高鐵大型交通樞紐動荷載框架結(jié)構(gòu)制作工法

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布《關于公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質(zhì)[2011]154號，《高鐵大型交通樞紐動荷載框架結(jié)構(gòu)制作工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。 2100433B

《大型高爐爐殼制作工法》的工法特點是：

1.大型高爐爐殼針對不同的部位采用不同的成形方法。

2.爐殼下料及制孔定位均采用CAD的電子圖形直接轉(zhuǎn)化為數(shù)控切割程序進行噴粉畫線，便于檢查和核對，方便準確。

3.爐殼上各種制孔數(shù)量多，制孔角度多樣化。針對不同的孔形、孔徑，分別采用不同的制孔設備和制孔方法來保證制孔的精度。

4.爐殼關鍵部位風口段在取消了風口法蘭，采用直接焊接式風口大套的工藝條件下采用多次組裝和二次機加工的方法來保證風口的組裝精度。

5.爐殼構(gòu)造復雜，關鍵工序工廠化、制造大塊化，有效的提高了制造質(zhì)量、降低了現(xiàn)場組裝的難度。

大型高爐爐殼制作工法適用范圍

《大型高爐爐殼制作工法》適用于冶金行業(yè)高爐爐殼及大型非標容器、塔器、風力發(fā)電塔筒的制造。

大型高爐爐殼制作工法工藝原理

《大型高爐爐殼制作工法》的工藝原理敘述如下：

爐殼鋼板厚，各段形狀不同，成形時根據(jù)不同的部位，采用不同的加工方法，保證爐殼的尺寸達到設計要求；爐殼上孔型多，角度、大小各異，制孔時采用不同的設備和不同的方法使各孔滿足爐殼工藝裝配需要；爐殼整體尺寸大，工廠分塊多，為保證現(xiàn)場安裝需要，在工廠進行循環(huán)預組裝，做好組裝標記，使得現(xiàn)場安裝順利、省時。

大型高爐爐殼制作工法施工工藝

• 工藝流程

《大型高爐爐殼制作工法》的工藝流程見圖1、圖2。

• 操作要點

《大型高爐爐殼制作工法》的操作要點如下：

一、放樣、下料、坡口加工

1.爐殼板采用計算機進行1:1比例放樣，將CAD的電子版圖通過轉(zhuǎn)化軟件轉(zhuǎn)化為數(shù)控切割代碼后進行數(shù)控編程，鋼板下料前進行噴粉，噴出切割線、檢查線、孔的輪廓線和中心線等，根據(jù)轉(zhuǎn)化的外徑檢查圖進行檢查。

2.爐殼板全部使用數(shù)控火焰切割機進行切割，根據(jù)噴粉時的切割程序進行切割，對不要切割的部位在CAD中刪除，重新形成切割語言進行火焰切割。爐殼板厚在50~100毫米。割嘴選擇6號以上，切割時控制割嘴的行走速度。氣割表面精度按表1執(zhí)行，氣割的誤差控制按表2執(zhí)行。

切割后爐殼鋼板的尺寸極限偏差為±2毫米，兩對角線長度之差不大于3毫米，并應考慮留有焊接收縮余量。

3.爐殼坡口均采用火焰進行切割，橫縫坡口采用裝有導向裝置的半自動火焰切割機切割，豎縫坡口在余量切割后采用軟軌切割機切割，對于不同板厚的對接坡口采用1:4的比例進行過渡。

二、爐殼成形

1.爐缸、爐腹、爐腰、爐身段為直段或小錐角段，成形時采用卷板機卷制成形。卷制時先進行預彎，成形過程中采用立體樣板在檢查線部位進行檢查，當樣板與成形后爐殼間隙最大不大于2毫米視為合格。檢查樣板的長度不得小于1.5米。樣板檢查見圖3。

2.煤氣封罩成形

1）煤氣封罩捕集段∶煤氣封罩捕集段為雙曲面，由于尺寸較大，成形采用鋼板加熱后模壓成形。模具采用鋼板制作，分為上模和下模，內(nèi)部填充耐高溫的填充料，以減少模具的用鋼量，模具簡圖見圖4。

鋼板加熱采用加熱爐加熱，入爐時設有支墊，避免工件直接與爐底接觸。入爐溫度在300~400℃左右，升溫速度控制在100℃/小時以內(nèi)，加熱溫度升至900~930℃，保溫65~90分鐘，放置于專用模具上壓制。加熱溫度曲線見圖5，成形后用立體模具進行檢查。

2）煤氣封罩錐體段；煤氣風罩錐體段成形采用壓力機壓制成形，下料噴粉時噴出壓制線，壓制刀具采用圓型刀具，以防止壓制過程中出現(xiàn)壓痕。

三、爐殼校正

爐殼成形后進行單塊爐殼檢查，在單塊檢查平臺上放出落位線，落位畫線半徑比設計圖紙大3毫米彌補豎縫焊接收縮，設置內(nèi)卡板，上口吊線錘檢查上口圓度，檢查項目見表3，變形部位局部火焰校正，劃好余量切割線。單塊檢查見圖6。校正后的爐殼容許偏差見表3。

四、爐殼制孔

高爐爐殼由于工藝要求爐身分布著各種孔洞，有冷卻壁水管孔、螺栓孔、灌漿孔、測溫孔、測壓孔、保護板吊掛孔等20多類孔洞，數(shù)量達萬個以上，需要進行詳細的計算和施工圖設計，以保證材料的定購和爐殼的制造。

對各種孔洞的制孔分為二種方法進行∶第一種是平板狀態(tài)下制孔然后輥壓成形；第二種是輥壓成形后再制孔。圖7為典型孔洞形式圖，針對不同的孔洞形式，制孔方法見表4。

1.平板狀態(tài)下制孔∶爐殼直段上的冷卻壁水管孔包括螺栓孔、灌漿孔、測溫孔、測壓孔，對此類孔采用平板制孔。采用平板制孔的孔特點∶

1）孔徑不大，平板制孔后再成型孔徑變化較小。

2）除保護板吊掛孔及冷卻壁水管孔外，其他孔的孔中心線均垂直于其所在的爐帶。

3）螺栓孔、灌漿孔、測溫孔、測壓孔等孔中心線交于爐心。

4）冷卻壁中心線交于爐心，冷卻壁上水管孔平行于冷卻壁中心線。冷卻壁水管平行于地面。

板材在成型前平板制孔，然后再卷板，板材在卷板過程中會出現(xiàn)板材中性層向外擴展，中性層向內(nèi)收縮的情況，擴展和收縮量根據(jù)孔洞大小和板材成型后的曲率大小不同變化。但高爐爐殼半徑很大，可以視板厚中心為中性層。平板狀態(tài)下的開孔因板厚造成成形后板內(nèi)、外壁尺寸不同，ф50毫米左右的孔洞孔徑變化只有0.3毫米，可以按設計尺寸制孔，對于十字測溫孔、冷卻壁水管孔、冷卻板孔、保護板吊掛孔等需要計算放大進行包絡，圖8為平板狀態(tài)下制孔后的內(nèi)外壁變化，圖9為孔中心平行于爐中心孔徑計算簡圖。

2.成型后制孔工藝

1）對開孔中心不垂直于爐殼鋼板的水管孔等采用具有角度調(diào)節(jié)裝置的小池火焰切割機進行切割。

2）對于風口、鐵口、煤氣導出管孔由于開孔尺寸大，精度要求高，制孔時采用自主開發(fā)的吸附式激光跟蹤火焰切割機切割。

五、爐殼風口段加工

1.風口大套裝配

風口大套加工時要求內(nèi)外口機加平行，兩口徑同心，并在與中套接觸面預留二次加工余量，將內(nèi)口內(nèi)半徑縮小15毫米作為焊接熱處理變形的加工余量，并在大套內(nèi)外口做好四芯標記，見圖10。風口大套裝配前在鋼平臺上進行放樣，放出1/8風口段及各大套在平臺上的投影，打上樣沖標記，便于大套裝配時進行定位檢查。

大套和法蘭進廠后檢查四芯線，采用專用吊板進行大套和法蘭的裝配，大套裝配過程見圖11，大套送入風口大套孔后用導鏈調(diào)平，法蘭的裝配方法與大套相同。

裝面配時與風口帶大套制孔四芯線對準，通過全站儀測定大套中心的安裝高度和角度，利用角度調(diào)節(jié)板調(diào)整大套安裝角度，高度調(diào)節(jié)板調(diào)節(jié)大套組裝高度，調(diào)整合格后，調(diào)整板間焊接固定，大套與風口帶點焊固定。調(diào)整及加固見圖12。

2.大套二次加工定位

爐殼組裝調(diào)整結(jié)束后在中央測量架上放置全站儀，確定大套二次機加工的準確位置，按照測量結(jié)果重新設置大套內(nèi)口四芯線，做好樣沖標記，并用劃規(guī)畫出機加線，采用三維激光動態(tài)跟蹤儀進行復核，見圖13。

大套機加工時，以爐殼上的高度基準線為參照線將風口1段找平，爐殼垂直放置，固定在數(shù)控落地鏜銑床操作臺上，爐殼與操作臺間設置放傾斜裝置，防止加工過程中顫動或傾倒。調(diào)整中間大套中心線與鏜銑軸平行，通過數(shù)控系統(tǒng)進行調(diào)整動力頭，加工大套連接面，加工過程中注意進刀量，采用多次加工，最后用球墨鑄鐵錐套進行碾磨。一個大套加工完成后，旋轉(zhuǎn)操作臺，使大套中心與鏜銑軸平行依次進行加工。

六、爐殼組裝

1.爐殼組裝平臺：爐殼組裝平臺采用鋼平臺或鑄鋼平臺進行，組裝平臺表面超平，整體不平度不得大于2毫米，組裝平臺布置見圖14。

2.爐殼單帶預組裝

爐殼組裝時在組裝平臺中心放置測量胎架，在組裝平臺上標好爐殼的落位輪廓線、爐殼中心及四芯線。將爐殼按地樣的落位輪廓線，按殼體下料時標記的角度線對照四芯線落位，落位后防止爐殼傾倒，設置臨時支撐。在組裝平臺的落位輪廓線兩邊根據(jù)每帶爐殼的斜度做好卡板，方便爐殼落位，見圖15。

3.爐殼循環(huán)預組裝

為了保證爐殼整體制作精度，爐殼加工完成后進行循環(huán)預組裝，方便現(xiàn)場安裝。爐殼多段組裝時，第一段按照單帶組裝的方式先組裝成整圈。然后在下帶的上口焊接限位擋塊。上段爐殼插入限位擋塊中。然后每塊用夾具連接成整圈。最后加上臨時支撐，見圖16。爐殼循環(huán)預組裝見下圖17。

4.爐殼組裝檢查

除調(diào)整塊爐殼外，其他爐殼落位后對該帶爐殼進行檢查，檢查項目如下∶

1）爐殼橢圓度的檢查（上下口均分16點）；

2）爐殼標高（上下口分均16點）；

3）爐殼上口水平度（上下口均分16點）；

4）爐殼上下口同心度；

5）爐殼錯邊量（上下口均分16點）；

6）爐殼制孔檢查。

爐殼預組裝后尺寸允許偏差見表5。

七、爐殼焊接

爐殼用材料根據(jù)爐型、廠家、區(qū)域不同分為Q235C、O345C、BB503等，表6中給出焊接方法和材料是以某鋼廠5000立方米高爐為參照選用，在制作時焊接材料依據(jù)母材來選用。

1.焊接方法及焊接材料

爐殼制作主要焊縫類型、焊接方法及焊接材料選用見表6。

2.焊接工藝

1）焊前準備

焊前進行技術和安全交底。

焊前，焊縫坡口及附近20毫米（手工電弧焊、CO₂氣體保護焊）或40毫米（自動焊）范圍內(nèi)清除凈油、銹等污物。

定位焊焊接方法與打底焊相同，焊接要求同正式焊接。定位焊牢固可靠，定位焊不得有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷。

施焊前，復查組裝質(zhì)量、定位焊質(zhì)量和焊接部位的清理情況，如不符合要求修正合格后方施焊。爐殼裝配質(zhì)量要求見表7。

現(xiàn)場施焊前檢查腳手架等臨時設施是否安全可靠。

預熱∶

（1）對于板厚大于36毫米的BB503鋼板，施焊前進行預熱（自保護立焊除外），預熱溫度為120℃。預熱范圍為焊縫兩側(cè)，每側(cè)寬度不小于板厚的2倍，且不小于100毫米，預熱測溫點在距焊縫50毫米處。

（2）施焊現(xiàn)場環(huán)境溫度低于0℃時，在始焊點附近100毫米范圍內(nèi)采用火焰預熱30℃以上方可施焊。

2）焊接過程

（1）引弧在焊道內(nèi)進行，不能在焊道區(qū)以外的母材上起弧。

（2）施焊中，應特別注意接頭和收弧的質(zhì)量，收弧時應將熔池填滿。

（3）多層多道焊時，接頭錯開50毫米以上，并連續(xù)施焊。

（4）每一層焊道焊完后及時清理檢查，清除缺陷后再焊。

（5）焊縫出現(xiàn)裂紋時，焊工不得擅自處理，立即上報，由技術人員查清原因、訂出修補工藝后，方可處理。

3）焊后

焊接完畢，焊工及時清理焊縫表面的熔渣及兩側(cè)的飛濺物，檢查焊縫外觀質(zhì)量。檢查合格后在規(guī)定部位打上焊工鋼印或做好記錄，利用預熱設備進行消氫處理。橫縫焊完后，立即升溫到250℃，恒溫2.5~3小時，然后緩冷。對于風口大套與風口段，焊后進爐進行熱處理，熱處理曲線見圖18。

4）焊接參數(shù)

（1）手工電弧焊焊接工藝參數(shù)見表8。

（2）CO氣體保護焊焊接工藝參數(shù)見表9。

（3）KES法電渣焊工藝參數(shù)見表10。

3.焊縫質(zhì)量檢驗

1）外觀檢驗

焊縫質(zhì)量檢驗按《煉鐵機械設備工程安裝驗收規(guī)范》GB 50372-2006進行，低碳鋼焊接完畢冷卻后即可進行外觀檢查。低合金鋼焊縫焊接完畢24小時后方可進行外觀檢查。

對接焊縫的外觀質(zhì)量應符合表11中Ⅲ級的規(guī)定。

角焊縫的焊角高度應符合設計文件的規(guī)定，其外形應平緩過渡，表面不得有裂縫、氣孔、夾渣等缺陷，咬肉深度不得大于0.5毫米。

2）無損檢測

無損檢測在外觀檢查合格后進行。對接焊縫及熔透T形焊縫內(nèi)部質(zhì)量采用超聲波探傷，按《承壓設備無損檢測》GB11345執(zhí)行。合格級別∶B類Ⅱ級。檢測比例∶10%。

《大型高爐爐殼制作工法》的效益分析是：

大型高爐爐殼制作工法的應用，確保了爐殼的制造質(zhì)量和制造周期，同時也為爐殼的制造和安裝降低了成本投入。該工法已成功地應用于福建鑫海高爐爐殼、寶鋼一號高爐大修工程高爐爐殼、安鋼集團三號高爐等工程的制造，制造工程量15236噸，完成產(chǎn)值15017.1萬元，取得直接經(jīng)濟效益1163.8萬元。

大型高爐爐殼制作工法的應用，為中國鋼鐵企業(yè)的高爐日趨大容積、高爐壓、自動化和長壽化創(chuàng)造了更多的條件，推動了中國鋼鐵行業(yè)的高爐大型化向生產(chǎn)效率高、能源消耗低、鐵水質(zhì)量高、環(huán)境污染少等方面的發(fā)展，取得了顯著的社會效益。

注：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算