摘 要:針對(duì)本高爐煉鐵工程鋼結(jié)構(gòu)體型大,重量大、高度高,結(jié)構(gòu)類(lèi)型多樣,工藝連接復(fù)雜,安裝精度要求高等特點(diǎn),從本高爐煉鐵工程的高爐爐殼、熱風(fēng)圍管、爐體框架結(jié)構(gòu)、粗煤氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、上料通廊結(jié)構(gòu)等主要結(jié)構(gòu)的吊裝技術(shù)進(jìn)行了深入的研究,總結(jié)出本高爐煉鐵工程鋼結(jié)構(gòu)吊裝的成套技術(shù)成果,確保了施工質(zhì)量完全滿足設(shè)計(jì)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。
關(guān)鍵詞:高爐煉鐵工程;鋼結(jié)構(gòu);吊裝技術(shù)
0 引 言
萊蕪銀山型鋼3號(hào)高爐是一座3200m3新建高爐煉鐵配套系統(tǒng)工程,高爐爐體為自立式結(jié)構(gòu)與框架分離,高爐框架呈下大上小傾斜形式結(jié)構(gòu),框架連接節(jié)點(diǎn)幾乎均采用高強(qiáng)螺栓連接,除塵器采用旋流式除塵的先進(jìn)技術(shù),粗煤氣系統(tǒng)采用五通球連接的新型節(jié)點(diǎn)形式,煉鐵配套設(shè)備為國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù),煉鐵工藝采用先進(jìn)的工藝流程等,工程的合理設(shè)計(jì)和主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際同類(lèi)高爐領(lǐng)先水平。本工程鋼結(jié)構(gòu)工藝形式多樣,涵蓋筒式結(jié)構(gòu)、箱型結(jié)構(gòu)、球體結(jié)構(gòu)、管式結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)、格構(gòu)式結(jié)構(gòu)、錐形結(jié)構(gòu)、橢圓式結(jié)構(gòu)等,工程具有單件結(jié)構(gòu)重量大、跨度大、高度大的特點(diǎn),工程整體施工質(zhì)量和技術(shù)含量較高,能充分體現(xiàn)吊裝技術(shù)水平。
1 工程概述
本工程涵蓋高爐煉鐵配套系統(tǒng)各子項(xiàng)工程,施工項(xiàng)目較多,工程以高爐主體為中心,周邊為附屬建設(shè)項(xiàng)目,高爐出鐵場(chǎng)廠房結(jié)構(gòu)圍繞高爐主體成矩形布置,高爐主皮帶機(jī)上料通廊結(jié)構(gòu)自南向北夾角16.750斜向布置,下降管自北向南夾角15.950斜向布置,東側(cè)設(shè)計(jì)有熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu),南側(cè)設(shè)計(jì)有旋流除塵器結(jié)構(gòu),北側(cè)礦槽槽上通廊結(jié)構(gòu)連通各轉(zhuǎn)運(yùn)站成東西向布置,結(jié)構(gòu)布置合理,工程建設(shè)高度為111m(圖1)。
圖1 高爐主體結(jié)構(gòu)(高爐鋼結(jié)構(gòu)工程吊裝)
2 工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述
本工程鋼結(jié)構(gòu)總量為約為16000t,結(jié)構(gòu)種類(lèi)繁多,以下簡(jiǎn)述工程的主要結(jié)構(gòu)。
高爐爐殼:為變截面筒體式鋼殼體,共23帶,爐殼板厚45~90mm,材質(zhì)為BB503D鋼,爐殼內(nèi)徑為Φ17000~Φ3100,爐殼底標(biāo)高為4.500~47.400m。
高爐熱風(fēng)圍管:為管式結(jié)構(gòu),圍管中心軸線標(biāo)高為19.6m,熱風(fēng)圍管中心直徑為Φ23000,圍管直徑為3032mm,板厚為20mm,結(jié)構(gòu)材質(zhì)為Q235B鋼。
高爐爐體框架結(jié)構(gòu):高爐爐體框架鋼結(jié)構(gòu)為剛性結(jié)構(gòu),分下部框架、中部框架和頂部框架,呈下大上小,單面傾斜式,框架內(nèi)設(shè)置多層平臺(tái)供人員操作,框架柱采用箱型結(jié)構(gòu),其他結(jié)構(gòu)有箱型結(jié)構(gòu)、焊接工字型結(jié)構(gòu)、型鋼結(jié)構(gòu)等,下部框架標(biāo)高為2.4~27.2m;中部框架標(biāo)高為27.2~44m;頂部框架標(biāo)高為44~84.46m。框架結(jié)構(gòu)最大板厚為45mm,材質(zhì)為Q345B鋼。
高爐粗煤氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu):結(jié)構(gòu)標(biāo)高從44~105.6m,包括上升管、五通球、下降管和一次均壓管等結(jié)構(gòu);上升管、下降管和均壓管結(jié)構(gòu)為管式結(jié)構(gòu),五通球?yàn)榍蝮w結(jié)構(gòu);五通球連通上升管和下降管。上升管管內(nèi)徑為Φ2300,板厚18~30mm;下降管管內(nèi)徑為Φ3600,板厚20~50mm;鋼材材質(zhì)為Q235B鋼;五通球內(nèi)徑為Φ6000,板厚為42mm,鋼材材質(zhì)為16MnR鋼,下降管上設(shè)置有鋼梯供作業(yè)人員上下。
高爐主皮帶機(jī)上料通廊結(jié)構(gòu):結(jié)構(gòu)包括通廊支架和通廊本體,通廊分5跨,共5個(gè)通廊支架,其中有1個(gè)為固定式支架,其余4個(gè)為搖擺式支架;通廊本體支承在通廊支架上,整個(gè)通廊本體頭端與高爐進(jìn)行連接,尾部分別連通機(jī)械傳動(dòng)室、土建轉(zhuǎn)運(yùn)站等,通廊總長(zhǎng)約300m,通廊本體結(jié)構(gòu)共5段,最大跨度70m,通廊截面形體尺寸為6.05×6.05m,單段最重約200t,安裝高度約76m。
其他附屬鋼結(jié)構(gòu):包括出鐵場(chǎng)廠房結(jié)構(gòu)、風(fēng)口平臺(tái)結(jié)構(gòu)、電梯井及鋼梯結(jié)構(gòu)、槽上通廊結(jié)構(gòu)等。
3 工程特點(diǎn)
1) 本工程含概工藝系統(tǒng)較多,結(jié)構(gòu)類(lèi)型復(fù)雜,各工藝系統(tǒng)相互獨(dú)立又相互連接,如熱風(fēng)圍管與爐殼之間的連接,除塵器結(jié)構(gòu)和高爐爐體之間的連接、上料通廊與爐體結(jié)構(gòu)之間的連接等,結(jié)構(gòu)吊裝精度要求較高。
2) 本工程構(gòu)件有重、大、高、長(zhǎng)的特點(diǎn),工程整體高度達(dá)111m,其中高爐爐殼最重段約80t;高爐框架柱單件重約150t;五通球中心標(biāo)高為97.3m,重估計(jì)約40t;下降管長(zhǎng)約80m,重估計(jì)約200t,高爐上料通廊結(jié)構(gòu)跨度大,共5段,每段重估計(jì)約200t,吊裝高度近80m,確定大型構(gòu)件的吊裝方法,有效地控制吊裝質(zhì)量是工程吊裝的難點(diǎn)。
3) 依據(jù)工程吊裝構(gòu)件的實(shí)際重量和安裝高度,確定吊裝機(jī)械的選型,根據(jù)工程實(shí)際安裝進(jìn)度詳細(xì)地規(guī)劃吊裝機(jī)械的進(jìn)場(chǎng)和吊裝時(shí)間,對(duì)有效地降低工程安裝成本投入是控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
4) 受工程各個(gè)工藝系統(tǒng)的獨(dú)立性和相連性的影響,合理地安排流水施工,確定先主體結(jié)構(gòu)后附屬結(jié)構(gòu)的吊裝內(nèi)容和方法,是工程吊裝的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
5) 為控制工程吊裝精度,確保各部件的相連性精準(zhǔn)對(duì)接,確定合理的測(cè)量方法,布控關(guān)鍵測(cè)量控制點(diǎn)是工程吊裝的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
4 工程吊裝實(shí)施部署
本工程遵循先主線項(xiàng)目后分線項(xiàng)目施工的原則,確定以高爐主體工程為施工關(guān)鍵線路,附屬工程陸續(xù)進(jìn)入施工,采用流水施工的方式,使工程資源得到充分利用和安排,在施工過(guò)程中分項(xiàng)項(xiàng)目施工互有交叉、也互為承接,施工順序得到合理性優(yōu)化。以關(guān)鍵路線工作作為主線安裝施工重點(diǎn),主搶高爐主體結(jié)構(gòu)的安裝,開(kāi)辟出鐵場(chǎng)平臺(tái)、出鐵場(chǎng)廠房結(jié)構(gòu)與主體工程結(jié)構(gòu)同步安裝路線,逐步開(kāi)展旋流除塵器結(jié)構(gòu)、電梯井結(jié)構(gòu)、上料通廊結(jié)構(gòu)、機(jī)械傳動(dòng)室結(jié)構(gòu)、槽上通廊結(jié)構(gòu)等安裝任務(wù),搞好多點(diǎn)施工安裝協(xié)調(diào)工作,做好工序順序安排、分項(xiàng)結(jié)構(gòu)安裝的承接。應(yīng)用大型吊裝設(shè)備對(duì)大、重型構(gòu)件進(jìn)行整體吊裝方法,確保吊裝一次就位,縮短施工工期。
4.1 工程安裝區(qū)域劃分
根據(jù)本工程量、工期網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度及結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,對(duì)我公司負(fù)責(zé)的施工項(xiàng)目分成六個(gè)施工區(qū)域,分別為高爐主體結(jié)構(gòu)施工區(qū)、出鐵場(chǎng)結(jié)構(gòu)施工區(qū)、旋流除塵器結(jié)構(gòu)施工區(qū)、電梯井及鋼梯結(jié)構(gòu)施工區(qū)、上料通廊結(jié)構(gòu)施工區(qū)和槽上通廊結(jié)構(gòu)施工區(qū),見(jiàn)圖2。
圖2 上料通廊結(jié)構(gòu)
4.2、施工步驟安排
1)高爐主體結(jié)構(gòu)施工區(qū)作為關(guān)鍵線路吊裝,投入DBQ4000tm塔吊為吊裝主機(jī),QUY100t履帶吊及其他租賃液壓吊輔助進(jìn)行輔助施工,施工順序采取從下至上分段分層,從內(nèi)向外的吊裝方式進(jìn)行,先進(jìn)行高爐爐殼安裝,同步兼顧高爐爐體下部框架、中部框架、頂部框架、粗煤氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的安裝,實(shí)現(xiàn)工期的完成,見(jiàn)圖3。
圖3 高爐主體結(jié)構(gòu)
2)開(kāi)辟出鐵場(chǎng)結(jié)構(gòu)施工區(qū)與高爐主體結(jié)構(gòu)安裝同步平行施工,投入250t履帶吊一臺(tái)在跨外吊裝施工,安裝順序從2700向900方向推進(jìn),先安裝高爐南側(cè)出鐵場(chǎng)結(jié)構(gòu),再進(jìn)行高爐東西側(cè)出鐵場(chǎng)結(jié)構(gòu)安裝,最后進(jìn)行高爐北側(cè)出鐵場(chǎng)結(jié)構(gòu)安裝,為土建及筑爐施工提供條件,見(jiàn)圖4。
圖4 鐵場(chǎng)結(jié)構(gòu)
3)在高爐主體結(jié)構(gòu)施工中期進(jìn)入旋流除塵器結(jié)構(gòu)施工,投入100t履帶吊1臺(tái)進(jìn)行構(gòu)件吊裝,安裝順序從下至上分段分層進(jìn)行,除塵器殼體與除塵器框架同步施工完成,確保該結(jié)構(gòu)在五通球施工前完成,為下降管安裝提供條件,見(jiàn)圖5。
圖5 除塵器結(jié)構(gòu)
4)電梯井及鋼梯結(jié)構(gòu)施工區(qū):采用兼顧出鐵場(chǎng)結(jié)構(gòu)吊裝的250t履帶吊進(jìn)行構(gòu)件吊裝,安裝順序從下至上進(jìn)行,安裝時(shí)主搶電梯井及鋼梯框架本體結(jié)構(gòu),再安裝連接各層平臺(tái)結(jié)構(gòu),確保與高爐各平臺(tái)連通,見(jiàn)圖6。
圖6 電梯井及鋼梯結(jié)構(gòu)
5)高爐上料主皮帶機(jī)通廊結(jié)構(gòu)施工區(qū):與頂部框架各層平臺(tái)同步施工進(jìn)行;投入250t履帶吊一臺(tái)進(jìn)行通廊支架吊裝,750t履帶吊一臺(tái)進(jìn)行通廊本體吊裝,安裝順序從下至上進(jìn)行,先逐個(gè)通廊支架安裝,后逐段通廊本體安裝。通廊結(jié)構(gòu)提前完成,保證與高爐頂部框架的連接,為皮帶傳動(dòng)設(shè)備安裝提供施工面,見(jiàn)圖7。
圖7 高爐上料皮帶機(jī)
6)礦槽槽上通廊結(jié)構(gòu)施工區(qū):采用兼顧上料通廊結(jié)構(gòu)安裝的250t履帶吊和100t履帶吊進(jìn)行構(gòu)件吊裝,安裝順序采用雙線反向施工,通廊支架和通廊本體結(jié)構(gòu)同步施工,逐段推進(jìn)完成,見(jiàn)圖8。
圖 8 礦槽通廊結(jié)構(gòu)
5 施工測(cè)量控制點(diǎn)布設(shè)
結(jié)合本工程實(shí)際,根據(jù)現(xiàn)有的測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)引投測(cè)量控制點(diǎn),測(cè)量控制點(diǎn)的引投工作主要是高程控制點(diǎn)、高爐中心線控制點(diǎn)、除塵器中心線控制點(diǎn)、上料通廊中心線控制點(diǎn)、礦槽槽上通廊中心線控制點(diǎn)等的布設(shè),利用引投控制點(diǎn)采用水平儀、經(jīng)緯儀和全站儀進(jìn)行向上引投和結(jié)合測(cè)量,控制結(jié)構(gòu)吊裝精度。
控制點(diǎn)的引投能有效地保證各工序系統(tǒng)相連性的精準(zhǔn)對(duì)接,控制點(diǎn)布設(shè)應(yīng)設(shè)置在空曠地或已有建筑物上,測(cè)量可視度強(qiáng),前視和后視點(diǎn)通視,以達(dá)到測(cè)量控制的目的。如引投高爐中心控制點(diǎn)和向上引投控制點(diǎn)的圖示,見(jiàn)圖9。
圖9 控制點(diǎn)布置()
6 吊裝機(jī)械的選型
吊裝機(jī)械的選擇本著節(jié)省安裝成本、滿足構(gòu)件吊裝重量和縮短施工工期的原則進(jìn)行選型,合理地把握和安排吊裝機(jī)械使用的切入點(diǎn)和吊裝時(shí)間,最大化地利用機(jī)械的有效吊裝。本工程采用1臺(tái)DBQ4000tm塔吊負(fù)責(zé)主體結(jié)構(gòu)的吊裝,滿足構(gòu)件組拼和大型構(gòu)件吊裝,加快安裝工期的要求;投入250t履帶吊和100t履帶吊各1臺(tái)主要負(fù)責(zé)出鐵場(chǎng)結(jié)構(gòu)安裝,并兼顧電梯井及鋼梯和除塵器結(jié)構(gòu)的安裝;投入750t履帶吊和250t履帶吊各1臺(tái),利用主體結(jié)構(gòu)配置的DBQ4000tm塔吊負(fù)責(zé)上料通廊和粗煤氣下降管結(jié)構(gòu)的安裝,再利用已投入的250t履帶吊和100t履帶吊各1臺(tái)礦槽槽上通廊結(jié)構(gòu)的安裝,滿足多線連續(xù)施工的要求,保證在有效地施工工期內(nèi)完成了工程吊裝。
7、主要結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)
7.1 高爐爐殼吊裝技術(shù)
由于高爐爐殼整體結(jié)構(gòu)高、大、重,因此爐殼吊裝采用分段吊裝的方法進(jìn)行安裝,單圈爐殼進(jìn)行地面組拼和各數(shù)據(jù)測(cè)量精準(zhǔn)控制后,做好吊裝防橢圓變形措施后,采用多點(diǎn)吊裝的方法進(jìn)行安裝,安裝過(guò)程采用每帶測(cè)量的方法測(cè)量控制安裝偏差,分別控制爐殼的中心偏差、十字軸線偏差、實(shí)際直徑與設(shè)計(jì)直徑偏差、對(duì)口偏差、上口標(biāo)高偏差等,確保安裝質(zhì)量,見(jiàn)圖10。
圖10 爐殼吊裝
7.2 高爐熱風(fēng)圍管結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù):
為控制熱風(fēng)圍管整體安裝質(zhì)量,結(jié)構(gòu)吊裝采用整體吊裝的方法進(jìn)行,安裝時(shí)利用在爐殼上設(shè)置18個(gè)臨時(shí)支架進(jìn)行支托,臨時(shí)支架經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的承載負(fù)荷計(jì)算,滿足支承受力要求,臨時(shí)支架安裝時(shí)逐個(gè)控制支架的標(biāo)高和水平度,做好支架防側(cè)向受力措施和圍管中心線的投放工作,保證熱風(fēng)圍管的精確安裝。圍管安裝過(guò)程還需測(cè)量中心線離爐殼的距離偏差、上表面標(biāo)高偏差、熱風(fēng)主管接口朝向等測(cè)量控制,保證安裝質(zhì)量,見(jiàn)圖11。
圖11 熱風(fēng)圍管結(jié)構(gòu)
7.3 高爐爐體框架結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)
從下至上分別完成下部框架、中部框架和頂部框架的安裝,并兼顧各層平臺(tái)結(jié)構(gòu)隨高度逐層安裝,結(jié)構(gòu)吊裝在滿足起重機(jī)械額定吊裝重量的條件下,采用分段吊裝(圖12)、單件整體吊裝(圖13)、組拼吊裝單元整體吊裝(圖14)的方法進(jìn)行,本著以加快施工進(jìn)度,確保施工質(zhì)量,節(jié)約施工成本的原則進(jìn)行。
圖12 分段吊裝
圖13 單件整體吊裝
圖14 吊裝組拼單元(高爐鋼結(jié)構(gòu)工程吊裝)
7.4 高爐粗煤氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù):
粗煤氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安裝隨爐頂剛架結(jié)構(gòu)穿插進(jìn)行吊裝,從下至上分別完成上升管、五通球、下降管的吊裝工作,上升管結(jié)構(gòu)采用DBQ4000t.m塔吊分五段吊裝的方法安裝完成(圖15),五通球在地面整體拼裝,拼裝時(shí)隨帶上升管接頭段和下降管接頭段,以保證與上升管和下降管的連接,安裝時(shí)采用750t履帶吊進(jìn)行整體吊裝完成(圖16),下降管安裝采用分兩段進(jìn)行吊裝,分別是先采用負(fù)責(zé)出鐵場(chǎng)結(jié)構(gòu)吊裝的250t履帶吊吊裝下降管下段(圖17),安裝時(shí)要嚴(yán)格控制管口朝向和標(biāo)高的偏差,保證中段的精準(zhǔn)對(duì)接,最后采用750t履帶吊吊裝完成下降管中段的對(duì)接安裝(圖18)。
圖15 粗煤氣系統(tǒng)
圖16 整體吊裝完成
圖17 下降管吊裝(高爐鋼結(jié)構(gòu)工程吊裝)
圖18 下降管中段吊裝
7.5、高爐上料通廊結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)
上料通廊結(jié)構(gòu)總體的吊裝方法是從下至上安裝,采用分段吊裝、拼裝成整體吊裝等的方法進(jìn)行,結(jié)合構(gòu)件吊裝重量和吊車(chē)的起重性能又采用單機(jī)和雙機(jī)抬吊吊裝的方法完成。為保證上料通廊結(jié)構(gòu)安裝的可操作性和安全性,通廊結(jié)構(gòu)安裝從三腿穩(wěn)固支架開(kāi)始,以滿足結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求。上料通廊支架的吊裝待通廊支架拼裝完成后進(jìn)行,其中ZJ1-ZJ4支架吊裝均由250t履帶吊吊裝完成,ZJ5支架吊裝由DBQ4000tm塔吊吊裝完成;其中依據(jù)通廊支架結(jié)構(gòu)重量和吊車(chē)吊裝性能,ZJ1支架采用拼裝成整體進(jìn)行吊裝
(圖19),其他通廊支架采用分段進(jìn)行安裝,每個(gè)支架安裝均分成支架肢腿(圖20)和柱頭頂部支座(圖21)兩部分安裝;通廊本體的各段安裝待通廊本體拼裝成整體后進(jìn)行。通廊本體結(jié)構(gòu)整體拼裝含蓋通廊本體的所有結(jié)構(gòu)(圖22),拼裝完成后750t履帶吊逐段單機(jī)吊裝完成前四段(圖23),再和DBQ4000t.m塔吊共同抬吊第五段通廊(圖24)。
圖19 ZJ1支架吊裝
圖20 支架肢腿吊裝
圖21 支架頂部支座
圖22 通廊結(jié)構(gòu)吊裝完成
圖23 吊裝完成前四段通廊
圖24 吊裝完成前五段通廊
8 結(jié) 語(yǔ)
工程整體建筑面積較大,涵蓋工藝系統(tǒng)較多,各工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相連性較強(qiáng),結(jié)構(gòu)形式極其多樣,對(duì)結(jié)構(gòu)吊裝具有很大的挑戰(zhàn)性,需要施工單位具有較強(qiáng)的技術(shù)能力和綜合能力,由于在施工前經(jīng)過(guò)認(rèn)真細(xì)致的分析,施工過(guò)程中經(jīng)過(guò)精心組織和安排和工序間的有效控制,整個(gè)安裝過(guò)程比較順利,達(dá)到了滿意的效果。
(中國(guó)二十二冶集團(tuán)有限公司金屬結(jié)構(gòu)工程分公司,河北 唐山 064000 )
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