高炉炉壳延长一代炉龄研究介绍

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1、宝钢1BF炉壳延长一代炉龄研究回顾和设想作者：上海宝冶工程技术公司卢静提要：本文是老文新发，一是完成考核任务，二是想提点建议为宝冶建设产业献策供有关领导参考。一、概况：宝钢1＃高炉始建于一九七八年，一九八五年九月建成并点火投产，一九九六年三月停炉大修。按国内贯例大修的定义基本上将高炉主要结构更新或加固，尤其是炉壳上部承受高的温段，大多数厂家是采取拆除更新。宝钢1＃高炉大修打破传统的做法，对高炉整体进行全过程的调查试验测试分析后得出结论。炉壳结构性能满足第二代炉龄要求，不需要更新。就是说1＃高炉炉壳钢板还可以使用10年以上。宝钢1

2、＃高炉全套设备是从日本引进的。高炉容积为4036m3，是世界最大高炉之一，设计年产铁300万吨，大修前止已产铁3000多万吨，炉壳钢板总重量400多吨。钢板材质是以日本SM50B为主体，板厚从45mm～90mm不等。焊接方法有丝极电渣焊、熔咀电渣焊、手工电弧焊三种，制造安装质量是当时世界上最高水平。4036m3大高炉，设备繁多，对炉壳影响的因素众多复杂。能以科学的、准确的作出炉壳还可以使用10年以上。它的构思是一个大胆且具有很大的风险性。高炉大修的日期已确定，如果炉壳更新其准备工作是大量的。定货、制造、安装一系列工作都要在二年前

3、确定下来，否则将直接影响高炉的按期出铁，事关重大。二、研究方案及检测试验项目：1.研究方案：以失效学理论为依据设计研究方案。高炉炉壳失效主要模型为裂纹形成──裂纹扩展──炉壳崩裂。裂纹是合成应力作用的结果，炉壳合成应力中份量最大的是炉壳温度不均匀造成的热应力，此外，合成应力的大小不断地变化着，属于循环应力中变幅波动拉伸应力。因此，高炉炉壳裂纹主要是循环应力导致的疲劳裂纹，这是研究的内容之一；研究内容之二是长期工作在室温以上（某些发红区温度可达到材料相变温度）的炉壳材料本身组织结构和性能变化。根据失效分析一般思路，1BF炉壳评估的

4、分析框图如下：查明炉壳广义以循环应力疲劳查明炉壳材服役应力包括应力、＝＞破坏作为失效主，＜＝8年后的组织和温度、腐蚀环境要模式，疲劳计性能及今后的变算判据化预测评估意见根据框图，确定课题组从两方面展开检测和试验，一方面通过现场测试与计算，掌握炉壳表面温度、应力、炉体变形等广义应力数据。另一方面研究材料现状和发展趋势，包括通过不损伤检测，了解材料表面和内部缺陷、壁厚、硬度变化、腐蚀情况以及通过微损伤套料取样进行材料组织结构、机械性能与断口、疲劳强度、应变时效等试验。此外，还进行了影响炉壳利用的基础砼强度测试。在上述两方面检测和试验

5、结果基础上，进行讨论、研究以形成评估意见。具体检测，试验项目如下：2.检测、试验项目：查明炉壳广义应力部分有：ａ.宝钢1＃高炉本体炉皮调查报告ｂ.宝钢1BF炉壳残余应力测试ｃ.宝钢1BF炉壳工作应力测试ｄ.宝钢1BF炉壳外表面温度测试ｅ.宝钢1BF炉壳变形测试ｆ.宝钢1BF炉壳工作特性测试ｇ.宝钢1BF炉壳计算分析查明炉壳材料服役8年后的现状及预测今后变化的部分有：ａ.宝钢1BF炉壳无损探伤测试ｂ.宝钢1BF炉壳壁厚测试ｃ.宝钢1BF炉壳硬度测试ｄ.宝钢1BF炉壳机械性能测试ｅ.宝钢1BF炉壳金相测试ｆ.宝钢1BF炉壳断口测试ｇ

6、.宝钢1BF炉壳化学分析ｈ.宝钢1BF炉壳腐蚀情况调查ｉ.宝钢1BF炉壳应变时效试验ｊ.宝钢1BF炉壳材料疲劳试验ｋ.宝钢1BF炉壳基础砼强度测试此外，还介绍了高炉炉壳取样方法及设备。三、测试结果及综合分析：1.广义应力状况：用盲孔法实测了1BF休风状态炉壳不同部位上12个点的应力，最大拉伸主应力点在风口处，达206.3Mpa，其次在CP38－18为177.8MaP，送风后的拉伸主应力在风口处达70MPa，由于两者测点不重叠，主应力方向不一致，不应叠加。此实测应力与有限元法计算应力有较好对应性，有限元法计算最大应力也在风口区，环

7、向应力为202MPa。测得炉体最大变形为直径方向－14mm（比设计轮廓凹过14mm）。测得基础砼平均强度为39.9Mpa，为设计标号C25的1.59倍，未发现有害裂缝及破损。1993年2月测量炉壳温度，仅在39段315°处的温度为215℃，其余都在124℃以下。以上结果说明1BF投产8年后，由于管理维护措施得当，炉役后期发生的发红区已被遏制，炉壳的温度与应力基本上在正常范围内。2.炉壳材料现状及变化趋势：研究内容分炉壳表面不损伤检验与微损伤取样检验。原则之一是尽可能扩大不损伤检验部位，尤其是发红区，但是在不停产情况下，利用五次定

8、修时间所能检验的范围，毕竟只占炉壳表面积的一小部分；原则之二是尽可能少取样，取小样，对炉壳强度损伤尽量小，因此共钻取φ30*50mm样品3个，φ122*50mm样品2个，在这些样品上精心排样，切取试样进行拉力、冲击、疲劳、应变时效及化学分析、金相、硬度等试验。因