炼铁工艺炉壳体结构技术标准

3 基本规定

3.0.1 壳体结构设计时，应根据工程实际情况选用材料、结构方案、焊缝质量等级和构造措施，并满足工艺、制作、安装和生产过程中的强度和刚度要求。
3.0.2 正常使用情况下，高炉一代炉役的工作年限不应低于15年；热风炉等的工作年限应满足高炉二代炉役的要求。
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。
3.0.4 壳体结构设计时，应以第四强度理论屈服准则确定当量应力。荷载的作用效应采用标准组合，各部位的当量应力不应大于规定的许用极限值。
3.0.5 壳体结构应进行整体弹性应力分析；当整体弹性应力分析不满足要求时，尚应进行局部弹塑性应力分析。使用时需控制变形的壳体结构，应计算变形。
3.0.6 壳体结构的焊接应符合国家现行标准《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB 50236、《钢结构焊接规范》GB 50661和《压力容器焊接规程》NB/T 47015的有关规定，并符合本标准第10章的规定。
3.0.7 壳体结构的对接、T形对接与角接组合焊缝应焊透，焊缝质量等级规定如下：
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. 要求焊透的T形对接与角接组合焊缝应为二级。
3.0.8 壳体结构的除锈与涂装应符合下列规定：
1. 钢板表面的除锈等级应符合现行国家标准《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定第1部分》GB/T 8923.1的规定。其中，高炉、热风炉、重力除尘器、粗煤气管道壳体结构内表面除锈等级应为Sa2，外表面应为Sa2½，高炉和热风炉底板应为Sa1；现场焊缝、涂层损伤处及现场制作的零星小构件除锈等级应为St3。
2. 高炉、热风炉、粗煤气管道壳体内表面不应涂底漆，待安装完毕后应根据工艺要求喷涂专用防腐和耐热涂料；重力除尘器壳体内表面应涂一道防锈底漆。
3. 高炉、热风炉、重力除尘器、粗煤气管道壳体结构外表面的底漆和面漆应选用耐400℃高温的涂料。底漆宜刷涂或喷涂1~3道，面漆宜刷涂或喷涂1~2道；高炉和热风炉的底板不应涂油漆。
3.0.9 壳体结构的制作、检验、运输、安装、焊接、焊缝质量检验、涂装、整体气密性试验、竣工验收等施工要求，应符合本标准第10章的有关规定。

4 荷载

4.1 荷载分类和荷载效应组合

4.1.1 壳体结构上的荷载可分为永久荷载和可变荷载。
4.1.2 设计壳体结构和连接时，荷载效应组合应根据生产使用过程中可能同时作用的荷载按下式计算，并按最不利者验算强度：
S = S_Gk + S_Q1k + Σ_i=2ⁿ ψ_ci S_Qik

式中：
- S——荷载效应组合值；
- S_Gk——按永久荷载标准值G_k计算的荷载效应值；
- S_Qik——按可变荷载标准值Q_ik计算的荷载效应值（S_Q1k为诸可变荷载效应中起控制作用者）；
- ψ_ci——可变荷载Q_i的组合值系数（对高炉和热风炉的壳体结构取1.0；其他壳体结构，无风时取1.0，有风时取0.9；高炉坐料工况炉料荷载参与的组合，其系数可取0.6）；
- n——参与组合的可变荷载数。
4.1.3 壳体的温度作用效应以设计温度下的许用应力抵抗，但不应包括温差作用。
4.1.4 设计热风炉炉缸段与基础连接的地脚锚栓时，应计算地震作用效应。

4.2 壳体荷载

4.2.1 高炉壳体荷载应按表4.2.1确定：

序号	类别	荷载
1	永久荷载	壳体自重、设备重（注：自重和设备重指材料自身重量产生的重力荷载）
2	可变荷载	炉顶料重、炉料重、铁水压力、气体压力、耐火砌材膨胀作用、煤气上升管膨胀反力、壳体内外温差10℃时的作用

4.2.2 热风炉壳体荷载应按表4.2.2确定：

序号	类别	荷载
1	永久荷载	壳体自重、喷涂料重、拱顶内衬重、管道及内衬重、平台及支架自重
2	可变荷载	内衬膨胀压力、气体压力、管道作用力、平台荷载、风荷载、壳体内外温差10℃时的作用

4.2.3 重力除尘器壳体荷载应按表4.2.3确定：

序号	类别	荷载
1	永久荷载	壳体自重、平台自重、下降管及耐材重、均排压管及煤气回收管道重
2	可变荷载	贮灰荷载、煤气压力、下降管推力、风荷载、雪荷载

4.2.4 粗煤气管道壳体荷载应按表4.2.4确定：

序号	类别	荷载
1	永久荷载	壳体自重、耐热涂料或砌筑耐热砖重、平台及设备重、均排压管及煤气回收管道重
2	可变荷载	平台活荷载、积灰荷载、煤气压力、风荷载、雪荷载、不均匀沉降作用

4.2.5 风荷载、雪荷载、平台积灰荷载和平台活荷载的标准值，应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定。

5 材料

5.1 钢材

5.1.1 钢材牌号选用应根据壳体结构形式、应力特征、设计温度、腐蚀介质特性和钢板厚度等因素确定。
5.1.2 除高炉底板外，高炉、热风炉和五通球壳体结构的钢材应具有0℃冲击韧性合格保证；其他壳体结构的钢材宜具有常温冲击韧性合格保证。高炉壳体结构的钢材碳当量（CEV）不宜大于0.42%或焊接冷裂纹敏感性指数（P_cm）不宜大于0.26%，碳当量（CEV）或焊接冷裂纹敏感性指数（P_cm）可按本标准附录B中公式计算（采用熔炼分析值）。
5.1.3 高炉壳体结构的钢材宜采用本标准附录B中的壳体结构用钢材。对有效容积1200m³~2000m³级高炉的壳体结构，可采用Q355C钢、Q390C钢、Q390D钢；高炉底板可采用Q355B钢。
5.1.4 热风炉炉身和炉底壳体结构的钢材宜采用Q355C钢、Q390C钢；壳体高温区段及拱顶部位宜采用Q345R钢或本标准附录B中的壳体结构用钢材。
5.1.5 重力除尘器壳体结构的钢材宜采用Q355B钢。
5.1.6 粗煤气管道壳体结构的钢材宜采用Q355B钢。
5.1.7 五通球壳体结构的钢材宜采用Q345R钢；对有效容积1200m³~2000m³级高炉的五通球壳体结构，可采用Q355C钢。
5.1.8 Q355B钢、Q355C钢、Q390C钢、Q390D钢、Q345R钢的质量，应符合现行国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T 1591、《锅炉和压力容器用钢板》GB 713的有关规定。
5.1.9 钢材的交货状态：除Q355B钢为热轧状态交货外，其他钢材均应以正火后交货。除高炉底板外，用于高炉、热风炉、粗煤气管道壳体结构的钢板应逐张采用超声波检测，钢板质量等级不应低于II级；检测方法和评定标准应符合现行行业标准《承压设备无损检测第3部分》NB/T 47013.3的规定。
5.1.10 当钢板厚度不小于40mm时，沿厚度方向承受拉应力较高的部位，应选用Z向性能钢板，材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。

5.2 连接材料

5.2.1 手工焊接采用的焊条应符合现行国家标准《非合金钢及细晶粒钢焊条》GB/T 5117的规定，选用的焊条型号应与壳体金属力学性能相适应。
5.2.2 壳体焊缝的埋弧焊、电渣焊、二氧化碳气体保护焊等的焊丝、焊剂及保护气体，应符合下列规定：
1. 自动焊或半自动焊用焊丝应符合《熔化焊用钢丝》GB/T 14957、《熔化极气体保护电弧焊用非合金钢及细晶粒钢实心焊丝》GB/T 8110、《非合金钢及细晶粒钢药芯焊丝》GB/T 10045的规定。
2. 埋弧焊用焊丝和焊剂应符合《埋弧焊用非合金钢及细晶粒实心焊丝、药芯焊丝和焊丝-焊剂组合分类要求》GB/T 5293、《埋弧焊和电渣焊用焊剂》GB/T 36037的规定。
3. 电渣焊用焊丝和焊剂应符合《熔化焊用钢丝》GB/T 14957、《埋弧焊和电渣焊用焊剂》GB/T 36037的规定。
4. 气体保护焊使用的二氧化碳气体应符合《工业液体二氧化碳》GB/T 6052中焊接用二氧化碳的规定，二氧化碳含量不得低于99.5%。
5.2.3 自动或半自动焊接用的焊丝和焊剂应与被焊钢材相适应，并符合产品标准的规定；当两种不同牌号的钢材焊接时，宜采用与强度较低钢材适应的焊条、焊丝与焊剂。
5.2.4 壳体结构开孔处与管道或设备相焊接时，应选用与壳体金属成分和性能相同或相近的低氢型焊条。
5.2.5 外燃式热风炉拱顶环梁连接的紧固件应符合下列规定：
1. 普通螺栓应符合《六角头螺栓 C级》GB/T 5780和《六角头螺栓》GB/T 5782的规定。
2. 高强度螺栓应符合《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB/T 1228、《钢结构用高强度大六角螺母》GB/T 1229、《钢结构用高强度垫圈》GB/T 1230、《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T 3632的规定；高强度螺栓的预拉力设计值和摩擦面的抗滑移系数应符合《钢结构设计标准》GB 50017的规定。
5.2.6 热风炉炉缸与钢筋混凝土基础连接的锚栓，可采用《碳素结构钢》GB/T 700中规定的Q235B钢、Q235C钢，或《低合金高强度结构钢》GB/T 1591中规定的Q355B钢、Q355C钢制成。
5.2.7 炉壳常用焊接材料可按表5.2.7选用：

钢材牌号	电弧焊（SMAW）焊条（GB/T 5117）	气体保护焊（GMAW）实心焊丝（GB/T 8110）	气体保护焊（FCAW）药芯焊丝（GB/T 10045）	埋弧焊（SAW）（GB/T 5293）	电渣焊（ESW）（GB/T 36037、GB/T 14957）
Q355B、Q355C	E5015、E5016	ER50-6	1C1A-N2U、T490T5-	S49A0UFB-、SU34	S49A0UMS、SUM3
Q345R	E5016	ER50-6	1C1A-N2U、T490T5-	S49A2UFB、SU34	S49A0UMS、SUM3
Q390C、Q390D	E5015、E5016	ER50-6	1C1A-N2U、T490T5-	S49A2UFB-、SU34	S49A2UMS-、SUM31
BB41BFC、BB41BFD、ALK420、WSM41C、SM400C、Q245LK	E4315、E4316	ER50-6	T430T5、1C1A-NOU	SU26	S43A0UMS、SUM3
BB503C、BB503D、ALK490、WSM50C、SM490C、Q345LK、Q390LK	E5015、E5016	ER50-6	T490T5-100/100	S49A2UFB、SU34	S49A0UMS、SUM3

5.3 设计指标

5.3.1 钢板的许用应力S_m^t应取下列各值中的最小值：
1. 常温下规定的最小抗拉强度的1/2.4；
2. 设计温度下钢材抗拉强度的1/2.4；
3. 常温下规定的最小屈服强度的1/1.5；
4. 设计温度下屈服强度的1/1.5。
5.3.2 Q355钢、Q390钢和Q345R钢的许用应力，应根据钢板厚度和设计温度按表5.3.2选用；选用符合本标准第5.1.8条要求的其他牌号钢板时，设计指标应取相应质量等级钢板的许用应力。

钢板牌号	交货状态	厚度（mm）	常温抗拉强度R_m（MPa）	常温屈服强度R_eH（MPa）	不同温度下的许用应力S_m^t（MPa）
Q355B、Q355C	热轧、正火	≤16	470	355	196	187	180	172	163
		>16~40	470	345	196	187	180	172	163
		>40~63	470	335	196	187	180	172	163
		>63~80	470	325	196	187	180	172	163
		>100~150	450	295	188	179	173	165	157
Q390C、Q390D	正火	≤16	490	390	204	195	188	179	170
		>16~40	490	380	204	195	188	179	170
		>40~63	490	360	204	195	188	179	170
		>63~80	490	340	204	195	188	179	170
		>100~150	470	320	196	187	180	172	163
Q345R	正火	≤16	510	345	189	189	189	183	167
		>16~36	500	325	185	185	183	170	157
		>36~60	490	315	181	181	173	160	147

注：当未取得温度下的钢材强度指标时，其许用应力可按欧洲钢结构协会（ECCS）规定的公式计算：S_m^t = S_m²⁰ × γ_s（式中：S_m²⁰为钢材在20℃时的许用应力，γ_s为温度作用下许用应力折减系数，T为钢材计算温度）。

5.3.3 焊接连接的熔敷金属的许用应力，可取钢板的许用应力。
5.3.4 采用Q235钢或Q355钢制成的锚栓，许用应力S^a应取屈服强度R_eH的1/2，具体可按表5.3.4选用（原文表格数据请参考规范原文）。
5.3.5 钢材的物理性能指标应按表5.3.5采用：

弹性模量E（N/mm²）	剪变模量G（N/mm²）	线膨胀系数α（1/℃）	质量密度ρ（kg/m³）
206×10³	79×10³	12×10⁻⁶	7850

5.3.6 不同温度下钢材的弹性模量应按表5.3.6采用：

不同温度（℃）下的弹性模量E（N/mm²）
20	100	150	200	250
206×10³	197×10³	194×10³	191×10³	188×10³

注：中间温度的弹性模量可用线性内插入法计算。