焦炉用保护板、炉门框及炉柱的主要作用

保护板、炉门框及炉柱的主要作用是将保护性压力均匀合理地分布在砌体上，同时保证炉头砌体、保护板、炉门框和炉门刀边之间的密封，因此，要求其紧靠炉头且弯曲度不能过大。

目前，中国焦炉用的保护板分为大、中、小三种类型，如图5-5～图5-7，并以此配合相应的炉门框。各类保护板的形式、材料、结构方式分别见表5-6。

现在大型焦炉均采用大保护板，原使用小保护板的已陆续改用中保护板，小保护板仅用于小型焦炉。

大保护板（或炉门框）的弯曲度过大，，则炉门很难对严，当弯曲度超过30mm时，应当更换。炉门框因高温作用而弯曲，使其周围成为焦炉的主要冒烟区，至今尚未有妥善解决的办法，随炭化室高度增加，问题更显突出。增大断面系数虽能提高冷态刚度，但长期高温作用下仍不免变形。采用中空炉门框要周边保持相同厚度，使加工困难，且长期使用会造成内外温差加大，也有损强度。

图5-5 大保护板结构横断面

1-炉柱；2-炉门框；3-横栓；4-紧丝杆；5-紧丝座；6-炉门铁槽；7-顶丝压架；8-顶丝：9-卡钩；10-保护板；11-外石棉绳；12-内石棉绳；13-刀边；14-砖槽；15-衬砖；16-炉框固定螺栓：17-顶压架

图5-6 中保护板结构横断面

1-炉柱；2-卡钩；3-炉门框；4-顶丝；5-横栓；6-紧丝杆；7-紧丝座；8-炉门铁槽；9-顶丝压架；10-保护板；11-外石棉绳；12-内石棉绳；13-刀边；14-砖槽；15-衬砖；16-炉框固定架及固定螺栓；17-顶压架

图5-7 小保护板结构横断面

1-炉柱；2-炉门框；3-横栓；4-紧丝杆；5-紧丝座；6-炉门铁槽；7-顶丝压架；8-顶丝；9-卡钩；10-保护板；11-外石棉绳；12-内石棉绳；13-刀边；14-砖槽；15-衬砖；16-炉框固定螺栓

表5-6 大、中、小型保护板性能的比较

炉门框与炉头或保护板间的密封，过去采用石棉绳，石棉绳最高工作温度约为530℃，且没有弹性。当炉门框稍有变形就会出现缝隙，致使炉头冒烟。冒出荒煤气的温度超过530℃时．石棉绳损坏加快，冒烟量增大，从而造成恶性循环。国外有用陶瓷纤维毡代替石棉绳的介绍，因其工作温度高，强度大，有弹性，因而具备高温密封材料的基本要求，据有关资料介绍，近几年来陶瓷纤维用于200多个炉门框，尚无漏气现象。

炉门框是固定炉门的，为此要求炉门框有一定的强度和刚度，加工面应光滑平直，以使与炉门刀边严密接触，密封炉门。炉门框在安装时上下要垂直对正。

炉柱是用两根工字钢（或槽钢）焊接而成的，也可由特制的方形空心钢制成，安装在机侧、焦侧炉头保护板的外面，由上下横拉条将机侧、焦侧的炉柱拉紧。上部横拉条的机侧和下部横拉条的机焦两侧均装有大弹簧。焦侧的上部横拉条因受焦饼推出时的烧烤，故不设弹簧，炉柱内沿高向装有若干小弹簧，分别压紧燃烧室和蓄热室保护板。

炉柱通过保护板和炉门框承受炉体的膨胀压力，即护炉铁件主要靠炉柱本身应力和弹簧的外加力给炉体以保护性压力，因此，炉柱是护炉设备中最主要的部件。

炉体的膨胀：一是砖本身的线膨胀，这个膨胀压力很大，在炉体升温时，必须控制升温速度，防止急剧膨胀；二是由于砌体热胀冷缩使砖和砖缝产生裂纹，被石墨填充，造成炉体不断伸长而产生的膨胀力，后者是可以控制的。炉柱的作用就是将弹簧的压力通过保护板传给炉体，使砖始终处于压缩状态，从而可以控制炉体伸长，使炉体完整严密。炉柱还起着架设机、焦侧操作台、支撑集气管的作用。大型焦炉的蓄热室封墙上还装有小炉柱，小炉柱经横梁与炉柱相连，借以压紧封墙，起保护作用。

如上所述，护炉设备的保护性压力，是上下两个大弹簧的弹力拉紧横拉条而作用到炉柱上，然后由炉柱分配到沿炉体高向的各个区域。所以当护炉设备正常时，炉柱应处于弹性变形状态；横拉条受力应低于其许可应力与实际有效截面积的乘积；弹簧应处于弹性变形状态且工作负荷低于其许可负荷。

炉柱属于静不定梁，目前设计上按均匀载荷的两端铰链支座梁处理。根据砌体所需的保护性压力，炉柱载荷按1.5×104N/m的平均值计算。炉柱选用双工字钢（或槽钢）焊制，材质一般用A3，根据结构尺寸所做的强度核算，其最大允许正面拉应力为112.78kPa，弯曲度应不超过25mm。

图5-8 三线法测量炉柱曲度计算图

生产上测量炉柱弯曲度通常用三线法（见图5-8）。在两端抵抗墙上，相应于炉门上横铁、下横铁、箅子砖的标高处，分别设置上、中、下三个测线架。将两端抵抗墙上同一标高的测线架分别用直径1.0～1.5mm钢丝联结起来，用松紧器或重物拉紧，并将此三条钢丝调整到同一垂直平面如A、B、C三点，然后测出从炉柱到钢丝的水平距离。图5-8中A′B′C′表示炉柱，炉柱与三线的水平距离分别为a、6、c，h为上线到中线的距离，H为上线与下线的距离，则炉柱曲度即可按△A′MB″与△A′C″C′相似的原理导出下式计算

(5-1)

y实=y-y0 （5-2）

式中 y-炉柱曲度，mm，即烘炉或生产中实测按式(5-1)计算值；

y实-炉柱实际曲度，mm；

y0-炉柱自由状态曲度，在安装后、弹簧加压前测定，mm。

正常情况下，炉柱曲度逐年增加的主要原因是由于砌体上下部位的年膨胀量不同。焦炉投产2年后，上下横铁处的年膨胀率不应超过0. 035%，与此相对应，炉柱曲度的年增加量一般在2mm以下。炉柱曲度的变化表明保护性压力沿炉柱高向分布在变化，如果炉柱处于弹性变形范围，炉柱曲度的变化也基本上反映了炉体曲度的变化。由于炉体各部位膨胀量不同，因此炉柱有曲度是理所当然的，但炉柱实际曲度大于50mm时，表明已超过弹性极限而失效。

炉柱曲度关系到刚性力的合理分布，故可用炉柱曲度作为监督刚性力分布的一个标志。生产实践表明，限定炉柱曲度不大于25mm是保证刚性力合理分布的前提，下部大弹簧在生产中随炉体膨胀需不断放松。