气膜悬浮搬运在高炉大修扩容改造中运用(一)

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     高炉大修扩容是国内外炼铁工业发展的重要趋势。高炉大修扩容工程不仅要扩大高炉容积,而且经常要改进操作炉型和冷却结构,采用新型耐火材料,配置先进的监测和智能控制系统等。高炉大修扩容后,可以取得节能、高效、长寿的效果。既然包含这样丰富的内容那么如何缩短大修改造的工期就是当前面临的重要课题。据不完全统计,至2009年底,中国1000m3以上的高炉200余座,2 500~2800m3的高炉42座,3200m3级的大型高炉l6座,4000m3以上的特大型高炉l5座。今后一段时期,我国钢铁工业淘汰落后、结构调整的任务十分艰巨,许多中小高炉必须淘汰,许多大型高炉要通过大修改造扩大炉容来实现节能减排。因此,大修工程大幅度缩短工期是目前十分重要的任务。

1缩短高炉大修改造工期的思路和方法

     高炉大修传统的施工方法如图1所示,就是将炉壳及内部结构沿垂直和圆周方向切分成若干块,就地拆卸和运走,然后进行新炉壳的焊接安装,并依

次安装冷却设备和进行耐火材料砌筑等等。拆除和重新安装这两个过程依次进行,耗费大量时间。

高炉搬运

目前,我国高炉大修绝大多数都是采用这一方法。

     换一个思路,缩短大修改造工期可以从以下两方面人手:一是将新的高炉构件分为几个环形的大型构件,在高炉附近预装场地事先安装好,待旧高炉拆除后,迅速从预装场地运到高炉基础之上,然后进一步施工直至完工,并迅速试车、投产。其要点是,旧高炉拆卸及新高炉的修建同步进行,甚至新高炉的重要构件在停炉前就已经预装就绪,这样可以大大缩短大修工期。二是将旧高炉的拆除也分割为几大块,并迅速运走。诸如残铁的处理,也无须采用传统的爆破方法分成小块运出,而可以将数以百吨计的大块残余渣铁,整体运出送至废铁堆场。

      1998年El本JFE公司在千叶6号高炉大修时,率先开发了可以使传统方法大修时间减半,即高炉大型构件预先安装的施工方法,称之为“超短期大修技术”。2000年初,在日本新日铁的高炉大修中也得到应用。

     新的大型构件大修施工方法如图2所示,按照高炉容积的不同,将大型高炉分割成2块以上的大型构件,每块可以重达2000t以上(中小型高炉也可整体拆装)。高炉拆除时,例如把高炉炉体分割成4大环形块,利用设置在大型框架上的多台专用中心孔起重装置,把上部3大块一起吊起,从高炉下部开始,逐块顺序移出;事先在预装场地装好的高炉环形大块构件,依次移送到高炉位置,安装时按照解体的相反顺序进行施工。这时,由于高炉大块构件已经在高炉旁边的预装场地上,也可以在旧高炉停炉之前就将新高炉炉缸炉底安装完毕,大幅度地缩短工期。

大型构件大修施工方法的步骤可分为:

(1)旧高炉炉体拆除。

①先拆除高炉炉顶和相关平台。以保证高炉炉体大块构件运送时的方便、通畅。

②拆除炉底。一种方法是,把炉缸炉底里面的残存渣铁和焦炭清除(也可把残铁整体运走);另一种方法是,为了缩短工期,将整个炉缸炉底分割、切开,每一大块连同里面的所有残留物整体运走。

③运送。最后,将剩余的几大块炉体,依次从下到上运走。

(2)新高炉安装。

①新高炉炉体大型构件的预先安装。在旧高炉停炉前后,事先进行新高炉环形大型构件的炉壳安装和焊接,然后依次进行冷却壁安装和耐火材料的砌筑等工序,直至质量达到施工要求。

②新高炉炉体大型构件的移送。由运输车将大型构件运到高炉基础旁边,将炉体上部到炉底的几个大型构件,在高炉炉体基础上依次安装就位。

③新高炉炉体大型构件的组合安装。新高炉大型构件就位后,进行整体焊接安装和炉体灌浆等后续工序,并重点进行装料设备、冷却系统、送风系统以及炉前渣铁系统等各个系统的安装调试,直至完工并达到质量要求。

2 有关大型构件大修施工方法开发的新技术

2.1 大型构件——运输和吊装技术

     高炉环形大型构件由炉壳、冷却壁及耐火材料等组成,这时必须防止大型构件在运输和吊装过程中,由于轻微振动而造成开裂,以至出现微小裂缝,因此,开发了大型构件的运输和吊装技术。通过分析耐火材料出现裂缝的原因,认真研究了防止大型构件变形所需要的超强结构及必要的强度、刚度,针对大型构件中耐火材料砌体出现裂缝和变形的各种因素,制订了十分苛刻的施工规程。与此同时,为了防止地面产生很轻微的沉陷,需要使用巨型厚钢板铺在混凝土基础之上,以均衡提升设备和巨大负荷形成应力的二维分布。

高炉搬运

2.2 高炉拆卸安装——超强组合结构承重技术

     在高炉大型构件大修施工方法中,视高炉炉容的大小,一般而言,需要对总重量超过5000t乃至10000t的高炉炉体进行拆卸和吊装。通常,一般高炉框架的承载能力大约仅为l 000 t左右。因而要设置辅助加强结构,和原有框架组成新的超强组合承重结构,以大大提高承载能力。因此,事先要对高炉结构所使用的全部部件和截面的应力进行分析和计算,按照其最大的应力值,通过输入基本的承载条件,并针对包括高炉地震荷载以及其他特有荷载在内的30余种承载条件,应用已经开发出的专用软件包,自动生成超强组合承重结构的计算书及设计方案。这一项技术,在高炉大修中已经多次得到实际运用,取得了满意的效果。

2.3新高炉大型构件整体组装——单面倒棱焊接技术

     由于预先安装的新高炉大型构件内部,已经安装了冷却壁,并砌好了耐火材料,各部分构件焊接时,只能从外面进行单面倒棱焊接。要防止耐火材料即使是微小的龟裂,而且现场焊接时炉壳即使很微小的错位,也不能强制纠正。因此,事先就要研究出倒棱和背衬垫板的最佳尺寸,规定极其严格的焊接条件,从而取得无缺陷焊接效果。

2.4新高炉炉壳构件——高精度组装技术

如前所述,为了防止耐火材料龟裂,在现场又不可能对炉壳的错位进行纠正。因而,在进行现场组装焊接之前,保证新高炉大型构件炉壳连接部位的精度就成了必要条件。由此开发了各部分大型构件炉壳间的高精度组装技术,使现场焊接时错位控制在可以允许的极小的偏差之内,以便能对连接部位进行高水平的焊接,从而迅速对位,提高安装质量,缩短工期。

2.5 残余渣铁——整体(或大块)移出技术

如果不采用爆破的方法,将高炉炉底的残铁分割成许多小块,也可以将数百吨乃至上千吨的残余渣铁整体移出。当然,也可以分割成几个大块移出,这样也能大大缩短工期。

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