热风炉炉壳力学分析及有限元应用软件

　　热风炉是高炉炼铁生产中的关键没备，它是一种蓄热式的热交换器。按照燃烧室和蓄热室的布置形式不同，热风炉分为内燃式、顶燃式及外燃式[1]。热风炉炉壳采用厚度不等的钢板制成，内衬为耐火材料，同时亦承受内压，在菜种意义上来说热风炉炉壳亦属于压力容器范畴的工艺钢结构。

　　由于热风炉炉壳结构形式及受力状况复杂，开孔多且大，按现有KD经验公式很难进行精确计算。近年来，随着冶炼强度的不断提高，对热风炉提出了更高的要求，既要满足工艺的高温(拱顶最高温度可达l450℃)、高压(可达0.45 MPa)要求，又要满足长寿要求。目前，国内热风炉大都使用两代炉龄以上，达25～30年。因此，有必要对热风炉炉壳受力状况进行系统分析，优化炉型构造，以满足冶炼工艺的要求，并按照《钢铁企业冶炼工艺炉技术规范》(讨论稿)的要求，采用有限元进行分析，对热风炉炉壳结构进行优化，以满足精细化设计要求。

　　1 热风炉炉壳受力状况分析

　　1.1 壳体的薄膜内力

　　热风炉外壳一般由炉身筒壳与炉顶半球壳连接而成，底板则为平板。热风炉多用霍戈文式或半球壳拱顶，任一剖面均为倒置的悬链线或近似悬链线，在一定条件下受薄膜内力或近似薄膜内力。为了防止炉底板变形引起漏风，炉底板和筒身宜采用弧线连接，形成变形的缓冲区。同时炉身各转折处爆可能平缓或圆滑过渡，以减小应力集中。这些措施对炉壳的耐久性是必要的。

　　1.2 晶间应力腐蚀

　　热风炉炉壳在高压煤气和炉衬热膨胀作用下引起双轴应力状态。其最大应力分布在炉衬承受强烈高温作用的上部区域。拱顶风温已超过l200℃，此时，空气中的氮分解并与空气中的氧形成氧的氮化物NOx，渗过炉内衬，遇炉壳内壁形成的冷凝水而生成硝酸HNO3，硝酸对钢壳具有腐蚀作用。这种腐蚀和拉应力的共同作用会导致炉壳出现裂纹，晶体之间形成的裂纹，再受硝酸侵蚀而削弱强度从而减少炉壳寿命。这种现象称作晶间应力腐蚀。拉应力越大，裂纹越大，腐蚀也就越严重;另外，炉壳与焊缝的高应力还与焊缝引起的收缩有很大关系[2]。

　　为防止和减轻晶间应力腐蚀的产生，在设计炉壳时，应避免过高应力和应力集中。在制造和安装时，消除焊接、加工及装配过程中产生的残余应力，特别应采用退火的方法消除焊缝热影响区内的应力;在热风炉高温区炉壳内表面涂防酸漆，喷涂防酸可塑料，其外表面设保温层，提高炉壳温度避免氧化氮与冷凝永生成硝酸根离子水溶液腐蚀炉壳等。

　　绝对避免晶间应力腐蚀，固然有一定困难，但是尽量避免和减轻腐蚀，对于炉壳长寿是必要的。