7。热风炉7,1。设,计7。1,1。热风炉主要有三种结构形式,外燃式热风炉,内燃式热风炉。顶燃式热风炉,外燃式热风炉由燃烧室和蓄热室两个炉体组成。炉顶通过联络管相连,内燃式热风炉和顶燃式热风炉均只有一个炉体,燃烧室和蓄热室共处一室。部分外燃式热风炉系统在热风主管上设置混风室。2000年以来,我国重点钢铁企业热风炉的平均热风温度提高了约100。但还是不能满足高炉对高风温的要求,为了全面贯彻高效,优质。低耗,长寿,环保的方针。现行国家标准。高炉炼铁工程设计规范,GB,50427对热风炉的设计风温制定了较高的标准,因此。热风炉壳体结构形式不仅要满足各种炉型的要求,其使用寿命是保障热风炉持续,稳定加热风温的一个主要组成部分。为高炉冶炼提供更高的热风温度,达到降低能耗。创建资源节约型企业的目标。7,1。3,热风炉是高炉的重要附属设备。根据现行国家标准。高炉炼铁工程设计规范。GB。50427。炉容级别为1200m3。5000m3高炉的热风炉。内燃式,顶燃式。外燃式,拱顶设计温度为1300,1450,在拱顶高风温区燃烧的煤气中会产生大量的NOx气体。透过耐火砖接触壳体内表面。在炉顶内壁的结露区生成硝酸盐水溶液。随着炉内送风和进风的温度波动。腐蚀性水溶液浓度升高。对钢板及焊缝金属产生腐蚀作用。在长期的腐蚀介质和拉应力。包括残余应力和工作应力。作用下。就会产生延迟破坏,即应力腐蚀裂纹。SCC,最终产生脆断。严重影响生产。控制应力腐蚀裂纹的措施包括三个方面,选用合适的钢材是防止SCC发生的措施之一,在壳体内表面采用保护涂层,这一点一般是由工艺专业解决的。在高温区段壳体外表面采取保温措施。目的是使壳体外表面温度维持在150。250,不使壳体内表面结露形成冷凝液产生晶间应力腐蚀裂纹,见本标准第7,2。14条条文说明,本条提出热风炉高温区域与拱顶高温区的壳体宜选用抗腐蚀和抗脆断的钢板,主要是依据调研和国外的资料,由碳钢和普通低合金高强度结构钢制成的热风炉拱顶。往往在焊接区,壳体发生应力腐蚀开裂,本条附录B中的热风炉壳体结构用钢板。BB41BF。ALK420,WSM41C。SM490C。Q345C。904L超级奥氏体不锈钢复合板,相当于日本的SM41CF。BF钢。钢材的碳,硫含量低,且含有少量的钛等合金元素。有利于提高抗腐蚀的能力。钢材含碳。硫量的多少直接影响钢材的性能。含碳。硫量越高,则韧性。塑性越低,抵抗应力腐蚀断裂的性能就越差,特别是硫在焊接时。使焊缝金属的硫增浓。易出现热裂缝。在腐蚀性介质作用下,随着时间的增长。壳体就会出现突然脆断,上述选用的钢种,由于改变了低合金钢的化学成分和合理的热轧工艺,使钢材具有可焊性好,塑性和韧性好。残余应力小,微裂纹不易产生的优点,因此可以减少应力腐蚀现象。7,1,4。内燃式热风炉壳体采用Q345钢。其厚度t与直径D的相关关系,采用本标准第6,2。3条条文说明的回归分析方法,其结果表明。壳体厚度t,mm,与直径D。m。之间的线性相关关系较显著。本次修订又收集了近十年的实际工程,经综合统计分析。对公式中部分参数进行了分析和校核。力求根据公式计算的壳体厚度经圆整后更加符合实际。修订后的内燃式热风炉壳体初步确定厚度的公式见公式。7。1。4。1,公式,7,1。4,7,各段的回归直线见图13。图19,图中虚线为1。5倍标准差回归直线。实线为1。0倍标准差回归直线。7,1,5。顶燃式热风炉是目前使用最为广泛的热风炉形式,本条提出的确定壳体厚度的回归方程式和简化方法是总结了近十年来顶燃式热风炉。Q345C钢,设计的综合成果,具有可靠性和可操作性,可用于初步确定炉壳厚度。在工程设计中。最终确定壳体厚度时,可根据应力状态。钢材材质,生产操作等情况。综合考虑各因素适当增减壳体厚度。正文中的简化公式是根据回归直线方程进行取整和优化得出,各段的回归直线见图20。图28。7。1。6。外燃式热风炉壳体。Q345钢,其厚度t与直径D的相关关系。是在原规范所收集资料的基础上,加上本次修订所收集到的实际工程,经统计分析,对标准中外燃式热风炉壳体厚度公式。7,1。6,1。公式。7。1,6,11。进行了修订。各段回归直线见图29。图39,图中虚线为1,5倍标准差回归直线。实线为1。0倍标准差回归直线,7。1。7。混风室壳体厚度t,mm,与直径D。m。之间经回归分析线性相关关系不显著。样本较少,壳体厚度可采用本标准第7,1。7条中的简化公式确定。7,1,8。验算外燃式热风炉燃烧室和蓄热室两拱顶间的环梁强度。主要是燃烧室和蓄热室在温度和炉内压力的作用下两拱顶产生周期性的相对位移,造成拱顶间的联络管与拱顶壳体连接处应力集中。严重时连接焊缝开裂漏气。而且会影响到拱顶砌体稳定,导致耐火砖松动脱落,降低热风炉的使用寿命。为此。要保证环梁在气体压力和两室。燃烧室和蓄热室,不均匀膨胀作用下有足够的强度。公式。7,1。8,3。中的膨胀差,15mm。20mm。主要是依据国内外燃式热风炉生产使用过程中的统计资料。环梁强度也可通过建立热风炉实体模型采用有限元程序分析。7。1。9。采用分析设计。允许开孔和转折处部分区域达到屈服,对当量应力的许用极限适当放宽。主要依据是理论分析结果以及美国,压力容器建造另一规则。ASME。2。2019。欧盟。非直接接触火焰压力容器。第3部分,设计。EN。13445,3。2014中附录C和现行行业标准。钢制压力容器,分析设计标准。JB,4732,奥钢联为宝钢设计的C,3000熔融还原炉计算书。采用的是英国。非直接火焊接压力容器规范。PD。5500。2003标准。转折处和管道连接处。孔边缘,中面的应力强度限值为1,5Sm。内,外表面的应力强度限值为3Sm。为进一步摸清热风炉壳体在荷载工况作用下的应力大小及分布规律和孔边应力集中程度。在标准编制中,中冶赛迪工程技术股份有限公司与西安建筑科技大学合作开展了,外燃式热风炉。除尘器壳体应力分析研究报告,理论分析,分析手段采用大型有限元程序ANSYS。针对热风炉壳体和重力除尘炉壳体。包括粗煤气管道系统,在各种工况和工况组合下的应力分布情况,为设计,制造热风炉和除尘炉壳体的规范条文提供设计条文和建议。理论分析结果表明,本标准的许用应力极限控制指标是合理的。7,1,10,应力最高区域一般在孔洞。接管,几何截面突变处。其中孔洞边缘处的应力值最大。为了充分利用材料塑性,允许在孔洞边缘部分区域进入屈服。最大塑性区域的扩展应限制在1倍板厚范围内。7。1,11,原规范热风炉地脚螺栓计算公式中。地脚螺栓需要承受热风炉内压的作用。这与实际情况不符。热风炉内压是自平衡的内力,不会产生外力,但有专家认为由于约束了热风炉底部,地脚螺栓就可能要承受内压的作用了,为了验证热风炉底部约束后地脚螺栓是否需要承受内压。中冶赛迪工程技术股份有限公司通过ANSYS建模分析。计算结果表明,热风炉内压不会传到地脚螺栓上。因此取消了原规范公式中内压一项。

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