МК_Справочник_том_2

Поперечные элементы постели рекомендуется выполнять из гнутых или прокатных профилей, подбираемых расчетом на нагрузку от собственного веса полотнища мембраны. Максимальный прогиб поперечного элемента не должен превышать 1/200 его пролета. Допускается поперечные элементы мембраной не соединять.

Ленточные покрытия рекомендуется крепить к опорному контуру прижимным способом, при котором лист зажимается высокопрочными болтами между двумя плоскими стальным элементами. Один из прижимных элементов, обычно нижний, может являться частью контура (опорный столик), а второй – накладной. Нижний элемент выполняется из отдельных полос шириной 100–150 мм и длиной, равной ширине ленты 1–1,5 м. Верхний прижимной элемент выполняется из фасонного профиля (уголок, швеллер).

Соприкасающиеся поверхности стальных прижимных элементов и алюминиевых лент необходимо полировать для предотвращения электрохимической коррозии. Рекомендуется поверхности прижимных элементов покрывать фрикционной изоляционной пленкой (ФИП), которая одновременно предназначена для повышения коэффициента трения. Применяются составы на основе эпоксидных смол, отверждаемых алифатическими аминами. В составы могут входить также разбавитель и наполнитель – корундовая крошка или кварцевый песок с размерами зерна 0,6–0,8 мм. Расчет соединения можно проводить как соединения на высокопроч- ных болтах.

В пролетной конструкции мембранных систем возможно устройство проемов для установки зенитных фонарей, пропуска коммуникаций и т.п. Проемы рекомендуется размещать в местах, удаленных от опорных контуров. Проемы необходимо обрамлять листом, расположенным в плоскости мембраны, и имеющим площадь поперечного сечения не менее половины площади ослабления мембраны.

При больших размерах проемов в мембране в них рекомендуется постановка растяжек, воспринимающих совместно с листами окаймления расчетные усилия в оболочке.

Крепление технологического оборудования к мембранному покрытию следует осуществлять на гибких подвесках. При наличии элементов постели подвески кре-

311

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Гохарь-Хармандарян È.Ã. Большепролетные купольные здания. М., Стройиздат, 1972.

2.Липницкий М.Е. Купола. (Расчет и проектирование).–Л., Стройиздат, 1973.

3.Липницкий М.Е. Купольные покрытия для строительства в условиях сурового климата. Л., Стройиздат, 1981.

4.Лебедев В.А., Лубо Л.Н. Сетчатые оболочки в гражданском строительстве на севере. –Л., Стройиздат, 1982.

5.Трущев А.Г. Пространственные металлические конструкции. Учебное пособие для ВУЗов. М., Стройиздат, 1983.

6.Мухин Б.Г. Исследование геометрии оболочек двоякой кривизны с учетом их рациональной разрезки на сборные элементы. В кн.: Большепролетные пространственные конструкции, МНИИТЭП, М., 1972.

7.Туполев М.С., Морозов Ю.А. Тригонометрические параметры схем геодезических и кристаллических куполов. – В кн.: Строительная механика, расчет и конструирование сооружений, 1971, вып.3.

8.Бурышкин М.Л., Гордеев В.Н. Эффективные методы и программы расчета на ЭВМ симметричных конструкций. К., Будiвельник, 1984.

9.Bass L.O. Unusual dome awaits base ball season in Houston. – Civil Engineering, 1965, v.35, ¹1.

10.Tor L.A. Le Stade convert polyvalent «Louisiana Super-dome» a la Nouvelle-Orlians (EtatsUnis). Acier-Stahl-Steel, 1974, ¹3.

11.500–tons of falswork hold up dome roof.–Constr., Meth., 1964, 46, ¹3.

12.Лесников В.В. Возникновение и развитие висячих покрытий круглого очертания в плане.

– В сб.: «Висячие покрытия круглого очертания в плане». М., Стройиздат, 1962.

13.Мельников Н.П. Висячие системы. – В сб.: Исследования и разработки по висячим и вантовым металлическим конструкциям. – Труды ЦНИИпроектстальконструкция. М., 1980.

14.Ружанский И.Л. Висячие конструкции покрытий. Обзор. М., ВНИИИС, 1984.

15.Висячие покрытия зданий и сооружений. Под ред. Н.П. Селиванова, М., 1989.

16.Мембранные конструкции зданий и сооружений. Справ. Пособие, ч.1, 2/ под общ.ред. В.И. Трофимова и П.Г. Еремеева. –М., Стройиздат, 1990.

17.Мелашвили Ю.К., Сулаберидзе О.Г. Расчет и проектирование висячих покрытий. «Мецниереба», 1985.

18.Казакевич М.И., Мелашвили Ю.К., Сулаберидзе О.Г. Аэродинамика висячих покрытий. Киев, «Будiвельник», 1983.

19.Кирсанов Н.М. Висячие покрытия производственных зданий. М., Стройиздат, 1990.

20.Ружанский И.Л., Шлемин И.А. Методика расчета производственного здания с мембранным покрытием в процессе монтажа мембраны. –¹6, 1990.

21.Отставнов В.А., Розенберг Л.С. Схемы снеговой нагрузки для расчета олимпийских сооружений//Cб. Трудов ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко. –М., Стройиздат, 1981.

22.Розенберг Л.С. Формирование снеговой нагрузки на висячих покрытиях чашеобразной формы// Исследования по строительной механике и надежности конструкций. –М.; ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко,1986.

23.Пособие по проектированию каркасных промзданий для строительства в сейсмических районах. –М., Стройиздат, 1984.

24.Бобров Ф.В., Быховский В.А., Гасанов А.Н. Сейсмические нагрузки на оболочки и висячие системы. –М., Стройиздат, 1974.

25.Корчинский И.Л., Грилль А.А. Расчет висячих покрытий на динамические воздействия. – М.. Стройиздат, 1978.

26.Стороженко Л.И. Трубобетонные конструкции. –Киев, Будiвельник, 1978.

27.Москалев Н.С. Конструкции висячих покрытий. М., Стройиздат, 1980.

28.Ружанский И.Л., Петров А.Б. Расчет мембранного покрытия с учетом конструктивной нелинейности мембраны. «Исследование висячих конструкций», ВИСИ, Воронеж, 1989.

29.Ружанский И.Л., Шлемин И.А. О методике расчета и некоторых особенностях работы опорного контура мембранного покрытия производствнного здания с воротным проемом. «Висячие конструкции покрытий и мостов», сб.трудов, Воронеж, 1988.

30.Трофимов В.И. Большепролетные пространственные покрытия из тонколистового алюминия. М., Стройиздат, 1975.

313

ГЛАВА 13

КОНСТРУКЦИИ КОМПЛЕКСОВ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ И ГАЗООЧИСТОК

13.1. ÎБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Здесь приведены сведения по основным типам возведенных специальных сооружений комплексов доменных цехов и газоочисток, а также изложены рекомендации по проектированию новых сооружений и выполнению реконструкций

èремонтов. На рис.13.1 и 13.2 представлены характерные схемы расположения наиболее распространенных решений комплексов. Листовыми конструкциями комплекса являются кожухи доменных печей, воздухонагревателей, пылеуловителей, трубчатые лифты и транспортерные галереи, скрубберы, электрофильтры

èгазовоздухопроводы. Проектирование футерованных оболочек должно производиться с учетом их совместной работы с кладкой и системой охлаждения. Другие специальные сооружения комплекса рассмотрены так же с учетом специфических условий их эксплуатации. Здания комплексов проектируются по общим положениям проектирования промышленных зданий и с учетом рекомендаций настоящей главы.

При проектировании конструкций комплексов следует учитывать:

1) коррозионное воздействие агрессивной среды внутри и снаружи листовых конструкций, зданий и сооружений. Наиболее интенсивна коррозия в местах скопления колошниковой пыли, попадания брызг доменного шлака и воздействия доменного газа;

2) абразивное воздействие взвешенных в газовом потоке частиц пыли и потоков материалов шихты при их загрузке;

3) возможность создания опасных для обслуживающего персонала и эксплуатации конструкций зон при концентрации газа, прорыве чугуна, взрывах в сосудах и газопроводах и аварии оборудования;

4) возможность резкого увеличения нагрузок от внутреннего давления газа, отложения пыли, конденсата в газопроводах и т.д. (при нарушениях нормальных условий эксплуатации);

5) последовательное изменение силовых и температурных воздействий на футерованные оболочки, состояния самих кожухов в течение кампании печи, а также возможные аварийные высокотемпературные воздействия, приводящие к большим и неравномерным деформациям конструкций и местным силовым воздействиям;

6) различный характер работы отдельных зон футерованных кожухов с учетом характерных для этих зон решений технологических конструкций (система охлаждения, тип холодильника, конструкция и материал футеровки);

7) воздействие технологических конструкций, в том числе и при возможном нарушении их нормальной работы (необратимый рост чугунных холодильников при их недостаточном охлаждении, увеличение объема футеровки при плавке на цинксодержащих рудах, разрушение кладки лещади с образованием в ней козла и т.п.);

8) образование в процессе выплавки чугуна побочных продуктов, разрушающих стальные конструкции (например, паров азотной кислоты);

9) необходимость сведения к минимуму продолжительности простоев агрегатов при ремонте, реконструкции и аварии путем создания ремонтопригодных решений конструкций;

10) специфические габариты транспортировки по путям доменного цеха (рис.13.3).

314

Рис.13.2. План комплекса новой доменной печи большого объема

1 – доменная печь;

2 – здание доменной печи;

3 – кольцевой мостовой кран;

4 – кольцевой воздухопровод горячего дутья;

5 – кольцевая эстакада под кран и кольцевой воздухопровод горячего дутья;

6 – воздухопровод горячего дутья;

7 – колонны литейного двора;

8 – шлакопереработка;

9 – трубчатая галерея транспортерной пода- чи на колошник;

10 – монтажная балка;

11 – опора монтажной балки на пылеуловители;

12 – пылеуловители;

13 – газопровод грязного газа к газоочистке;

14 – рабочая площадка пылеуловителей;

15 – скруббер газоочистки подкупольного пространства;

16 - помещение механизмов пылеуловителей;

17 – лифт с лестничной клеткой;

18 – кабельный мостик;

19 – здание управления;

20 – труба для постановки печи на тягу и ее опора;

21 – камера насадки воздухонагревателя;

22 – камера горения воздухонагревателя;

23 – здание воздухонагревателей;

24 – колонны здания воздухонагревателей;

25 – дымовая труба,

26 – воздухопровод холодного дутья;

27 – опоры воздухопровода холодного дутья

316

Надежность стальных футерованных конструкций – кожухов доменных печей, воздухонагревателей и др. обеспечивается применением стали, обладающей повышенными пластическими свойствами, термостойкостью, конструкцией футеровки и системы охлаждения, защищающими кожухи от перегрева, и учетом их совместной работы на протяжении всей эксплуатации сооружения.

Футеровка конструкций выполняется согласно «Инструкции по футеровке и сушке доменных печей и их вспомогательных устройств». Конструкции футеровки в каждом конкретном случае должны быть увязаны со стальными конструкциями кожухов.

13.2.ÊОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

13.2.1.Доменная печь. Разрез доменной печи и варианты схем печей показаны на рис.13.4 и 13.5. В доменной печи с колоннами, доведенными только до уровня

мораторного кольца (рис.13.5à), нагрузка от колошникового устройства, площадок и газоотводов передается непосредственно на кожух. Открытый доступ к кожуху облегчает обслуживание, однако такая передача нагрузки ухудшает условия работы засыпного аппарата из-за неизбежных перекосов кожуха вследствие неравномерного нагрева и может вызвать аварию печи при его перегреве. Кроме того, при капитальных ремонтах печей часто требуется демонтаж и восстановление колошникового устройства.

Печь с колоннами шахты, установленными на колоннах горна, приведена на рис.13.5á. Между верхом колонн и куполом предусмотрен зазор, так чтобы колонны включались в работу только в случае перегрева металла кожуха шахты до потери им несущей способности и при ремонтах печи. Колонны шахты из-за наличия связей затрудняют доступ к кожуху, смену холодильников, ремонт конструкций и т.п. В части доменных печей, построенных по этой схеме, купол был сделан грибообразным. Копер и колошниковая площадка опираются на купол с помощью консолей. Газоотводы опираются только на купол печи.

Доменная печь, купол которой отделен от шахты листовым компенсатором, показана на рис.13.5â. Нагрузка от купола, опирающихся на него газоотводов и колошникового устройства передается непосредственно на колонны шахты, которые являются продолжением колонн горна. На ряде печей рассматриваемой схемы отказались от установки связей на колоннах шахты, обеспечив неизменяемость системы созданием пространственного рамного каркаса с использованием элементов

317

площадок шахты, конструкции мораторного кольца, нижней площадки и первых поясов шахты (создающих кольцевую балку швеллерного сечения) для перераспределения нагрузки от колонны шахты на соседние колонны горна в случае пережега чугуном нижестоящей соосной колонны горна.

Рис.13.4. Разрез печи с монтажной балкой 1 – копер; 2 – колошниковая площадка; 3 – кожух; 4 – футеровка; 5 – колонны шахты; 6 –

ложный моратор, закрепляющий колонны к кожуху; 7 – кольцевой воздухопровод горячего дутья; 8 – колонны горна; 9 – днище; 10 – горизонтальные связи; 11 – опора монтажной балки; 12 – укрытие монтажной тележки (крана); 13 – монтажная балка

Доменная печь с колошниковым устройством, опирающимся на колонны шахты (рис.13.5ã), была применена в проектах типовых доменных печей объемом 1033–1719 ì3. Рамы копра опираются непосредственно на колонны шахты. Между колоннами установлена шестигранная пространственная ферма, являющаяся основой колошниковой площадки. Шесть колонн шахты не имеют связей и жестко прикреплены в нижней части к кожуху. Значительным достижением рассматриваемого решения является использование конструкции кольцевой балки швеллерного сечения, дающей возможность размещать колонны шахты, независимо от расположения колонн горна. Это позволяет унифицировать конструкцию доменных печей, поскольку их верхние части, выше моратора, становятся независимыми от планировки цеха, и меняется только угол поворота шестигранника колонн шахты относительно оси чугунной летки.

В доменной печи с четырьмя колоннами, удаленными от горна и несущими шахту и колошниковое устройство (рис.13.5ä), свободное у печи пространство облегчило обслуживание горна и шахты, но зона заплечиков оказывается загроможденной конструкциями, передающими нагрузку от веса шахты на колонны. Главным недостатком этой печи является недостаточная прочность балок и других конструкций, предназначенных для передачи нагрузки от шахты на колонны печи в стадии разрушения футеровки; размеры же конструкции необходимой прочности затрудняли бы доступ к кожуху заплечиков по всей высоте. Применение такой системы за рубежом объясняется менее интенсивной эксплуатацией доменных пе- чей, что сохраняет на более длительное время футеровку шахты.

318

Доменная печь, предназначенная для работы на рудах, содержащих цинк, изображена на рис.13.5å. Особенностью режима эксплуатации таких печей является то, что испаряющийся в горне цинк поднимается наверх, проникает там в швы и поры кладки и, охлаждаясь, оседает в виде твердых прослоек (обычно в распаре и нижней части шахты) с последующим образованием цинкита. При охлаждении прослойки

5

4

Рис.13.5. Конструктивные решения доменных печей à – печь без колонн вокруг шахты; á – печь с колоннами шахты, работающими при потере

несущей способности кожуха; â – печь с листовым компенсатором, отделяющим купол и колошниковое устройство; ã – печь с колошниковым устройством, опирающимся только на колонны печи; ä – печь, принятая за рубежом с четырьмя колоннами; å – печь с кожухом, не несущим нагрузку от колонн шахты; æ – печь с четырьмя колоннами шахты, опирающимися непосредственно на колонны горна; ç – самонесущая безмораторная печь; è – самонесущая бесколонная печь; ê – самонесущая печь с четырьмя колоннами здания; 1 – зазор; 2 – компенсатор; 3 – несоосные колонны; 4 – соосные колонны; 5 – ложный моратор; 6 – эстакада под кольцевой воздухопровод и подкрановую балку литейного двора; 7 – ðàìû

здания; 8 – колонны здания; 9 – площадка для укрупнительной сборки

319

увеличиваются в объеме и распирают кладку, что приводит к разрывам кожуха. Интенсивность разрушения и область распространения дефектов зависят от состава шихты, режима технологического процесса, конструкции кладки и охлаждения. На ряде заводов трещины в кожухе появляются уже через полгода эксплуатации, причем зачастую в зоне кожуха шахты, входящей в состав кольцевой швеллерной балки (рис.13.5ã). Это явление может привести к серьезной аварии, так как поврежденная конструкция не сможет передать нагрузку от колонн шахты на колонны горна.

Приведенные обстоятельства вызывают необходимость опирания колонн шахты непосредственно на колонны горна, вследствие чего колонны рам копра обычно не совпадают в плане с колоннами шахты. Для передачи нагрузки от копра на колонны в уровне колошниковой площадки предусмотрена кольцевая балка, способная работать как на изгиб, так и на кручение. При таком решении допускается возможность установки копра под любым углом к колоннам печи вне связи с расположением ее леток и фурм. Сохраняя все преимущества схемы, приведенной на рис.13.5ã, описываемое решение обеспечивает прочность и надежность конструкций даже в случае появления трещин в кожухе печи. На рис.13.5æ изображена доменная печь с такой схемой, но при уменьшенном количестве колонн, получившая широкое распространение в типовых печах 2000 м3 è áóльших объемов. Рост объемов и форсирование режимов работы печей вызывает необходимость увеличения количества ее фурм и леток, что создает затруднение для установки колонн горна, усложняет осуществление механизации трудоемких работ у горна печи. В то же время опыт эксплуатации печей свидетельствует о том, что колонны горна во время эксплуатации фактически не воспринимают веса вышерасположенных конструкций (кожуха, кладки, холодильников) и шихты, а обычно испытывают растягивающие напряжения, вызываемые вертикальным термическим расширением кладки и внутренним давлением газа, передаваемым на колонны через болты, крепящие мораторное кольцо к их оголовку. Приведенные соображения позволили уменьшить количество колонн до четырех. Сами колонны несут нагрузку только от колошникового устройства (при незатянутых болтах растяжение в колоннах не возникает) и предназначены для восприятия веса шахты при ремонтах с полной заменой кожуха горна.

Самонесущая безмораторная доменная печь изображена на рис.13.5ç. Наличие разрезающего кожух мораторного кольца ограничивало величину внутреннего давления в печи. С целью устранения этого недостатка были запроектированы печи без мораторного кольца (или с узким кольцом), конструкция которых практически не ограничивает величины внутреннего давления газовой среды. Вокруг кожуха устанавливаются четыре самостоятельных колонны, предназначенные как и в предыдущем случае, для восприятия веса колошникового устройства и для использования при ремонтах. Для этого предусматривается ложный моратор, с помощью которого вес верхней части печи при ремонтах передается на колонны. Одновременно ложный моратор развязывает колонны в горизонтальной плоскости.

Бесколонная печь на рис.13.5è стала возможной при внедрении бесконусного засыпного аппарата и является дальнейшим развитием положений, изложенных при описании печи по рис.13.5ç. Кожух печи самонесущий безмораторный. Вес засыпного аппарата передается только на кожух печи, а ремонтные и обслуживающие площадки колошника, перекосы которых от термических деформаций не влияют на прочность и надежность конструкции и не отражаются на производительности печи, крепятся к ее газоотводам. Колонны печи отсутствуют, что обеспечивает доступ к ее кожуху и возможность механизации работ у горна. Колошниковая площадка одновременно является кровлей здания и опирается на его рамы. Кольцевой воздухопровод горячего дутья вместе с внутренней подкрановой балкой кольцевого крана литейного двора опирается на кольцевую эстакаду.

320