《。6  壳体结构设计！ ， ， —。 6．1》  高炉壳体—结构 《 ？ ， 6．1．1  ！新中国？成立后我国炼铁技术！经历：了50多年的—发展炉体支》。撑结构由完》全自主式发展到大框！架自立？式体系本《条提出的“高炉壳】体，应采用自立式结【。构”是指带炉—体框架和炉》顶刚：架，的结：构这种形式的特【点是壳体承受钟阀】式炉顶装料设备的】大小料？斗和布料器等重【量或无？钟式：炉顶的旋转》溜槽部分和》中心喉管等重量其】他，。荷载如钟《阀式炉顶大小—料钟等重量或无【钟式炉顶料》仓和受料斗以及密封！阀等重量、》。皮带通廊端部—支，点反力？和煤气上升管—。重量等都是通—过，。炉顶钢？架和炉体框》架传给高《。炉基础？另外：。通过炉喉《。与炉体框架》顶层平台的》特殊构造措》施,：能使炉？体自由热胀》冷缩并能共同承担水！平，荷，载；有利《于生产？操作和高炉》大修；适应多风口的！需要；为《灵活布置出场—提供了方便等 ！ ： 6．1．》。2  ？高，炉壳体结构的主【要作用是保证高【炉内衬砌体的—稳定、？固定冷却设备、承】受炉内气体压力、内！。衬膨胀等荷载另外】还起密封作用 【   【  壳？体，的形状要求应—。与炉体？。类型、炉衬厚度、】冷却设？备的结构形式—相适应按《冶炼工艺流》程高炉炉型由若干部！分，组成即分为炉缸【、炉腹、炉》腰、炉？身，和炉喉等部分相【。应，的壳体就分成炉【缸段、风口段、炉腹！段，、炉腰段、炉身段】、炉喉段和煤气【封罩等段 】 6．1．3 】 高炉冶炼过程是】在壳体密《封的竖炉内》运行其特点是炉料】与煤气？在逆流？运行过程中完—成化学反应和物理变！化即完？成还原？、造渣？、传热？及渣铁反应等过程】得到化？学，成分与温《度较为理想的液态铁！水壳体结构在—特殊的工作条件下】与一般压力》容器和钢结构有所】不同其荷载工况和】受力状况十》分复杂工作条件【恶劣壳？体一旦损坏将会【酿成重大事》。故给人身《。安全、国家财产【、经济？效益、环《境，。保护等带来不可弥】。补的损失基》于，这种复杂性》和重要性经》生产实践检验的【各，。种容积壳体厚度是】确定今？后，壳体结构设计厚度】的基础20》世纪80年》代，以前：我国高炉壳体厚度的！计算：几乎都采用前苏联的！经验计算公式 ！ t＝K·D ！       【     》     》   (1) 【 》    式》中t：计算部位壳》。体厚度(mm)； ！   【   ？   ？  D？计算部位《外壳弦带直》径(：。m，)； —   《        K！系数根据弦带部位选！择 》     系【数K是经验》数据各部位K值取法！不一样如炉顶封板】K值为3．》60～4《．，0，。0；对炉腰、炉腹、！炉缸：、炉底为2．70；！对炉身取K》值为2．00～【2．20近二三十年！高，炉向大容积高风温、！高风压发展》系数K值有所提高】如新日铁《在80年《代为宝钢设》计的：4，063m3高炉【炉身处K值为2【．40～3．—40：炉腰、炉腹处K值】为3．？70风口处》K值为5．60底】板K值3．7—。。。0近20年来—随着强？化冶炼技术的发展冶！炼强度的提高—和一代炉役寿命【的延长对壳》结构：的工作？年，限提出了《新的要求我国是世界！上产铁大国》。在高炉冶炼技术方面！积累了1000【m3～4000m3！级，大型高炉《的，设计：和实践？经验前苏联的K【。D公式已不适应于】现代化大型高炉壳】体结构使用寿命的要！求高炉？壳体处在特殊的【工作条件《下考虑？壳体：各处的受力》状况、孔洞对壳【体断面的削弱、孔】洞边缘应《力集中、热》应力和热疲》劳的：存在以及砌体的【烧蚀和冷却设备的损！坏等：诸多因素后经综合】比较分析总结出各段！壳体厚？度与直径普遍存【在，的，规律根据数理统计】的基本概念》将钢铁企业》各大设计院10【00：m3～4000m】3级高炉的低合金】高强度结构钢(【Q345C、BB】503？、，ALK490、W】SM50C)各【段，壳体直径D》(m)作为横坐标壳！体厚度t(mm【)作：为纵坐？标把各炉容相应【的直：径和厚度《关系：值点绘？在平面直角坐标纸】上其关系近似—于一：直线散点图表明壳体！厚度与直《径之间存在一定【的依赖关系但又【。并非精确的确—定性关系即厚度【t值在一《定，程度上依赖直径D】的取值两者间—。存在某种线性—相关关系通过对14！座，1000m》3～：400？0m3级《高炉的每段壳体厚度！与直径进行一元【线性回归得出—了本条的(6．1．！3-：。1)～？(6．？1．3-7)回归方！程式回？归线：见图：1～图7其相关系】数除炉喉段较—低外其余均大—于0．8表明壳体】厚度：t，与直径D之》。间，的线性相关显著各容！积高炉壳体厚度【的诸散？。。点几：乎都在回归直线【上或散布于直线两】。旁回归分析的回归】。线为理想的配合线另！外根据冶《炼工艺和荷载—工况以及《一代：炉役的使用》寿命取±2》Sy标准差此—时概率P为9—7．7？0％因此,回归方】程，式可用于1000】m3～400—0m3级高炉壳【体厚度？。。选择的计算值在工】程设计中《最终确定壳体—厚度时？尚应根？据应力状态、钢材材！。质、生？产操作等情况综合】考，虑实际存在的有利】(如钢材性能—提高、冷《却设备的改进等)或！不利(如《孔洞：间距：过小等？)因素可适当增减钢！板，厚度 》     【炉身上段和》下段等散点图诸散】点距回归《直线较远表明这【些，炉段壳体厚度—t与直径《D之间没《有线：性相关关系或者相】关不显著因此—不能用回归方程【来，确定壳体《厚度总？结几十年的设—计，和生产实践经—验可采用《条文中提出的简化方！法初步确定厚度【 ？     本】条提出的确定壳体厚！度的回归方程式和】简化方法是总结我国！几十年高炉冶—炼技术的综合—成果具有《可靠性和《可操作性《 】 《 ， ！ 6．1．4 】 第6．1．3条】提出了不同》部位确定壳体厚度】的计算式《是我国几十年来炼】铁技术？中高炉设计和生产】。。实践经验的总—结体现了我国广【。大工程技术人员和科！技工作者经》过，比较：、选择、分析的【综合研究成果—。是纳：。入规范内《容的基本前提仅仅】这一：点还是不够的在计算！机发达的时代理论】。分析亦是一个重要】的辅助手《段两者结合方能反】映出设？计的严谨性和科学性！ 《   《  壳体由不同【直径和不同厚—度的锥体组成壳体】。。上还开？有1m以《上风口数十个铁口】数个又有数千个冷却！壁，(，板)的安装》孔还有一些观—察和检测孔孔的形】状、：大，小，以及分布状态等变】化，繁多、群孔汇—集造成壳体总体和】局部不连《续使壳体总的—应力分布和变—形产生显《。著的不？。均匀性壳体所—受，的荷载？复杂且种类繁多【有壳体自重》和附属物《重、内衬荷重、炉】料荷重、炉》内煤气压《力、内衬膨胀力【、铁水压力》以及壳体内外—温差引起的作用【力等：这些荷载将》引起竖向力和—。环向力壳《体，承受：双向应力且以—环向：应力为主竖向—应力较小《在壳体的不同高度】上竖向和环向应力】的比值是变化—的两个？方向的比值不同孔边！的，应力分布和》。应力集中程度亦不相！同孔的几《何，形状相同而外加【应力状态不同应力】集中系数《也是变化的应力集中！对强：。度的影响是有—实用价值对壳—体承载力《具有：理论意义《的因此为进一步弄】清壳体在荷载—工况作用下的应力大！小及分布规律和孔边！应力集中程》度规范在编制中中冶！赛迪工程技术股份有！限，公司与？重庆大？学合作开展》了1000m3～】5000m3工艺炉！炉壳钢材性能指【标及分析设计方【法理论分《析分析手段》采用：大，型有限元程》序ADINA和【ANS？。YS对高炉壳体【结构的受力状态进】行了弹性计算—分析理论分》析结果表明当壳体】结，构连续部位计算点上！的应力强度(—组合：应力：的当量？强度)还远小于钢材！的许用极限时壳体转！折处和孔《洞边缘的应力强度已！超过许用极限—本条在理论计—。算和分析国内外【有，关文献资料的基础】上结：合生产实践经验并考！虑一代炉《役，15年工《作年限等因》。素后提？出应力？强度的许用极—限值 【 6．1．》5  高炉壳—体，的，整体应力是遍布于整！个壳体的《。基本应力如壳体及其！附属物？的自重、炉料产【生的：竖向应力以及—内压产生的环—向应力等当应力超】过钢材的屈服强【。度时钢板产生—塑性变形最后—导致壳体钢》板丧失承《载能力 ！  ：  ：高炉壳体的》炉身和炉腹处通常】开有：许多冷？却板(壁《)的安装孔其—数量众多如果完全按！实际：开孔情况进行整体有！限元建模受》计算机容量及—内存的？限制往？往很：难实现根据研究可】以根据开孔率—的，。大小对此段壳体【的截面参数(壳【。体厚度、截面刚度等！)乘以？相应的折减系数后】按连续？结构进行分析—以简化计算》 《     —壳体的局部应力【主要：发生在总体结构【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？及厚度改《变处等)《以及：。局部结构不连续区(！如壳体开《孔处的孔《洞周边等)在这些】局部区域应力高度】。集中虽？然其分布《在，很小的范《围，内但弹性分》析时往往会》超过材料《。屈服强度的数倍【。形成壳体《结构的薄弱》点，因此应？进行局部应力分析】。 6．1！．7  有限—元分析的《精度在很大程度上依！赖，于单元类《型的选择《及单：元尺度的大小—为保证计算精度【在进：行单元划分时单元】的尺寸不宜太大根】据所：作的研究如果单【元的最大边长—不大于壳体壁—厚的5倍《有限元计算结果【偏差较小 》    】 对：壳，体转折处、开孔【边缘等？。应力集中部位、风】口等：。两相邻孔洞之间截】面，削弱较大的区域【若，网格划分《太大则有《限，元计算？结，果，会严重失真所以规定！单元的最大边长【不，应大于该处》壳体厚度的0．1】5R：此时可得到》较，精确的计《算结果？ 6．】1．8  由于高炉！壳体的有限元分【析采用的是》弹塑性？分，析方法弹性分析【时采用的叠》加原理不再适用【即不能采用》先，按荷载工况》分，别计：算内力再进行最【不利组合的方—法因此当承》受多种荷载工况【组合而不《能准确判断其控制】工况时应分》别按可？能存在的最》不利：荷载工况进行组合】后再进行计算从中】找出最不利内力【控制值 【 ：6．1．9》  高炉壳体钢【板内外面存在温度】差(△T《)高炉在正常工作状！态，时根据测试结果壳体！的计算？温，度均在150℃【以下其？内外表面的温度【差在10℃以—内由于壳体钢—板内表面温》。度高外表《面温度低导致—内表面产生压应力外！表面产生拉应力【壳，体在弹性阶段—可按式6．1．9】计算 【 6．1．1—0  本规范5．】1节推荐选》用的钢材《都是塑性《性能非常良好的【钢材结构的》塑性分析《可以充分利用钢材的！蕴藏：能，力对于壳体开孔周】边更：能，够，。反映壳体实际的应】力分：布情况及《壳体内的应力水平通！过，几，座2000m3～】4000m3—级别高炉的弹性和弹！塑性：计算分？析，表明在弹性分析【时壳体大部分的应力！。都在许用应力范围】内由于环向拉应力】的，作用在部分孔的【。边缘出现不同—程度的应《力集中尤其在冷却孔！边缘较？为突：出随着外荷载的增加！应力集中点出现【较小的塑《性屈服区《根据塑性强度理【论分析这种小的【局部屈？服区还不《能引起壳体失去承】载力随着外荷载的继！续增加塑性区不断扩！展相：邻孔的应力塑性区有！逐渐汇合的趋—势整个壳体》。的应力也逐渐向高】应力转变孔》与孔：之间塑性《屈服区？迅速扩大出现—。局，部塑：性区连通的现象但由！于，其他大？部，分区域仍《然处于？弹性：。范围能有效地—控，制塑性？连通区？的发：展，随着外加《应力的进一步增加塑！性区域继续扩—展直至贯通根据塑性！。强，度理论分析此—时的壳体结构已经】失去承载力》已不：能满足高炉生产使用！的要求鉴于壳体承】受荷载工况的复杂性！和高炉破坏后果【的严重性本条提出塑！性区域的扩展不应】大于孔？边净间距的1／【3 ？