１前言导风墙是我国球团竖炉炉内的关键设备，它的寿命长短直接影响球团矿的年产量。国内厂家竖 炉导风墙大多采用标准砖砌筑，砖的宽度一般为５５０ｍｍ，其稳定性差，膨胀率大，易剥落、磨 损，且其砖缝太多。我们考察了几个竖炉，其中北方某竖炉厂曾采用过异形砖，其宽度尺寸为５５ ０ｍｍ，砖的材质与标准砖相同，其使用寿命仅为一个月，收稿日期：１９９８—１０—０９联系 人：唐云祥（２１００３５）江苏南京钢铁公司球团厂后来就没有用过。２南钢竖炉导风墙针对以 上情况，南钢导风墙砖设计人员决定将砖的宽度增加２３０ｍｍ，即改为７８０ｍｍ，以提高砖的 稳定性，并采用异形砖代替标准砖。导风墙每层有９块砖，共有３２层。其砖的上下左右均采用公 母槽相互咬合，砖的内部方孔采用圆弧连接，以消除砖本身的内应力，同时保证导风墙砖的通风面 积。这样不仅提高了导风墙砖的稳定性，还减少了砖缝的数量。此外，我们还与生产厂家一道就砖 的材质进行研究，在砖内添加一定百分比的稳定剂，以提高砖的抗剥落、耐磨及减小膨胀系数等方 面的性能。通过上述一系列改进，南钢竖炉导风墙砖的稳定性提高了６．８倍，其使用寿命可以大 大提高。根据我厂导风墙砖的实际使用情况，第一次采用此设计的导风墙砖由于导风墙水梁的损坏 ，不得不更换，但其寿命已达２０个月（从１９９５年１０月投产～１９９７年７月）。导风墙拆 除时，其整体已向一边平移成一个圆弧形，平移量约３５０ｍｍ，但没有倒塌。第二次采用此设计 的导风墙砖自１９９７年７月更换至今，已使用１２个月，情况良好，大约向一边平移了５０ｍｍ 。根据以上情况，估计这种类型导风墙砖的寿命在３年以上。南钢导风墙砖设计已获国家专利，专 利号为：９７．２．３６１１３．８３南钢竖炉导风墙水梁为了与导风墙的设计寿命相匹配，需对 导风墙水梁进行设计改造。因水梁支撑着导风墙的全部重量，一般寿命为１０个月左右。其钢管大 多采用２０＃无缝钢管，尺寸为１２１×１６，由８根管子焊接成形，结构如图１所示。导风墙 水梁寿命短的原因主要有以下几点：１）钢管在焊接过程中产生内应力，使得导风墙在升、降温时 由于热涨冷缩而引起变形直至开裂，使钢管漏水，大大影响其强度。２）热态下承载能力不够，引 起整体变形。３）由于采用工业水冷却，其水质差，使钢管内部结垢严重，影响冷却效果。考虑到 上述原因，我们决定采取以下措施：图１普通导风墙水梁的结构及尺寸１）加大水梁钢管尺寸，改 为１６８×２０。２）钢管焊接过程中注意消除因焊接而引起的内应力，并且加工完后放置一段 时间再使用。３）采用软化水汽化冷却。４）将水梁的宽度尺寸增至７８０ｍｍ。其结构如图２所 示。下面通过计算来比较１２１×１６钢管与１６８×２０钢管在冷态条件下的受力情况及抗 弯曲性能。两种钢管的受力情况如图３所示。图２改进后的水梁结构及尺寸图３两种钢管的受力分 析图因兄弟厂家的导风墙宽度小，其重量为１８ｔ，我厂采用的导风墙砖尺寸大，比重大，故其总 重为３０ｔ。根据《机械设计手册》中的相关公式：ｑ＝ｔ／２ｌＭｍａｘ＝ｑｌ２８得：ｑ＝１ ．５ｔ／ｍｑ′＝２．５ｔ／ｍＭｍａｘ＝６．７５ｔ·ｍＭ′ｍａｘ＝１１．２５ｔ·ｍ对于单 根钢管，由《机械设计手册》查得其惯性矩公式为：Ｉｘ＝Ｉｙ＝π×（Ｄ４－ｄ４）／６４对于 １２１×１６管：Ｉｘ＝Ｉｙ＝７．４４×１０－６ｍ４对于１６８×２０管：Ｉ′ｘ＝Ｉ′ ｙ＝２．６×１０－５ｍ４因导风墙水梁单边是由４根钢管重叠焊接而成，故查得４根钢管的惯性 矩为：Ｉｘ总＝４４×ＩｘＩｙ总＝４×Ｉｙ对于１２１×１６可得：Ｉｘ总＝１．９６４×１ ０－３ｍ４Ｉｙ总＝２．９７６×１０－５ｍ４对于１６８×２０可得：Ｉ′ｘ总＝６．８６４ ×１０－３ｍ４Ｉ′ｙ总＝１．０４×１０－４ｍ４这样，我们可求得该导风墙水梁在冷态下的最 大挠度ｆｍａｘ。查《机械设计手册》可得：ｆｍａｘ＝５ｑｌ４３８４ＥＩ其中，Ｅ为弹性模量 ，查《机械设计手册》得，Ｅ＝１９６～２０６ＧＰａ，我们取Ｅ＝２００ＧＰａ。由此式计算对 于１２１×１６管可得：ｆｍａｘ＝０．６５ｍｍ对于１６８×２０管可得：ｆｍａｘ＝０． ３０７ｍｍ尽管导风墙水梁采用汽化冷却，但水梁常期处于１２５０℃的高温区域，故冷态下所得 挠度不能代替热态时的挠度。根据上述条件，我们计算时给定温度为５００℃，查《机械设计手册 》，当温度为５００℃时，优质碳素钢的σ１／１０５＝２５Ｎ／ｍｍ，而冷态下的σ＝２５０Ｎ ／ｍｍ，即σ１／１０５＝σ／１０，由此可得：ｆｍａｘ热＝１０ｆｍａｘ对于１２１×１６ 管：ｆｍａｘ热＝６．５ｍｍ对于１６８×２０管：ｆ′ｍａｘ热＝３．０７ｍｍ考虑到由于钢 管经焊接变形，焊接后产生缺陷及由于升、降温引起钢管热胀冷缩不均匀等因素，我们取系数Ｋ＝ ６，则实际挠度可修正为：ｆｍａｘ实＝Ｋｆｍａｘ热对于１２１×１６管：ｆｍａｘ实＝３９ ｍｍ对于１６８×２０管：ｆ′ｍａｘ实＝１８．４２ｍｍ以上计算表明，采用１６８×２０ 钢管的强度是采用１２１×１６钢管的两倍以上（其中已考虑到导风墙重量的增加）。估计其寿 命为２０个月左右。４对导风墙水梁改进的设想为提高导风墙水梁的使用寿命，使之与南钢导风墙 砖３年的寿命相匹配，我们又提出了两个改进方案。１）采用１２根钢管代替８根钢管，其尺寸及 结构见图４。其受力情况及抗弯曲性能分析如下。单边６根钢管与４根１６８×２０钢管的受力 情况相同，即：Ｍ″ｍａｘ＝Ｍ′ｍａｘ＝１１．２５ｔ·ｍＩ″ｘ＝Ｉ′ｘ＝２．６×１０－５ ｍ４对于６根重叠钢管的惯性矩为：Ｉ″ｘ总＝６４×Ｉ″ｘ＝３．３７×１０－２ｍ４由最大挠 度公式可计算出ｆ″ｍａｘ＝０．０６３ｍｍ那么，热态下的最大挠度为：ｆ″ｍａｘ热＝１０× ０．０６３＝０．６３ｍｍ考虑到由于钢管数量增加１／３，其损坏率也增加１／３，故取Ｋ′＝ ８，由此，可得实际最大挠度为：ｆ″ｍａｘ实＝Ｋ′×ｆ″ｍａｘ热＝８×０．６３＝５．０４ ｍｍ图４采用１２根钢管焊接成形的水梁由以上计算可知，采用１２根钢管焊接成形的水梁寿命为 ８根钢管焊接成形的水梁寿命的３倍多。８根钢管焊成的水梁寿命为２０个月，那么，１２根钢管 焊成的水梁寿命则为５年以上。２）采用不焊接法。导风墙水梁在生产使用过程中，由于停炉检修 或烘炉升温，其周围在常温～１２５０℃之间变化，温度的变化量很大，同时每根钢管受力情况又 有差别，其上、中、下四根钢管的受力情况具体分析如下：在升温状态下，最上一根钢管上面自由 ，下面受阻力；中间两根钢管上、下都受力；最下一根钢管上面受阻力，下面自由。由以上受力分 析可知，上、下两根钢管在升、降温过程中只有单边受力，易产生变形、撕裂等现象。同时，因钢 管经大量焊接后，容易产生焊接变形及焊接内应力，大大影响了导风墙水梁寿命。针对这些情况， 可以采用不焊接结构（见图５）。不焊接结构不仅使钢管在热胀冷缩过程中不受力的作用，而且， 因为没有焊接，钢管不会产生焊接变形及焊接内应力。因此，公式ｆｍａｘ实＝Ｋ×ｆｍａｘ热中 的修正系数Ｋ就不存在。但由于不焊接，其整体强度相对要差一点，故我们取Ｋ＝２作为修正值， 由此可得：ｆ′′ｍａｘ实＝Ｋｆ′ｍａｘ热＝２×３．０７＝６．１４ｍｍ即：ｆ′′ｍａｘ实 ＝０．３３ｆ′ｍａｘ实由以上计算可得，采用不焊接法，导风墙水梁图５不焊接结构的导风墙水 梁的寿命为经焊接的导风墙水梁的３倍，即，采用不焊接法，导风墙水梁的寿命为５年左右。采用 以上两种方案之一的导风墙水梁的寿命均为５年左右，完全可以满足南钢导风墙砖３年寿命的要求 。５发展趋势导风墙水梁由于焊接产生很多不利因素，故不焊接法将是今后导风墙水梁的发展趋势 。同时，根据南钢竖炉导风墙砖的实际使用情况，导风墙还相当笨重，另外，从上述计算也可以看 出，导风墙砖的实际重量直接影响着导风墙砖及导风墙水梁的使用寿命，所以减轻导风墙砖的重量 也是今后导风墙砖的发展方向。南(京)钢竖炉导风墙的设计@唐云祥$南京钢铁集团有限公司球 团厂$南京钢铁公司球团厂球团竖炉,导风墙,砖,水梁针对国内竖炉导风墙寿命普遍偏低的问题 ，南钢通过对竖炉导风墙砖的形式、材质及其砌筑方式进行改进，并加大导风墙水梁钢管的尺寸， 使导风墙寿命大大提高，其中砖的寿命可达３年左右。为进一步使导风墙水梁的寿命与砖的寿命匹 配，在对钢管受力情况及弯曲性能进行分析的基础上，提出了两种新的改进设想，预计这两种方案 能使水梁寿命增至５年左右。８．４２ｍｍ以上计算表明，采用１６８×２０钢管的强度是采用 １２１×１６钢管的两倍以上（其中已考虑到导风墙重量的增加）。估计其寿命为２０个月左右 。４对导风墙水梁改进的设想为提高导风墙水梁的使用寿命，使之与南钢导风墙砖３年的寿命相匹 配，我们又提出了两个改进方案。１）采用１２根钢管代替８根钢管，其尺寸及结构见图４。其受 力情况及抗弯曲性能分析如下。单边６根钢管与４根１６８×２０钢管的受力情况相同，即：Ｍ ″ｍａｘ＝Ｍ′ｍａｘ＝１１．２５ｔ·ｍＩ″ｘ＝Ｉ′ｘ＝２．６×１０－５ｍ４对于６根重叠 钢管的惯性矩为：Ｉ″ｘ总＝６４×Ｉ″ｘ＝３．３７×１０－２ｍ４由最大挠度公式可计算出ｆ ″ｍａｘ＝０．０６３ｍｍ那么，热态下的最大挠度为：ｆ″ｍａｘ热＝１０×０．０６３＝０． ６３ｍｍ考虑到由于钢管数量增加１／３，其损坏率也增加１／３，故取Ｋ′＝８，由此，可得实 际最大挠度为：ｆ″ｍａｘ实＝Ｋ′×ｆ″ｍａｘ热＝８×０．６３＝５．０４ｍｍ图４采用１２ 根钢管焊接成形的水梁由以上计算可知，采用１２根钢管焊接成形的水梁寿命为８根钢管焊接成形的水梁寿命的３倍多。８根钢管焊成的水梁寿命为２０个月，那么，１２根钢管焊成的水梁寿命则为５年以上。２）采用不焊接法。导风墙水梁在生产使用过程中，由于停炉检修或烘炉升温，其周围在常温～１２５０℃之间变化，温度的变化量很大，同时每根钢管受力情况又有差别，其上、中
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