目前，我国炼铁企业使用的高炉热风炉主要有霍戈文内燃式热风炉、卡卢金小拱顶顶燃式热风炉和豫兴大拱顶顶燃式热风炉等不同类型。这些热风炉炉壳或多或少存在由于原材料选择不当、焊接缺陷、应力集中、腐蚀介质腐蚀、周期性送风压力等造成的焊缝开裂，甚至极少数不同程度的炉体爆炸问题。这些问题都属于热风炉共性技术问题，直接影响到高炉设备的正常运行，也给企业带来了巨大的经济损失。分析问题发生的根源，在炉壳加工、校对、焊接过程和炉衬砌筑、安装、调试、运行过程中，找出解决问题的具体办法，防止和减少这些问题的产生，消除或减少设备和人身安全事故隐患，延长热风炉维修、大修周期，提高热风炉使用寿命，是本文讨论的主要问题。
应力集中造成焊缝开裂甚至壳体分离的原因分析
热风炉炉壳在校对焊接过程中发生焊缝开裂甚至壳体分离，主要原因是炉壳钢板加工成型、校对过程中的积累误差造成合拢错位。为了达到炉壳校对焊接技术要求的误差范围，需要矫正合拢，减小积累误差。而矫正钢板合拢产生的应力和焊接过程产生的应力会直接影响到炉壳焊缝的机械强度。
如果矫正合拢产生的应力大于焊接过程产生的应力，焊缝就会产生裂纹，甚至会使焊缝开裂、壳体分离。如果焊接过程产生的应力大于矫正合拢产生的应力，应进行去应力热处理，否则可能会造成应力疲劳产生裂纹，导致焊缝开裂。特别是在炉壳燃烧室部位，炉壳结构复杂，几何形状变化比较大，校对焊接难度大，是校对过程产生的应力和焊接过程产生的应力集中倾向最严重的部位，也是炉壳焊缝开裂的重灾区。炉壳焊缝开裂大部分发生在炉壳燃烧室部位。
分析认为，在炉壳燃烧室部位的校对焊接过程中，由于积累误差大，易造成圆环合拢处错位大，需要采取钢钎撬动或者用夹板与螺栓紧固撬动等措施强行合拢。但此类措施会导致被撬动钢板的弯曲部位产生较大应力。焊接前如果把钢钎或者夹板和螺栓松开，钢板就会恢复到原位，应力就会自动消除。当炉壳钢板在外力作用下，强行合拢焊接后，弹性变形就会转变为永久变形，钢板的受力弯曲部位，就会成为应力集中的地方。
因此，在校对过程中，要尽量减少和避免炉壳撬动合拢，以减少焊接过程产生的应力集中。撬动合拢钢板弯曲处产生的应力集中与焊接加热冷却产生的应力集中联系在一起，就容易产生更为复杂的应力集中，甚至产生焊接裂纹。当弹性变形产生的应力集中远大于焊接加热冷却产生的应力集中时，外力撤出后，短期内可能会产生巨响，形成较长的裂纹，甚至会造成拱顶与壳体分离。如果撬动合拢处的焊接强度大于弯曲变形产生的应力集中时，炉壳焊缝应力集中依然存在，内壁焊缝会出现两种可能，一种是应力集中产生裂纹，在热风炉运行过程中，周期性压力作用下，裂纹会越来越深、越来越长；另一种是有应力集中，但没有产生裂纹，而没有裂纹的应力集中可通过消除应力热处理和人工时效减少和消除，以提高热风炉炉壳的使用寿命。
焊接缺陷造成炉壳焊缝开裂的原因分析
焊接缺陷是指炉壳钢板在焊接过程中，由于多种因素共同作用导致的缺陷，它是借助仪器设备才能检测到的隐患，也是热风炉炉壳焊缝开裂的重要因素。分析认为：首先，炉壳在校对焊接过程中，焊接材料中的水分、焊件坡口的铁锈、油污、环境湿度及焊接技术等，造成焊接过程产生气孔、疏松、夹渣、焊缝裂纹和母材龟裂等焊接缺陷（图1）；其次，炉壳在焊接加热与冷却过程中，在1150-1200℃温度区间会产生热脆现象，容易造成龟裂和气孔等焊接缺陷；再者，热风炉炉壳钢板材料选择不当，钢板材料本身含氢量较高，在校对焊接过程中，焊缝产生的拘束应力，经过潜伏期，会产生白点和偏析，最终形成焊缝及焊缝热影响区内裂纹等焊接缺陷（图2）。
NOx腐蚀造成炉壳焊缝开裂的原因分析
NOx腐蚀，是指在热风炉运行过程中产生的热力型NOx与气流中的水分反应生成的HNO3，缓慢腐蚀焊缝裂纹造成的焊缝腐蚀开裂现象。高炉热风炉运行过程中，热风炉炉壳被氮氧化物腐蚀，是不可避免的问题。因为热风炉燃烧气流是由煤气和空气通过预混、燃烧、蓄热等过程产生高温，再通过高压空气，将高温热量送入高炉。在这个过程中，高温气体会产生NOx。高温气体中的NOx以NO为主，当气体温度降低时，NO逐渐转化为NO2。由于烟气中水蒸气冷凝温度较低，因此，在燃烧期很难生成液态水或者生成量很少。
在送风期，热风中NOx的平衡浓度约为燃烧期的4倍，并且热风中的水蒸气更容易析出生成液态水。由于炉壳附近温度较低，NO会逐渐转化为NO2。当炉壳温度低于水蒸气的冷凝温度时，析出的液态水和NO2反应生成HNO3。而HNO3是一种既具有强氧化性，又具有强腐蚀性的无机酸，低浓度硝酸溶液对大多数金属呈强烈的腐蚀作用。HNO3将腐蚀炉壳应力集中产生的裂纹、焊接缺陷产生的裂纹以及氢脆产生的裂纹，加快焊缝的开裂速度，导致热风炉在短期运行过程中，焊缝裂纹被腐蚀氧化穿透炉壳，直至被目击到炉壳外表面的裂纹。
有资料显示，应力腐蚀断裂与氢脆断裂是同时发生分别进行的，它们的脆性效应是简单的叠加。因此，应防止和减少受力构件在应力腐蚀与氢脆的双重作用下发生脆性断裂的危险性。通过热力型NOx生成机理分析，以及各种抑制热力型NOx的燃烧技术和燃烧器的分析，认为影响热力型NOx生成量的主要因素是局部高温、过剰空气量和高温区停留时间。
1）热风炉运行过程中主要产生热力型NOx。通过优化燃烧器结构，优化预混燃烧工艺，控制过剩空气量，使混合燃烧火焰形成短焰或者无焰，可减少热力型NOx产生量。
2）炉壳在校对焊接过程中，焊接材料中的水分、焊件坡口的铁锈、油污、环境湿度及焊接技术等，会造成焊接气孔、疏松、夹渣、焊缝裂纹和母材龟裂等焊接缺陷。要选择合适的焊接材料、创造合适的环境条件，编制合理的热加工工艺，防止和减少焊接缺陷。
3）热风炉运行过程中，焊接缺陷、应力集中、腐蚀介质腐蚀、周期性送风压力等问题，集中表现在炉壳的某一个部位，同时炉壳的机械强度变差不能抵御送风压力对炉壳的作用力时，炉体有可能产生瞬间爆炸。
4）根据高炉炉容和压力大小，热风炉炉壳需选择合适原材料，如：压力容器用钢Q345R（HIC）可有效防止或减少焊缝及焊缝热影响区母材裂纹，减轻龟裂裂缝腐蚀，避免事故发生。
