首钢京唐公司1号高炉施工工艺探讨

在首钢京唐钢铁厂一期一步5500m3高炉施工中，北京首钢建设集团有限公司(首建集团公司)全面总结了日本、欧洲5000m3以上高炉及国内大型高炉的设计和生产经验，坚持“高效、低耗、优质、长寿、清洁”的设计理念，采用先进实用、成熟可靠、节能环保、优质长寿的工艺技术和设备材料，实现了高炉的大型化、高效化、现代化、长寿化、清洁化。

此高炉为国内首座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。

一期一步高炉总高126.4m，有效容积5500m3，年工作日355天，年生产449万吨铁水，设计寿命25年(一代炉龄)。

共完成土方6.4万m3，浇筑混凝土5.315万m3，钢结构制作安装2.9万吨，设备安装9224吨，电缆敷设123.5公里，各种管道4.5公里，并成功实现了1号5500m3高炉基础混凝土连续浇筑84.5小时，共10454m3.基础混凝土施工的主要特点和技术难点高炉基础2007年3月12日正式开始施工， 4月2日上午9：00开始浇筑砼，经过连续84.5个小时的不间断浇注，顺利完成了浇注混凝土10454m3的施工任务。

整个高炉基础施工历时24天。

5500m3高炉基础浇注是国内最厚的大体积混凝土浇注工程，工程量最大，质量要求高，养护困难，必须一次不间断连续浇注完成。

首建集团公司高度重视，组织工程技术人员制定了详细周密的技术方案和施工组织实施方案，并聘请国内知名的混凝土裂缝专家进行评审和技术把关。

施工中采用了国内最先进的测温技术和应力应变技术，随时掌握内外温差，确保控制在25℃以内。

搅拌站至高炉工地往返6公里的运距，采用了26台9m3的水泥罐车，每台按规定时间跑12个往返，共1248车次。

整个施工过程没有发生任何安全质量问题，创造了中国冶金工程建设史上的新纪录。

为了获得大积体混凝土施工数据，首钢集团公司采用电脑监控技术，对砼内部温度及砼应力进行了监测，获得了第一手数据资料。

使砼内外温差、内部应力达到了非常理想的水平。

工程实体达到了内实外光的要求，受到了专家一致好评，开创了国内冶金行业大体积混凝土施工的新纪元。

钢结构制作安装特点、技术难点高炉炉壳炉壳安装精度要求很高，组对后要求严格将风口带、铁口带水平标高偏差控制在4mm以内、对口错边量6mm以内、炉壳钢板圈的最大直径与最小直径差(55.8mm)，以及钢板圈相对炉底中心的最大偏差不大于30mm.在跨带冷却壁的围板安装中，易产生焊接收缩，要满足冷却壁的安装精度要求，围板安装难度就增加了。

作业场地属沿海气候，空气湿度大，雨雪天气多，极易产生气孔、延迟裂纹、未熔合、夹渣等焊接缺陷。

钢板材质属于微合金高强钢(HSLA)。

需要解决在焊接、冷却过程中的热裂、冷裂、氢致裂纹等问题。

该材质中含有氮元素，如果焊接不当很容易产生时效脆化，因此需要严格控制焊接工艺参数，防止因氮元素的偏聚而出现的裂纹、气孔等现象。

由于高炉容积较大，最大直径处达18.6m.受客观条件和吊装能力所限，大部分炉壳围板不能在地面组焊成型后整带吊装到位，有部分立缝只能在高空焊接完成。

热风围管热风围管内部砌筑和喷涂对管道椭圆度要求很高，允许偏差在5mm内，比普通大直径卷焊钢管制作椭圆度要求提高了5mm. 42个短节对应高炉42个风口直吹管，要确保42套风口设备的安装精度，对短节弦长以及相互间尺寸的加工和安装精度提出了很高要求。

热风围管安装精度，环管上表面高低差要求控制在10mm内。

围管内表面至高炉外壳的距离允许偏差要求控制在20mm以内。

上升管、五通球上升管在70m高空对接安装，垂直度控制在20mm以内。

五通球需开5个孔与四根上升管和一根下降管相联，然后在110m高空进行组对安装，开孔位置允许偏差3mm，开孔直径与支管直径之差2~5mm.五通球在113m高空安装组对，安装标高偏差要求控制在±30mm以内，纵横中心偏差不超过30mm.构件的安装顺序给吊车的设置和吊装带来很大难度。

五通球重量达62吨，安装中心标高▽113m，DBQ4000吊车只能在五通球吊装到位后擎住，再利用630吨吊车进行第四根上升管弯管的安装。

下降管下降管上联五通球，下接旋风除尘器，是自立门架式结构的超长(66m)钢管斜横梁，中间无支撑，两端为固定口连接。

设计要求整体门架结构形成前，五通球及旋风除尘器伸出部分不能承受较大的悬臂弯矩。

下降管安装位置高(上口标高113.2m，下口标高63.103m)，重量大(176t)，其下是矩形出铁厂房;吊装重量大，考虑施工成本及场地狭窄的现场条件，无法使用两台超大型吊车抬吊就位。

同时沿海施工吊装构件高空横向风力大(常年3级风以上)。

由于五通球上伸出弯管及旋风除尘器上斜插管为空间结构，管壁厚20mm，空中组装误差及焊接变形较大，下降管与其为固定口相连，空中组对困难。

炉体框架炉体框架柱截面尺寸大，内部结构极为复杂，施工图深化设计和加工制作难度很大。

框架结构内部采用了横向横隔板、纵向T型加劲肋的结构形式。

框架柱在12m内就有9组横隔板和10根T型钢，箱型柱内部结构复杂，焊接量大，易变形。

框架柱单节柱最重达101吨。

各层平台采用八卦式结构布置，设计要求平台梁两端安装精度控制在1mm以内，以保证高强螺栓的安装。

防腐蚀要求高该地区属于沿海地区，空气湿度大，氯离子含量高，对钢结构腐蚀性强，因此除锈防腐是非常重要的环节。

因此采用喷砂除锈达到Sa2.5级后，刷富锌底漆，它是性能优异、具备阴极保护的电化学涂料。

底漆：环氧富锌漆一遍，干膜厚度60μm(室外);中间漆：环氧云铁漆一遍，干膜厚度80μm(室外);面漆：脂肪族聚氨酯面漆两遍，干膜厚度60μm(室外)。

在炉本体钢结构制作安装中采取的有效措施高炉炉壳安装和焊接控制工艺炉壳安装和焊接工艺流程：设备调试→炉壳吊装组对→装配交检→焊前预热→炉壳立缝焊接→炉壳环缝焊接→焊接检验→焊后热处理。

高炉第1带～12带炉壳按出厂单元进行吊装、组对焊接;第13带～16带先在安装现场组焊成单带，然后整带安装就位;第17带～22带在工厂每相邻两带组焊成一个单元，然后发运到安装现场直接吊装就位。

第23带、第24带+25带分别在工厂组焊成带，然后发运到安装现场直接吊装就位。

吊装组对后调整、测量，再调整、复测，合格后加固，进行焊接，采用二氧化碳气体保护焊的方法。

严格执行焊前预热、焊后缓冷、焊后热处理工艺，采用电加热方法，利用计算机控制技术+WDJK-360型控制柜对履带式电加热器进行适时控制，设定控制参数实现全程自动控制，保证了焊接和热处理的质量;同时这也是解决由于现场高湿度可能引起焊接缺陷问题的措施之一。

预热温度：120~150℃;后热温度：250~300℃;热处理温度：650℃。

严格控制焊接程序，先焊炉内侧焊缝，然后在外侧碳弧气刨清根、打磨合格后，再对外侧焊缝实施焊接，同时采取对称焊、多层多道焊、分段退焊等方法，最大限度降低因为厚板焊接存在的拘束度过大而产生裂纹的可能性。

针对BB503材料的特点：在焊接过程中为防止氮元素在焊缝处偏聚，严格控制熔合比，严格控制焊接线能量和层间温度。

针对沿海焊接施工的特点，严格执行了以下控制措施：在炉壳对接、组焊过程中，视天气情况，适当采取防风、防雨、防雪等措施，确保焊接质量要求。

严格清理焊接坡口表面及两侧距坡口边缘30㎜内的水渍、铁锈、油污、渣和其它杂质。

严格控制焊材的含水量：CO2气体保护焊用的CO2气体应保持干燥，气体纯度不小于99.8%(体积法)，含水量不大于0.005%(重量法)。

严格执行焊前预热、焊后后热、缓冷的工艺措施。

为保证炉壳的尺寸和炉顶标高，采取了带与带之间预留间隙的方法进行调整，通过计算使间隙在2~4mm内，在焊后收缩的情况下，完全满足了冷却壁的安装和炉顶设备安装的要求。

热风围管制作、安装工艺采用数控切割，切割后的尺寸极限偏差控制在±1mm内。

围管短节组对过程中，依次检查组对后内侧和外侧弦长，以保证围管整体圆度。

制作完成后整体预拼装，对有超差部分进行地面调整。

在9.9m平台上组对，提前在平台上划出十字中心线、围管内外边缘线，围管整体组装完后进行焊接加固，防止变形。

在34m平台上设立4个吊点，利用滑轮组进行同步整体吊装，吊装过程中全程监测高度。

吊装到位后测量环管内表面至高炉外壳的距离，在确保合格后利用垂直吊杆固定。

上升管制作安装工艺采用数控切割下料，把切割偏差控制在了±1mm以内。

上升管地面组对，整体吊装，减少高空作业难度和满足上升管垂直度的要求。

五通球制作安装工艺措施球片用专用胎具压制，为保证各块边缘成形精度，在每块四周加放3倍板厚的压头量。

五通球支架和支撑按30°周圈布置，在基准圆外侧的球壳板处均匀点焊定位块，然后以定位块和胎具为基准，按顺序装配赤道带壳板。

待纵缝定位焊接完成后装上、下极带。

五通球与上升管四个接口设立活动短节，以便在高空组对时调整，提高了组装精度，加快了施工进度。

根据五通球焊接容易变形等特点，首建集团公司经过精确定位，对五通口相贯线进行精确切割，并加设16道放射型防变形拉筋，保证了其椭圆度达到图纸及规范要求。

下降管计算机模拟吊装技术。

根据现有施工场地及吊车起重能力，确定吊装构件大小(分2段吊装)，施工前用计算机模拟整个吊装过程，精确制定下降管部件现场组对位置、吊车及起吊重物运行路线、就位过程，确保构件平稳无障碍吊装。

精确计算构件重心，确定主吊点及调整绳悬挂点，确保构件按安装位置角度起吊。

下降管上装有梯子、栏杆及均压放散管等附件，必须精确计算组装后构件的重心，选择正确的主吊点及调整绳悬挂点，在离开地面前调整好角度，才能精确安装就位，实现与固定口的组对。

采用可调式支架，空中调整及支撑上管段。

按照安装位置，用计算机模拟设计上管段“人”字形支撑架，支脚与炉顶平台梁铰接，在炉顶平台设链式起重机，用钢丝绳拉支架顶住横梁，在五通球上焊接吊耳挂固定定滑轮，通过链式起重机、钢丝绳调整支撑架位置，进而支撑或调整管段安装角度。

仪器精确测量五通球伸出管及旋风除尘器斜插管空间位置，确定下管段长度及角度。

用进口高精度TDA5005全站仪精确测量五通球伸出管口、旋风除尘器斜插管口相对高炉中心线的角度、位置座标点，计算确定下段管的长度，测量精度达到了0.3mm.三角形法测量下管段吊起角度，配重调整，使吊起角度与安装就位角度完全相同。

按安装就位角度精确计算下管段重心，用吊车试吊离地面，下管段上口挂重锤，由下管口下部拉钢线，用钢角尺测量使钢线与重锤线垂直后，测量两钢线长度与计算值对比，然后在两管端调整配重，直至两者相等后起吊。

选择晴朗风力小的天气，上午10点钟以后吊装，避免沿海早晚风大的影响。

通过实施以上6项措施，下降管上段2小时吊装就位组对完，下段4小时吊装就位组对完，管口长度偏差23mm，径向偏差5mm，高于规范径向偏差10mm的要求，而且快捷安全完成吊装任务。