某鋼鐵廠高爐施工技術

某公司高爐施工技術在某鋼鐵廠一期一步5500m3高爐施工中，北京**建設集團有限公司（首建集團公司）全面總結了日本、歐洲5000m3以上高爐及國內大型高爐的設計和生產經驗，堅持“高效、低耗、優(yōu)質、長壽、清潔”的設計理念，采用先進實用、成熟可靠、節(jié)能環(huán)保、優(yōu)質長壽的工藝技術和設備材料，實現(xiàn)了高爐的大型化、高效化、現(xiàn)代化、長壽化、清潔化。此高爐為國內首座5000m3以上特大型高爐，采用了當今國際煉鐵技術領域的十大類、68項先進技術，具有21世紀國際先進水平和強大的競爭力。一期一步高爐總高126.4m，有效容積5500m3，年工作日355天，年生產449萬噸鐵水，設計壽命25年（一代爐齡）。共完成土方6.4萬m3，澆筑混凝土5.315萬m3，鋼結構制作安裝2.9萬噸，設備安裝9224噸，電纜敷設123.5公里，各種管道4.5公里，并成功實現(xiàn)了5500m3高爐基礎混凝土連續(xù)澆筑84.5小時，共10454m3.基礎混凝土施工的主要特點和技術難點高爐基礎2007年3月12日正式開始施工，4月2日上午9：00開始澆筑砼，經過連續(xù)84.5個小時的不間斷澆注，順利完成了澆注混凝土10454m3的施工任務。整個高爐基礎施工歷時24天。5500m3高爐基礎澆注是國內最厚的大體積混凝土澆注工程，工程量最大，質量要求高，養(yǎng)護困難，必須一次不間斷連續(xù)澆注完成。首建集團公司高度重視，組織工程技術人員制定了詳細周密的技術方案和施工組織實施方案，并聘請國內知名的混凝土裂縫專家進行評審和技術把關。施工中采用了國內最先進的測溫技術和應力應變技術，隨時掌握內外溫差，確?？刂圃?5℃以內。攪拌站至高爐工地往返6公里的運距，采用了26臺9m3的水泥罐車，每臺按規(guī)定時間跑12個往返，共1248車次。整個施工過程沒有發(fā)生任何安全質量問題，創(chuàng)造了中國冶金工程建設史上的新紀錄。為了獲得大積體混凝土施工數(shù)據(jù)，**集團公司采用電腦監(jiān)控技術，對砼內部溫度及砼應力進行了監(jiān)測，獲得了第一手數(shù)據(jù)資料。使砼內外溫差、內部應力達到了非常理想的水平。工程實體達到了內實外光的要求，受到了專家一致好評，開創(chuàng)了國內冶金行業(yè)大體積混凝土施工的新紀元。鋼結構制作安裝特點、技術難點高爐爐殼爐殼安裝精度要求很高，組對后要求嚴格將風口帶、鐵口帶水平標高偏差控制在4mm以內、對口錯邊量6mm以內、爐殼鋼板圈的最大直徑與最小直徑差（55.8mm），以及鋼板圈相對爐底中心的最大偏差不大于30mm.在跨帶冷卻壁的圍板安裝中，易產生焊接收縮，要滿足冷卻壁的安裝精度要求，圍板安裝難度就增加了。作業(yè)場地屬沿海氣候，空氣濕度大，雨雪天氣多，極易產生氣孔、延遲裂紋、未熔合、夾渣等焊接缺陷。鋼板材質屬于微合金高強鋼（HSLA）。需要解決在焊接、冷卻過程中的熱裂、冷裂、氫致裂紋等問題。該材質中含有氮元素，如果焊接不當很容易產生時效脆化，因此需要嚴格控制焊接工藝參數(shù)，防止因氮元素的偏聚而出現(xiàn)的裂紋、氣孔等現(xiàn)象。由于高爐容積較大，最大直徑處達18.6m.受客觀條件和吊裝能力所限，大部分爐殼圍板不能在地面組焊成型后整帶吊裝到位，有部分立縫只能在高空焊接完成。熱風圍管內部砌筑和噴涂對管道橢圓度要求很高，允許偏差在5mm內，比普通大直徑卷焊鋼管制作橢圓度要求提高了5mm.42個短節(jié)對應高爐42個風口直吹管，要確保42套風口設備的安裝精度，對短節(jié)弦長以及相互間尺寸的加工和安裝精度提出了很高要求。熱風圍管安裝精度，環(huán)管上表面高低差要求控制在10mm內。圍管內表面至高爐外殼的距離允許偏差要求控制在20mm以內。上升管、五通球上升管在70m高空對接安裝，垂直度控制在20mm以內。五通球需開5個孔與四根上升管和一根下降管相聯(lián)，然后在110m高空進行組對安裝，開孔位置允許偏差3mm，開孔直徑與支管直徑之差2~5mm.五通球在113m高空安裝組對，安裝標高偏差要求控制在±30mm以內，縱橫中心偏差不超過30mm.構件的安裝順序給吊車的設置和吊裝帶來很大難度。五通球重量達62噸，安裝中心標高▽113m，DBQ4000吊車只能在五通球吊裝到位后擎住，再利用630噸吊車進行第四根上升管彎管的安裝。下降管上聯(lián)五通球，下接旋風除塵器，是自立門架式結構的超長（66m）鋼管斜橫梁，中間無支撐，兩端為固定口連接。設計要求整體門架結構形成前，五通球及旋風除塵器伸出部分不能承受較大的懸臂彎矩。下降管安裝位置高（上口標高113.2m，下口標高63.103m），重量大（176t），其下是矩形出鐵廠房；吊裝重量大，考慮施工成本及場地狹窄的現(xiàn)場條件，無法使用兩臺超大型吊車抬吊就位。同時沿海施工吊裝構件高空橫向風力大（常年3級風以上）。由于五通球上伸出彎管及旋風除塵器上斜插管為空間結構，管壁厚20mm，空中組裝誤差及焊接變形較大，下降管與其為固定口相連，空中組對困難。爐體框架柱截面尺寸大，內部結構極為復雜，施工圖深化設計和加工制作難度很大?？蚣芙Y構內部采用了橫向橫隔板、縱向T型加勁肋的結構形式?？蚣苤?2m內就有9組橫隔板和10根T型鋼，箱型柱內部結構復雜，焊接量大，易變形。框架柱單節(jié)柱最重達101噸。各層平臺采用八卦式結構布置，設計要求平臺梁兩端安裝精度控制在1mm以內，以保證高強螺栓的安裝。防腐蝕要求高該地區(qū)屬于沿海地區(qū)，空氣濕度大，氯離子含量高，對鋼結構腐蝕性強，因此除銹防腐是非常重要的環(huán)節(jié)。因此采用噴砂除銹達到Sa2.5級后，刷富鋅底漆，它是性能優(yōu)異、具備陰極保護的電化學涂料。底漆：環(huán)氧富鋅漆一遍，干膜厚度60μm（室外）；中間漆：環(huán)氧云鐵漆一遍，干膜厚度80μm（室外）；面漆：脂肪族聚氨酯面漆兩遍，干膜厚度60μm（室外）。在爐本體鋼結構制作安裝中采取的有效措施高爐爐殼安裝和焊接控制工藝爐殼安裝和焊接工藝流程：設備調試→爐殼吊裝組對→裝配交檢→焊前預熱→爐殼立縫焊接→爐殼環(huán)縫焊接→焊接檢驗→焊后熱處理。高爐第1帶～12帶爐殼按出廠單元進行吊裝、組對焊接；第13帶～16帶先在安裝現(xiàn)場組焊成單帶，然后整帶安裝就位；第17帶～22帶在工廠每相鄰兩帶組焊成一個單元，然后發(fā)運到安裝現(xiàn)場直接吊裝就位。第23帶、第24帶+25帶分別在工廠組焊成帶，然后發(fā)運到安裝現(xiàn)場直接吊裝就位。吊裝組對后調整、測量，再調整、復測，合格后加固，進行焊接，采用二氧化碳氣體保護焊的方法。嚴格執(zhí)行焊前預熱、焊后緩冷、焊后熱處理工藝，采用電加熱方法，利用計算機控制技術+WDJK-360型控制柜對履帶式電加熱器進行適時控制，設定控制參數(shù)實現(xiàn)全程自動控制，保證了焊接和熱處理的質量；同時這也是解決由于現(xiàn)場高濕度可能引起焊接缺陷問題的措施之一。預熱溫度：120~150℃；后熱溫度：250~300℃；熱處理溫度：650℃。嚴格控制焊接程序，先焊爐內側焊縫，然后在外側碳弧氣刨清根、打磨合格后，再對外側焊縫實施焊接，同時采取對稱焊、多層多道焊、分段退焊等方法，最大限度降低因為厚板焊接存在的拘束度過大而產生裂紋的可能性。針對BB503材料的特點：在焊接過程中為防止氮元素在焊縫處偏聚，嚴格控制熔合比，嚴格控制焊接線能量和層間溫度。針對沿海焊接施工的特點，嚴格執(zhí)行了以下控制措施：在爐殼對接、組焊過程中，視天氣情況，適當采取防風、防雨、防雪等措施，確保焊接質量要求。嚴格清理焊接坡口表面及兩側距坡口邊緣30㎜內的水漬、鐵銹、油污、渣和其它雜質。嚴格控制焊材的含水量：CO2氣體保護焊用的CO2氣體應保持干燥，氣體純度不小于99.8%（體積法），含水量不大于0.005%（重量法）。嚴格執(zhí)行焊前預熱、焊后后熱、緩冷的工藝措施。為保證爐殼的尺寸和爐頂標高，采取了帶與帶之間預留間隙的方法進行調整，通過計算使間隙在2~4mm內，在焊后收縮的情況下，完全滿足了冷卻壁的安裝和爐頂設備安裝的要求。熱風圍管制作、安裝工藝采用數(shù)控切割，切割后的尺寸極限偏差控制在±1mm內。圍管短節(jié)組對過程中，依次檢查組對后內側和外側弦長，以保證圍管整體圓度。制作完成后整體預拼裝，對有超差部分進行地面調整。在9.9m平臺上組對，提前在平臺上劃出十字中心線、圍管內外邊緣線，圍管整體組裝完后進行焊接加固，防止變形。在34m平臺上設立4個吊點，利用滑輪組進行同步整體吊裝，吊裝過程中全程監(jiān)測高度。吊裝到位后測量環(huán)管內表面至高爐外殼的距離，在確保合格后利用垂直吊桿固定。上升管制作安裝工藝采用數(shù)控切割下料，把切割偏差控制在了±1mm以內。上升管地面組對，整體吊裝，減少高空作業(yè)難度和滿足上升管垂直度的要求。五通球制作安裝工藝措施球片用專用胎具壓制，為保證各塊邊緣成形精度，在每塊四周加放3倍板厚的壓頭量。五通球支架和支撐按30°周圈布置，在基準圓外側的球殼板處均勻點焊定位塊，然后以定位塊和胎具為基準，按順序裝配赤道帶殼板。待縱縫定位焊接完成后裝上、下極帶。五通球與上升管四個接口設立活動短節(jié)，以便在高空組對時調整，提高了組裝精度，加快了施工進度。根據(jù)五通球焊接容易變形等特點，首建集團公司經過精確定位，對五通口相貫線進行精確切割，并加設16道放射型防變形拉筋，保證了其橢圓度達到圖紙及規(guī)范要求。下降管計算機模擬吊裝技術。根據(jù)現(xiàn)有施工場地及吊車起重能力，確定吊裝構件大?。ǚ?段吊裝），施工前用計算機模擬整個吊裝過程，精確制定下降管部件現(xiàn)場組對位置、吊車及起吊重物運行路線、就位過程，確保構件平穩(wěn)無障礙吊裝。精確計算構件重心，確定主吊點及調整繩懸掛點，確保構件按安裝位置角度起吊。下降管上裝有梯子、欄桿及均壓放散管等附件，必須精確計算組裝后構件的重心，選擇正確的主吊點及調整繩懸掛點，在離開地面前調整好角度，才能精確安裝就位，實現(xiàn)與固定口的組對。采用可調式支架，空中調整及支撐上管段。按照安裝位置，用計算機模擬設計上管段“人”字形支撐架，支腳與爐頂平臺梁鉸接，在爐頂平臺設鏈式起重機，用鋼絲繩拉支架頂住橫梁，在五通球上焊接吊耳掛固定定滑輪，通過鏈式起重機、鋼絲繩調整支撐架位置，進而支撐或調整管段安裝角度。儀器精確測量五通球伸出管及旋風除塵器斜插管空間位置，確定下管段長度及角度。用進口高精度TDA5005全站儀精確測量五通球伸出管口、旋風除塵器斜插管口相對高爐中心線的角度、位置座標點，計算確定下段管的長度，測量精度達到了0.3mm.三角形法測量下管段吊起角度，配重調整，使吊起角度與安裝就位角度完全相同。按安裝就位角度精確計算下管段重心，用吊車試吊離地面，下管段上口掛重錘，由下管口下部拉鋼線，用鋼角尺測量使鋼線與重錘線垂直后，測量兩鋼線長度與計算值對比，然后在兩管端調整配重，直至兩者相等后起吊。選擇晴朗風力小的天氣，上午10點鐘以后吊裝，避免沿海早晚風大的影響。通過實施以上6項措施，下降管上段2小時吊裝就位組對完，下段4小時吊裝就位組對完，管口長度偏差23mm，徑向偏差5mm，高于規(guī)范徑向偏差10mm的要求，而且快捷安全完成吊裝任務。爐體框架柱、梁針對框架柱、梁結構復雜，節(jié)點深化困難的問題。首建集團公司成立了專門的詳圖深化設計小組，利用AutoCAD進行空間建模，在此基礎上拆分零部件圖，提高了詳圖質量，確保了配合尺寸精度，滿足了工程需要。爐體箱型柱、梁造型復雜，內部加勁肋數(shù)量多，焊接過程中易變形。首建集團公司根據(jù)不同的構件和不同的節(jié)點形式采用如下控制方法，對控制焊接變形和殘余應力達到了事半功倍的效果：劃分制作單元，安排合理裝配、焊接順序：翼緣板、腹板、隔板、T型肋等均經過變形校正后方可進行裝配。裝配時按結構特點，采取一次裝配、焊接、二次裝配、二次焊接的方法，確保裝配、焊接質量。采用手工電弧焊、二氧化碳氣體保護焊、埋弧焊接等多種焊接方式以適應不同的結構型式和空間位置。厚板焊接采用焊前預熱、多層多道焊、分段退焊、焊后緩冷等方法，焊接過程中控制層間溫度在100~200℃，以控制焊接變形和應力。對焊縫集中的部位：采用小規(guī)范、對稱焊等方法，以減小焊接應力和變形。在滿足設計要求的情況下，隔板和加勁肋采用間斷焊接的方法。對于要求開坡口的部位，盡量采用雙面對稱坡口，并在多層焊接過程中采用對稱焊。針對爐體框架柱、梁安裝精度高的要求及構件重量大的問題，首建集團公司采取了以下措施進行控制。利用CAD在電腦上對柱基數(shù)據(jù)進行測量，復核基礎的標高以及和爐基中心的距離。保證安裝時立柱間對角線距離控制在了7mm內，比相關規(guī)范15mm的要求有了明顯提高。安裝時用經緯儀測中心線的垂直度，用水準儀測量檢查標高，下部用千斤和倒鏈微調，合格后將墊板墊實、螺栓把緊。經過計算，首建集團公司選用4000t.m吊車對爐體框架柱進行吊裝，選用300t履帶吊對爐體框架梁進行吊裝。通過以上的措施，既解決了由于結構復雜，給詳圖深化設計帶來的困難，又消除了構件制作中的焊接變形，所安裝的爐體框架柱垂直度偏差最大為10mm、均在規(guī)范要求的20mm以內，爐體框架梁水平度均在2mm內。新技術應用高爐爐殼BB503特厚鋼板焊接技術；厚板熱處理采用計算機自動控制。使用進口的高精度TDA5005全站儀，對高爐標高及中心線進行三維坐標測量（TDA5005全站儀其角度測量精度標準偏差±0.5〞；自動水平補償設置精度±0.3〞；總精度±0.3mm；測距精度±0.2mm）。大截面厚板箱型梁焊接、熱處理工藝及應用技術。采用數(shù)控相貫線切割機進行鋼管切割下料，并采用數(shù)控編程對每根構件尺寸及每個相貫口形狀進行切割下料。該方法操作簡單，工藝先進，切割精度和效率高。尤其是對各種復雜的鋼管貫口，更能體現(xiàn)其自動切割、高效切割和高質量切割的優(yōu)點。計算機信息化管理：模擬吊裝、詳圖設計、資料管理。具有沿海地區(qū)特色的鋼結構防腐技術。高爐碳磚砌筑的技術難點及采取的措施高爐碳磚歷時103天，比預定時間提前近25天。高爐筑爐工程于3月15日開工，共用耐火磚6.9萬塊，每天平均砌筑量達到40噸。面對爐缸直徑達到15.5m的**某公司高爐，首建集團公司克服了各種困難，