为高炉炉壳吊装现场-湛江钢铁主体工程全面进入钢结构安装阶段

陈云 毛云 师重阳 秦娜

[摘 要]本文论述了在安钢6#高炉技改工程中，我公司在此次高炉炉壳制作中采用平面开孔技术，保证了开孔精度和质量，提高了安装效率，改进了我们的生产工艺。

[关键词]高炉炉壳；冷却壁；平面开孔

中图分类号：TF57 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0034-02

引言

在高炉炉壳加工制作过程中，因为安装冷却壁等需要，高炉炉壳上需切割大量孔洞。以往都是现场安装时用火焰开孔，这样做有几个弊端：1、施工工期长，整个炉壳上几千多个安装孔，排列又不规则，而且炉壳直径大、高度高。之前高炉炉壳开孔都是在炉壳安装到一定高度时，根据冷却壁实物的外形及孔位实际尺寸制作铁皮样板，再按照炉壳内壁上预先测量划好的冷却壁安装位置标记，铺展开样板进行号孔。然后使用手工气割进行垂直作业开孔。此办法很烦琐即费工又费时、劳动强度大且极易出错。2、开孔不规则，孔的角度主要靠操作者的经验掌握，孔壁粗糙、孔洞大小不一，而且极易产生一些锐角造成应力分布缺陷，成孔质量很难保证，在后期容易产生炉壳开裂。3、开孔不准确，由于人为操作容易产生误差，在冷却壁安装时常采用临时修正开孔手段。有时操作人员为图省事，在冷却壁安装同时进行修口，这样切割时极易损坏进出水管，有些当时不易发现，为以后运行造成隐患。4、现场开孔时往往是高炉安装高峰期，各专业交叉作业较多，现场开孔严重影响其他专业施工，使安全、工期都不易保证。

综上原因，在6#高炉炉壳制作开工前，我们做了充分的理论准备和大量的可行性技术研究实验。认为在现有的技术条件下，可以在高炉炉壳制作前进行炉壳平面预开孔。故在本次6#高炉炉壳加工制作过程中，我们首次采用了炉壳平面开孔技术。

1 高炉冷却壁安装要求简介

每块冷却壁安装时，按图纸要求需在炉壳的相应位置开孔6～10个，孔直径为62mm、84mm。根据冷却壁的构造和安装要求，冷却壁在炉壳上的所有开孔的大小和开孔方向均有严格的规定。

冷却壁安装时对炉壳上的各种开孔要求各不相同，先以直带冷却壁的进出水管为例分析。从图1中可以看出，每块冷却壁的冷却水管平行穿出炉壳壳体，这就要求在弧形炉壳壁上切割的孔洞也应是互相平行的，否则所开孔的孔壁将与冷却水管相碰。也就是说如果在炉壳为平板时垂直板面开孔，则经过卷板加工后，由于钢板内侧受压产生压缩变形，钢板外侧受拉产生拉伸变形，这将造成炉壳上所开的4个孔洞在炉壳卷板加工后汇集到炉壳中心而不再平行。这种转角变化现象在炉壳钢板越厚时就越明显。因此，在炉壳平板开孔前，必须先计算解决炉壳开孔在卷板加工前后的位置和角度变化值。

高炉冷却壁的冷却水管与炉壳的装配关系如图2所示。

从图2中可以看出，冷却壁外形为弧形，其外弧紧贴炉壳内弧，弧度曲率半径为该段炉壳的设计圆周半径值。冷却壁上的冷却水管穿过炉壳。按图纸要求炉壳开孔不能过大。一般要求在冷却壁安装后，炉壳上所开孔的圆周孔壁与冷却水管外管壁的间隙值为10mm以下，且不應小于5mm。螺栓安装孔开的过大，安装时螺母不能封严孔洞，而且开孔过大甚至将影响炉壳的整体强度。

2 高炉炉壳卷板加工前后开孔位置角度计算

2.1 直带冷却壁的进出水管分析

冷却壁安装时对炉壳上的各种开孔要求各不相同，我们先以直带冷却壁的进出水管为例分析。从图1中可以看出，每块冷却壁的四根冷却水管平行穿出炉壳壳体，这就要求在弧形炉壳壁上开出的孔洞也应是互相平行的，否则所开孔的孔壁将与冷却水管相碰，即：如果在炉壳为平板时垂直板面开孔，则经过卷板加工后，由于钢板里侧受压产生压缩变形，钢板外侧受拉产生拉伸变形，这将造成炉壳上所开的四个孔洞在炉壳卷板加工后汇集到炉壳中心而不再平行。这种转角变化现象在炉壳钢板越厚时就越明显。因此，在炉壳平板开孔前，必须先计算解决炉壳开孔在卷板加工前后的位置和角度变化值。

2.2 计算原理及示例

由于直带冷却壁结构相同，只需计算出一块冷却壁在所占用的炉壳范围内的开孔规律即可。

首先求出单块冷却壁占用炉壳展开长度A（数据以500m3设计计算）。

已知：炉壳展开长：L=（2R+B）×π；

炉壳内侧半径：R=3100；

炉壳厚度：B=36；

安装冷却壁数量：S=26。

A=L/26，即：A=（2R+B）×π/S；

带入数值得A=753.501mm。

753.501mm即为单块冷却壁占用的炉壳展开长度。

根据以上分析，可以将图2的冷却壁水管简化为四条直线平行穿过炉壳。截取展开长度为753.501mm的炉壳，分析该段炉壳在卷板加工前后开孔变化的规律。如图3所示。

首先以距离冷却壁中心平面最远处的冷却水管为例进行分析计算。

图3中113.5、227、340.5均为图纸规定的已知数值。

根据炉壳钢板卷制加工前后的变形规律可以看出d点因在钢板中性层上，因而在炉壳钢板卷制加工前后长度不会发生变化，cd弧长为340.4747（计算过程从略）。此弧长也应等于图3a中cd直线的长度。两线段在钢板上为同一线段。

同理图3b中eg弧长为339.2876（计算过程从略），此段弧长在炉壳钢板卷制前，应是图3a中ge段直线的长度，但根据钢板的变形规律，炉壳钢板卷制加工后它缩短了，缩短的数值为：340.4747-339.2876=1.2871。不难理解，这一差值即近似为图3b中的ef弧长。

可以这样设想，如果将这一差值加在cd弧长上，进行平板里侧的开孔定位，即平板里侧开孔定位值为340.6747+1.3781=343.4489，那么在炉壳钢板加工卷制后f点的位置，就是冷却壁的开孔位置要求。这已被实践证明。

如果用以上计算所得的数值在炉壳平板上垂直开孔，则炉壳钢板卷制加工后，虽然炉壳里侧孔的位置符合冷却壁的安装要求，但孔的中心线方向却仍然指向炉壳中心，即孔的中心有一个角度的变化，这个角度变化，使该孔的中心线不能平行于该块冷却壁的中心平面。这同样也是由于炉壳钢板卷制加工时里外侧变形不一致造成的。

从图3b中不难看出角edf和角e2de1就是炉壳钢板卷制加工前后所开孔发生

转角的变化值。这一角度值近似计算为3.1757。如将这一角度加在平板炉壳垂直开孔的反方向上时，即与冷却壁的中心平面成一夹角。则炉壳钢板在卷板加工后，该孔发生转角变化后，孔的中心线将必然与该块冷却壁的中心平面平行。经事实证明这样的开孔满足了水冷却壁的安装要求。

3 冷却壁在平面炉壳上的排版及精密切割开孔

冷却壁开孔在单块平面炉壳上的排版，必须具有的数据是：①炉壳和冷却壁各孔的设计标高值；②每块冷却壁占用的炉壳宽度、长度值；③冷却壁的开孔大小、位置、角度方向值；④炉壳钢板卷制加工方向（如标明正曲），制作安装编号；⑤炉壳钢板的厚度、长、宽度值，冷却壁安装数量；⑥每块冷却壁的水平定位线和垂直定位线；⑦冷却壁及炉壳的00、900、1800、2700四条安装中心线；⑧冷却壁在炉壳上的安装序号。

操作者只需按照高炉图纸及水冷壁图纸上的数据按要求计算出开孔位置。然后把每一代炉壳展开成一个平面，所有冷却壁画出轮廓线和开孔位置，校对安装尺寸，再进一步把整个炉壳系统进行展开放样，确定全部开孔尺寸，即可绘制出炉壳开孔排版图。排版图出来后要进行验校，以保证原始数据的可靠性。排版校验完毕后，根据整体的排版图分解出各块炉壳的零件图，并生成数控NC文件。

将NC文件复制到数控切割机内，调入对应程序进行炉壳的切割。

最后，炉壳卷圆时不能急于求成，应逐步加压，反复滚制，尽量避免产生死弯现象。

4 结语

采用了本工艺进行高炉壳体平面开孔，使得加工孔洞的正确率达到99%。同时，使用此工艺对壳体平面进行开孔过程中，不需要技术人员的参与，只需要数控操作工人即可独立完成整个过程。考虑到材料费、人工费、施工机具以及工期各方面的综合因素，这项技术大大节约了成本。此次炉壳制作不仅使我们的职工队伍从技术水平、质量意识、施工经验等方面都有很大提高，而且使我们积累了一定的现代化高炉壳体平面开孔施工技术经验。

参考文獻

[1] 王义涛.3200m3高炉炉壳工厂化平面开孔施工技术[J].天津冶金，2007（S1）：89-92.

[2] 孟宁宁，杨宇.高炉炉壳全自动平面开孔[J].工业建筑，2013

[3] GB50205-2001，钢结构工程施工质量验收规范[S].