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GB50567-2010 炼铁工艺炉壳体结构技术规范.pdf

5.3.2为了可靠保证焊接连接的强度，壳体结构焊接接头都是全

焊透形式的接头，熔敷金属的许用应力取钢板的许

JC／T 2469-2018 混凝土减胶剂5.3.3锚栓的许用应力值取屈服强度R的1/2。主要原因有两

5.3.3锚栓的许用应力值取屈服可

5.3.4钢材随着温度的升高弹性模量减小，附录D中

6.1.1新中国成立后找国炼铁技术经历了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 高炉壳体应采用真立式结构”，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龙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 护喉与炉体框架顶层平台的特殊构造措施：能炉体自由热胀冷 宿，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，为录活布置出铁场提供了方便等

.1.2高炉壳体结构的主要作用是保证高炉内衬砌体的

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。

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：

式中：t一一计算部位壳体厚度（mm）； D一一计算部位外壳弦带直径（m）； K一一一系数，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2.00～2.20。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 4063m*高炉，炉身处K值为2.403.40，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，对壳体 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1000m²~ 4000m3级高炉的低合金高强度结构钢（Q345C、BB503、AIK490 WSM50C)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

图3炉身中段回归直线

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，又有数干个冷却壁（板）的安装孔，还 有些观察和检测孔。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，中治赛迪 工程技术股份有限公司与重庆大学合作开展了《1000m3～5000m 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ANSYS，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 近田轻阳活

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，中治赛迪 工程技术股份有限公司与重庆大学合作开展了《1000m3～5000m 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ANSYS，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死建模 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 批此府进行高部五分柜

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

6.1.5高炉壳体的整体应力是遍布于整个壳体的基本症

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，

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，应分别按可能荐在的最不 利荷载工说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 价段，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筒程度的应力集 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

5.1.8由于高炉壳体的有限元分析采用的是弹塑性分析方法，弹

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 生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 价段，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

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

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 提出朔性区城的扩展不应大于孔边净间距的1/3。

6.2.1热风炉主要有三种形式：外燃式热风炉、内燃式热风炉、顶 燃式热风炉。外燃式热风炉由燃烧室和蓄热室两个炉体组成，炉 顶通过连络管相连。内燃式热风炉和顶燃式热风炉均只有一个炉 体，燃烧室和蓄热室共处一室。部分外燃式热风炉系统在热风主 管上设置混风室。近10年来，我国重点钢铁企业热风炉的平均热 风温度提高了约100℃，但还是不能满足高炉对风温的要求。为 了全面贯彻高效、优质、低耗、长寿、环保的方针，《高炉炼铁工艺设 计规范》GB50427对热风炉的设计风温制定了较高的标准。因 此，热风炉壳体结构形式不仅应满足各种炉型的要求，其使用寿命 是保障热风炉持续、稳定加热风温的一个主要组成部分，为高炉冶 炼提供更高的热风温度，达到降低能耗，创建资源节约型企业的自 标。 6.2.3热风炉是高炉炼铁生产中的关键设备，随着高炉强化冶炼 的提高，热风炉拱顶温度达（1300~1450）℃，由于在燃烧中产生大 量的NO气体，导致拱项高温区壳体钢板及焊缝金属受到腐蚀， 在长期腐蚀介质和拉应力（包括残余应力和工作应力）的共同作用 下，就会产生延迟破坏，即应力腐蚀裂纹（SCC）。选用合适的钢材 是防止（SCC)发生的措施之一。本条提出拱顶高温区的壳体宜选 用抗腐蚀和抗脆断的钢板，主要是依据调研和国外的资料，由碳钢 和普通低合金高强度结构钢制成的热风炉拱顶，往往在焊接区、壳 体发生应力腐蚀开裂。本条附录B.中的热风炉壳体结构用钢板

6.2.3热风炉是高炉炼铁生产中的关键设备，随着高烁

的提高，热风炉拱顶温度达（1300~1450）℃，由于在燃烧中产生大 量的NO气体，导致拱项高温区壳体钢板及焊缝金属受到腐蚀， 在长期腐蚀介质和拉应力（包括残余应力和工作应力）的共同作用 下，就会产生延迟破坏，即应力腐蚀裂纹（SCC）。选用合适的钢材 是防止(SCC)发生的措施之一。本条提出拱顶高温区的壳体宜选 用抗腐蚀和抗脆断的钢板，主要是依据调研和国外的资料，由碳钢 和普通低合金高强度结构钢制成的热风炉拱顶，往往在焊接区、壳 体发生应力腐蚀开裂。本条附录B.中的热风炉壳体结构用钢板

6.2.5顶燃式热风炉目前在国内高炉冶炼中使用不多，由于样本

6.2.7混风室壳体厚度t（mm）与直径D（m）之间经回归分析线

主要是燃烧室和蓄热室在温度和炉内压力的作用下两拱顶产生周 期性的相对位移，造成拱顶间的连络管与拱顶壳体连接处应力集 中，严重时连接焊缝开裂漏气，而且还影响到拱顶砌体稳定，导致 耐火砖松动脱落，降低热风炉的使用寿命，为此，应保证环梁在气 体压力和两室（燃烧室和蓄热室）不均勾膨胀作用下有足够的强 变。式中的膨胀量△取（15~20）mm，主要是依据国内外燃式热 风炉生产使用过程中的统计资料。环梁强度验算亦可通过建立热 风炉实体模型采用有限元程序进行。

许用应力适当放宽。主要依据是现行行业标准《钢制压力容 器一一分析设计标准》JB4732和参照SBGCOREXC 3000MODULE熔融还原炉设计资料，转折处的应力强度限值为 1.5]；孔边缘的应力强度限值为3.0[]。限制系数定为3.0，而 不是2.5，主要是因为热风炉壳体上无密集孔洞存在，不可能出现 塑性区贯通，允许在大孔洞周边上出现局部塑性区域。

6.3煤气上升管、下降管、五通球或三通管壳体结构

6.3.2五通球是将原排放煤气的三通管形式改为以一个球形节 点直接与四根上升管及一根下降管相连，即将四根上升管和下降 管在高炉中心位置的上方交会，在交会处做一个球形壳体形成五 通球。此种结构形式，1995年重庆钢铁设计研究总院会同上钢 一 厂、重庆建筑大学开展了理论分析和试验研究工作，其研究成果获 得国家专利（专利号：ZL95242532.7），并在上钢一厂、宝钢、鞍钢、 太钢、本钢、南钢、水钢以及巴西工程等1000m3~~5000m3级的高 炉中得到广泛应用。经生产实践证明，效果优于三通管，煤气通过 五通球气流更为顺畅。 球壳壁厚根据理论分析和试验研究以及工程实践经验经综合 分析后，五通球壳体的壁厚t(mm)取球内直径D(m)的(78）倍 可满足壳体强度和稳定性的要求。 6.3.5煤气下降管常受场地条件的限制，跨度一般都在50m以 上，其外观的变形（度）应满足使用功能上容许的某个限制。控

6.3.5煤气下降管常受场地条件的限制，跨度一般

上，其外观的变形（挠度）应满足使用功能上容许的某个限制。控 制变形限制主要是保证管内喷涂料不产生裂缝或脱落，避免管壁 受温度作用影响结构的耐久性，同时过大的变形也会使人在心理 上产生不安全感觉。本条所规定的变形（挠度）限值，是多年来生

产实践经验的总结。t为下降管的投影长度。 6.3.6在壳体设计中，宜按球壳直径和壁厚，建立上升管、五通 球、下降管和除尘器及支架的空间实体模型，对壳体结构进行弹性 有限元分析，其目的是能较真实地反映五通球实际受力状况和应 力分布规律以及孔边缘应力集中程度。应力强度的限制，参见第 6.2.9条的说明

6.4重力除尘器壳体结构

6.4.2对24座高炉的重力除尘器的壳体厚度进行回归分析，由 于各设计单位在钢材选用和壁厚确定存在较大的差异，其厚度与 直径之间没有线性相关关系，离散性较大。各段壳体厚度简化方 法的确定为工程实践经验总结，设计者亦可根据工程经验自行确 定

6.4.3可参见第6.3.6条的条文说明。下降管的推力对除尘壳 的强度和稳定性影响较大，条文中提出宜建立上升管、五通球或三 通管、下降管、除尘器和支架的空间实体模型，能真实反映各壳体 单元受力情况，为构造设计提供理论依据

7.1.1本条着重提出“构造设计”，它是壳体结构设计的重要组成

7.1.1本条着重提出“构造设计”，它是壳体结构设计的重要组成 部分，是避免钢材在焊接过程中产生裂纹和使用过程中防止应力 集中的措施。

7.1.4壳体结构板材是数块钢板焊接而成,在拼接中往往遇到纵

横两个方向的拼接焊缝。高炉、热风炉、五通球以及煤气上升管、 下降管壳体结构的设计原则是参照现行国家标准《钢制压力容器》 GB150制定的，根据上述标准和参见奥钢联设计的熔融还原炉的 壳体结构设计以及我国几十年的炼铁炉壳体结构设计和生产实践 经验，纵横两个方向的拼接焊缝不应采用十字形交叉，应采用T 形交叉，交叉点的距离控制在200mm以上，其目的是减小应力集 中，防止三向应力和产生焊接裂纹，提高结构使用安全性。

7.2.1本条提出各段壳体转折处的水平夹角建议值，主要是根据 我国自行设计的1000m3及以上容积多数高炉的生产实践和参照 日本、前苏联、德国等国家的大型高炉壳体外型尺寸提出。另外根 据中治赛迪工程技术股份有限公司对2000m~～4000m²级高炉空 间实体模型有限元计算和国内些兄弟单位有限元计算，其分析 结果表明，壳体的各转折点是壳体的薄弱部位，转角处边缘应力的 存在将会降低壳体的承载力，因此在壳体外型尺寸选择时，壳体转 折处的曲率不宜过大，应平缓过渡，减少局部应力集中。

7.2.2条文中规定壳体内侧应对齐，主要是保证壳

高炉壳体转折处和圆弧过渡处厚度变化较大，本条规定外侧 厚度相差6mm以上，均在较厚焊件外侧做成坡度1：3～1：4的 斜角，使截面和缓过渡以减小应力集中。现行国家标准《钢结构设 计规范》GB50017中第8.2.4条规定坡口不大于1：2.5的斜角， 对焊件厚度相差较大的壳体钢板，特别在圆弧过渡处，不足以满足 和缓传递内力的要求，对于焊件板厚相差悬殊的连接节点，宜做成 坡度1：4的斜角，一般情况可做成坡度1：3的斜角。 当一侧厚度不天于6mm时，焊缝表面的斜角已足以满足和 缓传递内力的要求，因此，规定焊件外侧相差不小于6mm时才需 做成斜角品 7.2.3随着强化冶炼的不断发展和炉内冷却设备的更新，铜 冷却壁已逐渐取代铸铁冷却板。这两种冷却设备与壳体的连 接方式是不相同的，前者的连接孔为圆孔：孔洞密集，孔边缘 的净距都小于或等于100mm，后者的连接孔为长圆孔，其排列 为错列，孔边缘的净距一般都大于150mm。这些孔洞的存在 极大地削弱了壳体截面面积，且使壳体结构不连续，在孔洞边 缘产生应力集中，形成塑性屈服区。由于孔之间的净距较小， 塑性发展有可能贯通，使壳体丧失承载力。根据中冶赛迪工程 技术股份有限公司和重庆大学对壳体结构实体模型的弹性和

冷却壁已逐渐取代铸铁冷却板。这两种冷却设备与壳体的连 接方式是不相同的，前者的连接孔为圆孔，孔洞密集，孔边缘 的净距都小于或等于100mm，后者的连接孔为长圆孔，其排列 为错列，孔边缘的净距一般都大于150mm。这些孔洞的存在 极大地削弱了壳体截面面积，且使壳体结构不连续，在孔洞边 缘产生应力集中，形成塑性屈服区。由于孔之间的净距较小， 塑性发展有可能贯通，使壳体丧失承载力。根据中冶赛迪工程 技术股份有限公司和重庆大学对壳体结构实体模型的弹性和 弹塑性理论分析以及参照国内外有关资料：本条提出了壳体开 乳截面面积和孔洞边缘净距的限制。 现行国家标准《高炉炼铁工艺设计规范》GB50427中第8.0.9 条推荐的风口数目见表2

初步统计国内现有1000m3～4000m级高炉的风口数自基本 符合表2的要求。但风口段壳体开孔截面面积占全截面面积高达 70%～91%，炉容级别愈大壳体截面面积削弱愈多。如1350m3

高炉风口段壳体开Φ1240mm风口20个便截面面积减少药70%； 4000m3级的高炉风口38个～40个使截面面积减少达89%～ 91%。风口间边缘净距仅有100mm左右。有限元计算分析表 明，在弹性阶段，孔边缘局部存在高额应力，其值大于钢材的许用 应力值，如果仅根据局部或极小区域的高峰应力来扩大风口段的 直径，不能反映钢材局部进人屈服后的应力重分布规律。前苏联 高炉系统钢结构设计”壳体设计中，规定风口的开孔截面面积不 得超过壳体截面面积的65%，这一规定过严，偏于保守，不能完全 反映风口的实际受力情况。钢材是理想的弹性材料，钢材的塑性 开展会缓和边缘的应力峰值，但由于风口边缘间距很小，应控制塑 性区域的大小，以免钢材进人塑性后变形过大：影响壳体的承载能 力和正常使用。宝钢第2号高炉有效容积4063m3，风口段开36 个Φ1240mm的风口，壳体厚90mm，截面面积减少达89%，风口 间距146mm，经15年的生产实践证明，风口段壳体尚能满足正常 生产的使用要求；其原因是风口大套为铸钢件，与壳体的连接为坡 口焊接，其组合体能有效减缓钢材的塑性流动。本条提出风口段 壳体开孔截面面积和风口边缘间距的限制是以实践经验和理论计 算的综合成果为基础，经分析、比较、选择制定出来的。本条为强 制性条文，在高炉壳体结构设计中必须严格执行。

7.2.7本条提出的在炉体框架平台梁设置炉体的水平支撑点，主

要是考虑炉体和炉体框架共同承担水平力

出度钢物阳 应的焊接材料，如Q235钢与Q345钢焊接时，采用E43××型 焊条。对于高炉壳体，由于受力复杂，钢板厚度都是厚板和特 厚板，要求全焊透焊缝金属具有良好的塑性和韧性。本条提出 壳体钢板不宜采用两种及两种以上牌号的钢材，主要考虑异种 钢的化学成分、金相组织、物理力学性能有较大的差别，焊接 时应采取特殊工艺措施，才能获得全焊透和具有良好性能的横 向和竖向焊接接头。

7.3.2与热风炉相连的管道在气体压力作用下有较大的育板力， 如果处置不当，容易造成热风炉壳体局部失稳。一般可采用加劲 肋或洞口补强等措施进行加固。管道与壳体的焊缝应满足受力要 求，在编制本规范的调研中发现，因焊缝强度不够导致连接管道焊 缝开裂，严重者被高压气体冲开和冲掉，

压的作用下，产生周期性的相对位移，造成连络管与拱顶连接处应 力集中，连络管受长期反复位移作用，接处焊缝产生疲劳裂纹， 严重时导致漏风，而且两拱顶的相对位移还影响劑砌体的稳定、耐 火砖脱落，降低热风炉寿命。因此，在连络管的中部设置波纹膨胀 器，其作用在于吸收燃烧室与蓄热室间因温度和压力变化而引起 的膨胀和收缩，而且还具有抗冲击和位移补偿的功能。波纹膨胀 器由工艺专业设计和设备选型，连络管与波纹膨胀器端部的加强 板应坡口等强焊接，并设置加劲肋。 7.3.9、7.3.10锚栓或螺栓的直径除符合计算值外，尚应满足条 文中提出的构造要求。这些措施是生产实践经验的总结。为设计 入员提供厂方便，具有实用性

7.4煤气上升管、下降管、五通球或三通管、

7.4.220世纪80年代以前找国自行设计的高炉，在煤气上升管 下端未设波纹膨胀器，当高炉点火后，壳体受热膨胀，下降管两端 产生位移差，导致下降管端部产生应力集中，严重时下降管与除尘 器的连接焊缝开裂。80年代以后设计的高炉，移植宝钢1号高炉 的技术后，煤气上升管、下降管的受力状况得到明显改善。

.4.3本条提出在煤气下降管与除尘器连接处设置波纹膨胀节：

是利用其一定的变形能力可以有效降低两者之间较

力，起到补偿位移功能和减小水平推力的作用。 7.4.4本条提出的管道转折处和煤气除尘管道彼此间的莲接处： 由于不连续，在荷载工况最不利情况作用下存在高额应力，管壁加 厚达到降低许用应力；另外，加厚管壁为设计实践中常用的构造措 施。 除尘器壳与荒煤气总管、下降管等相接处由于开孔直径较大 且受到推力的作用，应力集中严重，所以与荒煤气总管、下降管相 连部位的壳体应适当增加厚度，并在开孔处四周用加劲肋加强以 增大这部分的刚度，藏少孔洞连接处变形。

除尘器壳与荒煤气总管、下降管等相接处由于开孔直径较 受到推力的作用，应力集中严重，所以与荒煤气总管、下降 部位的壳体应适当增加厚度，并在开孔处四周用加劲助加引 大这部分的刚度，减少孔洞连接处变形

7.4.6本条提出的要求，主要是依据中治赛迪工程技术股份有限

公司（原重庆钢铁设计研究总院）1996年《炉顶煤气管道球形节点 试验研究》和参照现行国家标准《钢制球形储罐》GB12337以及生 产实践的经验总结。五通球的设计、制作原则应避免焊缝十字形 交叉、减小应力集中程度、防止三向应力及焊接裂纹的产生，从而 确保五通球壳体两代炉役的使用安全。

8.1.1、8.1.2这两条从保证壳体质量的原则出发，对设计、制作、 施工企业提出了具体要求，

8.2.1焊接节点构造的原则是：尽量减少焊接工作量。在焊接工 作量一定的情况下，应合理安排，尽量避免在高应力区施焊或焊缝 过于集中。

钢结构，在某种程度上比钢制压力容器还要复杂，尤其是焊接连接 节点。在现行国家标准中规定的坡口形状和尺寸，只适用于建筑 钢结构和机械行业的焊接加工，对高炉和热风炉等壳体板厚较大的特 种结构焊接施工不太适合。本规范提供的全焊透壳体结构钢板坡口 形状和尺寸是在总结我国几十年，特别是近20年来1000m3以上大型 高炉等壳体结构设计、制作及安装经验以及焊接试验研究综合成果的 基础上，并参照日本设计宝钢1号高炉壳体结构的资料和《钢制压力 容器》GB150的有关内容，提供了壳体的几种典型坡口形状和尺寸。

8.3.1～8.3.5钢材焊接性能试验是指钢材对焊接加工适应性的 试验，用以衡量钢材在一定的焊接工艺条件下获得优质接头的难 易程度和该接头能否在使用条件下安全可靠的运行。它包含工艺 焊接性和使用焊接性两个方面。而焊接工艺评定试验则是在一定 的焊接工艺条件下获取优良焊接接头的能力试验。因此，钢材的

焊接性试验是较全面和综合的试验，是进衡焊接工艺评定试验的 基础。而焊接工艺评定是编制焊接工艺指导书，确定焊接工艺参 数的主要依据。对于钢材焊接性已被制作、安装企业充分了解和 掌握，并依此进行过焊接工艺评定试验，且在工程上成功应用，则 此钢材的焊接工艺评定试验报告具有替代性，可被该制作、安装企 业在选用同类钢材的工程中重复使用。对于新钢种，则应由钢材 生产厂提供相关的焊接性试验资料，否则制作、安装企业应在进行 焊接性能试验的基础上，进行焊接工艺评定试验。 8.3.8一8.3.11按强度等级将常用钢材划分为四个等级，其中 、类钢材由于强度较高，为保证结构的焊接质量，要求每种钢 材必须单独进行焊接工艺评定，不能相互代替。目前随着新工艺 新技术的发展，一些碳当量较低的钢种由于采用正火轧制、温度 变形控轧（TMCP)等新技术其钢材的强塑性及焊接性能均较好， 但为防止由于不适当的热输入面造成基材的软化现象，因此单独 进行焊接工艺评定仍是必要的。 8.3.20试样的焊缝中心应对推弯心轴线。侧弯时，若试样表面 存在缺陷则以程度严重一侧作为拉伸面。对于伸长率。标准或 技术文件规定值下限小于20%的母材，若弯曲试验不合格面其实 测值一20%，则允许加大弯心直径重新进行试验，此时弯心直径 等于S（200一）/28（为伸长率的规定值下限），支座间距离等于 弯心直径加上(2S十3)mm。

本节是对焊接生产制作过程的一般工艺要求，是保证壳体结 构质量的基础，应当遵守。如遇特殊情况而无须按本工艺要求执 行时，应以相关试验为依据，

8.5.1本条款对焊接质量检验的种类和一般程序作

条款对焊接质量检验的种类和一般程序作出了规定

这要强调的是制作、安装过程中检验包含三个部分：制作、安装 企业自检，结构安全及功能性监检，以及业主委托的第三方检验， 企业自检可由企业内部具有相应资质的人员按企业质保体系的程 序进行，也可委托具有资质（计量认资CMA；国家实验室认证 CNAS)的第三方进行检测。而结构安全及功能性蓝检则必须由 其有上述资质同时具有地方建设部门批准具有专业检测的单位进 行。业主委托的第三方检验其资质要求与制作、安装企业委托的 第三方检测要求相同。施工检测和结构安全及功能性监检是强制 生检测，业主委托的蓝检或第三方检测是非强制性的。 8.5，7本条第2款为强制性条文：壳体结构焊缝质量无损检测 的规定，主要是壳体的对接焊缝、T形对接与角接组合焊缝都要求 溶透并与母材等强，其质量等级为一级或二级，故需要进行无损检 则。在制作和安装中必须严格执行本条的规定，

9.0.1高炉、热风炉等构筑物壳体钢板的除锈及涂装在以狂的设 计文件中要求不明确，使壳体金属在较短的时间内受到腐蚀，未达 到使壳体表面与周围腐蚀介质隔绝和“屏蔽”作用。本条提出在设 计文件中应注明壳体钢板表面涂装的一些事项，都是与保证金属 免受工业大气腐蚀和高温腐蚀密切相关的。

到使壳体表面与周围腐蚀介质隔绝和“屏蔽”作用。本条提出在设 计文件中应注明壳体钢板表面涂装的一些事项，都是与保证金属 免受工业大气腐蚀和高温腐蚀密切相关的。 9.0.2钢板在轧制和热处理过程中表面将产生氧化铁皮；在运输 和贮存过程中受大气腐蚀而生锈；壳体钢板在加工制作过程中，表 面往往产生焊渣、毛刺、油污和积灰等污染物。这些氧化铁皮、铁 锈和污染物等如不经过认真清理，会影响涂料的附着力，造成涂层 质量低劣，缩短使用寿命。因此，钢板在预处理前清除表面的污染 物是涂料施工过程中重要的一环，应引起足够的重视。 9.0.3手工除锈工具简单、施工方便、生产效率低、劳动强度大 除锈质量差；雨动力工具除锈比手工除锈效率高，除锈质量比手工 除锈好，是一般金属结构涂装工程常用的除锈方法；对于重要的钢 结构除锈工程应采用喷射或抛射除锈，此两种除锈方法不仅生产 效率高，能控制质量，获得不同要求的表面粗糙度，易达到除锈等 级的要求，而且底漆的附着力牢固。目前，世界工业发达国家均采 用这种方法除锈。壳体现场焊缝和涂装损伤处仅有少量的赤锈或 污染物，采用手工或动力工具除锈可以达到除锈质量的要求。 9.0.4高炉、热风炉等壳体的钢板内表面受高温和有害气体介质 的腐蚀，外表面还要受工业大气的腐蚀。壳体结构防腐关键是制 作时将铁锈和污染物清除干净，增强涂料与金属表面附着力，起到 “屏蔽”的作用。壳体结构底板与碳砖或混凝土接触，基本上不受 大气介质腐蚀，其他部分均受高温腐蚀，耐高温涂料对钢板表面除

9.0.2钢板在轧制和热处理过程中表面将产生氧化铁皮

的腐蚀，外表面还要受工业大气的腐蚀。壳体结构防腐关键是制 作时将铁锈和污染物清除干净，增强涂料与金属表面附着力，起到 “屏蔽”的作用。壳体结构底板与碳砖或混凝土接触，基本上不受 大气介质腐蚀，其他部分均受高温腐蚀，耐高温涂料对钢板表面除

锈等级要求较高。所以，本条根据不同的情况提出了相应的除锈 等级。 9.0.5炼铁厂区域，由于冶炼过程中产生大量的腐蚀介质和水 雾，对钢结构腐蚀严重，特别壳体受高温氧化腐蚀时，当水分与化 学介质同时作用，则加速钢结构腐蚀，为此，本条提出壳体结构涂 装防腐涂料，应选用耐工业大气和高温腐蚀的涂料。如：氯化橡 胶、氯磺化聚乙烯、GZH无机磷酸盐富锌涂料、有机硅耐热漆等品 种。其中GZH无机磷酸盐富锌涂料是目前国内开发的种新型 涂料，性价比优越，广泛适用于冶金行业，其主要特点是：具备阴极 保护、化学缓蚀、屏蔽、磷化、转化锈（轻微锈）的功能；具有耐高温 （400℃长期工作）、耐氧化腐蚀、水、耐油、耐溶剂以及附着力强 机械性能好、配套性佳等性能。 9.0.8高炉、热风炉、上升下降管、五通球或三通管，在正常生产 操作时，壳体表面温度小于200℃，只有在一代炉役后期或冷却设 备或耐火材料损坏时，壳体表面温度大于200℃，根据我国的测试 记录和国外的相关资料，经综合分析后，涂装设计时高炉壳体结构 外表面选用耐400℃高温的涂料，其他壳体结构外表面选用耐 200℃高温的涂料。本条提出的涂层道数及厚度，主要是根据宝钢 000m级别的壳体涂层结构使用经验和参照日本和德国提供的 涂装设计资料。 9.0.10热风炉是高炉的重要附属设备，根据现行国家标准《高炉 炼铁工艺设计规范》GB50427，炉容级别为1000m3~4000m3高炉 的热风炉（内燃式、顶燃式、外燃式），拱顶设计温度为（1300~ 450）℃，在拱顶高温区燃烧的煤气中会产生大量的NO气体，透 过耐火砖接触壳体内表面，在炉顶内壁的结露区生成硝酸盐水溶 液，随着炉内送风和进风的温度波动，腐蚀性水溶液浓度升高，对 钢板及焊缝金属产生腐蚀作用，在长期的腐蚀介质和拉应力（包括 余应力和工作应力）的作用下产生腐蚀裂纹，最终产生脆断，严

锈等级要求较高。所以，本条根据不同的情况提出了相应的除锈 等级。

锈等级要求较高。所以，本条根据不同的情况提出了相应的除锈 等级。 9.0.5炼铁厂区域，由于冶炼过程中产生大量的腐蚀介质和水 雾，对钢结构腐蚀严重，特别壳体受高温氧化腐蚀时，当水分与化 学介质同时作用，则加速钢结构腐蚀，为此，本条提出壳体结构涂 装防腐涂料，应选用耐工业大气和高温腐蚀的涂料。如：氯化橡 胶、氯磺化聚乙烯、GZH无机磷酸盐富锌涂料、有机硅耐热漆等品 种。其中GZH无机磷酸盐富锌涂料是目前国内开发的种新型 涂料，性价比优越，广泛适用于冶金行业，其主要特点是：具备阴极 保护、化学缓蚀、屏蔽、磷化、转化锈（轻微锈）的功能；具有耐高温 （400℃长期工作）、耐氧化腐蚀、耐水、耐油、耐溶剂以及附着强 机械性能好、配套性佳等性能

外表面选用耐400℃高温的涂料，其他壳体结构外表面选用耐 200℃高温的涂料。本条提出的涂层道数及厚度，主要是根据宝钢 4000m级别的壳体涂层结构使用经验和参照本和德国提供的 涂装设计资料。 9.0.10热风炉是高炉的重要附属设备，根据现行国家标准《高炉 炼铁工艺设计规范》GB50427，炉容级别为1000m3~~4000m3高炉 的热风炉（内燃式、顶燃式、外燃式），拱顶设计温度为（1300~ 1450）℃，在拱顶高温区燃烧的煤气中会产生大量的NO×气体，透 过耐火砖接触壳体内表面，在炉顶内壁的结露区生成硝酸盐水溶 液，随着炉内送风和进风的温度波动，腐蚀性水溶液浓度升高，对 钢板及焊缝金属产生腐蚀作用，在长期的腐蚀介质和拉应力（包括 残余应力和工作应力）的作用下产生腐蚀裂纹，最终产生脆断，严 重影响生产

为防止腐蚀裂纹的产生，本条提出在热风炉高温区的壳体外 表面铺设保温毡垫，并加（0.4~~0.5)mm的铝板包裹的保护措施， 其目的是使壳体温度维持在（150～250）℃，不使壳体内表面结露 形成冷凝液，产生晶间应力腐蚀裂纹。 9.0.11在调查中发现，热风炉的地脚锚栓，伸出混凝土基础的螺 杆，一般未刷油漆，特别是丝扣部位，增大了腐蚀性介质侵蚀面积， 另外，锚栓与靴梁连接的四周易积聚水分和尘土等杂物，致使该部 位锈蚀严重，故本条规定地脚锚栓在热风炉烘炉后，应加设防雨 罩。

10.1.2材料的进场管理是壳体施工的首要工作，包括对钢板进 场检查、标识以及材质证明书的管理。壳体钢板的编号应有可追 溯性，便于查找钢板的生产厂家、炉号、批号及材质证明书等原始 资料。 10.1.5本条为强制性条文。本条的提出主要是直接涉及人民生 命安全和人身健康。壳体结构在施工和安装过程中必须执行。

10.2.1炉体钢板的切割，除壳体钢板轮廓外形的切割外，还有焊 接坡口切割、不等厚连接过渡削薄切割、孔洞切割等，是壳体施工 的主要工序。 对低合金结构钢（如BB503），在不同切割环境温度和不同预 热温度下，进行切割试验，并对钢板切割边缘进行金相分析和硬度 试验。试验表明，切割的环境温度等于或低于0℃时，随着温度降 低，材料的淬硬程度随之提高。在一3℃时，表层呈高碳马氏体组 织，硬度高达HV680，对成型、焊接都会产生很大影响，因此切割 工作宜在0℃以上环境温度进行。当等于或低于0℃时，应采取必 要的改善环境温度的措施或对钢板进行预热。 10.2.2加热成型时，必须严格控制钢板加热温度和时间，防止钢 板因过热而导致晶粒粗大，使成型后的壳体钢板机械性能降低。 也不能在低于工艺规定的加热温度下成型，以免使成型困难，引起 冷作硬化。为减少冷却时产生的变形，可使压力机保持压力，直至 壳体温度下降到300℃以下，再卸压并取出。

10.2.1炉体钢板的切割，除壳体钢板轮廓外形的切割外，还有焊

10.2.3焊接是壳体施工中的重要工序，特别是大型高炉壳体结 构，采用低合金结构钢厚板，焊缝质量要求高，因此焊接工作的各 个环节都必须严格按照本规范第8章的相关规定进行。焊接工艺 评定是根据工艺评定报告制定焊接工艺规程，作为指导焊接施工 的依据。焊接工艺评定报告连同试样检验结果应荐存档备查。 风口段在高炉壳体中焊接量最大，风口法兰与壳体间焊缝重 量占整个风口段重量的7%~8%，焊后残余应力很大，因此必须 进行消除应力退火处理。最有效的退火处理方法，是在大型加热 炉中对风口段单块整体退火。条件不具备时，亦可采取其他方法 消除残余应力，但应进行残余应力测试，以检验实施的效果。 外燃式及内燃式热风炉上部高温区壳体，为防止因应力集中 和晶界腐蚀而产生裂纹，宜进行整体退火。由于壳体尺寸较大，因 此退火宜在安装焊接完成后进行。 10.2.4壳体预组装是指每带壳体各块之间，以及相邻各带壳体 之间，用预装卡具临时装配固定，以检查壳体各部尺寸，并作好相 关的标记。另外，高炉铁口框及煤气封罩段上各种开孔，热风炉上 各种开扎、插管的划线、定位、切割、焊接等工作，也宜在预装状态 下进行。 壳体预组装允许偏差（表10.2.4）中，列出了壳体预组装的主 要检查项自和允许偏差，其余未列出的如高炉煤气封罩段和热风 炉上各类开孔以及上升管、下降管、五通球或三通管、除尘器壳体 预组装检查项自和允许偏差，按设计文件规定，当设计文件未作规 定时，可参照本表规定检查。

10.3壳体结构质量检

10.3.1壳体的整体质量，是制作质量和安装质量的合成，而安装 质量和安装进度，在一定程度上取决于制作为安装创造的条件。 检验既是对壳体的制作质量作了评价，又可将质量问题在施工单 位解决，为保证安装质量，确保安装工期创造条件

10.3.2根据壳体不同部位的重要程度和制作要求，一般将检验 划分为A、B、C三级。对A检项目，必须由业主、设计、安装、施工 单位联合检查验收。 高炉炉缸段、风口段、煤气封罩段、热风炉拱顶等应列为A检 项目。

核对，以确保安装质量和安装工作的顺利进行。 土建工程的基础部分在安装前需要对各项数据进行确认，应 取得相关部门的签证。然后按照设计文件复检修正偏差（因专业 不同，各项数据的精度要求也不同），因此必须进行修正，并将修正 后的标记作为安装使用。复检可及时处理上道工序遗留的质量问 题。 对高炉和热风炉基础一般设计文件要求作沉降观测，在施工 过程需要定期进行沉降观测，沉降观测记录作为交工资料交付业 主。 基础垫板推荐采用坐浆法（已形成工法）配置，此法有助于保 证工程质量和加快施工进度。坐浆料配合比应符合现行国家标准 《炼铁机械设备工程安装规范》GB50372中有关规定。 壳体安装时，为加快安装进度，减少高空作业，降低劳动强度， 提高工效，一般都采用整圈带或扩大组合安装方法，这就需要地面 设置组装平台，因此，对组装平台提出要求。 对安装必需的起重机械、安装用电、水、气和工机具等提出了 要求，有利于质量和加快施工进度。 10.4.2近年来，为保证工程质量和加快安装进度，高炉壳体安装 正朝着扩大组合（模块化）的方向发展，因此：本条文提出了折大组 合安装的基本要求。

10.4.2近年来，为保证工程质量和加快安装进度，高炉

GBT 29472-2012 移动实验室安全管理规范10.4.3本条对高炉壳体重要部位的安装（炉缸段和风口

要求，保证工程质量和治炼工艺。 现代高炉设计是自立式炉体，壳体除满足治炼工艺要求外，尚 要支撑冷却设备及附件和炉顶设备荷载，炉缸是保证炉体安装质量 和传递炉体荷载给基础的关键部位，因此，本条特对安装提出要求。 风口段壳体及风口法兰安装偏差对治炼工艺影响较大，因此 提出严格要求。

10.4.6根据近年来的设计和施工技术的进步，壳体制作水平日

壳体安装不预留调整带的提出是为了节约材料，淘汰落后的 施工技术，对2000m3～5000m3炉容级别的高炉壳体是不留调整 带的；对于1000m²炉容级别的高炉在制作条件有困难时，可以留 调整带。 由于壳体安装技术的进步和施工机械的多样化，施工单位因 地制宜的创新了多种施上方法。 本条提出壳体圆度应以半径检测值控制的方法，主要考虑高 炉竖向中心线的重要性，炉体的附属设备及结构均与高炉中心线 相关，因此，以壳体半径控制偏差更合理。分带壳体上口水平度以 标高测量值计算后进行控制是避免累计误差和炉顶标高偏差，同 时也是取消调整带的有效方法和节约钢材。 10.4.7热风炉壳体安装主要是控制炉底板、拱顶部的安装尺寸， 满足砌筑耐材和安装相关附属设备的要求。 10.4.10壳体开孔大部分是在制作时完成。现场安装焊接后再 开孔，要求采用半自动切割机或机械开孔，其目的是降低孔边缘集 中应力：减少壳体裂纹的诱因，保证工程质量。 10.4.13壳体结构加固件、安装调整焊接的工卡具以及临时焊接 的物件在壳体安装完毕拆除时，应距壳体表面5mm处切除，主要 考虑不损伤母材，另外，还考虑低合金高强度钢在切割加热时易产 生裂纹的敏感性

10.5.2现场焊接与制作焊接环境有狼大区别，因此，对于焊工、 厚机和焊接环境提出了要求。特别焊接作业区环境温度低于0℃ 时，在焊接过程中层间温度不应低于15℃。 10.5.4现场焊接准备工作随着工程进展是经常变化的，相应的 维备工作也是多样的，因此，作了相应规定。 10.5.5焊接工艺要点主要对壳体的焊接顺序和热风炉高温段的 持殊性作了规定

DB11／T 1595-2018 生态清洁小流域初步设计编制规范10.6.2本条对安装后补涂部位作了说明。

10.6.2本条对安装后补涂部位作了说明。 10.6.6热风炉高温段耐热防腐蚀涂料是根据高温段的特殊工况 要求，提出了明确的规定，

10.7.1整体泄漏性试验是为了炉体的安全使用和节约能源以及 降低环境污染提出的，同时也有利于冶炼工艺炉正常生产。