7.1 设计
7.1.1 热风炉结构形式
热风炉的结构形式宜采用内燃式热风炉、顶燃式热风炉和外燃式热风炉。
7.1.2 壳体分段与连接
热风炉的壳体分段应根据加热工艺的需要确定。炉缸段壳体应采用锚栓与基础或螺栓与钢平台梁相连。
7.1.3 高温区段材料与防护
热风炉高温区段及拱顶部位的壳体，宜选用Q345R钢或本标准附录B中热风炉壳体用钢板，内表面应采取防止晶界应力腐蚀的措施。
7.1.4 内燃式热风炉壳体厚度计算
图7.1.4 内燃式热风炉壳体：1-炉顶段；2-炉顶直线段；3-斜线段；4-上过渡段；5-炉身段；6-下过渡段；7-炉缸段
内燃式热风炉壳体各段的厚度可按下列公式计算（公式中：t为壳体钢板厚度，单位mm；D为壳体的内直径，单位m，当为圆锥壳时，采用大端直径）：
- 炉顶段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
- 炉顶直线段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
- 斜线段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
- 上过渡段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
- 炉身段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
- 下过渡段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
- 炉缸段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
7.1.5 顶燃式热风炉壳体厚度计算
图7.1.5 顶燃式热风炉壳体（原文未列详细分段标注，按标准图示执行）
顶燃式热风炉壳体各段的厚度可按下列公式计算（公式中：t为壳体钢板厚度，单位mm；D为壳体的内直径，单位m）：
1. 炉顶段厚度：\[t=4.30 D - 12\] （公式编号：7.1.4-7）
2. 炉顶直线段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
3. 斜线段厚度：\[t=3.00 D - 8\] （公式编号：7.1.4-1）
4. 锥体段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
5. 炉身上段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
6. 过渡段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
7. 炉身中段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
8. 炉身下段厚度：\[t=1.00 D + 14\] （公式编号：7.1.6-1）
9. 炉缸段厚度：\[t=3.20 D - 7\] （公式编号：7.1.5-8）
7.1.6 外燃式热风炉壳体厚度计算
图7.1.6 外燃式热风炉蓄热室和燃烧室壳体：1-蓄热室炉顶段；2-蓄热室锥体段；3-蓄热室弧形段；4-蓄热室过渡段；5-蓄热室炉身段；6-蓄热室炉缸段；7-燃烧室炉顶段；8-燃烧室过渡段；9-燃烧室炉身上段；10-燃烧室炉身下段；11-燃烧室炉缸段；12-环梁段；13-联络管
外燃式热风炉蓄热室和燃烧室壳体各段的厚度可按下列公式计算（公式中：t为壳体钢板厚度，单位mm；D为壳体的内直径，单位m）：
1. 蓄热室炉顶段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
2. 蓄热室锥体段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
3. 蓄热室弧形段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
4. 蓄热室过渡段厚度：\[t=1.35 D + 21\] （公式编号：7.1.6-3）
5. 蓄热室炉身段厚度：\[t=3.70 D - 2\] （公式编号：7.1.6-6）
6. 蓄热室炉缸段厚度：（原文标注公式编号7.1.6-6，与蓄热室炉身段厚度公式一致，按标准执行）
7. 燃烧室炉顶段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
8. 燃烧室过渡段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
9. 燃烧室炉身上段厚度：\[t=1.00 D + 14\] （公式编号：7.1.6-7）
10. 燃烧室炉身下段厚度：\[t=3.40 D - 2\] （公式编号：7.1.6-9）
11. 燃烧室炉缸段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
7.1.7 外燃式热风炉混风室壳体厚度计算
图7.1.7 外燃式热风炉混风室壳体：1-炉顶段；2、3-炉身上段；4-过渡段；5、6-炉身下段；7-炉缸段
外燃式热风炉混风室壳体各段的厚度可按下列公式确定（公式中：t为壳体钢板厚度，单位mm；D为壳体的内直径，单位m）：
1. 炉顶段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
2. 炉身上段厚度：\[t=6.70 D\] （公式编号：7.1.7-6）
3. 炉身上段与热风管道连接处厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
4. 过渡段厚度：（原文未列具体公式，按标准执行）
5. 炉身下段厚度：（原文标注“t=4.5”，需结合标准完整公式执行，同时关联盲板力公式：\[N=\frac{1}{4} \pi d^{2} p_{c}\] （公式编号：7.1.8-2））
公式7.1.8-2中：N为拱顶联络管盲板力（单位N）；d为拱顶联络管内径（单位mm）；pₙ为高炉鼓风机最大出口气体压力（单位MPa）。
6. 炉身下段与热风管道连接处厚度：\[t=4.50 D\] （公式编号：7.1.7-4）
7. 炉缸段厚度：\[t=7.60 D\] （公式编号：7.1.7-5）
7.1.8 拱顶环梁强度验算
拱顶环梁型外燃式热风炉燃烧室和蓄热室拱顶壳体之间设置的环梁强度应按下列公式验算：
\[\frac{N}{2 A_{n}} \pm \frac{M_{x}}{W_{n x}} \leq S_{m}\] （公式编号：7.1.8-1）
公式中参数说明：
- N：拱顶联络管盲板力（单位N）；
- Mₓ：蓄热室和燃烧室之间沿高度方向的不均匀膨胀量产生的弯矩（单位N·mm）；
- Aₙ：拱顶环梁的净截面面积（单位mm²）；
- Wₙₓ：环梁的净截面模量（单位mm³）；
- Sₘ：钢材的许用应力（单位N/mm²）；
- l：环梁的计算长度，取燃烧室和蓄热室拱顶壳体中心线之间的距离（单位mm）；
- Δ：蓄热室和燃烧室之间沿高度方向的不均匀膨胀量，一般取15mm~20mm；
- E：钢材弹性模量（单位N/mm²）；
- Iₓ：环梁的毛截面惯性矩（单位mm⁴）。
7.1.9 壳体结构弹性计算分析
热风炉壳体结构计算时，应采用大型有限元程序，按壳体的实际尺寸和开孔以及联络管的实际尺寸等建立实体模型，并应根据生产过程中在壳体上可能同时作用的荷载，对壳体结构进行弹性计算分析。当量应力的许用极限值应符合下列规定：
- 壳体结构连续部位中面当量应力的许用极限值应取1.0 Sₘ'，内、外表面当量应力的许用极限值应取1.5 Sₘ'。
- 壳体结构不连续部位中面当量应力的许用极限值应取1.5 Sₘ'，内、外表面当量应力的许用极限值应取3.0 Sₘ'。
注：Sₘ'为钢材在计算工况下的许用应力（单位N/mm²），按相关材料标准取值。
7.1.10 壳体开孔塑性发展要求
对壳体开孔周边区域的塑性发展及应力重分布，当采用局部弹塑性理论分析时，塑性扩展区域不得沿孔洞周向贯通，最大塑性扩展区域不应大于板厚。
7.1.11 壳体锚栓强度计算
壳体结构与基础相连的锚栓应沿圆周等距排列，锚栓强度应按下列公式计算：
1. \[\frac{2 N_{1} \pi R_{Q} - G_{k}}{n A_{n}} \leq S_{t}^{a}\] （公式编号：7.1.11-1）
2. \[N_{1}=\frac{M}{\pi R_{Q}^{2}}\] （公式编号：7.1.11-2）
公式中参数说明：
- Aₙ：一个锚栓的净截面面积（单位mm²）；
- n：锚栓数量（单位个）；
- Gₖ：壳体结构承受的永久荷载，包括壳体自重、拱顶内衬重量、管道及设备重量、平台及各种支架上的永久荷载标准值（单位N）；
- N₁：由风荷载或水平地震作用产生的锚栓所在圆的单位周长上最大纵向拉力（单位N）；
- M：假定壳体结构嵌固于基础上，炉底处由风荷载或水平地震作用产生的较大弯矩（单位N·mm）；
- R_Q：锚栓至热风炉中心的距离（单位mm）；
- Sₜᵃ：锚栓的许用应力（单位N/mm²）。
7.1.12 地脚锚栓强度验算
壳体结构安装时，地脚锚栓强度应按相关公式验算（原文未列具体公式，公式中G₀为壳体结构自重，单位N，其余参数按7.1.11条关联取值，按标准完整要求执行）。
7.2 构造
7.2.1 壳体转折连接
壳体转折处的连接宜圆弧过渡。
7.2.2 管道连接构造措施
与管道连接的壳体应采取分散管道盲板力的构造措施，管道与壳体的焊缝应满足受力要求。
7.2.3 管道伸入壳体长度要求
与壳体相连的管道宜伸入壳体内，但不应超过20mm。
7.2.4 壳体对接焊与开孔位置
壳体纵横方向对接焊时，接头形式应符合本标准第6.1.4条的规定。孔边缘距纵向焊缝的距离不宜小于150mm。
7.2.5 壳体开孔补强要求
壳体上开孔直径大于800mm时，宜对开孔的钢板加厚，加厚范围宜为开孔直径的2倍，厚度可为同带或邻带钢板的1.5倍~2倍。也可采用加强板的方法对开孔进行补强，加强板的厚度应由计算确定。
7.2.6 内燃式与顶燃式热风炉底板要求
内燃式和顶燃式热风炉底板厚度宜与炉缸段壳体厚度相同，相接处应圆弧过渡。
7.2.7 外燃式热风炉底板要求
外燃式热风炉的蓄热室底板厚度应与炉缸段壳体厚度相同，相接处应圆弧过渡；燃烧室和混风室的底板宜采用蝶形封头，厚度宜为炉缸段壳体厚度的1.5倍，与炉缸段壳体相接处应圆弧过渡。
7.2.8 外燃式热风炉拱顶联络管连接
图7.2.8-1 环梁连接示意：1-燃烧室；2-蓄热室；3-环梁；4-波纹补偿器
图7.2.8-2 拉杆连接示意：1-燃烧室；2-蓄热室；3-拉杆；4-波纹补偿器
外燃式热风炉燃烧室与蓄热室拱顶联络管应设波纹补偿器，两拱顶间宜采用环梁连接，也可采用拉杆连接。拉杆数量不应少于4根并沿联络管圆周等距排列。
7.2.9 热风出口加强措施
内燃式和顶燃式热风炉热风出口处，宜根据工艺要求设置加强环梁或加强环板。
7.2.10 壳体与管道连接处加强
热风炉壳体与管道连接处宜沿管道周围设置加劲肋加强。
7.2.11 内燃式与顶燃式热风炉锚栓要求
内燃式和顶燃式热风炉炉缸段壳体与基础相连的锚栓直径，可根据不同的炉容级别计算确定，螺栓直径不宜小于40mm~60mm，锚栓间的夹角宜为10°。
7.2.12 外燃式热风炉锚栓要求
外燃式热风炉蓄热室的炉缸段壳体与基础相连的锚栓直径不宜小于60mm，锚栓间的夹角宜为10°。燃烧室和混风室的炉缸段壳体与支架连接的螺栓直径不宜小于40mm，螺栓间的夹角宜分别为18°和30°。
7.2.13 壳体对接焊缝拼接要求
壳体对接焊缝拼接处，内侧应对齐。当钢板厚度不同时，焊缝坡口形式应根据较薄焊件厚度按本标准第6.3.2条的要求做成斜角。
7.2.14 壳体保温措施
热风炉高温区段以上的壳体，应根据工艺要求采取保温措施。
7.2.15 锚栓加长与烘炉操作
炉缸段壳体与基础相连的锚栓应加长，加长量不宜小于80mm。烘炉前应将螺帽松开，烘炉后再拧紧螺帽。
7.2.16 锚栓防雨罩设置
图7.2.16 防雨罩示意：1-炉缸；2-环板；3-防雨罩
在热风炉烘炉后，地脚锚栓上部宜加设防雨罩。