3。基本规定3。0。1,本条提出在壳体结构设计中需要具体考虑与保证工程质量密切相关的一些注意事项。其中钢材的牌号就目前的使用情况。高炉。热风炉壳体结构等选用的钢材大都是各大钢铁企业。如舞阳。鞍钢。武钢。宝钢等。自行研发的低,微。合金高强度结构钢。这些钢材只有企业技术标准。尚未形成国家技术标准。因此。要详细列出钢材的化学成分和力学性能的各项要求,以便按此进行检验。现行行业标准。钢铁冶炼工艺炉炉壳用钢板,YB,T。4281中的钢板。也适用于高炉。热风炉。重力除尘器。粗煤气管道壳体,凡选用的钢材牌号已有现行国家标准。可不再列出。只提附加保证和协议要求的内容。结构方案中的壳体分段和分块要避开钢板的对接焊缝与设备安装焊缝相焊。并留有一定的距离,避免产生残余应力,构造措施是壳体结构的重要组成部分,要满足受力和施工要求。3。0,2。本条是根据现行国家标准,高炉炼铁工程设计规范,GB。50427对炉体的要求提出的,壳体结构的工作年限要求主要是为实现高炉长寿创造条件,现行国家标准。高炉炼铁工程设计规范。GB。50427的条文说明指出。高炉寿命的定义和指标是指导高炉设计和生产管理的主要指标。也是指导高炉技术进步的方向,高炉长寿设计是基础。生产操作是保障,这里提出,设计寿命,的概念。是作为高炉设备设计和材料选择的依据,高炉寿命是靠操作来实现的。不是只靠设计就能达到的。3。0,4。高炉。热风炉的壳体结构是在高温。高压且荷载工况十分复杂的条件下工作。与一般压力容器和钢结构有所不同,如高炉的壳体结构不仅承受炉顶荷载,自重,冷却设备等永久荷载,而且主要承受气体压力。炉料荷载,耐材砌体膨胀力,有时还要抵抗煤气爆炸。崩料。坐料的巨大冲击负荷,壳体结构还要求使炉体密闭,不让煤气泄漏。保护环境。另外,壳体结构一旦破坏将酿成重大事故。基于这种复杂性和重要性,壳体结构的抗力除依赖于工程生产实践经验的积累外,还要对壳体结构采用强度理论进行分析,第四强度理论屈服准则,最大畸变能屈服准则即Von。Mises准则,在一定的变形条件。变形温度,变形速度等,下,只有当各应力分量之间符合一定关系时。质点才开始进入塑性状态。这种关系称为屈服准则。屈服准则通常表示为屈服面或屈服位置,它是关于任何应力组合下的弹性极限的假设。第四强度理论也叫形状改变比能理论。该理论认为。弹性体在外力作用下产生变形。荷载做功。弹性体变形储能,称为应变能,分为畸变能和体积的改变能,引起材料屈服的主要因素是畸变能密度,无论何种状态,只要畸变能密度达到材料单向拉伸屈服时的畸变能密度,材料就要发生屈服破坏。第四强度理论的强度条件为。取轴上的点切成微小正六面体做单元应力分析,如果受应力最大点的主力方向的应力小于许用应力,σ。则不会发生破坏,根据几种材料。钢。铜。铝。的薄管试验资料表明。形状改变比能理论比第三强度理论更符合实验结果。许用应力法是一个传统的设计方法,该法简单明了,概念明确。便于应用,且安全可靠,鉴于高炉,热风炉等壳体结构的荷载工况。受力状况。应力状态等的复杂性,壳体结构最主要的荷载为气体压力和耐材膨胀压力等,对于这种结构,国外均采用压力容器分析设计方法,其判别标准采用许用应力法。因此,炼铁工艺炉壳体结构设计采用许用应力法。要求相遇荷载在其标准值共同作用下壳体结构的最大当量应力不超过钢材的许用应力极限值,3。0,5。壳体结构应进行整体弹性计算分析。一是考虑壳体受力的复杂性。某些荷载值的大小很难确定。如高炉炉内砌体膨胀推力。半熔状炉料的侧压力等,二是考虑炉体的重要性,弹性计算可以保证壳体结构在最不利荷载组合工况作用下,就整体而言,壳体结构处于弹性工作状态,应力控制在许用应力极限值以内,使壳体结构有足够的抗力,以保证炉体的安全,壳体结构是多种形状的组合体。在壳体的不同高度处。壳体的厚度和曲率也会有变化,在总体结构不连续处。例如炉喉与外封板。炉身与炉腰,炉腰与炉腹壳体连接处以及壳体厚度和曲率改变处等,将产生剪力和弯矩,并引起局部高额应力,这些应力有可能达到或超过钢材的屈服强度。使局部区域进入塑性变形,另外,壳体上开有大小各异的孔。使结构局部不连续。孔的存在削弱了壳体强度,在孔边产生局部应力集中,钢材局部发生塑性流动。这些应力将重新分布,虽然其分布在很小的范围内,但若不加以限制。孔与孔之间的壳体将产生过量塑性变形使壳体结构失稳而导致破坏,壳体的局部应力分析就是针对壳体结构转折处和开孔处。当弹性应力分析不满足要求时。尚应进行局部弹塑性应力分析。目的是为了正确确定壳体结构转折处和开孔后的强度,确定孔边的塑性区发展过程和局部塑性区的范围,避免塑性区的连通,保障壳体结构的安全,3,0,6,受钢板尺寸的限制和加工能力的限制。壳体结构只能由多块成型钢板焊接而成,因此。各块钢板之间的焊接就显得尤为重要了。因为焊缝一旦开裂,将会产生非常严重的后果。因此对壳体结构的焊接要非常重视。本条规定壳体结构的焊接应符合现行行业标准,压力容器焊接规程,NB。T,47015的规定。就是要保证壳体结构的焊接质量,避免开裂漏煤气等安全事故的发生。3。0。7。本条是为适应壳体结构实际受力需要提出的。我国现有500m3。1000m3的中型高炉炉顶压力均在0。08MPa,0。15MPa范围内,对于提高产量。降低焦比影响很大。现行国家标准,高炉炼铁工程设计规范。GB,50427规定,对1000m3。5000m3级的高炉,一般采用高压操作。强化冶炼技术,炉顶设计压力为0,18MPa。0。30MPa,炉顶压力增大后,调研资料表明,高炉壳体裂缝有增加的趋势。不少裂缝发生在熔敷金属处。裂缝以炉身下部为主。裂缝的出现一般在投产后7年,8年,最短的仅有4年,远小于一代炉役15年的要求,壳体结构弹性分析表明。壳体主要承受环向应力。竖向应力较小,仅从这一点,纵向焊缝质量等级应为一级,横向焊缝质量等级可为二级,但高炉在生产后期壳体还要承受热冲击负荷。使壳体的局部过热区产生热疲劳效应。抗疲劳的焊缝应为一级,近十年顶燃式热风炉应用很多,许多顶燃式热风炉壳体高温区段的焊缝在运行约3年后开裂。而开裂部位主要集中在横向焊缝上。因此。横向焊缝的质量等级绝对不能降低,在检索文献中,还看到某高炉壳体在制作过程中,50mm和70mm厚的钢板对接焊缝存在缺陷,在卷板时焊缝产生裂纹,热风炉壳体在调研中也发现在炉身和壳体转折部位多处产生纵向和横向裂缝。除母材有少量开裂外,在焊缝中发生的则更多,鉴于上述原因,高炉。热风炉壳体结构的对接焊缝质量等级应为一级,五通球内压均匀。壳体的计算应力以拉应力为主。焊缝质量等级应为一级。下降管跨度大。一般都在50m以上。横向对接焊缝为受拉焊缝。另外,在调研中发现某些高炉的下降管横向焊缝开裂,采取了加固措施。因此。下降管的横向对接焊缝应为一级。3。0。8。高炉。热风炉等壳体的钢板内表面受高温和有害气体介质的腐蚀,外表面还要受工业大气的腐蚀,壳体结构防腐关键是制作时将铁锈和污染物清除干净。增强涂料与金属表面附着力,起到。屏蔽,的作用,壳体结构底板与碳砖或混凝土接触,基本上不受大气介质腐蚀,其他部分均受高温腐蚀。耐高温涂料对钢板表面除锈等级要求较高。所以,本条根据不同的情况提出了相应的除锈等级,高炉。热风炉。粗煤气管道。在正常生产操作时,壳体表面温度小于200,只有在一代炉役后期或冷却设备或耐火材料损坏时,壳体表面温度大于200。根据我国的测试记录和国外的相关资料,经综合分析后,涂装设计时壳体结构外表面选用耐400。高温的涂料。本条提出的涂层道数及厚度,主要是根据近十年壳体涂层结构的使用经验和相关规范以及企业标准确定的。

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