1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 0.00 (0 Votes)

Журнал "Теория и практика металлургии" №3 за 1998г.ISSN 1028-2335.

 

ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТОЛСТОСТЕННЫХ ТРУБ ОХЛАЖДЕНИЯ В КОНСТРУКЦИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ МОДУЛЕЙ ШАХТ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ 

Чеченев В.А. - первый заместитель генерального директора ОАО "Днепродомнаремонт", к.т.н., чл.-корр. АИНУ


        Рассмотрены особенности изготовления и эксплуатации толстостенных труб охлаждения в конструкции крупногабаритных модулей шахт доменных печей. Установлено, что изготовление элементов охлаждения из толстостенных труб методом холодного гиба не обеспечивает необходимого их качества вследствие образования микротрещин в поверхностном слое, что может быть причиной выхода из строя труб при изменении температур и термических циклов.
        Features of fabrication and service of thick-wailed pipes in large-size cooling modules for blast furnace stacks are addressed. It was found that application of cold bending of thick-walled tubes does not ensure the desired quality of the cooling elements. The accompanying microcracking in the surface layer may lead to pipe failure as a result of temperature variation and thermal cycles.

        В конструкции крупногабаритных модулей шахт доменных печей [1] элементами охлаждения являются изогнутые в виде скоб толстостенные трубы (D=70, 76 или 95 мм; d = 14 или 16 мм) из ст. 20. Большое значение в обеспечении надежности этой конструкции имеет решение вопроса об узле вывода труб охлаждения через кожух модуля. Этот узел должен удовлетворять двум требованиям: быть прочным, газоплотным и одновременно обеспечивать компенсацию термических деформаций стальных толстостенных труб (скоб) относительно кожуха модуля.
        В работах [2] рассмотрены варианты возможных путей решения этой задачи за счет применения специальных компенсаторов или дополнительного изгиба труб в срединном их сечении. Второй путь более перспективен, т.к. привлекает своей простотой в реализации, не требует дополнительных затрат в изготовлении компенсаторов и надежен.
        Однако при изготовлении гнутых толстостенных скоб в месте гиба неизбежно образование их разнотолщинности: уменьшается толщина стенки на внешней части гиба и увеличивается на ее внутренней части. По нашим данным превышение толщины стенки в сжатой зоне над ее толщиной в растянутой зоне может быть более чем в два раза. Это сопровождается увеличением напряжений в зонах изгиба труб на 10-15%, что может быть причиной их разрушения или образования трещин (рис.1). Даже если разрушение трубы в процессе холодного изгиба не произошло, данные металлографических исследований (рис.2) свидетельствуют об образовании многочисленных дефектов в поверхностном слое труб в местах их изгибов. Это может стать причиной последующего разрушения трубы при эксплуатации вследствие реализации микротрещин за счет напряжений, вызванных температурным градиентом по толщине стенки труб.



        Поэтому представляет интерес вопрос о возможном уровне напряжений, возникающих в толстостенных трубах вследствие неравномерного прогрева по толщине.
        Примем, что температурное поле симметрично относительно оси трубы, постоянно по ее длине, а модуль упругости Ене зависит от температуры.
        В литературе подробно представлено решение этой задачи для случаев распределение температуры по толщине трубы по линейному и логарифмическому законам [3, 4]. Для линейного распределения можно представить следующие соотношения [3]:



        Важным показателем стойкости труб охлаждения в конструкции крупногабаритных модулей шахт доменных печей является их способность сопротивляться циклическому действию термических напряжений.
        В процессе эксплуатации доменной печи, вследствие неравномерного хода, нарушения ее теплового состояния, в элементах конструкции возникают температурные циклы. В частности, в течение 1 суток возможно приращение температуры на внешней поверхности труб до dt равного 30°С, повторяющееся в среднем около 10 раз. В течение года возможно несколько теплосмен из-за перевода водяной системы охлаждения на испарительную и обратно.
        Для оценки долговечности конструкции при таких циклических термонагрузках можно воспользоваться универсальной формулой [5]:



        В таблице 2 приведены данные расчета величин деформаций и количества циклов смены температур, которые может выдержать труба охлаждения до ее разрушения в конструкции крупногабаритного модуля шахты доменной печи (оба вывода трубы приварены к кожуху). Из приведенных данных следует, что разработанная конструкция имеет высокий запас прочности и может обеспечить надежную работу шахты доменной печи.





ЗАКЛЮЧЕНИЕ

        1.Применение толстостенных стальных труб в качестве элементов охлаждения в конструкции крупногабаритных модулей шахт доменных печей оправдано с точки зрения их сопротивления циклическому действию термических напряжений.
        2.Изготовление элементов охлаждения из толстостенных труб методом холодного гиба не обеспечивает необходимого их качества вследствие образования микротрещин в поверхностном слое, что может быть причиной выхода из строя труб при изменении температур и термических циклов.
        3.3. Для широкого внедрения в практику доменного производства крупногабаритных охлаждаемых модулей целесообразно организовать централизованное изготовление труб охлаждения на специализированном предприятии с обязательным контролем качества места гиба ультразвуком.


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

        1.Пат. UA №14336 Украины, МКИ4 F 27 D 1/08. Способ изготовления шахты доменной печи / Ю.П.Горлов, С.Т.Плискановский, В.А.Чеченев и др. - Опубл. 25.04.97, Бюл. №2.
        2.Чеченев В.А. К вопросу о рациональных параметрах труб охлаждения в конструкции крупногабаритных модулей шахт доменных печей (сообщение 1-3) // Теория и практика металлургии. - 1998. - №1. - С.56-60; №2. - С.55-57.
        3.Сопротивление материалов / Г.С.Писаренко, В.А.Агарев, А.Л.Квитка и др. - Киев: Техника, 1967. - 792с.
        4.Прочность, устойчивость, колебания: Справочник в трех томах. -М.: Б.и., 1968.-Т.2.-464с.
        5.Москвитин В.В. Циклические нагружения элементов конструкций. - М.: Наука, 1981. - 344с.