一種適用于高溫加熱爐冷卻管網的支撐組合鋼梁的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于結構工程鋼結構技術領域，尤其涉及一種適用于高溫加熱爐冷卻管網的支撐組合鋼梁。
【背景技術】
[0002]由于鋼結構在高于600°C的溫度下彈性模量與強度均發生大幅度下降，無法實現承重目的，所以連接高溫加熱爐的支撐梁設計難度很大。目前，連接高溫加熱爐的承重鋼梁主要采取以下兩種方法進行耐高溫處理:第一種方法是增加加熱爐與支撐梁之間隔熱層的厚度，但是由于空間限制，隔熱層往往無法做到很厚，隔熱層的傳熱系數較大，無法大幅度降低結構的溫度；第二，支撐梁整體采用耐高溫材料，但是支撐梁結構用材多，整體采用耐高溫材料大大增加建設成本。而且，雖然采用耐高溫材料，但是板材中仍存在溫度梯度，不均勻的膨脹將導致支撐鋼梁嚴重變形。可見，上述兩種方法都不能在滿足工程經濟合理性的基礎上實現支撐板耐高溫的要求。

【發明內容】

[0003]為了克服現有加熱爐支撐板的缺點，本發明提供一種用于高溫加熱爐冷卻管網的支撐組合鋼梁。所述鋼梁結構在承受高達900°C高溫的同時能夠充分發揮結構的承載性能。
[0004]本發明所提供的組合鋼梁采用普通鋼材(例如Q235鋼)與特殊鋼(例如耐高溫奧氏體不銹鋼或耐熱鋼)焊接連接共同承重的箱型梁來作為高溫加熱爐的支撐梁。同時，為了較小板件內溫度梯度引起的支撐梁的整體變形，在不銹鋼板邊緣間隔一定距離開設孔縫。
[0005]在一方面，本發明提供了一種適用于高溫加熱爐冷卻管網的支撐組合鋼梁，包括:
[0006]第一鋼梁構件，包括水平設置的第一鋼板；
[0007]第二鋼梁構件，包括水平設置的第二鋼板，在橫向上所述第二鋼梁構件的一端與所述第一鋼梁構件連接，并且所述第二鋼梁構件的另一端的所述第二鋼板的邊緣間隔地開設有橫向的多個孔縫；
[0008]多個橫向支撐加勁肋，用以增加所述組合鋼梁的承載能力，其中所述橫向支撐加勁肋為垂直設置并使得所述多個孔縫各自位于在所述橫向支撐加勁肋之間；
[0009]承重柱，分別設置于所述第一鋼梁構件和第二鋼梁構件縱向的兩端用以支撐所述組合鋼梁；
[0010]其中，在橫向上所述第二鋼梁構件的一端伸入加熱爐體中并在連接部位覆蓋隔熱層。
[0011]其中所述第一鋼梁構件和所述第二鋼梁構件組合形成箱型梁。
[0012]所述第一鋼梁構件和所述第二鋼梁構件采用焊接連接。
[0013]所述第一鋼梁構件的構成采用普通鋼，例如Q235鋼，所述第二鋼梁構件的構成采用特殊鋼，例如耐高溫奧氏體不銹鋼或耐熱鋼。
[0014]所述孔縫為三角形縫，所述孔縫的長度等于所述第二鋼板的寬度ws。
[0015]在另一方面，本發明還提供了一種所述適用于高溫加熱爐冷卻管網的支撐組合鋼梁的制備方法，其包括:
[0016]設計和加工第一鋼梁構件，其包括第一鋼板；
[0017]設計和加工第二鋼梁構件，其包括第二鋼板；
[0018]在所述第二鋼板上的邊緣采用線切割的方式開設多個孔縫；
[0019]將所述第一鋼梁構件和所述第二鋼梁構件進行焊接；
[0020]設置多個橫向支撐加勁肋，其中所述橫向支撐加勁肋為垂直設置并使得所述多個孔縫各自位于在所述橫向支撐加勁肋之間。
[0021]所述方法進一步包括:
[0022]將所述第二鋼梁構件的一端伸入加熱爐體中；
[0023]將所述第一鋼梁構件和第二鋼梁構件縱向的兩端固定設置在承重柱上；
[0024]將所述第二鋼梁構件在橫向上的一端伸入加熱爐體中并在連接部位覆蓋隔熱層。
[0025]本發明所提供的適用于高溫加熱爐冷卻管網的支撐組合鋼梁可用于水泥廠、鋼廠和化工廠等處連接高溫加熱爐體的支撐梁，在確保鋼梁在高溫下正常工作的情況下，盡可能減小板材的變形并降低結構的造價。
【附圖說明】
[0026]圖1是該高溫加熱爐的組合支撐鋼箱梁的工作環境圖。
[0027]圖2是該組合支撐鋼箱梁的詳細構造圖。
[0028]圖3是支撐板邊緣孔縫的詳細尺寸圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。應當理解，本發明并不局限于下述有關發明的【具體實施方式】或實施例。同時也應當理解，本文所使用的術語只是用于針對特定的實施方式進行描述，而不是用來對本申請要求保護的范圍進行限制。
[0030]在一種【具體實施方式】中，高溫加熱爐的支撐板的工作環境(側視圖)如圖1所示。用于高溫加熱爐冷卻管網的支撐組合鋼梁包括:普通鋼梁100，包括普通鋼板110 ;不銹鋼梁200，包括不銹鋼板210，邊緣開設有多個孔縫230 ;多個橫向支撐加勁肋400 ;承重柱500 ;普通鋼梁100和不銹鋼梁200采用焊接連接300。
[0031]其中w。為碳素鋼梁100寬度，ws為不銹鋼梁200的寬度，hb為箱型梁的高度。不銹鋼板200的一端伸入加熱爐體600中，在此端覆蓋隔熱層，降低支撐板的工作溫度。加熱爐體600溫度高達900攝氏度以上，經過支撐板以及覆蓋在它上面的保溫材料的熱傳遞，在支撐板另一端溫度降到120攝氏度以下。經過溫度遞減，使普通鋼板100的工作溫度保持在120°C以下。鋼梁支撐在承重柱500上，不銹鋼與普通鋼板采用焊接連接300。
[0032]在一種【具體實施方式】中，高溫加熱爐支撐板結構的構造如圖2所示。其中w。為碳素鋼梁100寬度，ws為不銹鋼梁200的寬度，w i為不銹鋼梁200伸入爐體600內的寬度，1 b為梁的長度，A 1為孔縫230的寬度。
[0033]不銹鋼材料建議選用06Crl9Ni 10即AISI 304，該不銹鋼材料在900度高溫時還可以保持50%的彈性模量和20%的強度，普通鋼選用碳素鋼Q235。普通碳素鋼焊接性較好，一般焊接接頭中不易出現脆硬組織和冷裂紋，而該奧氏體不銹鋼在焊接時容易出現焊接熱裂紋、脆化、晶間腐蝕和應力腐蝕，且兩種鋼材化學成分和物理性能差異大，碳素鋼較不銹鋼導熱性能差，線膨脹系數大。所以，若采用普通焊絲焊接易導致焊接應力和變形較大，易出現裂紋等缺陷。經過大量資料的查閱，和焊接實例的分析，焊絲材料采用國產不銹鋼焊絲GWS-309。
[0034]為了充分保證鋼梁的承載能力，在箱型梁中設置橫向加勁肋400。
[0035]同時，為了避免溫度梯度引起的板件整體變形與附加應力，在不銹鋼板210邊緣開設孔縫230。孔縫230設在兩道橫向加勁肋400之間，使其對鋼箱梁的承載力的影響減為最小。由于熱脹冷縮，爐體內的不銹鋼板的膨脹變形由孔縫230來緩解。06Crl9Nil0不銹鋼在900°C左右時的線膨脹系數為20X 10 6，根據計算，在板邊緣開設η個孔縫，孔縫寬度為A 1，長度為不銹鋼板的寬度ws。孔縫寬度滿足公式:A 1 = 20X 10 6XlbX At/n，其中At為不銹鋼梁兩側的溫度差。根據一個實施例，圖3顯示了板邊開縫的尺寸。
[0036]使用該裝置的方法是:首先單獨加工、設計不銹鋼板和碳素鋼鋼板，將不銹鋼伸入加熱爐的邊緣采用線切割的方式按照尺寸進行孔縫的切取。再采用國產不銹鋼焊絲GWS-309，使用GXS-300進行焊接。
[0037]在上述說明書中針對一些優選實施方式進行了具體的描述，并且為說明之目的提供了一些技術細節，然而本領域的技術人員應該能夠理解本發明可以有各種有關材料、形狀、尺寸、數量等方面的變化和更多不同的實施方式，而且本文所描述的細節可以有相當的變化而不會偏離本發明的精神和主旨，從而應當屬于本申請所要求保護的范圍。
【主權項】
1.一種適用于高溫加熱爐冷卻管網的支撐組合鋼梁，包括: 第一鋼梁構件，包括水平設置的第一鋼板； 第二鋼梁構件，包括水平設置的第二鋼板，在橫向上所述第二鋼梁構件的一端與所述第一鋼梁構件連接，并且所述第二鋼梁構件的另一端的所述第二鋼板的邊緣間隔地開設有橫向的多個孔縫； 多個橫向支撐加勁肋，用以增加所述組合鋼梁的承載能力，其中所述橫向支撐加勁肋為垂直設置并使得所述多個孔縫各自位于在所述橫向支撐加勁肋之間； 承重柱，分別設置于所述第一鋼梁構件和第二鋼梁構件縱向的兩端用以支撐所述組合鋼梁； 其中，在橫向上所述第二鋼梁構件的一端伸入加熱爐體中并在連接部位覆蓋隔熱層。2.根據權利要求1所述的組合鋼梁，其中所述第一鋼梁構件和所述第二鋼梁構件組合形成箱型梁。3.根據權利要求1所述的組合鋼梁，其中所述第一鋼梁構件和所述第二鋼梁構件采用焊接連接。4.根據權利要求1所述的組合鋼梁，其中所述第一鋼梁構件由普通鋼構成，所述第二鋼梁構件由特殊鋼構成。5.根據權利要求4所述的組合鋼梁，其中所述特殊鋼為不銹鋼或耐熱鋼。6.根據權利要求1所述的組合鋼梁，其中所述孔縫為三角形縫，所述孔縫的長度等于所述第二鋼板的寬度ws。7.根據權利要求6所述的組合鋼梁，其中所述第二鋼梁構件由06Crl9Nil0不銹鋼構成；所述孔縫的開口寬度為Δ1，其滿足公式Δ 1 = 20X 10 6XlbX At/n，其中η為所述孔縫開設的個數，lbS所述第二鋼梁構件的長度，At為所述第二鋼梁構件橫向兩端的溫度差，20 X 10 6為不銹鋼線性膨脹系數。8.—種權利要求1-7任意項所述的適用于高溫加熱爐冷卻管網的支撐組合鋼梁的制備方法，其包括: 設計和加工第一鋼梁構件，其包括第一鋼板； 設計和加工第二鋼梁構件，其包括第二鋼板； 在所述第二鋼板上的邊緣采用線切割的方式開設多個孔縫； 將所述第一鋼梁構件和所述第二鋼梁構件進行焊接； 設置多個橫向支撐加勁肋，其中所述橫向支撐加勁肋為垂直設置并使得所述多個孔縫各自位于在所述橫向支撐加勁肋之間。9.根據權利要求8所述的方法，其進一步包括: 將所述第二鋼梁構件的一端伸入加熱爐體中； 將所述第一鋼梁構件和第二鋼梁構件縱向的兩端固定設置在承重柱上。10.根據權利要求9所述的方法，其進一步包括將所述第二鋼梁構件在橫向上的一端伸入加熱爐體中并在連接部位覆蓋隔熱層。
【專利摘要】本發明涉及一種適用于高溫加熱爐冷卻管網的支撐組合鋼梁。所述組合鋼梁采用普通鋼材(例如Q235鋼)與特殊鋼(例如耐高溫奧氏體不銹鋼或耐熱鋼)焊接連接共同承重的箱型梁來作為高溫加熱爐的支撐梁。同時，為了較小板件內溫度梯度引起的支撐梁的整體變形，在不銹鋼板邊緣間隔一定距離開設孔縫。所述鋼梁結構在承受高達900℃高溫的同時能夠充分發揮結構的承載性能。所述支撐組合鋼梁可用于水泥廠、鋼廠和化工廠等處連接高溫加熱爐體的支撐梁，在確保鋼梁在高溫下正常工作的情況下，盡可能減小板材的變形并降低結構的造價。
【IPC分類】E04B1/24, F27D1/10
【公開號】CN105387721
【申請號】CN201510660635
【發明人】王元清, 王中興, 葉國平
【申請人】清華大學, 成都益國工程設計顧問有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年10月12日