热风炉是为高炉加热鼓风的设备,是现代高炉不可缺少的重要组成部分。随着高炉结构向现代化、大型化的发展,前苏联的炉壳设计理论及计算公式已不能满足现代热风炉炉壳设计要求。世界钢铁强国(美、日)炉壳钢结构发展较快,其先进性体现在以下三点:一、先进的计算手段;二、通过炉体内部实验研究,对炉壳结构荷载作用机理有深入了解;三、对炉壳结构破坏模式的正确认识。相对于我国而言,到目前为止还没有高炉结构统一的设计概念,缺乏明确的炉壳设计控制标准。为了满足我国现阶段炼铁设备的设计要求,由中冶赛迪工程技术股份有限公司主持编制我国炼铁设备的结构设计规范。本课题以编制规范为契机,旨在提高对高炉结构的认识水平,为设计安全可靠的现代大型热风炉炉壳钢结构提供理论依据,缩小与发达国家的差距。论文的核心内容有以下四点:一、介绍炉壳结构用钢。结合已建的太钢4350m~3高炉热风炉炉壳所用钢材,说明它与一般结构用钢的不同,有其特殊要求;二、利用《钢铁企业冶炼工艺炉技术规范》(送审稿)和《钢制压力容器-分析设计标准》(JB4732-95)分别对太钢热风炉炉壳厚度进行设计,并将设计结果与实际炉壳厚度作对比,得出两种炉壳厚度设计的利弊;三、利用ANSYS有限元软件对热风炉建立整体模型,并对炉壳钢结构进行各种单项荷载作用下和最不利荷载工况下的整体弹性有限元分析,考察炉壳上应力、应变值,研究炉壳开孔处应力集中系数变化规律。利用规范提出的炉壳控制标准进行结构安全性评定,并对比压力容器规范的评定结果;四、对开孔及接管区域进行子模型弹塑性有限元分析,得到这些区域真实应力状态,研究炉壳局部塑性区域分布和开展范围,为热风炉炉壳设计和建设提供科学依据。最后从分析结果得出,新规范关于热风炉炉壳钢结构中炉壳设计控制标准是安全可靠的。其中,通过孔口及接管区域应力集中系数的研究和弹塑性分析,可以为降低应力集中所采取的方法提供理论指导。