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莱芜银山型钢3号高炉钢结构工程吊装技术
来源:建筑钢结构网  作者:刘昌岑 叶荣清 颜世强  时间:2013-11-22   关键词:莱芜 银山 型钢
摘要:针对本高炉炼铁工程钢结构体型大,重量大、高度高,结构类型多样,工艺连接复杂,安装精度要求高等特点,从本高炉炼铁工程的高炉炉壳、热风围管、炉体框架结构、粗煤气系统结构、上料通廊结构等主要

  要:针对本高炉炼铁工程钢结构体型大,重量大、高度高,结构类型多样,工艺连接复杂,安装精度要求高等特点,从本高炉炼铁工程的高炉炉壳、热风围管、炉体框架结构、粗煤气系统结构、上料通廊结构等主要结构的吊装技术进行了深入的研究,总结出本高炉炼铁工程钢结构吊装的成套技术成果,确保了施工质量完全满足设计及验收标准要求。

关键词:高炉炼铁工程;钢结构;吊装技术 

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莱芜银山型钢3号高炉是一座3200m3新建高炉炼铁配套系统工程,高炉炉体为自立式结构与框架分离,高炉框架呈下大上小倾斜形式结构,框架连接节点几乎均采用高强螺栓连接,除尘器采用旋流式除尘的先进技术,粗煤气系统采用五通球连接的新型节点形式,炼铁配套设备为国内外先进技术,炼铁工艺采用先进的工艺流程等,工程的合理设计和主要技术指标达到了国际同类高炉领先水平。本工程钢结构工艺形式多样,涵盖筒式结构、箱型结构、球体结构、管式结构、桁架结构、格构式结构、锥形结构、椭圆式结构等,工程具有单件结构重量大、跨度大、高度大的特点,工程整体施工质量和技术含量较高,能充分体现吊装技术水平。

1 工程概述

本工程涵盖高炉炼铁配套系统各子项工程,施工项目较多,工程以高炉主体为中心,周边为附属建设项目,高炉出铁场厂房结构围绕高炉主体成矩形布置,高炉主皮带机上料通廊结构自南向北夹角16.750斜向布置,下降管自北向南夹角15.950斜向布置,东侧设计有热风炉结构,南侧设计有旋流除尘器结构,北侧矿槽槽上通廊结构连通各转运站成东西向布置,结构布置合理,工程建设高度为111m(1)


图1 高炉主体结构(高炉钢结构工程吊装


工程钢结构设计简述

本工程钢结构总量为约为16000t,结构种类繁多,以下简述工程的主要结构。

高炉炉壳:为变截面筒体式钢壳体,共23带,炉壳板厚4590mm,材质为BB503D钢,炉壳内径为Φ17000~Φ3100,炉壳底标高为4.50047.400m

高炉热风围管:为管式结构,围管中心轴线标高为19.6m,热风围管中心直径为Φ23000,围管直径为3032mm,板厚为20mm,结构材质为Q235B钢。

高炉炉体框架结构:高炉炉体框架钢结构为刚性结构,分下部框架、中部框架和顶部框架,呈下大上小,单面倾斜式,框架内设置多层平台供人员操作,框架柱采用箱型结构,其他结构有箱型结构、焊接工字型结构、型钢结构等,下部框架标高为2.427.2m;中部框架标高为27.244m;顶部框架标高为4484.46m。框架结构最大板厚为45mm,材质为Q345B钢。

高炉粗煤气系统结构:结构标高从44105.6m,包括上升管、五通球、下降管和一次均压管等结构;上升管、下降管和均压管结构为管式结构,五通球为球体结构;五通球连通上升管和下降管。上升管管内径为Φ2300,板厚1830mm;下降管管内径为Φ3600,板厚2050mm;钢材材质为Q235B钢;五通球内径为Φ6000,板厚为42mm,钢材材质为16MnR钢,下降管上设置有钢梯供作业人员上下。

高炉主皮带机上料通廊结构:结构包括通廊支架和通廊本体,通廊分5跨,共5个通廊支架,其中有1个为固定式支架,其余4个为摇摆式支架;通廊本体支承在通廊支架上,整个通廊本体头端与高炉进行连接,尾部分别连通机械传动室、土建转运站等,通廊总长约300m,通廊本体结构共5段,最大跨度70m,通廊截面形体尺寸为6.05×6.05m,单段最重约200t,安装高度约76m

其他附属钢结构:包括出铁场厂房结构、风口平台结构、电梯井及钢梯结构、槽上通廊结构等。

工程特点

1) 本工程含概工艺系统较多,结构类型复杂,各工艺系统相互独立又相互连接,如热风围管与炉壳之间的连接,除尘器结构和高炉炉体之间的连接、上料通廊与炉体结构之间的连接等,结构吊装精度要求较高。

2) 本工程构件有重、大、高、长的特点,工程整体高度达111m,其中高炉炉壳最重段约80t;高炉框架柱单件重约150t;五通球中心标高为97.3m,重估计约40t;下降管长约80m,重估计约200t,高炉上料通廊结构跨度大,共5段,每段重估计约200t,吊装高度近80m,确定大型构件的吊装方法,有效地控制吊装质量是工程吊装的难点。

3) 依据工程吊装构件的实际重量和安装高度,确定吊装机械的选型,根据工程实际安装进度详细地规划吊装机械的进场和吊装时间,对有效地降低工程安装成本投入是控制的重点和难点。

4) 受工程各个工艺系统的独立性和相连性的影响,合理地安排流水施工,确定先主体结构后附属结构的吊装内容和方法,是工程吊装的重点和难点。

5) 为控制工程吊装精度,确保各部件的相连性精准对接,确定合理的测量方法,布控关键测量控制点是工程吊装的重点和难点。

工程吊装实施部署

本工程遵循先主线项目后分线项目施工的原则,确定以高炉主体工程为施工关键线路,附属工程陆续进入施工,采用流水施工的方式,使工程资源得到充分利用和安排,在施工过程中分项项目施工互有交叉、也互为承接,施工顺序得到合理性优化。以关键路线工作作为主线安装施工重点,主抢高炉主体结构的安装,开辟出铁场平台、出铁场厂房结构与主体工程结构同步安装路线,逐步开展旋流除尘器结构、电梯井结构、上料通廊结构、机械传动室结构、槽上通廊结构等安装任务,搞好多点施工安装协调工作,做好工序顺序安排、分项结构安装的承接。应用大型吊装设备对大、重型构件进行整体吊装方法,确保吊装一次就位,缩短施工工期。

4.1 工程安装区域划分

 根据本工程量、工期网络进度及结合现场实际情况,对我公司负责的施工项目分成六个施工区域,分别为高炉主体结构施工区、出铁场结构施工区、旋流除尘器结构施工区、电梯井及钢梯结构施工区、上料通廊结构施工区和槽上通廊结构施工区,见图2


2 上料通廊结构

4.2、施工步骤安排

1)高炉主体结构施工区作为关键线路吊装,投入DBQ4000tm塔吊为吊装主机,QUY100t履带吊及其他租赁液压吊辅助进行辅助施工,施工顺序采取从下至上分段分层,从内向外的吊装方式进行,先进行高炉炉壳安装,同步兼顾高炉炉体下部框架、中部框架、顶部框架、粗煤气系统结构的安装,实现工期的完成,见图3


3 高炉主体结构

2)开辟出铁场结构施工区与高炉主体结构安装同步平行施工,投入250t履带吊一台在跨外吊装施工,安装顺序从2700900方向推进,先安装高炉南侧出铁场结构,再进行高炉东西侧出铁场结构安装,最后进行高炉北侧出铁场结构安装,为土建及筑炉施工提供条件,见图4


铁场结构

3)在高炉主体结构施工中期进入旋流除尘器结构施工,投入100t履带吊1台进行构件吊装,安装顺序从下至上分段分层进行,除尘器壳体与除尘器框架同步施工完成,确保该结构在五通球施工前完成,为下降管安装提供条件,见图5

 

5 除尘器结构

4)电梯井及钢梯结构施工区:采用兼顾出铁场结构吊装的250t履带吊进行构件吊装,安装顺序从下至上进行,安装时主抢电梯井及钢梯框架本体结构,再安装连接各层平台结构,确保与高炉各平台连通,见图6

 

6 电梯井及钢梯结构

 

5)高炉上料主皮带机通廊结构施工区:与顶部框架各层平台同步施工进行;投入250t履带吊一台进行通廊支架吊装,750t履带吊一台进行通廊本体吊装,安装顺序从下至上进行,先逐个通廊支架安装,后逐段通廊本体安装。通廊结构提前完成,保证与高炉顶部框架的连接,为皮带传动设备安装提供施工面,见图7

 

7 高炉上料皮带机

6)矿槽槽上通廊结构施工区:采用兼顾上料通廊结构安装的250t履带吊和100t履带吊进行构件吊装,安装顺序采用双线反向施工,通廊支架和通廊本体结构同步施工,逐段推进完成,见图8


 矿槽通廊结构

5 施工测量控制点布设

结合本工程实际,根据现有的测量基准点引投测量控制点,测量控制点的引投工作主要是高程控制点、高炉中心线控制点、除尘器中心线控制点、上料通廊中心线控制点、矿槽槽上通廊中心线控制点等的布设,利用引投控制点采用水平仪、经纬仪和全站仪进行向上引投和结合测量,控制结构吊装精度。

控制点的引投能有效地保证各工序系统相连性的精准对接,控制点布设应设置在空旷地或已有建筑物上,测量可视度强,前视和后视点通视,以达到测量控制的目的。如引投高炉中心控制点和向上引投控制点的图示,见图9

 



控制点布置()

 

6 吊装机械的选型

 吊装机械的选择本着节省安装成本、满足构件吊装重量和缩短施工工期的原则进行选型,合理地把握和安排吊装机械使用的切入点和吊装时间,最大化地利用机械的有效吊装。本工程采用1DBQ4000tm塔吊负责主体结构的吊装,满足构件组拼和大型构件吊装,加快安装工期的要求;投入250t履带吊和100t履带吊各1台主要负责出铁场结构安装,并兼顾电梯井及钢梯和除尘器结构的安装;投入750t履带吊和250t履带吊各1台,利用主体结构配置的DBQ4000tm塔吊负责上料通廊和粗煤气下降管结构的安装,再利用已投入的250t履带吊和100t履带吊各1台矿槽槽上通廊结构的安装,满足多线连续施工的要求,保证在有效地施工工期内完成了工程吊装。

7、主要结构吊装技术

7.1 高炉炉壳吊装技术

由于高炉炉壳整体结构高、大、重,因此炉壳吊装采用分段吊装的方法进行安装,单圈炉壳进行地面组拼和各数据测量精准控制后,做好吊装防椭圆变形措施后,采用多点吊装的方法进行安装,安装过程采用每带测量的方法测量控制安装偏差,分别控制炉壳的中心偏差、十字轴线偏差、实际直径与设计直径偏差、对口偏差、上口标高偏差等,确保安装质量,见图10


10  炉壳吊装

7.2 高炉热风围管结构吊装技术:

为控制热风围管整体安装质量,结构吊装采用整体吊装的方法进行,安装时利用在炉壳上设置18个临时支架进行支托,临时支架经过严密的承载负荷计算,满足支承受力要求,临时支架安装时逐个控制支架的标高和水平度,做好支架防侧向受力措施和围管中心线的投放工作,保证热风围管的精确安装。围管安装过程还需测量中心线离炉壳的距离偏差、上表面标高偏差、热风主管接口朝向等测量控制,保证安装质量,见图11

 

11  热风围管结构

7.3 高炉炉体框架结构安装技术

从下至上分别完成下部框架、中部框架和顶部框架的安装,并兼顾各层平台结构随高度逐层安装,结构吊装在满足起重机械额定吊装重量的条件下,采用分段吊装(图12)、单件整体吊装(图13)、组拼吊装单元整体吊装(图14)的方法进行,本着以加快施工进度,确保施工质量,节约施工成本的原则进行。         

 

12  分段吊装


13  单件整体吊装


14  吊装组拼单元(高炉钢结构工程吊装

7.4 高炉粗煤气系统结构吊装技术:

粗煤气系统结构安装随炉顶刚架结构穿插进行吊装,从下至上分别完成上升管、五通球、下降管的吊装工作,上升管结构采用DBQ4000t.m塔吊分五段吊装的方法安装完成(图15),五通球在地面整体拼装,拼装时随带上升管接头段和下降管接头段,以保证与上升管和下降管的连接,安装时采用750t履带吊进行整体吊装完成(图16),下降管安装采用分两段进行吊装,分别是先采用负责出铁场结构吊装的250t履带吊吊装下降管下段(图17),安装时要严格控制管口朝向和标高的偏差,保证中段的精准对接,最后采用750t履带吊吊装完成下降管中段的对接安装(图18)。     

 

15  粗煤气系统


16  整体吊装完成


17  下降管吊装(高炉钢结构工程吊装


18  下降管中段吊装

7.5、高炉上料通廊结构吊装技术

上料通廊结构总体的吊装方法是从下至上安装,采用分段吊装、拼装成整体吊装等的方法进行,结合构件吊装重量和吊车的起重性能又采用单机和双机抬吊吊装的方法完成。为保证上料通廊结构安装的可操作性和安全性,通廊结构安装从三腿稳固支架开始,以满足结构的稳定性要求。上料通廊支架的吊装待通廊支架拼装完成后进行,其中ZJ1-ZJ4支架吊装均由250t履带吊吊装完成,ZJ5支架吊装由DBQ4000tm塔吊吊装完成;其中依据通廊支架结构重量和吊车吊装性能,ZJ1支架采用拼装成整体进行吊装

(19),其他通廊支架采用分段进行安装,每个支架安装均分成支架肢腿(图20)和柱头顶部支座(图21)两部分安装;通廊本体的各段安装待通廊本体拼装成整体后进行。通廊本体结构整体拼装含盖通廊本体的所有结构(图22),拼装完成后750t履带吊逐段单机吊装完成前四段(图23),再和DBQ4000t.m塔吊共同抬吊第五段通廊(图24)。

 

19  ZJ1支架吊装


20  支架肢腿吊装


21  支架顶部支座


22  通廊结构吊装完成


23  吊装完成前四段通廊

 

24  吊装完成前五段通廊

工程整体建筑面积较大,涵盖工艺系统较多,各工艺系统结构相连性较强,结构形式极其多样,对结构吊装具有很大的挑战性,需要施工单位具有较强的技术能力和综合能力,由于在施工前经过认真细致的分析,施工过程中经过精心组织和安排和工序间的有效控制,整个安装过程比较顺利,达到了满意的效果。


(中国二十二冶集团有限公司金属结构工程分公司,河北 唐山 064000  

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