承鋼1號高爐爐殼更換方案探索

郝瑞朝，商仕金，高亞男

（1.河北鋼鐵集團 承鋼公司 維檢中心，河北 承德 067002；2.河北鋼鐵集團 承鋼公司 設備部，河北承德 067002）

0 引言

承鋼1號高爐自2004年投產(chǎn)，到2012年開始大修，本次大修以高爐爐殼更換為主線。在以往的高爐爐殼更換過程中，均是從爐缸到爐喉部分的爐殼更換，技術方案比較成熟。但是，本次爐頂和爐缸部分不動，只更換爐殼中間部分，這在承鋼歷史上還屬首次，沒有經(jīng)驗可借鑒。為此，需要制定最優(yōu)方案，確保高爐大修按期、保質、保量完成。

根據(jù)承鋼1號高爐現(xiàn)場實際情況，制訂了3種方案，從全方位、多角度進行考慮，綜合分析各種方案的優(yōu)缺點，最終確定以分段安裝的方式進行爐殼更換。

1 高爐工程概況

承鋼1號高爐大修計劃為70d，主要大修任務是舊爐殼改型和冷卻壁更換。爐殼主要是更換高爐本體的第5段到第12段，其余爐殼保持不變。更換的爐殼總重約為150t，最重的一段爐殼約為28t，最輕的一段爐殼重為15t。更換區(qū)域的總高度為12.43m，最大爐殼直徑為11.9m，最小爐殼直徑為9.95m。爐腰直徑由10m改為10.5m，爐腰高度由2m改為1.5 m，爐腹的高度由3.1m改為3.6m，爐腹角由79.49°改為77.1°，爐缸不變，新爐型的有效容積由1 260m3變?yōu)? 650m3。

爐殼更換主要從第5段到第12段，為了保證高爐的大修質量及工期，需要制定詳細的爐殼更換方案。高爐12段爐殼已經(jīng)發(fā)生變形，東西和南北方向爐殼到中心的偏差為145mm。同時，在需要更換的爐殼割除后，對第5段及12段的爐殼變形趨勢不能很好地判斷，另外還要限制12段以上的爐殼及結構框架的變形在規(guī)定范圍內。為此，怎樣保證新爐殼和舊爐殼進行良好對接是大修過程中的關鍵點。

2 高爐爐殼更換方案探討

爐殼更換是高爐大修中的一項重要的工作。以最簡單、最節(jié)約、最安全的更換方式為原則，制定方案并進行優(yōu)化探討十分必要，下面分別對3種方案的優(yōu)缺點進行分析，最終確定最優(yōu)方案。

2.1 滑輪組更換方案

第5段至12段的高爐爐殼及冷卻壁的總重量約為800t，爐殼的最大直徑約為12m。利用滑輪組既省力又可以改變方向的特點，進行爐頂支護和爐殼更換。爐殼更換分段進行，即先更換第5段，然后第6段，以此類推。

對12段以上爐殼及其附屬設備的支護問題，在高爐立柱之間焊接2個橫梁，橫梁上設置滑輪組，把高爐的爐喉固定（見圖1），以滑輪用鋼絲繩能夠承受整個爐殼的重量為設計依據(jù)。高爐停爐后，去除更換的爐殼，測量爐喉鋼圈法蘭的水平度。根據(jù)實際情況調節(jié)好法蘭的水平度后，用鋼結構把爐頂固定（見圖2）。然后，利用滑輪組進行爐殼的分段安裝（見圖3）。

圖1 滑輪固定示意圖

圖2 鋼結構固定示意圖

高爐爐后鋼磚法蘭調好后，用鋼結構固定爐殼，高爐爐殼與鋼結構固定處用厚鋼板焊接，一是增加鋼結構的接觸面，二是保護爐殼不被拉傷，同時鋼結構與立柱鏈接處可制定相應的防護措施。鋼結構必須能夠滿足高爐的重量及側向的受力，以大型工字鋼、槽鋼、角鋼等材料為主。

此方案的缺點是用滑輪組調整爐喉鋼圈法蘭時所用的卷揚機需要購買，在一定程度上增加了檢修成本，同時還需要考慮卷揚機的安裝位置。另外鋼絲繩規(guī)格和重量均比較大，使用不方便，調整爐頂設備費時、費勁。另外，不斷地調整滑輪位置，既浪費時間，又存在一定的安全隱患。優(yōu)點是把爐頂鋼圈法蘭調整好后，用鋼結構固定爐殼比較穩(wěn)定，高爐不易變形，同時可以鋼結構作為支撐更換爐殼。

圖3 用滑輪更換爐殼示意圖

2.2 整體推移方案

為了節(jié)約大修周期，可以考慮整體更換爐殼方案。采用整體更換方案，可以提前按照爐殼的尺寸、形狀在其他區(qū)域把爐殼組裝好再整體安裝。

整體推移爐殼之前也需要對爐頂進行支護，可以參照滑輪組支護方案進行，也可以按照鋼結構加絲杠調整的方式進行，如圖4所示。鋼結構與立柱和爐殼為鉸接，可以活動。立柱上部有橫梁，防止立柱受拉作用向高爐內側傾斜，鋼結構上有大絲杠。用絲杠把爐頂法蘭鋼圈調整水平后，支撐部分再焊接，如果鋼結構的強度不夠，可以提前焊接鋼結構支撐，但必須做成可調式。用絲杠調節(jié)時，可借助手拉葫蘆或液壓缸輔助進行，調好后，焊接所有活動的部分。

圖4 爐頂支護調整示意圖

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，在高爐風口平臺可以搭建一個12m大的平臺，平臺的底部鋪設H型鋼，上部為鋼板（見圖5）。在高爐的風口平臺上制作爐殼。搭建的推移平臺標高為＋18.05m，即與底部割除的爐殼（第4段）標高相同。

平臺制作完成后，開始焊接制作第5段爐殼，在第5段爐殼制作完成后，在爐殼內部制作支撐（見圖5）。然后安裝滾動體，安裝完成后把第5段爐殼放置在平臺輥道上。要求安裝的滾動體能夠支撐起爐殼使其比平臺面高5mm～15mm，目的是在推移過程中，爐殼邊緣不被損壞且可以和第4段能夠很好地焊接。吊裝第6段，調整與第5段的位置，焊接，依次類推。

在高爐爐殼均焊接完成后，高爐停爐。將高爐拆除后，在第4段內部搭設平臺。最后，用液壓缸在爐殼北側把組裝好的爐殼推移到第4段上，液壓缸的參數(shù)根據(jù)爐殼等情況確定。推移到位后測量高爐中心線及水平度等參數(shù)符合要求后，焊接第4段與第5段。最后把多余的設施拆除。

圖5 爐殼安裝示意圖

整體推移方案俯視推移過程如圖6所示，側面推移過程如圖7所示。

圖6 整體推移方案俯視推移過程

圖7 整體推移方案側面推移過程

此方案的缺點是需要核實風口平臺的承重能力，如果能力不夠需要在下面增加立柱，另外需要把高爐爐體框架部分提前割除，這樣可能導致高爐在生產(chǎn)過程中發(fā)生傾斜。更重要的是，第4段爐殼與第5段爐殼的對接，如果新或舊爐殼發(fā)生變形，需要進行校正處理。第12段對接時，需要預留一段，按照分塊拼接的辦法與舊爐殼焊接才能很好地保證結合。優(yōu)點是可以提前在搭建好的平臺上進行爐殼的拼裝，節(jié)約工期。還可以把冷卻壁安裝于新爐殼上然后進行整體推移。

2.3 分段安裝方案

分段安裝方案就是把新爐殼按照改造的尺寸、形狀提前把鋼板卷曲成型，并把冷卻壁的安裝孔預留好。

高爐大修停產(chǎn)后，設置爐殼吊裝工具和爐喉支撐，防止更換的爐殼被割除后爐喉鋼圈法蘭變形。爐喉鋼圈的支撐可以用立柱把煤氣上升管道固定好，在重力除塵器管道上設置一根長梁與高爐爐殼連接，在梁上安裝1個電動葫蘆用于爐殼的吊裝。同時在爐殼爐喉的外部和內部焊接2個圈梁，分別安裝4個電動葫蘆，用于調整和安裝爐殼時使用。

拆除舊爐殼時，使用氧槍按照橫、豎方式進行，首先從爐喉部分進行割除，割除時要分塊、分段進行。在安裝完一端爐殼后需要利用水準儀進行爐殼高度的測量，保證爐殼上邊緣的水平度。為了防止爐殼焊接時發(fā)生變形，焊接時需要按內外對焊及兩邊焊接的方法進行。

分段安裝示意圖如圖8所示。

3 方案選擇

根據(jù)以上3種方案的比較，可以看出使用分段安裝方案操作簡單，爐頂支護方案簡單，用料較少，比較方便，節(jié)約成本，工期較短，同時在安裝新爐殼時調節(jié)比較方便。

4 結論

本文對承鋼1號高爐大修爐殼更換方案進行了討論，得出使用分段安裝方案比較簡單，既能節(jié)約大量的工期又能節(jié)約準備成本，適用于部分爐殼的更換。經(jīng)過大修后高爐的運行符合工藝要求，達到了高爐大修的目的，對鋼鐵企業(yè)高爐爐殼的更換具有一定參考價值。

圖8 分段安裝示意圖

［1］ 趙志坤.唐鋼3號高爐大修工程高爐整體推移設計［J］.中國鋼鐵業(yè)技術論壇，2008（8）：24－25.