特大型冶金高炉安装施工技术总结

**京唐5500m³特大型冶金高炉安装综合施工技术报告**京唐5500m³特大型冶金高炉安装综合施工技术报告一、立项背景**京唐5500m3高炉为国内首座5000m3以上特大型高炉，采用了当今国际炼铁技术领域的十大类、68项先进技术，具有21世纪国际先进水平和强大的竞争力。京唐炼钢厂工程是国家“十一五”重点工程，而1#5500m3高炉又是京唐炼钢厂工程重要组成部分和龙头工程。该工程建设规模：年产炼钢生铁449万吨；总造价127221万元；占地面积63556m2。该工程由**设计院设计，首建集团承建，自2007年3月1日开工，于2008年10月18日竣工验收。（1）地理位置。京唐钢铁厂工程位于唐山市南部渤海海湾的曹妃甸岛，1号高炉位于钢铁厂中部，其北靠转炉煤气柜和制氧区，南临焦化区，西边为炼钢区和高、焦炉煤气柜区，东侧为一期二步2号高炉。（2）主要施工范围：1）高炉本体系统；2）出铁场及风口平台；3）渣处理系统；4）粗煤气系统；5）主控中心；6）高炉引桥；7）公辅配套设施；8）鼓风机站等。（3）主要工程特点：1）国内第一个特大型高炉，采用国际一流的先进工艺设备，技术含量大、质量要求高。2）厂址范围内全部为海砂吹填成陆。地质松软，地下水位高，且地下水与海水相连，3）该区域风沙大，给施工带来困难。4）具有单体工程多、施工战线长、工程量大、工期短。5）立体交叉作业多、高空作业多、多专业穿插施工配合复杂。6）低温与潮湿环境对炉壳及钢结构焊接有不利影响等。（4）主要工程难点：1)地下建（构）筑物受海水侵蚀，工程防腐技术要求高。影响曹妃甸钢铁基地结构混凝土耐久性的首要因素是混凝土的Cl-渗透速度,研究海水混凝土结构耐久性和高性能混凝土的应用技术极为迫切和重要。2）高炉基础大体积混凝土连续浇筑的防裂缝控制难度大。体积为60*35.7*8.5m，一次浇筑量达11031m3，由于混凝土收缩应力过大极易造成混凝土出现有害裂缝，影响使用功能，必须解决大体积混凝土基础防裂缝这一技术难题。3）高炉炉壳60-110mm厚板现场高空焊接质量控制难度大。一是高炉炉壳钢板为BB503钢板，材质属于微合金高强钢，可焊性差，在焊接及冷却过程中容易出现热裂、冷裂、氢致裂纹、时效脆化等现象。二是高空焊接作业难度大，三是环境因素对焊接质量的影响大。因此，必须有成熟的焊接工艺。4）炉本体耐材砌筑施工难度大。一是工程量大（4700余吨）；二是炉底炭捣标尺标高测量精度高，达到±1mm；三是是炉底砌筑质量标准高，误差要在±2.5mm之内；四是施工环境复杂，各工种工序之间交叉作业多，安全管理难度大；五是耐火材料型号种类繁多，操作技术复杂。要达到炉本体砌筑的技术标准和质量要求采用先进的砌筑施工技术十分重要。5）高炉鼓风机、电机大型设备安装就位施工难点，安装精度要求高。主电机重123t，厂房内最大的天车为75/20t的桥式起重机，不能满足主电机的吊装要求，而且厂房内场地狭窄，大型流动式起重机无法进入安装现场，因此，研究优化鼓风机、电机大型设备安装施工技术非常迫切和十分重要。6）高炉炉体框架大型箱型结构构件制作工艺复杂。7）粗煤气下降管、上升管及五通球等大型钢结构构件制作、装质量要求高，超高作业、空中接口难度大。在工程施工中，紧密结合工程特点和难点，广泛应用建筑业十大新技术，重点开展了高性能防腐混凝土应用技术、高炉大体积混凝土基础裂缝防治技术、高炉厚钢板焊接及炉壳制作与安装技术、特大型冶金高炉砌筑施工技术、10000m3/h高炉鼓风机安装等技术的研究和应。同时，还根据工程实际情况，应用了高炉大型钢结构制作与整体吊装技术、井点降水技术、地下结构防水施工技术、高分子防水卷材应用技术、耐热混凝土施工技术、网架施工技术、玻璃幕墙施工技术及引桥预压试验等新技术、新工艺，解决了各种施工难题，使新技术应用在该工程建设中收到显著成效，保证了高炉联动试车一次成功。二、主要施工技术研究与应用（一）高性能防腐混凝土应用技术1、科学技术内容主要试验方法从高性能海工混凝土的基本要求出发，在原材料的优选试验中，以坍落度评价混凝土的工作性，以抗压强度等评价混凝土的物理力学性能，以混凝土的氯离子扩散系数(NEL法)和抗冻性试验结果评价混凝土的抗氯离子渗透性能和耐久性指数，并以耐久性能为首要要求。（1）高性能海工混凝土配合比设计；丰润碎石，为5～25mm连续级配碎石；卢龙河砂，砂子为Ⅱ区中砂；鞍山市鹏程混凝土外加剂有限公司生产的NST防腐阻锈型高性能混凝土防水剂。阻锈剂掺量：粉剂型按水泥量的2%，水剂型按水泥量的5%。泵送剂采用首建混凝土搅拌站提供的鑫源旺奈系泵送剂，掺量为2.0%。高性能混凝土采用掺和料掺量40%，矿渣和粉煤灰比例1:1。NST防腐阻锈型高性能混凝土防水剂具有减水、泵送、防水、阻锈提高耐久性等多功能。具有良好的抵抗腐蚀环境（硫酸盐、碳酸盐和氯盐等）侵蚀的作用。（2）高性能海工混凝土配合比试验1）掺阻锈剂和双掺（粉煤灰和矿渣）混凝土比不掺阻锈剂和不双掺混凝土，28天碳化深度降低7%-30%。2）掺阻锈剂和双掺（矿渣粉和粉煤灰）混凝土耐久性指数71.2%-95.7%。比不掺阻锈剂和双掺（矿渣粉和粉煤灰）混凝土耐久性指数高出71%-129%。3）不掺阻锈剂和双掺（矿渣粉和粉煤灰）混凝土和掺阻锈剂和双掺（矿渣粉和粉煤灰）混凝土相比较，表观Cl-扩散系数高54%-70%。因此说高性能海工混凝土具有优良的工作性能、相近的物理力学性能和优异的耐久性能，尤其是其耐海水腐蚀性能，混凝土氯离子扩散系数可小于1-5（10-12m2/s。）。2、该项目与当前国内同类研究、同类技术的综合比较及技术创新点通过对高性能混凝土的物理力学性能试验和耐久性试验，从综合指标看，高性能海工混凝土配合比设计，技术先进，该成果达到国内先进水平，填写了我国海洋工程超长寿命服役的高性能混凝土施工技术的空白，经过在京唐1#5500m3高炉工程中的应用，效果显著，而且具有推广应用的良好前景”。3、经济效益和社会效益在1#高炉工程地下混凝土7.2万m3，使用粉煤灰和矿渣粉作为高性能海工混凝土掺合料替代部分水泥。每m3混凝土掺粉煤灰和矿渣粉节约3.30元，总计节约23.76万元。使用复合防腐阻锈防水剂替代进口或合资生产的阻锈剂节约费用161.37万元，共节约资金185.13万元。高性能海工混凝土配合比设计在2250热扎、炼钢连铸、焦化、1580热扎等项目得到广泛应用，收到良好的经济效益和社会效益。（二） 高炉大体积混凝土基础裂缝防治技术1、科学技术内容（1）大体积混凝土配合比的优化大体积混凝土技术是合理选用原材料、配置和优化满足要求的混凝土配合比。采用优质混凝土矿物掺和料（陡河电厂Ⅱ级粉煤灰、唐山银龙S95级磨细矿渣粉）和NST阻锈防腐剂，配以与之相适应的冀东普硅水泥（P.O42.5）和级配良好的粗细骨料，形成低水胶比，低缺陷，高密实、高耐久混凝土材料的配合比，减少了水泥用量，降低了水化热，控制了混凝土内部的温度。（2）大体积混凝土配合比试验结果混凝土的和易性良好，混凝土坍落度为180mm、扩展度为520mm，无泌水现象，混凝土初凝时间为9h40min，终凝时间为12h20min，混凝土含气量为5.2%，容重为2398kg/m3,最大水胶比0.4。（3）防止裂缝施工技术措施：1）监控参数计算。在混凝土浇筑前根据混凝土配合比和水化热试验结果，结合现场气候条件，对大体积混凝土浇筑体内部温度场、收缩应力和温度应力进行预测计算。并根据计算结果和相关规范要求确定施工监控参数。2）混凝土的保温保湿层设置。根据方案的计算现场保温保湿层设置为：混凝土浇灌完毕，混凝土初凝压面后立即在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜作为保湿层。侧面木模板外加贴岩棉被保温。斜面及顶面采用7层草袋子和两层彩条布保温和防雨、防风。在养护过程中，依据内外温差的大小以25℃为参考数，对保温层厚度进行调整。3）采取二次振捣和二次抹压措施。防止混凝土在浇筑过程中产生自沉和表面风干裂缝。在混凝土表面抹压完成后，在混凝土终凝之前再进行二次抹压，从而减少混凝土出现的表面风干裂缝。4）养护时间的确定。养护过程中要控制降温速度不超过1.5℃/d，养护时间根据实时监控数据确定，养护14天后内外温差连续三天不超过20℃，同时，混凝土表面温度与环境温度不超过15℃，即可全部撤出覆盖层。高炉基础侧模拆模后及时回填保温，避免增大基础混凝土侧壁处内外温差。（4）混凝土的测温：1）采用了先进的数泰智能数据采集系统进行混凝土的应力应变和温度的监测工作，共布设102个测点，此次测点的布置和规范相比增加了一倍测点，增加了3套零应力装置，这在以往工程的监测中是没有的。2）为保证能够对现场情况进行实时监控，从4月2日到4月15日采集频率为10min一次；4月15日至最终结束，采集频率为30min一次。本次测试总采集次数超过3300次，总有效数据量超过33万个，该测试规模在国内大体积混凝土施工中尚属首次。2、该项目与当前国内同类研究、同类技术的综合比较及技术创新点大体积混凝土基础防裂缝施工技术在1#5500m3国内最大的高炉基础施工中获得一次成功，工程实体未出现任何有害裂缝，施工质量创出了首建集团公司历史最好水平，并获得了良好的技术经济效益和社会效益。根据查新报告，该项技术研究与应用及混凝土应力、应变和温度的监测方法，在国内尚属首例，达到国内先进水平，在今后大体积混凝土施工中具有广泛的推广应用价值和良好的发展前景。3、经济效益和社会效益大体积混凝土基础防裂缝施工技术在1#高炉基础施工中应用，取得了良好效果，施工质量达到了冶金行业优良标准。同时获得了良好的经济效益，一是采取了掺加矿粉和粉煤灰少用水泥，降低成本14.5775万元。二是本次混凝土浇筑采用连续分层不加冷却水管的一次性不间断连续浇筑施工方法，工程进度加快14天，产生的经济效益41.595万元，产生经济效益共计56.1725万元。由于施工方法的改进，同时获得良好的社会效益。（三）高炉厚钢板焊接及炉壳制作与安装技术1、科学技术内容（1）CO2气体保护焊焊接BB503厚钢板的焊接工艺1）焊丝的选择。JQ.YJ501-1为氧化钛型CO2气体保护药芯焊丝，焊接工艺性能优良，电弧柔和稳定，飞溅小，脱渣容易，焊缝成型美观。2）CO2气体的选择。确保CO2气体纯度并保证瓶中压力不得低于1.5Mpa。3）预热温度与层间温度。预热采用电加热法。板厚大于80mm时，预热温度150C，层间温度150～300C。4）焊接工艺参数。焊接工艺参数表焊接方法焊材型号/规格焊接电流（A）焊接电压（V）焊接速度（㎝/min）气体流量（l/min）喷嘴直径（㎜）CO2气体保护焊焊JQ.YJ5011-1160～260DC＋26～3210～3625205）焊后检查①焊缝内部质量评定超声波探伤检查，并按GB11345-89标准I级评片，所有焊件全部I级合格。②焊缝力学性能试验及评定焊件拉伸试验、弯曲试验、冲击韧度试验按GB50236-98标准执行，试验记录正确，评定结果全部合格（报告编号：首中试验字（W08）第2-13号）。③焊缝熔合线金相组织分析从所做的焊缝熔金合线金相组织照片分析，均为铁素体、珠光体、粒状贝氏体。可以认为BB503钢的焊接采用JQ.YJ501-1焊丝，用纯CO2气体，在焊接性方面是可行的，可以得到合格的焊接接头。（2）焊前与焊后热处理采用磁盘吸附式履带电加热块（图1）对焊接接头进行加温，每个加热块长600mm、宽280mm，将加热装置安装在炉壳外侧，以焊缝为中心安置，环缝以上1/3、下2/3安置。焊前炉壳预热温度要求在100～150℃，开始预热后升温速度不宜过快，达到预热要求的时间约为2小时。因要求2～4带组装在一起进行局部热处理，纵缝施焊后如来不及进行焊后热处理，应采用消氢处理。加热升温达到250～300℃，恒温2小时，在保温条件下自然缓冷。图1加热块布置图（3）高空的立缝、环缝焊接每带炉壳先焊立缝后焊横缝，每带上各条纵缝要求同时施焊；若在安装现场不影响环缝的施焊，立缝和环缝可同时施焊。控制好第一层和最后一层的冷却速度特别重要。（4）防风、防雨措施1）防风措施水平方向的风可以简单地在焊接平台的加高栏杆上围上蛇皮布加以阻挡，铅垂方向的风则使用专用的防风罩，减小焊接区域的空气流通速度。2）防雨措施将炉壳顶部加装的罩棚制作成直径大于炉壳直径5m的伞形结构，并在罩棚顶部覆盖遮雨材料。2、该项目与当前国内同类研究、同类技术的综合比较及技术创新点该施工技术在京唐钢铁公司1#5500m3高炉炉壳焊接工程应用中获得成功，所有焊口的焊接质量全部达到标准要求；在如此厚度（最大δ=110mm）的特殊材质高炉炉壳焊接上采用全CO2气体保护焊在国内尚属首次。该施工技术新颖，工艺先进，经济合理，达到国内先进水平，在今后的钢结构厚板焊接工程中具有广泛的推广应用价值。3、经济效益和社会效益本施工技术针在京唐钢铁公司1#5500m3高炉炉壳焊接工程中的应用，取得了良好效果。高炉炉壳焊缝超声破探伤检验达一次合格，焊缝外形美观，焊接质量达到优良；高空作业保证了安全；提高了进度，节约了成本。获得了良好的经济效益和社会效益。节省资金：146.88万元。（四）特大型冶金高炉砌筑施工技术1、详细的科学技术内容炉本体砌筑主要需解决的技术难题及具体技术措施：（1）设置铁口上料平台：铁口上料平台是向炉内倒料、运料的临时场地，是炉底砌筑施工用料的中转站。当炉体内需要施工用料时，利用设在标高29.8m平台东侧的电葫芦，将材料吊到铁口平台上，之后，再利用轨道小车穿过铁口将材料运进炉内，以满足炉内施工用料的需求。（2）设置风口上料平台：耐火材料是通过风口进入到炉内。（3）设置炉底炭捣标尺：在满铺炉底炭砖之前，要完成满铺炉底炭捣层的施工，炭捣层厚度152mm。由于炉底炭砖砌筑的平整度将取决于炭捣层的平整程图1炭捣标尺图度。为此，特别设置安装炭捣标尺，作为捣打依据，用以满足施工需要。炭捣标尺厚度20mm，经机加工而成。安装前利用测量仪进行炉底整体测量，确定标高、安装位置、水平度等。安装时炭捣标尺的加工面向上，间隔距离是800mm，两端与炉皮焊牢，安装平整度±2mm。当炭捣标尺安装、检测合格后使用风动工具，分层捣打炭捣层，炭捣料压下量不小于填入时的40%。当炭捣层捣打厚度达到标准要求后，利用铲平器铲平炭捣层表面，整体平面标准平整度±2.5mm。（4）炉底满铺炭砖支架制作与安装：满铺炉底炭砖砌筑前，需要先将炭砖支架安装好，这是先决条件。（5）综合炉底砌筑施工：依据图纸，自标高8.736m至标高9.738m为综合炉底。综合炉底由两种不同材质和两种不定型材料，在同一水平面上砌筑而成。靠近冷却壁之处是10层美联炭砖，中间是2层陶瓷垫。美联炭与第一层陶瓷垫之间的环缝，为TRM-C952FCPR炭捣料，第二层陶瓷垫最外一环炭砖的宽度是600mm，与美联炭砖之间的环缝，使用TRM-C952FCPR捣料捣打填实；与陶瓷垫最外环小炭砖之间的环缝，使用TRM-C952DCPR捣料捣打填实，两种捣料的填充，均使用自制捣锤捣打，达到标准要求。专用刮板是美联炭砖砌筑最为理想的工具之一，它分为两种，一种是平面刮板，另一种是需要进行机加工的带齿的刮板。砌完10层美联炭砖之后再砌筑陶瓷垫。砌陶瓷垫采取十字砌筑法，砌筑之前先将靠板按砌筑线放好，检查无误后再砌砖。砌筑靠板是用40mm厚的钢板焊接而成，经机加工后，靠板的底面和里面必须光滑并保证与炉底垂直，因为靠板的大面就是砌体的基面。（6）冷却壁燕尾槽内捣料填充：为了在捣打冷却壁燕尾槽内填充料时，不损坏冷却壁循环水管管头，所以，采取利用专用支架的方法，将冷却壁工作面朝上，放置在专用支架上，将其水平支起后，再进行填充料捣打。（7）冷却壁勾缝：冷却壁勾缝是炉体砌筑施工中的一项重要施工工艺。当炉内冷却壁逐段安装完成之后，每块冷却壁之间都会出现一定的缝隙，这些缝隙必须使用碳素料进行填充。填充是在每段冷却壁安装、验收合格之后马上进行。要求填充料填充得密实、均匀。（8）热风环管砌筑和上升管喷涂施工中，结合施工特点和现场实际，在热风环管和上升管的合理位置增设进料孔，施工完毕再原样封堵，在上升管直段位置搭设吊盘，斜段、三通、四通施工部位处，搭设脚手架平台。有效解决施工难题，从而加快了工程进度，保证了砌筑和喷涂质量。2、该项目与当前国内同类研究、同类技术的综合比较及技术创新点该施工技术在**京唐1#高炉炉本体砌筑施工中应用获得成功，收到良好效果。使高炉炉本体砌筑施工质量和精度达到了设计标准，该施工技术具有一定的先进性和新颖性，施工工艺先进，操作方便，经济合理，达到国内先进水平，在今后的工业筑炉工程中具有广泛的推广应用前景。3、经济效益和社会效益炉本体砌筑采用了“液压小车与膨胀吊”相配合的施工方法，与传统的砌筑施工方法相比，施工工期缩短22天。按照1#高炉生铁产能12000t/d计算，22天可多产生铁266000吨，按照**内部价格计算利润，按100元/吨计算，工期缩短产生的经济效益达2660万元。通过该施工技术的应用，使施工环境得以改善，在创造良好经济效益的同时，还获得了一定的环境效益和社会效益。（五）10000m3/h高炉鼓风机安装技术1、鼓风机安装工艺技术（1）10000m3/min鼓风机构造及安装的特点10000m3/min全静叶可调轴流式鼓风机两轴承支座设置在框架上，在安装过程中把框架、下机壳、下静叶承缸组装一体（称为下机室）后安装。安装的过程中无须设置中间支撑，简化了《大型高炉透平压缩机安装工法》的工序，在确保风机安装质量的前提下缩短了工期。（2）电机的吊装施工技术1）现场条件。1#、2#风机设备基础被﹢6.470m混凝土平台环抱，即使是双机台吊也只能把电机吊至﹢6.470m混凝土平台边缘后，也无法到位，需要设置滑道才能将设备滑移到位。3）滑移梁的布置及滑移梁截面设计在﹢6.470m混凝土平台正下方有两排混凝土柱，柱距为5.15m，在这两排混凝土柱正上方的混凝土平台上设置两排滑移梁，在两排滑移梁之间每隔一定距离设一根工32a连系梁。滑移梁截面高度设计为550mm。混凝土平台柱强度经受力验算，在滑移的过程中满足要求。滑移梁的布置图4)滑移梁的牵引设置考虑滑移梁的受力变形对混凝土平台的影响，在电机滑移的过程中让75t天车稍稍提起电机的一侧（让滑移梁只承受一半的荷载），天车与电机同步移动。电机滑移时保留电机的箱底不拆除，在箱子下面垫上30mm的钢板，钢板下铺设有Φ48圆钢作滚道。采用2个5t倒链同时同步牵引即可。(3)安装精度的控制10000m3/min全静叶可调轴流式鼓风机需要严格控制的工序：=1\*GB3①调整螺栓调平；=2\*GB3②下机室调平、找正；=3\*GB3③瓦背及轴瓦接触情况检查；=4\*GB3④转子精密调整定位、转子扬高洼窝定心；=5\*GB3⑤下承缸静叶片角度调整、叶片与转子和上承缸间隙测量；=6\*GB3⑥承缸静叶片角度调整、叶片与转子和上承缸间隙测量；=7\*GB3⑦联轴器定心。在以上各工序施工中，安装精度控制的方法是：做好技术交底，严格工序控制，精心组织，精心操作，层层把关，上一道工序自检合格后再经外方专家检查合格后方能进行下一道工序，达到了精度要求。保证了风机一次试车成功。2、该项目与当前国内同类研究、同类技术的综合比较及技术创新点1号高炉鼓风机站1#、2#10000m3/min全静叶可调轴流式鼓风机的安装，成功应用了HYPERLINK\l"_Toc161197719"预清洗预装配、HYPERLINK\l"_Toc161197