[發(fā)明專利]一種懸掛馬弗管的設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210344392.4
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN102912090A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設計）人: 楊謙;余飛
• 申請（專利權）人: 中冶南方（武漢）威仕工業(yè)爐有限公司
• 主分類號: C21D1/26
• 分類號: C21D1/26;F27B5/00;F27B5/06
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發(fā)明涉及一種懸掛馬弗管的設計方法，特別是立式懸掛馬弗管各單節(jié)長度及頂部應力的設計方法。

背景技術

立式馬弗光亮退火爐爐內有一個多節(jié)圓柱構成的階梯狀馬弗管，馬弗管采用耐高溫的高鎳合金材料（一般為601合金材質）制成，多個單節(jié)馬弗材料卷曲成環(huán)形后依次焊接成為單節(jié)圓柱馬弗管，多節(jié)圓柱狀馬弗管焊接拼成整段圓柱形階梯狀馬弗管。

馬弗管的上端被固定在爐體上，處于懸掛狀態(tài)的馬弗管承受著熱應力的同時還承受著自重載荷，在使用過程中，馬弗管發(fā)生熱蠕變和塑性變形并逐漸失效。焊接成整段馬弗管的各單節(jié)馬弗管因長度、厚度設計不合理，會導致整段馬弗的應力分布不合理。在高溫狀態(tài)下進行工作時，應力分布不合理的整段馬弗管容易出現(xiàn)頸縮、截面變形、香蕉狀彎曲、開裂等缺陷，顯著降低使用壽命，短則半年即需更換。

日本公開特許公報平3-168588專利文件提出的技術方案是各馬弗單節(jié)頂部的靜應力均布的設計方法，其各馬弗單節(jié)頂部應力均為0.1kg/mm2。由于馬弗管的工作溫度高達1150℃，通過有限元仿真軟件計算可知，采用馬弗單節(jié)頂部的應力均等的設計方法，其馬弗頂部在高溫條件下熱-結構耦合應力異常，顯著高于馬弗管其他部分的熱-結構耦合應力。由此，應力分布不合理的整段馬弗管在高溫生產條件下，易加速失效。這里需要明確的是，在高溫下馬弗管的熱-結構耦合應力才是馬弗管的真實工況下的應力，而常溫下的靜應力并不能真實反應馬弗管工作時的應力分布情況。

申請?zhí)枮?01110437181.0的中國專利申請文件中，提出了一種立式光亮退火爐用懸掛馬弗的設計方法。該設計方法雖然采用了各馬弗單節(jié)頂部的靜應力往下遞減分布設計方法，但偏重于馬弗管的單體應力研究，沒有考慮馬弗管兩端與爐體連接部件的重量及其產生的應力；而由于隔熱需要，馬弗上部和下部都會設置耐材及耐材托板以保護爐體溫度，這是無法忽視的一個影響因素；該專利申請由于沒有去除該誤差影響，因而不能從整體上考慮馬弗管相關連接部件對其應力的影響，無法準確反映馬弗管的真實應力。按該設計長度制造的馬弗管在高溫條件下工作時，受馬弗管兩端與爐體連接部件的影響，其真實應力分布不合理，不利于馬弗管的使用和使用壽命的預估。

綜上所述，目前針對立式懸掛馬弗管各單節(jié)長度及頂部應力的設計研究，現(xiàn)有主要研究偏重于馬弗管的靜應力研究，即使得馬弗管各單節(jié)頂部應力呈近似均等分布狀態(tài)；或偏重于馬弗管管身的單體應力研究，不能有效考慮馬弗管相關連接部件對其應力的影響。均不能真實反應馬弗管在高溫條件下工作時的真實應力，也不能據此優(yōu)化設計馬弗管的結構。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供一種懸掛馬弗管的設計方法，該方法可合理分布馬弗管各處應力，使得馬弗管在高溫（1150℃左右）下工作時，熱-結構耦合應力分布合理，提升馬弗管的抗失效能力，提升馬弗管的使用性和經濟性。

本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種懸掛馬弗管的設計方法，馬弗管由多個厚度單節(jié)上下順次連接構成；上、下端部厚度單節(jié)內均固定有耐火材料及固定耐火材料的托板；其特征在于：結合各馬弗管的結構特征，在計算應力時將上、下端部厚度單節(jié)內耐火材料及固定耐火材料的托板的重量分別計入所在厚度單節(jié)馬弗管的重量之中，且由下至上，各厚度單節(jié)頂端應力依次遞增；馬弗管各厚度單節(jié)的規(guī)格參數(shù)按如下步驟確定：

首先結合厚度單節(jié)中各單節(jié)馬弗材料規(guī)格，確定各厚度單節(jié)厚度：由下至上同一厚度單節(jié)中的各單節(jié)馬弗材料的厚度相等，且不同厚度單節(jié)中各單節(jié)馬弗材料的厚度T₁，T₂，T₃，T₄，…T_N由薄至厚，厚度為T₁的單節(jié)馬弗材料焊接構成的厚度單節(jié)一處于懸掛的整段馬弗的最下端；同一厚度單節(jié)中的各單節(jié)馬弗材料的長度相等或不等；

然后，根據各單節(jié)馬弗材料的厚度和材料規(guī)格，在保證各單節(jié)馬弗材料受力在允許拉伸強度范圍之內前提下，為使得設計后的各厚度單節(jié)盡可能的更長，通過使各厚度單節(jié)頂端應力等于許用應力而計算各厚度單節(jié)的理論最大長度；

隨后結合各單節(jié)馬弗材料的厚度和最大長度規(guī)格，由各厚度單節(jié)理論最大長度除以各單節(jié)馬弗材料的最大長度規(guī)格，得到各厚度單節(jié)需要焊接的實際單節(jié)馬弗材料的段數(shù)和各厚度單節(jié)的實際長度；

再后，由各厚度單節(jié)的實際長度相加得到整段馬弗管長度；

最后，各厚度單節(jié)經焊接拼成整段馬弗管，且焊接后的各厚度單節(jié)頂端應力呈依次遞增狀態(tài)。