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屋面钢结构分析与设计

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-08-29  浏览次数:2 选择视力保护色:

[摘要]中华不锈钢网消息报道称:高炉生产出的铁水由内衬耐火材料的鱼雷罐或铁水包运输到炼钢厂。运输设备的选择取决于输送距离的远近和

中华不锈钢网消息报道称:高炉生产出的铁水由内衬耐火材料的鱼雷罐或铁水包运输到炼钢厂。运输设备的选择取决于输送距离的远近和运输过程的技术经济条件。鱼雷罐仅在罐体顶部留有一个小口,这种结构设计使其内部铁水巨大的热量得以保存,有效减少了运输过程中铁水的热损失。而铁水包的顶部是完全敞开的,造成的热损失较高,这是铁水包运输的一个缺点。但铁水包成本较低,使用铁水包可以避免鱼雷罐车的高投资成本。此外,若通过鱼雷罐运输,仍需要用铁水包将铁水由鱼雷罐转运至炼钢炉,全程使用铁水包运输可以节省这道工序的成本。
  
  铁水预处理始于高炉炉前铁水沟,将试剂加入铁水沟,试剂与铁水发生反应,进而开始铁水预处理。随后,铁水由高炉运往炼钢炉,运输途中可通过液下喷吹的方式将试剂喷入鱼雷罐内的铁水深处。多年以来,铁水预处理脱硫几乎未发生变化,脱硫剂(如苏打粉、石灰或碳化钙等)通过外衬耐火材料的钢管喷枪喷入铁水中。由于回硫现象(脱硫后期渣中的硫返回到铁水中的现象)的存在,脱硫预处理能够去除的硫比较有限;由于除渣过程难以操作,如果进入铁水包的渣量较大,就会导致回硫现象的发生。而多次加热使得鱼雷罐内积累的脱硫渣越来越多,不但导致回硫现象的发生,还会导致鱼雷罐的运输能力逐渐下降。
  
  现代化钢厂的铁水预脱硫始于铁水由鱼雷罐注入铁水包后。随后,铁水通过铁水包的包嘴流入氧气转炉、电弧炉等炼钢炉。可在包嘴对面位置安装一个除渣口,从而在铁水进入炼钢炉之前有效除渣。一般来说,铁水预脱硫有3种方法:外衬耐火材料喷枪向鱼雷罐深吹(鱼雷罐喷吹),外衬耐火材料喷枪向铁水包深吹(铁水包喷吹),大批量脱硫剂通过机械搅拌方式加入(机械搅拌)。
  
  多种铁水预脱硫评析中华不锈钢网消息报道称:鱼雷罐喷吹是一种占主导地位的传统预脱硫工艺。多年以前,作为当时最先进的脱硫技术,鱼雷罐喷吹在许多钢厂得到应用。至于是否应用铁水包喷吹或机械搅拌预脱硫工艺,主要取决于以下几点因素:适用性评估,脱硫剂成本,造成的热损失,脱硫和除渣所需的时间。
  
  脱硫的基本原理是基于脱硫剂与铁水中的硫发生化学反应。常用脱硫剂按脱硫效率大小排序依次为镁(Mg)、碳化钙(CaC2)、石灰(CaO),但脱硫效果最好的试剂通常成本也最高,因此没必要一定选择效果最好的脱硫剂。铁水目标硫含量不同,所需脱硫站的数量也不相同,脱硫剂的种类会影响脱硫站的数量。需要去除的硫越多,预脱硫处理时间就越长,产生的脱硫渣也就越多。
  
  铁水的最低目标硫含量通常为0.002%,而实际目标硫含量往往取决于所生产的钢种。为达到炼钢炉所需成分的铁水,需要若干个脱硫站联合脱硫,原始硫含量、目标硫含量、脱硫所需时间、运输方式等都会成为脱硫站数量设置的考虑因素。
  
  脱硫预处理以氮气作为载体,将脱硫剂喷吹至铁水深处,喷吹过程中会产生大量烟气,而除渣操作也会产生大量烟气。解决这一问题最有效的方式,是将铁水包放置在一个大型的封闭空间内,但从现实情况考虑不太实际。所以,需要在铁水包的正上方安装一个通风柜。如果铁水包通过铁水包车运至处理站,可在车尾安装耐火墙作为封闭空间的一面。或者等铁水包进入处理站后,用可移动的耐火门将进口封闭。铁水包车上装有倾翻装置,通常由液压缸驱动支轴或齿条齿轮类装置来提升铁水包。这些倾翻装置用来引导铁水包包嘴使其对准扒渣机,扒渣机将脱硫渣扒到渣罐。如果铁水包车运至处理站时要通过车间,需要一个可移动的烟气罩将铁水包盖住。这种情况下,可用液压吊钩装置勾住铁水包的吊耳轴进行除渣操作。
  
  当使用烟气罩时,喷枪安装在可旋转的升降机上。脱硫处理中,喷枪位于烟气罩外面。正常情况下,喷枪固定在升降机某一位置并随升降机升降,升降机并不进行水平旋转。一旦发生喷枪堵塞这样的特殊情况,升降机将旋转至另一位置,使用备用喷枪继续完成剩余的预脱硫处理。这样就确保了脱硫的实效性,缩短了脱硫铁水运至炼钢炉的时间间隔。
  
  脱硫剂的质量及其所能带来的经济效益,决定了脱硫剂的使用种类或者可使用多种脱硫剂进行复合喷吹。与复合喷吹相比,在实现相同生产率的情况下,单一喷吹CaO或CaC2所需的处理时间更长,产生的脱硫渣更多,所需的处理站数量也更多。复合喷吹是将Mg+CaO或Mg+CaC2通过同一个喷枪喷入铁水深处。复合喷吹系统中,两种脱硫剂粉末通过共同的喷吹管道进行喷吹。预脱硫开始时,首先喷吹价格较为便宜的脱硫剂(CaO或CaC2),等脱硫剂粉末抵达喷枪位置,立即将喷枪插入铁水。喷枪接近铁水包底部时,将Mg粉出口开关打开,这样,Mg与CaO或CaC2就能同时吹入铁水中。复合喷吹提高了Mg与其他脱硫剂的脱硫效率,缩短了处理时间。
  
  进一步开发的复合喷吹系统称为生态喷吹系统。该系统共有3种可供喷吹的脱硫剂(即CaO、CaC2和Mg)。通过建立数学模型可计算出生态系统建议的喷吹试剂、喷吹量以及是否采用复合喷吹。该模型须充分考虑目标硫含量、初始硫含量、脱硫剂成本、铁水温度、化学成分和处理所需时间等诸多因素。生态喷吹系统可使脱硫变得更加灵活,并将脱硫成本降至最低水平。
  
  铁水深度预脱硫需要通过增加脱硫站的数量来实现,一些钢厂的可用空间往往十分有限,不宜采用此方法。还有一些钢厂要求预脱硫时间尽可能短。这些问题都可以通过增加试剂喷吹量的双喷吹系统解决。双喷吹系统是指脱硫剂经过两个不同的独立管道,最后进入同一喷枪进行喷吹的技术。因为脱硫剂由两个独立的复合喷吹气流喷吹,喷吹效率提高为原来的两倍,脱硫整体所用时间减少,且不影响脱硫效果。
  
  机械搅拌脱硫探析多数情况下,铁水预脱硫机械搅拌站的建设成本远高于铁水包喷吹脱硫站的建设成本。然而,机械搅拌站对脱硫剂的要求较低,试剂价格便宜。因此,机械搅拌脱硫的操作成本可以弥补建站的费用。机械搅拌脱硫通过外衬耐火材料的叶轮搅拌铁水,使脱硫剂迅速熔化于铁水中。因此,脱硫剂可成批铺撒在铁水表面,也可使用尺寸稍大的颗粒试剂,而没必要使用喷吹脱硫所用的粉末试剂。
  
  叶轮在铁水中旋转,铁水形成剧烈的涡流,从而使脱硫剂均匀地分散在铁水中,并迅速熔化,最终与铁水发生反应。机械搅拌所用脱硫剂的尺寸可以稍大,1mm~5mm粒径的试剂都能使用。正常情况下,CaO是主要的脱硫剂,只有特殊情况下才会用到叶轮安装在一个固定的支撑设备上,该设备要足够坚硬和牢固才能承受叶轮旋转施加给支撑设备的反作用力。铁水包则需要铁水包车将其运至机械搅拌站。当铁水包抵达脱硫操作台时,起重机架装置将叶轮吊至铁水包上方。脱硫剂可通过气力输送吹向铁水表面,或者通过一个简单的喂料器或料槽装置撒向铁水表面。
  
  脱硫后需要除渣,因此仍然会用到倾翻机和扒渣机。值得注意的是,机械搅拌不能用Mg作为脱硫剂(Mg在铁水表面会发生爆炸),所以机械搅拌石灰脱硫剂的用量要远大于喷吹脱硫。另外,石灰量的增多会导致铁水的热损失更大,需要去除的脱硫渣也更多。除渣量多,随渣带走的铁水就多。尽管通过标准渣回收系统可以回收部分铁元素,但机械搅拌脱硫造成的整体金属损失还是大于深吹脱硫。
  
  钢铁发展需要脱硅与脱磷铁水进行预脱磷处理有两个方面的原因:首先,日本有低磷钢种的需求,因此实行铁水预脱磷工艺,甚至两段转炉工艺脱磷;其次,越来越多的钢铁厂把低成本、高磷含量的铁矿石作为高炉原料,生产出的铁水磷含量高。为脱除磷元素,需要转炉多次补吹或是首先进行铁水预脱磷处理,或是在其他炼钢炉进行深度脱磷。脱磷的前提是铁水中的硅含量很低,要小于0.2%.因此预脱磷处理之前通常要进行预脱硅。
  
  中华不锈钢网消息报道称:初始铁水中的硅含量不同,脱硅量也不同。最简单的脱硅方法是向高炉炉前铁水沟投放铁氧化物,或者当铁水由鱼雷罐倒入铁水包时,向注流中投放铁氧化物。铁氧化物颗粒尺寸可稍大,但颗粒粒度要充分考虑投放机制和投放速率等因素。铁水沟的投放速率要与铁水的流速相匹配,储料罐的大小要保证一天所需的铁氧化物量。此外,脱硅产生的脱硅渣要及时去除。
  
  如果是向注流中加入铁氧化物,加入速率可相对较快,注流自身的能量能使铁氧化物与铁水均匀混合,脱硅效果较好。两种脱硅方式都要求在下一工序之前完成除渣操作。
  
  当然,也可以采用向鱼雷罐喷吹铁氧化物的方式脱硅,但是脱硅渣的积累会导致鱼雷罐有效容积大大减少。所以,尽量避免鱼雷罐喷吹脱硅法。
  
  铁水包进入预处理站后的首要任务是除渣,用扒渣机将铁水包中的脱硅渣扒到渣罐,然后才能进行脱磷处理。脱磷要求氧化气氛。此外,为提高渣的磷容量,需要加入助熔剂以增加脱磷渣的流动性。喷吹铁氧化物和助熔剂造成的热损失可通过吹氧的方式弥补,氧气由超音速氧枪喷吹,且与脱磷剂喷吹同时进行。所以,除喷吹铁氧化物和CaO或CaC2的喷枪外,还需要另一支喷枪来吹氧。吹氧过程中,除磷元素外,铁水中的锰元素和碳元素也会被氧化。氧化产生的CO随后被氧化为CO2,需要排烟系统排出这些烟气。烟气管道需要水冷系统保护,同时也能降低烟气排放温度。此外,要求水冷系统能够冷却铁水包车,但没必要冷却烟气通风柜。脱磷完成后,为防止回磷现象的发生,要立即扒渣。若下一工序是脱硫,脱硫工序要求还原气氛,所以要加入还原剂以降低渣的氧化程度。
  
  结构分析与设计,屋面钢结构(1)荷载取值与分析模型结构设计中考虑了以下几种荷载工况:屋面结构自重;屋面恒荷载取值考虑西侧展厅屋面、东侧展厅屋;屋面活荷载013kNPm;取上海100年一遇的基本2,风压高度变化系数根据屋面平均高度26m计算,取11352,主题馆内部屋面风荷载体型系数取-018,挑檐处风荷载体型系数取-210.结构分析采用整体计算模型,其中,檩条及屋面支撑采用端弯矩释放的梁单元模拟,张弦桁架撑杆采用杆单元模拟,拉索用只拉单元模拟,其余杆件均采用梁单元模拟。
  
  (2)结构变形以及关键构件设计各典型工况下屋面竖向变形值可以看出,在最不利荷载组合下,西侧展厅结构最大变形达到了371mm,为跨度的1P397,按照规定,大跨度屋盖结构系指跨度等于或大于60m的屋盖结构,其挠度容许值可取跨度的1P250,满足规范要求。屋面主要构件均采用圆钢管,其中西侧展厅张弦桁架弦杆以及中厅、东侧展厅弦杆材质为Q345C,其它构件为Q345B;拉索采用平行钢丝束,极限强度为1670MPa,环索强度设计取值不超过索材极限强度的50%。所有构件应力比均控制在0175以下。
  
  典型工况下结构变形值Pmm荷载组合西侧展厅中厅东侧展厅挑檐126m跨跨中54m跨跨中西45m跨跨中东45m跨跨中悬挑端自重(包含预应力)最大向下挠度最大挠跨比注:挠度向下为负。中华不锈钢网消息报道称

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