高爐爐體施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

蔡繼紅 潘 珂 蘇擁軍

（武鋼建工集團(tuán)修建公司 湖北 武漢：430083）

1 爐殼更換工藝優(yōu)化項(xiàng)目的提出

武鋼煉鐵廠2號(hào)高爐是一座現(xiàn)代化大型高爐，有效容積1513m3，有效高度38m，年產(chǎn)100萬噸生鐵。該高爐自1998年大修改造以來后連續(xù)生產(chǎn)10年，于2008年停爐待產(chǎn)。2010年初，武鋼集團(tuán)公司在研究“十二五”鋼鐵生產(chǎn)規(guī)劃時(shí)，決定恢復(fù)其生產(chǎn)，對(duì)高爐進(jìn)行大修，要求在2010年12月20日開爐生產(chǎn)。

本次大修工期要求為：開工日期2010 年6 月10日，竣工日期2010 年12 月20 日，總工期190天，其中：高爐本體結(jié)構(gòu)、爐頂、爐前等設(shè)備拆除、安裝、調(diào)試施工時(shí)間153天。

為了實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)，我們針對(duì)本次2號(hào)高爐大修工程特點(diǎn)，分析了以往高爐檢修施工工藝，對(duì)爐殼與粗煤氣管道更換工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究。重點(diǎn)研究了爐殼上、下分區(qū)安裝，平行施工作業(yè)的方案。在方案的編制過程中，對(duì)方案進(jìn)行多次修改與完善，最終努力實(shí)現(xiàn)爐殼與粗煤氣管道的安裝平行施工。

2 爐殼更換工藝現(xiàn)狀

我國1513m3標(biāo)準(zhǔn)高爐經(jīng)過歷次大修改造工程的實(shí)踐，檢修施工技術(shù)日趨完善。

2.1 高爐大修主要工作內(nèi)容

高爐爐殼、冷卻設(shè)備、內(nèi)襯全部更換。并對(duì)高爐粗煤氣系統(tǒng)的導(dǎo)出管、上升管、下降管整體進(jìn)行更換。

2.2 爐殼更換工藝流程

主要采用“逐帶法”施工流程，即將爐殼由上至下一帶一帶的拆除，然后，再由下向上逐帶安裝，工藝流程較為嚴(yán)格。

2.3 爐殼與粗煤氣管道更換工藝流程

在高爐大修改造工程中，對(duì)爐殼與粗煤氣管道更換主要采取如下工藝流程：

起重設(shè)備進(jìn)場安裝→粗煤氣管道拆除→爐殼拆除→爐殼安裝→粗煤氣管道安裝→起重設(shè)備拆除退場。

上述更換工藝流程為單線作業(yè)，工序嚴(yán)格，優(yōu)化前的工程項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃見圖1。

圖1 優(yōu)化前的工程項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃（總工期為190天）

3 爐殼更換工藝優(yōu)化研究

3.1 工藝優(yōu)化方案

按照上述單流程施工作業(yè)法，工程工期顯然滿足不了本工程工期目標(biāo)，我們對(duì)爐殼安裝工藝流程進(jìn)行優(yōu)化。

根據(jù)高爐本體爐身支柱、爐喉平臺(tái)、爐頂鋼架、導(dǎo)出管與爐喉段爐殼連接形式，可考慮在爐喉平臺(tái)上搭設(shè)施工平臺(tái)（承重平臺(tái)）支承爐喉段爐殼的施工措施，使?fàn)t喉段爐殼與爐缸、爐腹、爐身段爐殼分區(qū)安裝。當(dāng)爐喉段爐殼安裝完成，可使粗煤氣管道安裝與爐缸、爐腹、爐身段爐殼安裝形成平行施工，有效的縮短施工工期。

經(jīng)研究：采取在高爐標(biāo)高31.35m 平臺(tái)上搭設(shè)爐喉施工平臺(tái)，在第18帶爐殼與第19帶爐殼對(duì)接處（安裝標(biāo)高31.35m）分段劃區(qū)，將第19～23帶爐殼安裝和粗煤氣管道安裝劃分為上段作業(yè)區(qū)；將第2～18帶爐殼和第1～12段冷卻壁安裝劃分為下段作業(yè)區(qū)，使二條安裝作業(yè)線平行施工。

本優(yōu)化方案簡稱：搭設(shè)爐喉施工平臺(tái)，爐殼分區(qū)安裝，平行施工作業(yè)方案。方案優(yōu)化后施工階段進(jìn)度計(jì)劃見圖2。

圖2 修改后的施工進(jìn)度圖（總工期153天）

3.2 優(yōu)化的技術(shù)難點(diǎn)及解決方法

通過分析，采取優(yōu)化方案有以下主要技術(shù)難點(diǎn)：

（1）爐喉施工平臺(tái)承受載荷較大，平臺(tái)結(jié)構(gòu)與施工設(shè)施設(shè)計(jì)要求高。施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)即要承受第19帶以上爐殼的重量，又要承受第18帶以下爐殼及冷卻壁安裝之用的活動(dòng)吊盤、環(huán)軌、電動(dòng)葫蘆等施工設(shè)施的載荷，共計(jì)約108噸。即要考慮第19帶爐殼組裝架支點(diǎn)，環(huán)軌與活動(dòng)吊盤的吊點(diǎn)與爐喉施工平臺(tái)主梁受力布置的適應(yīng)性，又要考慮爐喉施工平臺(tái)主梁支點(diǎn)與爐身平臺(tái)梁連接的可靠性等技術(shù)難點(diǎn)。

解決方法：對(duì)爐喉施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行詳盡的分析，并進(jìn)行驗(yàn)算，對(duì)第19帶爐殼組裝架支點(diǎn)、環(huán)軌吊點(diǎn)、活動(dòng)吊盤吊點(diǎn)進(jìn)行合理的布置，減少集中荷載，必要時(shí)對(duì)爐身平臺(tái)梁進(jìn)行加固處理。

（2）當(dāng)安裝第18 帶爐殼時(shí)，拆除爐喉施工平臺(tái)施工過程中對(duì)第19帶及以上爐殼穩(wěn)定性的控制。

解決辦法：

1）當(dāng)安裝第18帶爐殼之前應(yīng)完成：粗煤氣導(dǎo)出管、上升管、下降管的安裝；四個(gè)導(dǎo)出管支座與四個(gè)爐頂事故支座加固；四個(gè)導(dǎo)出管與高爐錐段爐殼焊接；爐頂剛架支座與第19帶爐殼對(duì)接等四個(gè)項(xiàng)目。實(shí)現(xiàn)第19帶及以上爐殼荷載轉(zhuǎn)移到四個(gè)爐頂事故支座與爐頂內(nèi)鋼架上。

2）當(dāng)安裝第18帶爐殼時(shí)，將6塊爐殼分為二次安裝，第一次先拆除爐喉施工平臺(tái)外側(cè)各2根主梁，然后在外側(cè)兩邊各安裝2塊（共4塊）爐殼與第19帶爐殼對(duì)接；第二次再拆除爐喉施工平臺(tái)剩余的主梁，然后再將剩下2塊爐殼與19帶爐殼對(duì)接。

3）當(dāng)安裝第19帶爐殼及以上爐殼施工過程中，對(duì)第19帶爐殼側(cè)向位移的控制。

解決方法：當(dāng)?shù)?9帶爐殼安裝完成后，在爐身支柱與第19帶爐殼之間增設(shè)水平支撐固定第19帶爐殼，防止發(fā)生側(cè)向位移。

4 爐殼更換工藝優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

4.1 施工平臺(tái)構(gòu)造設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)思路

因施工平臺(tái)設(shè)置在高爐爐身31.35m 平臺(tái)上，距離19帶爐殼的安裝位置尚有一定高度，故需要在施工平臺(tái)上設(shè)置16組爐殼組裝支架。

為方便下部2－18帶爐殼、冷卻壁的安裝，考慮在施工平臺(tái)下部設(shè)置1組環(huán)軌及2臺(tái)5t電動(dòng)葫蘆。

（2）施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式

施工平臺(tái)本體主要結(jié)構(gòu)：施工平臺(tái)由10 根主梁、12根次梁及上蓋板組成（見下圖3）。

圖3 施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式示意圖

4.2 施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校核

4.2.1 施工平臺(tái)荷載

（1）19帶以上重量：57.37t

（2）環(huán)軌及電葫蘆自重：2.5t

（3）組裝平臺(tái)自重：16t

（4）活動(dòng)吊盤自重：12t

（5）活動(dòng)吊盤起重量：8t

（6）1臺(tái)5t電葫蘆起重：5t

（7）施工平臺(tái)活載荷：7.5t

即總載荷為：108.37t。

4.2.2 爐殼組裝平臺(tái)計(jì)算載荷

通過對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)分析平臺(tái)主梁考慮動(dòng)載系數(shù)及不均勻載荷系數(shù)后受力情況如下：

1）l3、l4、l7、l8梁固定載荷：23t

2）l4、l6、l9、l10梁固定載荷：5.8t

3）l1、l2梁固定載荷：77.5t

考慮電動(dòng)葫蘆載重后平臺(tái)主梁最不利荷載如下：

1）l3（l8）梁最不利載荷：28.5t

2）l4（l7）梁最不利載荷：28.5t

3）l5（l6、l9、l10）梁最不利載荷：21.3t

4）l1、l2梁最不利載荷：83t

4.2.3 平臺(tái)主梁效驗(yàn)

（1）l3（l4、l5）梁強(qiáng)度計(jì)算（見圖4）：

圖4 l3主梁受力及彎距圖

以l3梁作為效驗(yàn)計(jì)算，按照集中載荷效驗(yàn)：

I45a工字鋼Wx＝1430cm3

其中［σ］＝215MPa

σmax＜［σ］故其強(qiáng)度符合要求。

對(duì)其撓度效驗(yàn)：

其撓度也符合要求。

（2）l2（l2）梁的強(qiáng)度效驗(yàn)（見圖5）：

其最大彎矩為：

圖5 l2主梁受力及彎距

選用：H 588×300×12×15型鋼，

其W＝3.104×10－3m3

其σmax＝Mmax／W≈80.106×106＝80.106MPa

其中［σ］＝215MPa

σmax＜［σ］故其強(qiáng)度符合要求；

對(duì)其撓度效驗(yàn)：

故其撓度也符合要求。

4.3 結(jié)論

爐體施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度及撓度要求，能夠滿足工程使用需要。

5 爐殼更換工藝優(yōu)化方案實(shí)施效果

通過對(duì)2號(hào)高爐大修爐殼更換工藝優(yōu)化研究和方案設(shè)計(jì)，從理論上滿足了爐喉段爐殼、粗煤氣管道與爐缸、爐腹、爐身段爐殼分區(qū)安裝平行施工工藝條件，具備了實(shí)施的前提。在實(shí)施過程中，該施工工藝實(shí)施效果較為理想，主要反映在如下幾個(gè)方面：

（1）爐喉段（第19～23帶）

爐殼安裝沉降為－2mm，安裝中心、橢圓度等偏差符合《煉鐵設(shè)備工程安裝驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。爐殼在施工過程中整體穩(wěn)定性好，未發(fā)生失穩(wěn)和側(cè)向位移。

（2）爐缸、爐腹、爐身段（第2～18帶）

爐殼安裝中心、標(biāo)高、橢圓度等偏差符合《煉鐵設(shè)備工程安裝驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。第18帶爐殼與第19帶爐殼安裝對(duì)接質(zhì)量好。

（3）縮短工期

實(shí)現(xiàn)了爐喉段爐殼、粗煤氣管道安裝與爐缸、爐腹、爐身段爐殼安裝上下作業(yè)二條線可以同時(shí)平行施工，更換施工時(shí)間153天，比原施工計(jì)劃提前37天。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高爐大修安全、優(yōu)質(zhì)、實(shí)現(xiàn)了投產(chǎn)的工程目標(biāo)值。

通過采取高爐爐殼更換工藝優(yōu)化方案，嘗試了在特定條件下，采取特殊施工工藝措施，對(duì)爐殼分區(qū)安裝平行施工，縮短工期、降低成本、增加產(chǎn)量開辟一條新的途徑，對(duì)高爐類似檢修工程有一定的借鑒價(jià)值。

［1］陳紹藩.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理［M］.第二版.北京：科學(xué)出版社，1998.

［2］劉鴻文.材料力學(xué)（1）［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［3］沈從周.機(jī)械設(shè)備安裝手冊(cè)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1983.