應力在線監(jiān)測技術在高爐爐殼應力狀態(tài)評估中的應用

某鋼廠高爐在服役后期，爐殼P10和P26段出現發(fā)紅、變形、裂紋等。為了解高爐在工作狀態(tài)下爐殼應力狀態(tài)變化情況，聚航科技配合該鋼廠針對高爐開裂變形嚴重的部位進行了為期3個月時間的應力狀態(tài)現場跟蹤測試，對于研究高溫狀態(tài)下應變電測方法在現場實測中的技術問題具有實際意義。

測試內容

所有跟蹤測試的測點位置根據現場實際要求而確定，JH系列高溫應變片布置在爐殼的外側，在外殼變形嚴重的分段選擇一個截面，*終確定選擇在22米平臺，沿爐殼圓周方向，每間隔一定距離布置一個測點，每一個測點布置兩個高溫應變計，分別按照水平方向和垂直方向布置安裝，共計布置6個45°兩向直角應變花；同時需要關注爐殼變形較嚴重部位及出現裂紋和發(fā)紅的部位，在這些*點部位布置5個45°三向直角應變花，監(jiān)測高爐在正常生產過程中爐殼應力狀態(tài)的變化。根據上述測點數量及通道數要求選擇JHDJ-32動靜態(tài)應變測量分析系統(tǒng)。

測試系統(tǒng)選擇

根據測試現場環(huán)境和研究討論，確定使用高溫電阻應變測試法進行爐殼在正常生產工況下的跟蹤測試。測試用焊接應變計，可以滿足350℃環(huán)境溫度的測試。本次測試采用應變在線監(jiān)測系統(tǒng)為JHDJ-32動靜態(tài)應變測量分析系統(tǒng)，本系統(tǒng)可對緩慢變化的應力應變的輸出信號完成采集、記錄和處理。JHDJ-32動靜態(tài)應變測量分析系統(tǒng)每測點內置獨立的高精度120Ω橋路電阻、每測點獨立高穩(wěn)定信號放大調理電路、高性能AD轉換器，具有*高的精度和*強的抗干擾能力。

在高爐爐殼表面按確定的測點位置進行表面處理；之后測點上焊接安裝應變計，對應變計進行防護；導線連接和固定；安裝JHDJ-32動靜態(tài)應變測量分析系統(tǒng)。為了防止高溫粉塵對機箱的侵蝕，機箱安裝的位置離開平臺地面高度。電纜和光纜的鋪設、測試系統(tǒng)的調試、現場工況的跟蹤測試周期為12個月。典型工況測試內容主要包括：從休風至送風及正常生產時的應力狀態(tài)變化，正常生產過程中應力變化狀態(tài)。

檢測依據

爐殼的半徑與殼體的厚度之比遠大于20，因此爐殼殼體結構可以視為薄壁結構。由于其結構為軸對稱，爐體內部承受均勻的內壓，因此部分測點的應力狀態(tài)是兩向應力狀態(tài)，其兩個主應力方向分別為水平和垂直方向。在測試得到水平和垂直應變的條件下，可以計算得到主應力，這兩個主應力分別代表了周向應力和縱向應力。

數據處理結論

從休風至送風及正常生產過程中，爐殼變形比較嚴重的部位應力變化較其他部位的應力變化大一些。

對3個月監(jiān)測數據報告分析可以看出，部分測點數據已經超過材料的屈服強度，但是結合現場測試時測點選擇的原則可以知道，超過材料屈服強度的測點基本上目測即可發(fā)現其外殼變形比較嚴重，這就提醒我們，需要在日常點檢過程中*點觀測這些變形比較嚴重的部位。

近幾個月階段性的應力測試數據表明，在休風階段應力測點變化比較明顯，如此反映出正常生產到休風再到正常生產這個時間段內爐殼應力變化比較明顯，提示我們生產工藝過程對爐殼表面應力狀態(tài)變化有很大的影響。高爐生產工藝過程控制對于爐殼表面的應力狀態(tài)有重要的影響，提醒我們要盡可能減少休風次數，同時調節(jié)工藝，控制好風量和氧量，使得整個休風過程對于殼體的受力狀態(tài)影響盡可能的降到*小。