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—。．00；对炉腰【、炉腹？、炉缸、炉底为2．！70；？对炉身取K》值为2．《0，。0～2．20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《。3．70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1000m3【～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1000m3】～4000m3级高！炉的：低合金？高强度结构》钢(Q34》。5C、BB》5，03、A《LK：490、W》SM50《C)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1000m3～】4000m3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～：4000《m，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—10：00：m3～5《000？m3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AD！。INA和A》NSY？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：。．1．10  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！m，3～4000m3】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 《