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2？0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～！4．00；》对炉腰、炉腹、炉】。缸、：炉，底为2．7》0；对炉身取K值为！。2，．0：0～2．2》0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，4063《m3：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．—70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1？000m3～—4000m3—级大型高炉》。的设计和《实，。践经：验，前苏联？的KD？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1—00：。0m3～《4，000m3》。。级高炉？的低：合金高强度结构钢(！。Q，345C、》BB503、ALK！490、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1《4座1000—。m3～4000【m3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±2Sy—标准差此时概率【。P为97．70％】因此,回《归方程式可》用于1000m【3～4000m【3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1】000m3～500！0m3？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A—D，INA和ANSY】S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？0．15R》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1】0℃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 【 6．1．10】  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2000【m3～4000m】3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 【