在炼铁出产中，引进的小拱顶顶燃式热风炉热风出口内衬旋砖常常呈现变形、炉壳发红、热风出口垮塌、拱顶垮塌炉壳开裂等情况。这不只致使热风炉温度持久处于不不变下降风温运转状况，并且严峻时会致使停产检验，给企业带来庞大的经济丧失。阐发这些题目发生的底子缘由，在于炉衬耐材布局设想的应力集合和炉壳加工焊接应力集合而至。经进一步阐发，这两类应力集合发生，是因为炉衬上部接纳了优良高缩短硅质耐火砖砌筑的锥形拱顶，该拱顶与砌筑在热风出口直段的大墙毗连构成了一种出格熄灭室布局。该熄灭室布局限定在上小下大的锥形炉壳内，当热风炉处于烘炉及加热进程中，构成耐火材料缩短，就会构成更加庞杂的应力集合，会构成热风出口耐材砌体变形，炉壳受力开裂。同时，在周期性4公斤/平方厘米～5.5公斤/平方厘米的送风气体压力感化下，热风炉在持久运转进程中，热风炉炉衬应力集合部位就会发生热委靡粉碎、炉壳焊缝侵蚀开裂等弊病。是以，为削减和消弭应力集合，确保热风炉布局不变长命，就火急须要对现有顶燃式热风炉熄灭室布局停止优化改良。

　　立异设想炉壳布局 应力集合减退衰减

　　最近几年来，国际外热风炉设想专家及其团队竭尽心思，设想践行出不少进步前辈合用且合适炼铁出产宁静现实的长命高风温热风炉布局，鞭策我国热风炉宁静出产登上了新台阶。比方，首钢一级迷信家，京唐钢铁公司总设想师、京唐钢铁公司炼铁装备专家、总工程师张福明传授连系持久不变运转的外洋自力悬链线熄灭室布局和热风炉自力锥形拱顶布局的优胜手艺特色，连系现有顶燃式热风炉炉壳开裂和热风出口粉碎垮塌等实际研讨，发了然《顶燃式热风炉圆弧拟合悬链线自力拱顶布局》新的手艺功效（图3），遭到了炼铁界的接待。该设想功效是对现有受力分歧理的顶燃式热风炉锥形拱顶（图 1、图2）实行了圆弧拟合悬链线布局（图3）和自力支持拱顶的受力改良（图4）。

图1为传统小帽子顶燃式热风炉熄灭室锥形体拱顶布局

图2为实际中锥形砌体内衬低温受力致使锥形砌体中部往下突出变形、下部拱脚部位变形外扩致使耐材砌体受力和球面部位炉壳受力状况表示图

图3为连系国际国际实际考证的悬链线拱顶布局优化锥形砌体受力均衡表示图

图4为将拟合悬链线拱顶布局与下部热风出口直段分手，削减叠加应力，不变长命布局表示图

　　同时，豫兴公司的自力支持拱顶装配顶燃式热风炉（图4，在国际国际利用和在建数百座停止了实际考证）、张福明及其和他的团队发明的自力支持拱顶装配的拟合悬链线顶燃式热风炉（图3）、中冶京诚四段式布局（图4）外洋公司顶燃式热风炉等等均也纷纭接纳避免和削减应力集合的不变布局，并实行了停止了数千百座热风炉持久的实际考证。这些解释了为避免和削减热风炉炉衬和炉壳应力集合，数千百名迷信家持久努力于优化热风炉熄灭室布局、熄灭器布局、热风出口布局、热风出口与炉体的毗连体例等办法，处置了高风温热风炉利用寿命短的个性手艺题目，也给热风炉设想任务者供给了迷信的设想根据。

图5为图2对应，锥形熄灭室拱顶应力集合致使的热风炉拱顶应力坍塌

图6为图2对应，应力集合致使的热风炉热风出口坍塌

图7为应力集合致使的热风炉炉壳焊缝拉开开裂

　　热风炉炉壳在校订焊接或运转进程中，炉壳也会呈现裂纹、焊缝开裂，乃至偶然会呈现炉壳拱顶与壳体分手等风险景象发生。碰到了焊缝开裂或拱顶与壳体分手，普通情况下，人们常常不阐发是甚么缘由构成如许的变乱，就毫无忌惮地停止二次校订焊接。可是，炉壳在焊接进程中发生的裂纹，普通城市呈现在炉壳内壁，焊缝里面看上去无缺无损，颠末低温运转后，呈现的侵蚀介质渗进裂纹裂痕中致使炉壳里面焊缝开裂，普通接纳的办法便是在焊缝处补焊一块钢板，让热风炉持续运转。经处置运转一段时辰后，又呈现补焊部位焊缝开裂，致使漏风或宁静隐患存在。某企业对炉壳裂纹停止了检测，论断是应力侵蚀。也有材料先容说，炉壳焊缝开裂是由晶间侵蚀或说是应力晶间侵蚀构成的。但不少专家却以为，这类说法不完整精确。

　　究其缘由，先来切磋甚么是晶间侵蚀？晶间侵蚀是指侵蚀沿晶界停止。其风险性很大，因为它凡是不会引发金属外形的任何变更，但却能使金属的机器机能急剧下降，乃至引发俄然粉碎（这类粉碎常常令人始料不迭，它让你看到的都是无缺亮光无损的金属外表，但金属间连系力被粉碎，材料几近丧失强度，严峻者悄悄敲击便成为粉末）。晶间侵蚀发生的缘由，普通以为是钢材自身的碳与铬构成 (Cr23C6）铬碳化物，这类铬的碳化物沿晶界析出时，就会发生碳化物四周局部贫铬地区。当贫铬地区局部铬含量下降到不锈钢耐侵蚀所需的最低含量以下，就会发生晶间侵蚀，即“晶间贫铬实际”。这申明发生晶间侵蚀的钢材是含铬量高的不锈钢，如奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti、2Cr18Ni9、马氏体不锈钢1Cr13、2Cr13等；也申明热风炉不锈钢炉壳在校订焊接时，应出格注重防备焊接进程中，呈现焊接缺点，构成热风炉运转进程中，在3公斤/平方厘米~5公斤/平方厘米交变热应力感化下，炉壳焊缝缺点处发生委靡，构成焊缝开裂。

　　我国热风炉所用的材料绝大局部是含碳量≤0.2%的高强度低合金布局钢，如Q345C、Q345R等。它们的化学成份中的Cr≤0.30%，与“晶间贫铬实际”中的Cr含量相差甚远，以是不会发生晶间侵蚀。

　　所谓应力侵蚀是在静应力（金属的表里应力）感化下，金属在侵蚀介质中的粉碎称为应力侵蚀。侵蚀委靡是在交变应力感化下，金属在侵蚀介质中的粉碎称为侵蚀委靡。应力侵蚀与侵蚀委靡，是应力与介质两种身分配合感化下所发生的粉碎情势。应力侵蚀比拟精确。

　　查询拜访阐发以为：炉壳在校订焊接进程中，焊缝裂纹是炉壳钢板在加工成型进程中，因为钢板的永远变形而发生材料内部构造应力；再加上加工进程中的精度偏差，会给炉壳校订、焊接构成很大的影响。在热风炉炉壳校订焊接进程中，炉体大墙部位、熄灭室下部布局简略，校订焊接比拟轻易，普通情况下不会发生焊缝开裂景象。可是熄灭室以上部位（含熄灭室）是炉壳布局庞杂的部位，该部位是熄灭室与热风出口相毗连的处所。其多少外形变更比拟大，轻易呈现焊接缺点，也是应力集合偏向最严峻的部位。是以，焊缝开裂几近全数发生在这个部位。

　　专家们阐发以为：在热风炉熄灭室部位因为布局庞杂，在校订焊接进程中会呈现堆集偏差，构成圆环合拢处错位，须要用钢钎撬动或用夹板与螺栓紧固撬动，强行合拢，如许被撬动钢板的曲折部位会发生应力集合。焊接前若是把钢钎或夹板和螺栓松开，钢板就会规复到原位，应力集合就会主动消弭。这是因为钢板发生的弹性变形，在消弭外力感化后，规复真相消弭了应力集合。而咱们撬动钢板的方针是合拢，合拢的方针是焊接。当炉壳钢板在外力感化下强行合拢后，由弹性变形转变为永远变形，钢板的受力曲折部位便是应力集合的处所，但不是外力感化的部位。是以，在校订进程中，要尽能够削减和避免炉壳撬动合拢。炉壳校订进程中钢板曲折处发生的应力集合，是钢板在外力感化下，强行合拢构成弹性变形转变为永远变形发生的应力集合。焊接进程发生的应力集合，是钢板被强行合拢后，把钢板与钢板毗连处的裂痕加热焊接，使焊区熔池中的液体金属处于很高的温度（可达2000℃以上），构成焊缝焊接时加热缩短，而停焊时冷却缩短，发生应力集合。那末，撬动合拢钢板曲折处发生的应力集合与焊接时，外力感化部位在焊接进程发生的应力集合及各部位焊接进程，加热冷却发生的应力集合接洽在一路，便是更加庞杂的应力集合。弹性变形转变为永远变形后，当发生的应力集合大于外力感化，加上焊接加热冷却时发生的应力集合，在外力撤出后， 短时辰内就会发生巨响，乃至会构成拱顶与壳体分手。若是外力感化处的焊接应力大于曲折变形处的应力时，炉壳焊缝应力集合仍然存在。内壁焊缝会呈现两种能够：一种是应力集合发生的裂纹，热风炉颠末一段时辰运转后，就会呈现炉壳外表的焊缝开裂；别的一种是有应力集合但不发生裂纹，这便是最抱负的热风炉炉壳。因为有裂纹和不裂纹的应力集合，都能够在热风炉烘炉和运转进程中，经由进程野生时效的体例削减和消弭应力集合。如许的炉壳，应当是长命命的炉壳（有焊接缺点的除外）。

　　果断避免焊缝开裂 炉壳宁静又长命

　　专家们阐发以为，炉壳在校订焊接进程中， 发生的气孔、松散、夹渣、龟裂等焊接缺点与撬动合拢发生的应力集合、原材料的含硫量及其焊接手艺都有直接或直接的干系。因为焊接进程中碰到撬动合拢变形发生的应力集合处，焊条融化致使撬动变形处发生微变形，焊条在融化进程中轻易构成焊接缺点。若是原材料含硫量太高，在焊接加热与冷却进程中，颠末1150℃~1200℃之间的时辰，发生热脆景象，轻易构成龟裂和蔼孔等焊接缺点。若是焊接职员不领会撬动合拢应力集合和原材料焊接机能停止焊接，发生焊接缺点的几率就会更大。是以，焊工在焊接前，应当具体领会炉壳所用的原材料和炉壳的加工和焊接工艺，而后再停止焊接。若是发生了焊接缺点，必然会影响炉壳的利用寿命。因为在热风炉运转进程中，遭到周期性3公斤/平方厘米~5公斤/平方厘米气体压力感化，焊接缺点发生的气孔、松散、同化、龟裂等尖角部位又会发生应力集合，在应力感化下发生微裂纹，侵蚀介质进入微裂纹侵蚀，一向延长到炉壳外表看到焊缝开裂。这应当是应力侵蚀和侵蚀委靡构成的恶果。

　　专家们还阐发以为，热风炉炉壳在校订焊接进程中，因为变形发生的应力集合和焊接发生的应力集合构成的焊接裂纹与焊接缺点，在热风炉运转进程中，在周期性3公斤/平方厘米~5公斤/平方厘米压力感化下，应力集合构成的运转裂纹城市在周期性压力和侵蚀介质感化下，裂纹愈来愈深，愈来愈长，介质侵蚀也愈来愈严峻，直到人们发明炉壳内部焊缝开裂。这应当是应力侵蚀的全进程，是热风炉炉壳寿命短的主要缘由。

　　炉壳选材慎之又慎 宁静出产警钟长鸣

　　今朝，我国顶燃式热风炉炉壳开裂时接纳的处置办法有以下几种：

　　办法一：沿焊缝两侧10厘米～20厘米热影响区炉壳停止切割（内裂痕地区），而后接纳新的钢板弥补焊补接。但如许的弥补焊接体例会使焊缝增添一倍，会致使焊缝新的热影响区内部炉壳再次龟裂发生，宁静隐患更大。这类体例不是很好的处置裂痕的体例，会使焊缝周向发生新的焊接应力裂纹及侵蚀开裂。

　　办法二：选用压力容器钢板Q345C+904L复合钢板或Q345R+904L复合钢板，都获得了较好的处置结果。

　　不管接纳办法一或办法二，固然都能处置炉壳开裂题目，可是都须要单座热风炉停炉切割炉壳或挖补炉壳实行维修，维修工程量大且停炉时辰长，影响风暖和企业效益。以5000m3级别高炉配套4座顶燃式热风炉切割炉壳大修为例：维修工期约一年时辰，其切割维修影响企业经济效益约莫在1.5亿元至1.6亿元之间；若是接纳挖补维修，维修期普通为8个月摆布，其用度和企业经济丧失也在亿元摆布，丧失比拟大。

　　综合接纳炉外增添一层Q345R炉壳，新老炉壳之间增添保温材料（宁肯接纳Q345R，也不能再接纳具备热脆、冷脆、气孔、焊接瑕疵且具备加工残存应力毁伤的Q345C），可确保内层老炉壳温度大于100℃，冷凝水珠变为蒸汽蒸发，避免熄灭和送风进程中大批天生的氮氧化物和硫化物气体与挂在炉壳壁上的冷凝水珠连系，构成酸根侵蚀介质侵蚀应力毁伤的钢壳构造和焊缝裂纹（该炉壳处置体例已报告国度专利）。

　　别的一种是良多单元罕见的体例，便是让低温地区炉壳温度大于100℃乃至到150℃～180℃， 方针也是让冷凝水珠变为蒸汽蒸发，避免冷凝水珠与氮化物、硫化物天生侵蚀介质，但如许做会大大增添热风炉的散热丧失。笔者简略核算散热丧失，根据日产12000吨铁产能，整年根据350天、420万吨铁产能，若是炉壳均匀温度为90℃，其每小时散热丧失为702240千卡/（小时·座），折合煤气量为936.32立方米/（小时·座），折合煤气耗损量为7.49立方米/吨铁，整年炉壳散热丧失折合煤气用量31458000立方米；若是炉壳均匀温度为 120℃，其每小时散热丧失为1083760千卡/（小时·座），折合煤气量为1445.01立方米/（小时·座），折合吨铁煤气耗损量为11.56立方米/吨 ，整年炉壳散热丧失折合煤气用量48552000立方米；若是炉壳均匀温度150℃，其每小时散热丧失为1526080千卡/（小时·座），折合煤气量为 2034.77立方米/（小时·座），折合煤气耗损量为16.26立方米/吨，整年炉壳散热丧失折合煤气用量68376000立方米。炉壳均匀温度由90℃增添到150℃，每一年多华侈36918000立方米煤气，跨越了炉壳90℃时的热丧失（熄灭室炉壳温度低于90度为惯例设想，若是接纳豫兴的这项专利对熄灭室实行外保温，其节能本钱将更高）。下降效力、在增添燃料本钱、氮氧化物增添、二氧化碳排放增添、企业效益下降，这是得失相当的行动。而新增添的外覆部炉壳既能够承压承重又能够避免散热丧失，节俭燃料、进步效力、减氮减碳，还不须要单座热风炉停产，能够完全消弭炉壳开裂的宁静隐患。

　　上述应力集合的阐发申明，要想处置砌筑的耐材受力致使的应力集合，就要从耐材砌筑布局的加热受力动手。豫兴四段式热风炉便是接纳把热风出口直段和锥段做了避免应力集合的分手处置体例，锥形拱顶和热风出口直段各自自力支持，削减了应力集合，很好地处置了现有顶燃式热风炉热风出口受力粉碎题目，保证了熄灭室布局和热风出口布局的不变长命。首钢张福明专家团队提出的拟合悬链线布局处置了熄灭室部位别的三个题目：其一是接纳悬链线拱顶拟合布局，完全处置了原熄灭室锥段分歧理受力致使的锥形拱顶中部砌体下垂，而拱脚部位受力使锥形拱顶喇叭口直径扩展粉碎耐材墙体；其二是锥形拱顶的剪切应力、重力、下滑力综合感化对锥形拱顶中部的分歧理受力致使锥形中部下垂，拱脚部位受力使锥形拱顶喇叭口直径扩展，致使炉壳球面部位钢壳受力毁伤和应力侵蚀开裂；其三是将熄灭室直段和砌筑在下面的锥形拱顶优化为拟合悬链线拱顶布局并实行分手设想，有用转移分手了应力，处置了耐材应力和钢壳应力感化。再经由进程转变炉壳材质，接纳顺应大型高炉高风温、高风压热风炉请求的压力容器炉壳钢板Q345R替换Q345C炉壳钢板，用简略易行的体例完全处置侵蚀开裂景象，确保熄灭室内衬耐材和炉壳消弭一切应力从而完成不变长命高风温方针。（刘世聚）