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基本规定

3.0.1　设计壳体结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案、焊缝质量等级和构造措施，满足工艺、制作、安装和生产过程中的应力强度和刚度要求。

本条提出在壳体结构设计中应具体考虑的一些注意事项，与保证工程质量密切相关。其中钢材的牌号就目前的使用情况，高炉、热风炉壳体结构等选用的钢材大多数是各大钢铁企业（如：宝钢、鞍钢、武钢等）自行研发的低合金结构钢，这些钢材只有企业技术标准，尚未形成国家技术标准，因此，必须详细列出钢材的化学成分和力学性能的各项要求，以便按此进行检验。凡选用的钢材牌号已有现行国家标准的，可不再列出，只提附加保证和协议要求的内容；结构方案中的壳体分段和分块要避开钢板的对接焊缝与设备安装焊缝相焊，并留有一定的距离，避免产生残余应力；构造措施是壳体结构的重要组成部分，应满足受力和施工要求。

3.0.2　壳体结构设计与施工应使高炉一代炉役的工作年限不低于15年；热风炉等的工作年限应满足高炉二代炉役的要求。

本条是根据现行国家标准《高炉炼铁工艺设计规范》GB 50427对炉体的要求提出的。壳体结构的工作年限要求主要是为实现高炉长寿创造条件。

3.0.3　壳体结构设计应根据炼铁工艺特点与炉容级别，综合考虑荷载性质、材料供应、开孔形状，制作、安装、施工条件等因素，选择合理的结构形式、节点构造及连接方式。

高炉、热风炉等构筑物的壳体结构属特种钢结构，结构设计应满足炼铁冶炼工艺的要求。本条是壳体结构选型和设计的一般原则，对不同炉容级别的高炉，这些原则是共同的。

3.0.4　壳体结构设计时，应以最大剪应力理论作为强度准则。荷载应采用标准荷载，设计应力强度应采用许用应力。

高炉、热风炉的壳体结构是在高温、高压且荷载工况十分复杂的条件下工作，与一般压力容器和钢结构有所不同。如高炉的壳体结构不仅承受炉顶荷载、自重、冷却设备等恒荷载，而且主要承受气体压力、炉料荷载、耐材砌体膨胀力，有时还要抵抗煤气爆炸、崩料、坐料的巨大冲击负荷。壳体结构还必须使炉体密闭，不让煤气泄漏，以保护环境。壳体结构一旦破坏将酿成重大事故。基于这种复杂性和重要性，壳体结构的抗力除依赖于工程生产实践经验的积累外，还应对壳体结构采用强度理论进行分析。

壳体结构由塑性好的钢材制成，无论处于何种应力状态，只要壳体中的最大剪应力达到极限剪应力值时，就会引起塑性屈服，其破坏符合塑性屈服的第三强度理论。因此，壳体结构的各应力及其组合所持的强度理论是“最大剪应力”理论。许用应力法是一个传统的方法，该法简单明了、概念明确，便于应用。鉴于高炉、热风炉等壳体结构的荷载工况、受力状况、应力状态等的复杂性，目前尚未进行统计分析，采用许用应力法进行设计是简单易行、安全可靠的办法。

3.0.5　壳体结构应进行弹性计算分析，高炉、热风炉的壳体结构尚应进行弹塑性计算分析；使用时需要控制变形的壳体结构，应计算变形。

壳体结构进行弹性计算分析，一是考虑壳体受力的复杂性，某些荷载值的大小很难确定，如：高炉炉内砌体膨胀推力，半熔状炉料的侧压力等；二是考虑炉体的重要性。弹性计算可以保证壳体结构在最不利荷载组合工况作用下，就整体而言，壳体结构处于弹性工作状态，应力控制在屈服点以内，使壳体结构有足够的抗力，保证炉体的安全。弹塑性计算主要针对壳体结构是多种形状的组合体，每段壳体的厚度均不相同，总体结构是不连续的，在曲率发生突变处，将产生剪力和弯矩，并引起局部高额应力，这些应力有可能达到或超过钢材的屈服强度，使局部区域进入塑性变形。计算分析这些部位的局部应力，其目的就是控制应力强度在许用极限值的范围内。另外，壳体上开有大小各异的孔，使结构局部不连续，孔的存在削弱了壳体强度，孔边产生局部应力集中，钢材局部发生塑性流动，这些应力将重新分布，若不加以限制，孔与孔之间的壳体将产生过量塑性变形使壳体结构失稳而导致破坏。因此，为正确确定壳体结构开孔后的强度，必须研究孔边的塑性区发展过程和控制局部塑性区的范围，避免塑性区的连通是保障壳体结构安全的关键。

3.0.6　壳体结构的对接、T形对接与角接组合焊缝应焊透，其焊缝质量等级应符合下列规定：

1 高炉、热风炉、五通球壳体结构的对接焊缝应为一级；

2 下降管壳体结构的横向对接焊缝应为一级，纵向对接焊缝应为二级；

3 其他壳体结构的对接焊缝应为二级；

4 焊透的T形对接与角接组合焊缝应为二级；

5 焊缝质量检验应符合本规范第8.5.7条的规定。

本条是为适应壳体结构实际受力需要提出的。本条的第1款～第4款的规定是强制性条款，必须执行，主要考虑因素有：

我国现有500m ³ ～1000m ³ 的中型高炉炉顶压力均在（0.08～0.15）MPa范围内，对于提高产量，降低焦比影响很大。现行国家标准《高炉炼铁工艺设计规范》GB 50427规定，对1000m ³ ～5000m ³ 级的高炉，应采用高压操作、强化冶炼技术，炉顶设计压力为（0.20～0.30）MPa。调研资料表明，炉顶压力增大后，高炉壳体裂缝有增加的趋势，不少裂缝发生在熔敷金属处，裂缝以炉身下部为主，裂缝的出现一般在投产后7年～8年，最短的仅有4年，远小于一代炉役15年的要求；从壳体结构弹性分析表明，壳体主要承受环向应力，竖向应力较小，仅从这一点，竖向焊缝应为一级，横向焊缝质量等级可为二级，但高炉在生产后期壳体还要承受热冲击负荷，使壳体的局部过热区产生热疲劳效应，抗疲劳的焊缝应为一级；在检索文献中，还看到某高炉壳体在制作过程中50mm和70mm厚的钢板对接焊缝存在缺陷，在卷板时焊缝产生裂纹。热风炉壳体在调研中也发现在炉身和壳体转折部位多处产生纵向和横向裂缝，裂缝除母材外在焊缝中亦有发生。现行国家标准《高炉炼铁工艺设计规范》GB 50427明确规定，设计应为实现高炉长寿创造条件，使高炉一代炉役的工作年限（无中修）达到15年以上，热风炉等的工作年限应满足高炉二代炉役的要求。因此，壳体结构的工作年限对设计、施工、安装提出了更高的要求。

鉴于上述原因，高炉、热风炉壳体结构的对接焊缝质量等级应为一级。五通球内压均匀，壳体的计算应力以拉应力为主，焊缝质量等级应为一级。

下降管跨度大，一般都在50m以上，横向对接焊缝为受拉焊缝。另外，在调研中发现某些高炉的下降管横向焊缝开裂，采取了加固措施。因此，下降管的横向对接焊缝应为一级。