5．1．1  高炉、热风炉等构筑物的壳体结构，其受力状况和应力特征等不同于一般钢结构，工作条件十分恶劣，在冶炼过程中，如：高炉壳体是在高温、压力作用下，炉料和煤气相逆流动，炉内有高温煤气、固体炉料、炉料的软熔体以及渣熔液和铁水同时存在状态下工作，壳体承受炉料作用力、煤气压力、内衬膨胀作用力、温度应力、腐蚀介质作用；又如：热风炉在使高炉连续不断得到大量高温空气的同时，自身也承受较高的风温和风压，拱顶钢板还受介质腐蚀等。另外，从国内高炉、热风炉等壳体结构使用现状调查资料可知，壳体开裂十分普遍，严重者发生断裂，往往导致高炉停产大修，造成巨大的经济损失。本条着重提出了在钢材选用时，需要综合考虑的因素，这对防止壳体断裂有密切关系，对钢材牌号的选择有重要影响，对今后壳体结构设计的材料选用有指导作用。

5．1．2  冲击韧性是衡量钢材断裂时所做功的指标，也是钢材在冲击荷载或多轴拉应力作用下具有可靠性能的保障。冲击韧性可以间接反映钢材抵抗低温、应力集中、多轴拉应力、冲击和重复荷载等因素导致脆断的能力。在炼铁炉壳体结构工程使用中亦常用来代表钢材抗脆断的断裂韧性。高炉、热风炉的壳体结构上开有许多孔洞，特别是高炉壳体上开有几千个孔洞，在孔洞周边存在应力集中，处于多向应力状态，而且在生产后期炉内衬受损，壳体不仅承受热应力，同时炉内温度的不断变化，壳体上反复出现局部过热区产生热疲劳效应。因此，在总结生产使用经验的基础上，对壳体结构的钢材提出了0℃和常温冲击韧性的合格保证，以达到壳体在热冲击荷载和多向拉应力作用下具有可靠性能保证。

    炼铁炉的壳体结构均为焊接结构，在焊接接头中，热影响区因急冷而产生淬硬倾向，淬硬倾向大的钢材易产生焊接裂纹，接头的塑性降低。影响钢材形成硬化组织的因素之一是碳及其他使钢材具有淬硬倾向的合金元素，焊接接头热影响区淬硬性倾向用碳当量来衡量，通过估算碳当量的方法，对钢材可焊性进行评价。附录B中碳当量的计算式是采用现行国家标准《建筑结构用钢板》GB／T 19879标准中的计算式，碳当量的0．42％是参考国外的有关资料和我国大型高炉壳体采用的新钢种焊接性能研究总结。决定钢材可焊性通常控制低合金钢的碳当量，当低合金高强度结构钢的碳当量等于或小于0．42％时，钢材的淬硬倾向不十分明显，属可焊性钢材。但由于壳体结构钢板较厚，施焊时应采用预热和后热措施防止冷裂纹产生。在评价BB503等壳体结构用钢板的焊接冷裂纹敏感性时，也可采用附录B中焊接裂纹敏感性指数，其值应等于或小于0. 26％。

5．1．3、5．1．4  高炉、热风炉、除尘器、五通球及煤气上升下降管壳体的荷载工况、受力状态、应力特征、腐蚀介质、温度作用及工作条件等均不一样，因此，对钢材的化学成分、力学性能及工艺性能的要求亦不相同。对于高炉壳体结构的钢材，其强度、韧性、耐急冷急热性能、加工性能及焊接性能应适应高炉强化冶炼的特殊需要。现行国家标准《高炉炼铁工艺设计规范》GB 50427要求高炉一代炉役的工作年限达到15年以上，热风炉的寿命应满足高炉二代炉役的要求，达到30年，因此，壳体结构工作年限应满足上述要求。在20世纪80年代以前高炉建设中壳体结构曾采用碳素结构钢制作，平均寿命仅为2年～4年，不能用于高炉壳体结构。规范在编制过程中，为扩大钢材在壳体中的应用范围，中冶赛迪工程技术股份有限公司与中冶集团建筑研究院共同开展了Q345B 钢、Q345C 钢，Q390C 钢、Q390D 钢综合性能的试验验证。结果表明Q345C 钢、Q390C 钢、Q390D 钢除具有强度高、塑性和韧性好外，热疲劳性能、应变时效性能以及焊接性能表现优异。但鉴于试件的最大厚度为50mm，其综合性能尚不能代表大于50mm厚钢板的力学性能和工艺性能。因此，条文中规定仅用于1000m3～2000m3炉容级别高炉的壳体结构。近20年来经广大科技人员的不懈努力，宝钢、鞍钢、武钢等钢铁企业先后研制开发了BB503 钢、ALK490 钢、WSM50C 钢，这些低合金高强度的新牌号钢，经生产实践证明，具有强度、塑性、韧性、防裂性和抗脆性断裂等综合最佳性能，满足了高炉强化冶炼的需要。对于热风炉拱顶采用BB41BF 钢、ALK420 钢、WSM41C 钢，主要是这些钢种具有防腐蚀性介质侵蚀和抗脆性断裂的性能。Q345B钢可用于高炉底板。

5．1．8  结构用钢在国家标准中规定钢板以热轧、控轧、正火及正火加回火状态交货。本条提出除Q235B、Q345B钢为热轧供货外，其他牌号钢板交货状态均为正火，主要是针对各壳体结构的受力状态、应力特征、腐蚀介质等的不同，对钢板力学性能和工艺性能提出了不同的要求。钢板热轧后正火是热处理工艺中的一种，通过正火可以细化金相组织，提高强度和改善韧性。根据理论计算分析和试验研究以及壳体结构的使用实践经验，并参考国外的有关资料，BB503 钢、ALK490 钢、WSM50C 钢、BB41BF 钢、ALK420 钢、WSM41C 钢、Q235C 钢、Q345C 钢、Q390C 钢、Q390D 钢和Q345R 钢板正火状态交货可满足高炉、热风炉、五通球生产使用炉役(高炉15年、热风炉30年)的要求。

    关于超声波检测质量等级的划分，主要是根据现行国家标准《钢制压力容器》GB 150和现行行业标准《承压设备无损检测第3部分  超声检测》JB／T 4730．3的规定和高炉出铁口、风口部位壳体结构的应力分布状况以及热风炉拱顶壳体结构存在晶界应力腐蚀，提出了不同质量等级的要求。本条在设计和施工中必须严格执行。

5．1．9  本条提出钢板厚度等于或大于40mm时，宜选用Z向性能钢，主要从两个方面考虑：其一，钢板在轧制过程中，随着板厚的增加，厚度方向的压缩比减小，钢板在三个方向的力学性能差别甚大，其中沿厚度方向性能最差。另外，钢中的硫、磷偏析和非金属夹杂等缺陷也影响钢材厚度方向的性能；其二，壳体结构的钢板虽然沿厚度方向不受拉力，但钢板在孔洞边缘存在多向拉应力；另外，在制作焊接过程中厚度方向可能出现层状撕裂。这些对壳体结构的寿命是很不利的。厚度方向性能钢板的Z向性能级别可选用Z15。