气膜悬浮搬运在高炉大修扩容改造中运用(二)

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3炉缸炉底大型构件整体移出技术

3.1 高炉大修扩容 顶起式——炉缸炉底整体移出技术

     采用高炉大型构件大修施工方法后,为了缩短残余渣铁的清除时间,2009年新日铁在大分l号高炉第四代大修时,成功地采用了炉缸炉底整体移出技术,就是采用顶起式——炉缸炉底整体移出方法(如图3所示)。在高炉仍在生产时,切割高炉炉体的部分混凝土基础;高炉停炉后,用设置在高炉炉体周围的油压千斤顶,对应于高炉内残留物的重量,把高炉部抬升起来,在抬升起来的空间中,插入一个滑板,用中心孔起重装置横移,移到设在高炉基础旁边的平衡梁上。为了确保充分的横移力,设置了数台中心孔起重装置,但由于设置的台数到空间限制,必须把摩擦阻力控制在可以横移的范围之内。因此,事前在模拟装置上进行了摩擦阻力的多次研究和试验,以确定高炉基础切割面保持水平的精度目标值。基础部分切割时,首先打眼钻孔,设置贯通孔,通过贯通孔用钢丝锯切割。为了确保切割面的水平精度,严格控制并提高打眼穿孔的水平精度,以及钢丝锯的切割精度。为了提高打眼穿孔的水平精度,重要经验是事先强化芯管的刚度,而且为了控制穿孔时岩芯的偏差,在芯管的端部设置了专用稳定器,以确保穿孔的水平精度。

    与此同时,为了提高钢丝锯的切割精度,在贯穿孔内设置导向杆来固定钢丝,使其平稳而且准确地切割,常常采用硬化型钢丝来确保切割精度。

    如上所述,用提高穿孔水平精度及控制切割精度的方法,可以把高炉基础切割水平面控制在目标值以内。因为高炉基础切割,是在高炉尚未停炉的过程中实施的,切割后在基础上形成和钢丝锯的钢丝直径相同的缝隙,为了防止由于切割造成的炉体下沉,在缝隙间充填了防止下沉的材料,这即是基础切割时支撑生产负荷的方法。对于防止下沉材料的选用,事先进行了充填试验、耐负荷试验、凝固试验等等,并且考虑了长期支撑炉体负荷之后的可分离性,这样才遴选出合适的充填材料。采用上述方法,在高炉大修时,成功地控制了切割后的炉体下沉量。

气垫搬运

3.2 高炉大修扩容 无须顶起式——炉缸炉底整体移出技术

在大分2号高炉第三代大修施工时,采用顶起式——炉缸炉底整体移出技术成功地移出了3 100 t 的高炉下部结构。但这一技术的缺点是,能够顶起的重量仍然是有限的。因此,在此基础上,开发了无须顶起式——炉缸炉底整体移出技术,在新日铁名古屋l号高炉第五代大修施工中,成功地整体移出高炉下部3500t的重量。为了无须顶起,就能把滑板插入断面,在上下两面切割基础,除去中间的混凝土部分,由此得到滑板设置所需要的空间(如图4所示)。与此同时,滑板设置也可以在高炉尚在生产时进行,这样就可以极大地缩短工期。在滑板设置后的上部空间注入充填材料,这就是支撑生产高炉生产负荷的方法。

高炉气垫搬运

3.3 高炉大修扩容 无须托架式——炉缸炉底整体移出技术

     应用无须顶起式一一炉缸炉底整体移出技术,把高炉下部移出到设置在高炉基础旁边的平衡梁上后,用托架可以运送到高炉区域以外。但是由于托架的送送重量有限,所以在高炉下部移送之前,必须把炉内残留渣铁在某种程度上尽量清除。因此,为了缩短清除残留物时间,开发了无须托架一一炉底整体移出技术(如图5所示)。在大分l号高炉第四代大修时,整体移出了10000t的高炉下部结构。这就是,把高炉下部移出到平衡梁上以后,进一步用中心孔起重装置,逐个平衡梁地在地上横移到高炉区域以外适当场地,地上的横移距离甚至达到了120m。当然,横移时如蛇缓行,担心如此巨大的负荷会从滑轨上滑脱,因此,开发了中心孔起重装置的蛇行控制技术。这就是,横移时用移动距离监测探头,检测4点中每一点的的位移量,把中心孔起重装置的油缸行程,细分割为20步,采用每步每步地修正移动量的方法。与此同时,中心孔起重装置采用变频油压泵,根据频率控制位移量,一台一台地逐个改变各中心孔起重装置的速度,及时进行移动方向的修正,从而保质保量地完成了万吨负荷l20 m横移的艰巨任务。

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4 新高炉炉缸炉底大型构件应用气膜悬浮水平移送及控制技术

      炉缸炉底耐火材料预先砌筑,是在预装场的双层移动平台上进行的。首先,在高炉炉壳焊接、安装冷却系统,然后在炉缸炉底各个部位砌筑耐火材料,务必要确保施工质量;与此同时,还要满足移运和安装要求。这一预先砌筑方法,可以缩短大修砌砖的工期。预装场双层移动平台的下部平台,作为重型托架车用;而其上的超低二层平台,是为空气气膜悬浮移送系统准备的。

     气膜悬浮移动技术的气体力学原理在于:将0.2~0.8 MPa的高压空气鼓人气膜盘,在气膜盘底部形成一圈环形、厚度为0.15 mm左右的气膜。随着气膜盘上方的荷载重量的随机变化,鼓入的高压空气的压力和流量相应自适应变化,从而保证了气膜0.15 mm厚度的恒定。这一气膜将地面和荷载隔离,使荷载始终悬浮在地面之上,因而摩擦阻力极小,加上相应的牵引装置后,可以很容易地移动荷载。由于不同荷载重物的重心不同,并且牵引移动过程中,地面高低会有变化,该气膜悬浮移动系统配备有超声波高精度传感器,随时监测各气膜盘高度,并随机调整各气膜盘的鼓入气流的压力和流量,气膜盘高度随之自动调整,从而保证了整个气膜悬浮系统的平稳移动。这种气膜悬浮装置体积很小,厚度约为50mm左右,面积可大可小,但其承载负荷和牵引移动的能力极大,这得益于先进的结构和极小的摩擦阻力。如l.5m2的气膜盘可以悬浮和牵引移动近百吨的重物。此后,这一技术在美国的航空母舰、航天飞机建造和核电站建设等领域得到广泛应用。20世纪90年代,这种气膜移动技术才开始扩展到民用方面。

     气膜悬浮移送装置构造和原理如图6所示。气垫盘上部为铝板或钢板,下部为环形胎。高压气流由进气管A处鼓入,这一气流鼓入后分为两个流向。一支气流鼓向环形胎内部B,从而将环形胎充气、膨胀,并将荷载浮起;另外一支气流则同时流向环形胎的中心空腔C部。中心空腔充满高压空气后,气流会从气胎与地面之间的平面间隙部位,被挤压出来并进入大气,气流被挤压出环形胎底部的过程,形成了环形气膜,这时负荷呈悬浮状态并可牵引移动。当然,根据不同的应用场合,气膜悬浮移动技术对于承载面的强度、平整度和水平度有着严格的要求。

近年来,气膜悬浮移动技术开始应用于高炉大型构件的悬浮移送。这种气膜悬浮移送方法与前面的常规移送方法比较,主要有如下两点区别:

(1)从预装场到高炉炉体基础旁边。应用预装场双层移动平台的下部平台,即仍然由重型托架运送。

(2)从高炉炉体基础旁边到高炉基础之上。由空气气膜悬浮移送系统移送。

这种空气气膜悬浮移送系统,能在有限的空间移动超重的巨型负荷。日本钢铁企业的实践经验已经证明,可以平稳地移送5000t乃至更重的高炉巨型构件。

在进行移送时,考虑到高炉下部不能产生变形,尤其预先砌筑的耐火砖结构不能产生缺陷,因此,必须特别注意:采用重型托架车运送,必须极大提高承载高炉下部负荷的平衡梁的强度和刚度,才能防止高炉下部的变形。而空气气膜悬浮移送时,要确保平衡梁足够的强度和刚度是一件困难的事情。经过多次研究试验,开发了在悬浮移送时保证其水平漂浮的新技术,这就是把高炉下部的变形掌握在容许范围内的控制技术,称之为空气气膜悬浮——水平悬浮控制技术。

高炉炉缸炉底大型构件应用空气气膜悬浮移送时,高炉底部全部配置了空气气膜悬浮装置。为了实现水平悬浮控制,则把这些空气气膜悬浮装置分成炉体中央部位和4个炉体周边部位,一般分为5组进行精确控制。

悬浮移送时,每组空气气膜悬浮装置的浮上量,由位移探头进行连续测定。其压力升高,按照一定的速度缓缓进行,一旦各组空气气膜悬浮装置浮上量出现差异,即令稍微产生极小偏差时,升压速度也会随之变化,使各组空气气膜悬浮装置的浮上量始终保持完全一致,这就是最新研究开发的悬浮移送精准控制技术。

气垫搬运

    由于应用了国防军工的气膜悬浮水平移送及精准控制技术,高炉大型构件大修施工方法在日本新日铁和JFE公司取得了突破性的进展。JFE福山5号高炉(5 500 m3)在2005年大修时,尝试应用这一技术,结果大修工期从原来需要l30天缩短为58天,同时炉容大幅增加;新日铁大分l号高炉,2009年大修时炉容从4884m3扩大到5775 m3,成功应用这一技术,大修工期从l24天缩短为68天。这些经验值得我们借鉴。

5 高炉气垫搬运结论

(1)大型构件大修施工方法可以大大缩短高炉大修工期。按照高炉容积不同,将高炉分割成若干大型构件,高炉拆除时,用设置在大型框架上的多台专用中心孔起重装置,逐块顺序移出;而事先在预装场地上安装好的新高炉大块构件,依次移送到高炉就位,这样就可以大幅度地缩短工期。

(2)有关大型构件大修施工方法开发的新技术,诸如:

大型构件——运输和吊装技术;

高炉拆卸安装——超强组合结构承重技术;

新高炉大型构件整体组装——单面倒棱焊接技术;

新高炉炉壳构件——高精度组装技术;

残余渣铁——整体(或大块)移出技术等都得到了成功的应用。

(3)有关炉缸炉底大型构件整体移出开发的新技术,诸如:顶起式、无须顶起式和无须托架式炉缸炉底大型构件整体移出技术等,各有特点,也都得到了成功的应用。

(4)考察研究空气气膜悬浮移送系统收获甚丰。这一技术早年成功应用于航空航天大型构件、军用和民用舰艇和核电站大型构件等领域,近年来开始成功地应用于高炉大型构件的悬浮移送,取得了突破性的进展。与此同时,研究开发了在悬浮移送时,把高炉下部的变形掌握在容许范围内的控制技术,即空气气膜悬浮一一水平悬浮精准控制技术。其成功应用的实例值得我们借鉴。

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