大型軋機(jī)模塊化安裝技術(shù)

劉長(zhǎng)富

（中國(guó)三冶集團(tuán)有限公司，遼寧 鞍山 114039）

軋機(jī)是金屬軋制工藝線上的關(guān)鍵設(shè)備，軋機(jī)安裝具有單體設(shè)備重、安裝精度高和施工周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。大型軋機(jī)吊裝技術(shù)主要有“基礎(chǔ)預(yù)留法”吊裝技術(shù)、“牛腿旋轉(zhuǎn)法”吊裝技術(shù)、“專用吊具”吊裝技術(shù)、“橫向滑移垂直液壓頂升特大型軋機(jī)”技術(shù)和立輥軋機(jī)吊裝技術(shù)等，主要解決生產(chǎn)車間內(nèi)行車吊裝能力不足、吊裝高度不夠和環(huán)境受限的3 大難題。但是在軋機(jī)現(xiàn)代化改造或者大修工程中，以上軋機(jī)安裝方法在工期上已經(jīng)達(dá)到極限，無法適應(yīng)短期化大修改造的要求。因此在研究國(guó)內(nèi)外軋機(jī)改造施工工藝的基礎(chǔ)上，以綠色建造為出發(fā)點(diǎn)，創(chuàng)新研發(fā)大型軋機(jī)模塊化安裝新技術(shù)。在生產(chǎn)狀態(tài)下完成軋機(jī)離線組裝，停產(chǎn)改造期間拆除舊軋機(jī)，完成新軋機(jī)整體滑移安裝就位，可以大幅度縮短停機(jī)改造時(shí)間，實(shí)現(xiàn)軋機(jī)改造工程短工期、高質(zhì)量和安全可靠的目的。

1 工程概況

以1780 熱軋機(jī)組F1 整體更換項(xiàng)目為例，F(xiàn)1 軋機(jī)總重約590 t，生產(chǎn)狀態(tài)下在層流冷卻區(qū)域離線組裝軋機(jī)，完成軋機(jī)底座、支架、上下橫梁、彎輥竄輥系統(tǒng)和集成配管等安裝，組裝后軋機(jī)總重約400 t（不含支撐輥和工作輥）。停產(chǎn)后，拆除舊軋機(jī)，新軋機(jī)整體滑移安裝就位，連接能源介質(zhì)管線，最后安裝工作輥和支撐輥等部件。

施工平面布置，施工與生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行條件下，需要對(duì)施工場(chǎng)地封閉管理，布置組裝場(chǎng)地，測(cè)量滑移路徑，做好標(biāo)記。軋機(jī)離線組裝場(chǎng)地選擇層流冷卻區(qū)域靠近廠房柱一側(cè)，水平滑移中心線平行軋制中心線布置，液壓提升滑移中心線沿著軋機(jī)機(jī)列中心線設(shè)置，軋機(jī)整體滑移路線如圖1 所示。各軋機(jī)車間廠房?jī)?nèi)布置有所差異，組裝場(chǎng)地和滑移路線也可根據(jù)實(shí)際情況在不影響生產(chǎn)的條件下靈活布置。

圖1 軋機(jī)整體滑移路線圖

2 大型軋機(jī)模塊化安裝工藝流程

施工準(zhǔn)備→臨時(shí)組裝臺(tái)架設(shè)置→軋機(jī)離線組裝→軋機(jī)整體水平滑移→軋機(jī)整體液壓提升滑移就位→液壓潤(rùn)滑管道安裝→電氣自動(dòng)化系統(tǒng)安裝調(diào)試→支撐輥及工作輥等安裝→單體調(diào)試→聯(lián)動(dòng)調(diào)試→負(fù)荷試車。

3 大型軋機(jī)整體滑移安裝關(guān)鍵技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)大型軋機(jī)整體滑移安裝就位，開發(fā)了以下3 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

（1）軋機(jī)離線組裝技術(shù)。

（2）軋機(jī)整體水平滑移技術(shù)。

（3）軋機(jī)整體液壓提升滑移就位技術(shù)。

3.1 軋機(jī)離線組裝技術(shù)

3.1.1 臨時(shí)組裝臺(tái)架設(shè)置

軋機(jī)離線組裝可在不影響生產(chǎn)的條件下進(jìn)行，選擇層流冷卻區(qū)域作為離線組裝場(chǎng)地，布置臨時(shí)組裝臺(tái)架，并對(duì)組裝場(chǎng)地和滑移路徑進(jìn)行承載力驗(yàn)算，必要時(shí)進(jìn)行加固處理。根據(jù)滑移路徑確定臨時(shí)組裝臺(tái)架布置位置，鋪設(shè)枕木，在滑移軌道上設(shè)置滑移梁，滑移梁上設(shè)置軋機(jī)底座支撐梁，組成軋機(jī)臨時(shí)組裝臺(tái)架如圖2所示，軋機(jī)離線組裝完成后，連同組裝臺(tái)架整體滑移?；栖壍揽v向中心線允許偏差2 mm，軌距允許偏差2 mm，軌道標(biāo)高允許偏差±5 mm。根據(jù)底座尺寸調(diào)整底座支撐橫梁標(biāo)高和水平度，標(biāo)高以滿足軋機(jī)滑移空間為主，水平度允許誤差2/1 000。

圖2 軋機(jī)臨時(shí)組裝臺(tái)架示意圖

3.1.2 軋機(jī)底座安裝

在軋機(jī)底座支撐梁上方設(shè)置墊鐵，調(diào)整墊鐵水平，利用車間行車吊裝軋機(jī)底座依次就位，測(cè)量底座的標(biāo)高、中心線和水平度，水平度和平行度允許誤差0.05/1 000，以保證下道工序安裝機(jī)架的精度要求。

3.1.3 軋機(jī)機(jī)架安裝

為了滿足軋機(jī)整體提升滑移就位要求，需要將軋機(jī)機(jī)架與底座通過螺栓連接形成剛體。軋機(jī)底座安裝驗(yàn)收合格后，進(jìn)行機(jī)架吊裝，受行車吊裝高度限制，機(jī)架需要采用專用扁擔(dān)梁雙機(jī)抬吊，將車間2 臺(tái)行車機(jī)務(wù)和電氣并車，利用扁擔(dān)梁將軋機(jī)機(jī)架吊運(yùn)至廠房?jī)?nèi)，機(jī)架吊裝就位，安裝在軋機(jī)底座上，調(diào)整好機(jī)架后，初步緊固地腳螺栓。按照自下而上的順序，先安裝下橫梁，再安裝上橫梁，使上下橫梁接觸面靠緊并緊固連接螺栓，軋機(jī)機(jī)架安裝如圖3 所示。檢查調(diào)整機(jī)架與底座結(jié)合面的平面和側(cè)面的接觸間隙、橫梁與機(jī)架結(jié)合面的間隙、軋機(jī)機(jī)架垂直度和水平度等滿足規(guī)范要求。

圖3 軋機(jī)機(jī)架安裝示意圖

3.1.4 液壓調(diào)整裝置及機(jī)體配管等附件安裝

軋機(jī)機(jī)架驗(yàn)收合格后，安裝彎輥竄輥系統(tǒng)、液壓調(diào)整裝置等設(shè)備，軋機(jī)機(jī)體采用集成配管，配管完成后，將操作側(cè)集成配管、傳動(dòng)側(cè)集成配管和軋機(jī)平臺(tái)液壓配管等模塊安裝在軋機(jī)機(jī)架上，軋機(jī)配管安裝注意保持管道清潔度，管口做好防塵措施，以上附件安裝完成后，將軋機(jī)提升專用吊具與底座內(nèi)側(cè)地腳螺栓連接，為軋機(jī)水平滑移做好準(zhǔn)備。

3.2 軋機(jī)整體水平滑移技術(shù)

3.2.1 舊軋機(jī)拆除及基礎(chǔ)施工

軋線停產(chǎn)后，拆除工作輥和支撐輥，進(jìn)行舊軋機(jī)機(jī)架拆除及基礎(chǔ)處理。舊軋機(jī)機(jī)架拆除一般可采用破壞性拆除，采用軋機(jī)拆塊技術(shù)，設(shè)置吊點(diǎn)，利用車間行車將軋機(jī)按照自上而下的順序分塊拆除。機(jī)架拆除可從中間切割，降低單次吊裝起重量和起升高度，滿足吊裝空間條件要求，拆除完成后，清理場(chǎng)地，對(duì)舊基礎(chǔ)進(jìn)行處理?；A(chǔ)驗(yàn)收合格后，根據(jù)土建交工線，埋設(shè)軋機(jī)安裝中心標(biāo)板和永久基準(zhǔn)點(diǎn)，做好測(cè)量成果記錄，安裝軋機(jī)底座墊板。

3.2.2 軋機(jī)整體水平滑移

舊軋機(jī)拆除后，基礎(chǔ)處理的同時(shí)進(jìn)行新軋機(jī)整體水平滑移，自滑移起點(diǎn)至終點(diǎn)鋪設(shè)滑移軌道，滑移距離約90 m，滑移采用2 套600 t 液壓滑移裝置，配備1 套液壓泵站和控制器。滑移軌道及滑移裝置調(diào)整驗(yàn)收合格后，啟動(dòng)滑移裝置，開始軋機(jī)整體水平滑移如圖4 所示，滑移過程中監(jiān)視軋機(jī)穩(wěn)定性和滑移的同步性，滑移終點(diǎn)位置為軋機(jī)機(jī)列中心線，?？课恢脩?yīng)確保軋機(jī)吊裝吊具的吊耳中心線與液壓提升滑移系統(tǒng)縱向中心線一致，橫向中心線可通過滑移裝置微調(diào)校正，偏差不大于2 mm。

圖4 軋機(jī)整體水平滑移示意圖

3.3 軋機(jī)整體液壓提升滑移就位技術(shù)

3.3.1 液壓提升滑移裝置配置

液壓提升滑移裝置主要有液壓滑移裝置（含滑移軌道、滑移裝置、滑移梁等）、液壓提升裝置（含液壓提升器、鋼絞線）、液壓泵站、控制系統(tǒng)、支撐立柱及主滑移梁等結(jié)構(gòu)件組成，如圖5 所示?；屏荷显O(shè)置2 套600 t 滑移裝置，每套滑移裝置驅(qū)動(dòng)2 個(gè)通過連桿剛性連接的滑移梁。液壓提升裝置采用4 臺(tái)185 t 液壓提升裝置，配備2 套液壓泵站和1 套控制器，單次最大行程500 mm，總提升能力為740 t。各吊點(diǎn)提升能力為對(duì)應(yīng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的1.85 倍，總體提升能力為總提升荷載標(biāo)準(zhǔn)值的1.85 倍。

圖5 液壓提升滑移裝置配置示意圖

3.3.2 液壓提升滑移結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)算

（1）基本設(shè)計(jì)參數(shù)

額定起重量：400 t。

主滑移梁跨度：20 m。

主滑移梁中心距：6 m。

主滑移梁標(biāo)高：4.760 m。

（2）荷載計(jì)算

移動(dòng)荷載包括軋機(jī)總重量（400 t）、吊具質(zhì)量和水平滑移裝置、液壓提升裝置、液壓提升裝置提升梁、支撐梁、液壓泵站及操作平臺(tái)等的總重量（44 t），兩側(cè)滑移梁平均受力。單側(cè)主滑移梁上的均布移動(dòng)荷載組，左側(cè)滑移副均布荷載為1 100 kN/2.5 m=440 kN/m，右側(cè)滑移副均布荷載為1 120 kN/4.8 m=233 kN/m。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)算

①將液壓提升滑移裝置拆分為立柱、主滑移梁和提升梁等主要構(gòu)件，對(duì)結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及局部穩(wěn)定性驗(yàn)算，對(duì)構(gòu)件梁進(jìn)行跨中強(qiáng)度、剛度、側(cè)面屈曲和局部穩(wěn)定性驗(yàn)算，然后對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行校核。采用3D3S Design 2021.3 軟件輔助設(shè)計(jì)，荷載組合分項(xiàng)系數(shù)取恒載1.0，活載1.5。主滑移梁采用焊接箱梁，截面尺寸：箱1 200×800×400×20×50，傳動(dòng)側(cè)支撐為方形格構(gòu)柱，包含支撐底座、中間主管和支撐頂部，主管采用4 根Φ219×6 鋼管柱，支撐底座和頂部采用矩形管500×300×20×20 做口字形方框，內(nèi)加HN500×200×10×16 的十字筋，上鋪-30 鋼板。主管與鋼板采用法蘭螺栓連接。受熱軋操作室影響，操作側(cè)立柱采用Φ720×16 鋼管柱，并設(shè)置加強(qiáng)柱頭和柱腳，2 根立柱共用1 個(gè)底座，提高立柱強(qiáng)度和穩(wěn)定性。主要構(gòu)件截面特性見表1。

表1 主要構(gòu)件截面特性表

②對(duì)提升滑移過程的起始狀態(tài)、中間狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)分別建立整體計(jì)算模型，以起始狀態(tài)為例，驗(yàn)算結(jié)果如圖6 所示。

圖6 結(jié)構(gòu)建模及驗(yàn)算圖（整體）

起始狀態(tài)，桿件結(jié)構(gòu)的最大強(qiáng)度應(yīng)力比為0.602，繞2 軸穩(wěn)定最大應(yīng)力比為0.443，繞3 軸穩(wěn)定最大應(yīng)力比為0.602，應(yīng)力均比小于1，最大撓度所在位置10.000m，計(jì)算最大撓度34.459 mm 小于容許撓度80.000 mm，結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求。

中間狀態(tài)，桿件結(jié)構(gòu)的最大強(qiáng)度應(yīng)力比為0.775，繞2 軸穩(wěn)定最大應(yīng)力比為0.569，繞3 軸穩(wěn)定最大應(yīng)力比為0.775，應(yīng)力均比小于1，最大撓度所在位置10.000 m，計(jì)算最大撓度49.689 mm 小于容許撓度80.000 mm，結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求。

終止?fàn)顟B(tài)，桿件結(jié)構(gòu)的最大強(qiáng)度應(yīng)力比為0.724，繞2 軸穩(wěn)定最大應(yīng)力比為0.532，繞3 軸穩(wěn)定最大應(yīng)力比為0.724，應(yīng)力均比小于1，最大撓度所在位置10.000 m，計(jì)算最大撓度41.953 mm 小于容許撓度80.000 mm，結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求。

3.3.3 液壓提升滑移裝置安裝

舊軋機(jī)拆除完畢新軋機(jī)水平滑移前，先將立柱和立柱上方的墊梁安裝就位，預(yù)留軋機(jī)水平滑移通道，待軋機(jī)滑移至軋機(jī)機(jī)列中心線后，再吊裝主滑移梁支撐梁、主滑移梁和水平滑移裝置（每根主滑移梁上的2 組滑移梁通過連桿剛性連接）。在水平滑移裝置的滑移梁上安裝提升梁支撐梁、提升梁及液壓提升裝置（提前穿好提升鋼絞線、安裝提升鎖具）、液壓泵站、液壓控制系統(tǒng)、油管、電源電纜和控制電纜。安裝完成后，利用銷軸連接提升鎖具和軋機(jī)提升專用吊具，進(jìn)行液壓提升滑移系統(tǒng)整體調(diào)試。提升滑移裝置安裝質(zhì)量要滿足GB 51162—2016《重型結(jié)構(gòu)和設(shè)備整體提升技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，滑移軌道縱向中心線允許偏差2 mm，軌距允許偏差2 mm，軌道標(biāo)高允許偏差±5 mm。

3.3.4 軋機(jī)整體提升滑移就位

軋機(jī)整體提升，液壓提升裝置吊裝鎖具與吊耳可靠連接提升鋼絞線與地面垂直，提升開始時(shí)，應(yīng)進(jìn)行試提升，提升加載應(yīng)采用分級(jí)加載，在加載過程中對(duì)軋機(jī)整體和提升支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無異常情況方可繼續(xù)加載。軋機(jī)離開底座支撐梁100 mm 做懸停。懸停期間應(yīng)對(duì)整體提升支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查和監(jiān)測(cè)，液壓提升同步控制系統(tǒng)通過線性系統(tǒng)監(jiān)測(cè)連接到提升鋼絞線的編碼器，并控制提升機(jī)構(gòu)的液壓，保持每根鋼絞線的恒定提升速度。提升過程中，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)立柱垂直度和主滑移梁撓度，至少在2 個(gè)方向上測(cè)量軋機(jī)水平度確保水平，軋機(jī)提升水平度控制在0.5 mm/m，當(dāng)各提升點(diǎn)的荷載或高差出現(xiàn)超差時(shí)，實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整或停止提升，查清并清除障礙后方可恢復(fù)提升。軋機(jī)整體提升示意圖如圖7所示。

圖7 軋機(jī)整體提升示意圖

軋機(jī)整體滑移，軋機(jī)提升到預(yù)定高度（約200 mm）后，停止提升，利用鋼管短柱支撐軋機(jī)底座支撐梁，拆除影響滑移方向上的軋機(jī)水平滑移軌道，保證滑移通道暢通，根據(jù)軋機(jī)就位位置指揮控制滑移裝置走行，將軋機(jī)整體滑移至安裝位置上方，滑移過程中，利用登高車輔助配合整理滑移用電纜線路，防止發(fā)生刮擦和損壞，如圖8 所示。

圖8 軋機(jī)整體滑移示意圖

軋機(jī)滑移至安裝位置上方后，同時(shí)控制4 臺(tái)液壓提升裝置將軋機(jī)整體垂直下降就位并進(jìn)行位置調(diào)整，如圖9 所示，就位后對(duì)提升滑移支撐系統(tǒng)進(jìn)行分級(jí)對(duì)稱卸載。卸載完成后拆除提升滑移裝置，清理現(xiàn)場(chǎng)。

圖9 軋機(jī)整體下降就位示意圖

軋機(jī)就位后，調(diào)整軋機(jī)標(biāo)高水平及縱橫中心線，緊固地腳螺栓，安裝驗(yàn)收合格后，進(jìn)行底座2 次灌漿。安裝軋機(jī)液壓、潤(rùn)滑管道，電氣儀表檢查接線，安裝支撐輥及工作輥，進(jìn)行單體調(diào)試、聯(lián)動(dòng)試車和負(fù)荷試車。

4 結(jié)束語

采用模塊化安裝技術(shù)是軋機(jī)安裝技術(shù)的一次創(chuàng)新，在生產(chǎn)期間完成軋機(jī)的離線組裝，待到軋線停產(chǎn)期間，采用液壓提升滑移裝置將軋機(jī)整體安裝就位，可以減少軋機(jī)在線安裝調(diào)整時(shí)間，大幅度縮短停產(chǎn)改造工期，提高軋機(jī)安裝效率，降低吊裝難度。模塊化安裝技術(shù)可廣泛應(yīng)用于冶金安裝工程，對(duì)推動(dòng)冶金建設(shè)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。