[0035]31 炉壳连接杆；[0036]32 冷却壁连接杆；[0037]331 第一万向节；[0038]332 第二万向节；[0039]34 螺杆；[0040]341 限位块；[0041]35 弹性件；[0042]36 连杆；[0043]37 锁紧件；[0044]4 第二连接件；[0045]5 密封罩；[0046]6 冷却壁水管。具体实施方式
[0047]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。[0048]需要说明的是，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。[0049]在对本发明实施例进行详细叙述之前，先对本发明的应用环境进行描述。本发明的技术主要是应用于工业炉窑冷却设备技术，特别是应用于高炉冷却壁的安装。本发明是解决冷却壁因温度变化发生位移时易损坏壁体的问题。[0050]如图1至图9所示，本发明的高炉冷却壁安装设备，包括炉壳1、冷却壁2和至少一组第一连接件，每组第一连接件包括至少一个第一连接件3。冷却壁2的安装自由端与炉壳1通过第一连接件3铰接，冷却壁2的安装固定端与炉壳1通过第二连接件4固定连接，在本发明中，安装自由端为冷却壁的上部，安装固定端为冷却壁的中部或下部。通过第二连接件4实现炉壳1和冷却壁2的固定连接，保证了冷却壁2安装的稳定性，第二连接件4位于第一连接件3的下方，第二连接件来承受冷却壁的自重载荷及生产载荷。第二连接件4为冷却壁2的安
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装固定点，高炉投产后，炉壳1和冷却壁2受热向上膨胀，二者的膨胀量差异在冷却壁2上部的第一连接件3处累积，第一连接件3产生翻转变形吸收膨胀，避免壁体因热应力被破坏。炉壳2的外壁设有罩住第一连接件3、第二连接件4的密封罩5，提高密封性能。如图1至图7所示，当第二连接件4设置在冷却壁的下部时，第二连接件4可以为螺栓，炉壳1与冷却壁2的上部通过第一连接件3铰接，炉壳1与冷却壁2的下部通过第二连接件4固定连接。如图8和图9所示，当第二连接件4位于冷却壁高度方向的中部时，第二连接件4的上方和下方均分布有第一连接件3，炉壳1与冷却壁2的中部通过第二连接件4固定连接，炉壳1与冷却壁2的上部通过第一连接件3铰接，炉壳1与冷却壁2的下部也通过第一连接件3铰接。[0051]如图1至图9所示，炉壳1上设有供第一连接件3穿过的第一安装孔11以及供第二连接件2穿过的第二安装孔，第一安装孔11为长条孔或椭圆孔，且第一安装孔11的长轴方向与冷却壁2的高度方向相同，以便为冷却壁受热膨胀发生移动提供空间。第二安装孔为圆孔，便于第二连接件4快速定位安装锁紧。另外，冷却壁2朝向炉壳1的一侧设有凸台21，当锁紧第一连接件3、第二连接件4时，炉壳1与凸台21贴合。[0052]如图1至图9所示，第一连接件3包括炉壳连接杆31和冷却壁连接杆32，炉壳连接杆31和冷却壁连接杆32之间通过转接件铰接，转接件为连杆36或为两个相连的万向节33。炉壳连接杆31穿过炉壳1与炉壳1连接，并与炉壳1垂直设置，且通过锁紧件37锁紧；冷却壁连接杆32与冷却壁2固定连接，并与冷却壁2垂直设置。炉壳连接杆31和冷却壁连接杆32可以采用螺杆，锁紧件37包括螺帽和垫片，操作简单，连接牢固，炉壳连接杆31、冷却壁连接杆32分别与炉壳1、冷却壁2垂直设置，有利于提供良好的受力条件，使冷却壁固定牢固可靠。[0053]如图1至图3、图7所示，转接件可以为至少一个万向节，万向节可以为球节点万向节、十字轴万向节或球笼万向节等任一结构形式。本实施例的两个万向节包括第一万向节331和第二万向节332，两个万向节之间可以直接连接或者通过伸缩机构连接，采用两个万向节有利于灵活适应冷却壁2的膨胀或收缩，使得第一连接件3两端的炉壳连接杆31、冷却壁连接杆32始终能够与炉壳1、冷却壁2保持垂直。其中，伸缩机构包括螺杆34和套筒，套筒与第一万向节331固定连接，螺杆34的第一端与第二万向节332固定连接，螺杆34的第二端伸入套筒与套筒连接，螺杆34的第二端端部设有限位块341，伸入套筒内的螺杆34的第二端套设有弹性件35，弹性件35的两端分别顶住限位块341和套筒的筒底。弹性件35可以为弹簧或其它具有形变复位功能的部件，例如，采用弹簧套筒形式，当受力超过预设阈值，弹簧被压缩或拉伸，两个万向节之间的连接总长度加长或收缩，结构简单稳定，伸缩灵活，长度调整方便，既能保证冷却壁受热膨胀自由移动，又能使得冷却壁与炉壳紧密贴合。[0054]如图4至图6、图7所示，当转接件为连杆36或其它单向弯曲的结构时，连杆36的两端分别与炉壳连接杆、冷却壁连接杆铰接，冷却壁受热膨胀时，连杆36在第一安装孔11内上下摆动适应冷却壁的变形，同时使得炉壳连接杆、冷却壁连接杆与对应炉壳、冷却壁保持垂直。转接件为连杆或其它单向弯曲的结构时，通过连杆以及其它结构部件自身的弹性形变性能适应冷却壁受热膨胀产生的微小移动，适用于受热膨胀变形较小的冷却壁。[0055]本发明如前述高炉冷却壁安装设备的安装方法，安装时，先安装第二连接件4使得冷却壁2与炉壳1固定连接，再安装第一连接件3使得冷却壁2与炉壳1铰接，最后再同步锁紧第一连接件3和第二连接件4直至炉壳1与冷却壁2上的凸台21贴合。当只有一组第一连接件时，将安装在冷却壁2上部的第一连接件3的中心置于炉壳1上的第一安装孔11的下部，为冷
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却壁膨胀上移提供移动空间；当有两组第一连接件时，将安装在冷却壁上部和下部的第一连接件3的中心靠近第二连接件4，为冷却壁受热以第二连接件的连接点为中心向上下膨胀提供移动空间。当冷却壁2和炉壳1安装完成后，验收冷却壁是否安装到位时，至少有三个凸台21与炉壳1紧密贴合，冷却壁水管6与炉壳上的开孔未发生干涉，并留有一定的空间。当第一连接件采用的是由伸缩机构连接的两个万向节组件时，需要通过扭矩扳手拧紧螺杆的锁紧件37，并根据螺杆特性设定扭矩扳手的扭矩值，且扭矩扳手拧紧螺杆的扭矩值小于或等于扭矩扳手设定的扭矩值，通过该结构设计和操作保证了伸缩机构伸缩长度的控制，避免拧得过紧前期便将伸缩机构的收缩长度占用，也避免拧得过松而造成冷却壁松动。[0056]如图1至图3所示，以某炼铁高炉炉身下部铸铁冷却壁为例，冷却壁和炉壳的相关参数如下表。
[0057]表1某高炉冷却壁相关参数
[0058]
[0059]
冷却壁在不同工况下工作状态下相关参数如下表，炉壳和冷却壁安装时温度为20表2不同工况下炉壳和冷却壁膨胀量计算
℃。
[0060]
[0061]
计算发现，在炉壳和铸铁冷却壁的一定的工作温度下(炉壳100℃以内，冷却壁300
℃以内)，冷却壁与炉壳的膨胀量差异较小，当冷却壁温度异常升高时，通常情况下炉壳温度也会小幅度攀升，尤其是冷却壁温度超过800℃后，铸铁冷却壁和炉壳间膨胀量差异较大。
[0063]根据上述计算，本实施例设计的高炉冷却壁安装设备如下，设计位于冷却壁2下部的第二连接件4的螺杆直径D48mm，伸出炉壳2外螺纹M48，配置锁紧件37为M48螺母，冷却壁下部的第二连接件4设置2个，位于冷却壁2上部的第一连接件3的螺杆直径D48mm。设置十字轴型的双万向节，两个万向节之间的伸缩机构可伸缩0-10mm，伸出炉壳外螺纹M48，配置M48螺帽，冷却壁上部的第一连接件3设置2个。既可以保证冷却壁安装的可靠性，又可吸收冷却
[0062]
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壁与炉壳间的膨胀量差异，防止冷却壁因内应力集中破坏壁体。[0064]本发明通过简单合理紧凑的结构布局，使用铰接和刚性连接配合的方式安装冷却壁，既能实现冷却壁固定安装，又可消化吸收炉壳和冷却壁不同的膨胀量的差异，防止冷却壁因内应力集中破坏壁体，有助于延长冷却壁寿命，有利于工业炉窑稳定、安全运行，降低生产损失。
[0065]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
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