浅谈1580热轧保温炉炉盖的设计改进

摘要：本文结合某钢厂1580热轧保温炉炉盖的改造分析了现有保温炉炉盖存在的问题、阐述了改进后炉盖的设计计算、安装方式及应用情况等。

关键词：保温炉；炉盖；设计

中图分类号：C35 文献标识码： A

1、概述

某厂1580 热轧共有2座保温炉，负责热坯保温功能。每座保温炉有上下2个炉盖，由于原设计结构不合理，罩体严重变形、上挠度减小，造成啃轨、落轨、密闭性差等一系列问题，影响到保温炉的正常使用和功能投入，不利于保障板坯热装热送。为解决设备存在的问题，满足生产工艺的需求，需对1580热轧保温炉炉盖进行设计改进。

2、对现有设备存在的问题分析

现有保温炉炉盖的高、低罩装置结构形式基本相同，由主框架、中间框架（固定隔热层用）、隔热层、行走车轮组等组成。主框架和中间框架均为焊接钢结构件。由于原设计考虑装置的主要热变形集中在中间框架，故中间框架分割成多块，分别用螺栓与高罩主框架联接，中间框架与主框架联接处开有长螺栓孔，中间框架之间留有50mm的间隙，间隙填充隔热材料。其中低罩主框架起拱图见图1，高罩主框架起拱图见图2。

图1低罩主框架起拱图

图2高罩主框架起拱图

现有保温炉炉盖的高、低罩材质为Q235A，现场保温炉炉盖的跨度最大约为15米，罩体体积大，自身重量大，且罩体主框架梁高只有400mm，向上挠度较小。Q235A材料本身抗热变形能力较差，罩体经过长时间的使用，又因设备本身的设计缺陷造成罩体向上挠度减小，外扒严重，造成设备两边部向外侧偏离，边部限位轮失去限位作用。因此，急需改进。

3、改进设计

改进后的罩体尺寸在长度与宽度尺寸上与现有保温炉炉盖的高、低罩保持一致，在高度上做调整，但是保证在设备高度限制的范围内（室内地（FL±0mm以上3900mm以内）。在保证保温罩强度的同时尽可能减少保温罩自身重量，改进后的罩体结构取消了在跨距抗弯方向基本不起作用的纵向梁，把罩壳自身做成水平结构，不起拱，而是在每根横向跨距梁上平行焊接两块高350～400mm起拱筋板，从而大大增加横向梁以及整个罩体框架的抗弯截面模数。既减轻了重量，又提高了罩体的抗弯强度。现有保温炉炉盖高、低罩在垂直与跨度方向上的附着板为4块连接盖板焊接而成，改进后的炉盖高、低罩在该方向上采用整块钢板作保温棉附着板。新罩体钢管部分材质为耐温Q325#，罩体主框架的材质为Q235B，其余衬板的材质为Q235A。改进后的低罩主框架起拱图见图3，改进后的高罩主框架起拱图见图4。

图3改进后的高罩主框架起拱图

图4改进后的高罩主框架起拱图

改进设计采用减轻炉盖罩体自身重量的措施如下：

1）减少纵梁数量；

2）罩壳自身做成水平结构，不起拱，而是在每根横向跨距梁上平行焊接两块起拱筋板；

3）增加吊点，减小保温棉附着板的厚度，从而减轻重量，且在该方向上采用整块钢板作保温棉附着板。

改进设计采用增加炉盖强度的措施为：罩体自身做成水平结构，不起拱，而是在每根横向跨距梁上平行焊接两块起拱筋板，增加梁的抗弯截面模数。跨距梁整体校核计算及沿跨距方向热膨胀量计算如下：

1）跨距梁整体校核计算

炉盖高罩梁的受载荷形式可以简化为均布载荷作用下的受力梁受载荷形式，其最大挠度在梁的跨中位置，计算公式如下为：

式中――均布载荷；

――两轨道间距；

――弹性模量；

――截面的轴惯性矩；

高罩梁的已知条件：；；； 。

经计算得出梁的最大挠度=22.5mm

低罩梁的已知条件：；；；。

经计算得出梁的最大挠度=19mm

2）延跨距方向热膨胀量计算

热膨胀量公示如下：

式中――热膨胀系数；

――两轨道间距；

――罩体最高温度；

――罩体常温；

高罩的已知条件：；；； 。

经计算得出高罩延跨距方向热膨胀量，热膨胀量能够确保轮子在任何情况下都在轨道上正常运行。

低罩的已知条件：；；； 。

经计算得出高罩延跨距方向热膨胀量，热膨胀量能够确保轮子在任何情况下都在轨道上正常运行。

4、设备安装方式

由于保温炉炉盖的高、低罩装置属于大型设备，无法进行整体运输，需沿移动方向平均拆成4部分，运至现场后进行焊接拼装。拼装完成后利用行车进行整体吊装，与现有保温炉底座连接。

5、设计应用及推广

该钢厂改造的保温炉炉盖已成功投产，改造后，炉盖故障时间减少50%以上，提高现场热装热送效率，大大降低板坯的加热能耗，响应节能降耗方针。目前，该炉盖的结构设计已经推广应用于碳钢、硅钢等保温炉、保温坑，为用户带来了显著的经济效益。

参考文献

[1]工业炉设计手册[M].北京：机械工业出版社.

[2]机械设计手册[M].北京：化学工业出版社.

作者简介：刘SS，女，1979年，硕士。