首钢京唐公司1号高炉施工工艺探讨思维导图

为了获得大积体混凝土施工数据，首钢集团公司采用电脑监控技术，对砼内部温度及砼应力进行了监测，获得了第一手数据资料。使砼内外温差、内部应力达到了非常理想的水平。工程实体达到了内实外光的要求，受到了专家一致好评，开创了国内冶金行业大体积混凝土施工的新纪元。

钢结构制作安装特点、技术难点

高炉炉壳炉壳安装精度要求很高，组对后要求严格将风口带、铁口带水平标高偏差控制在4mm以内、对口错边量6mm以内、炉壳钢板圈的最大直径与最小直径差（55.8mm），以及钢板圈相对炉底中心的最大偏差不大于30mm.在跨带冷却壁的围板安装中，易产生焊接收缩，要满足冷却壁的安装精度要求，围板安装难度就增加了。

作业场地属沿海气候，空气湿度大，雨雪天气多，极易产生气孔、延迟裂纹、未熔合、夹渣等焊接缺陷。

钢板材质属于微合金高强钢（HSLA）。需要解决在焊接、冷却过程中的热裂、冷裂、氢致裂纹等问题。

该材质中含有氮元素，如果焊接不当很容易产生时效脆化，因此需要严格控制焊接工艺参数，防止因氮元素的偏聚而出现的裂纹、气孔等现象。

由于高炉容积较大，最大直径处达18.6m.受客观条件和吊装能力所限，大部分炉壳围板不能在地面组焊成型后整带吊装到位，有部分立缝只能在高空焊接完成。

热风围管热风围管内部砌筑和喷涂对管道椭圆度要求很高，允许偏差在5mm内，比普通大直径卷焊钢管制作椭圆度要求提高了5mm. 42个短节对应高炉42个风口直吹管，要确保42套风口设备的安装精度，对短节弦长以及相互间尺寸的加工和安装精度提出了很高要求。

上升管、五通球上升管在70m高空对接安装，垂直度控制在20mm以内。

五通球需开5个孔与四根上升管和一根下降管相联，然后在110m高空进行组对安装，开孔位置允许偏差3mm，开孔直径与支管直径之差2~5mm.五通球在113m高空安装组对，安装标高偏差要求控制在±30mm以内，纵横中心偏差不超过30mm.构件的安装顺序给吊车的设置和吊装带来很大难度。五通球重量达62吨，安装中心标高▽113m，DBQ4000吊车只能在五通球吊装到位后擎住，再利用630吨吊车进行第四根上升管弯管的安装。

下降管下降管上联五通球，下接旋风除尘器，是自立门架式结构的超长（66m）钢管斜横梁，中间无支撑，两端为固定口连接。设计要求整体门架结构形成前，五通球及旋风除尘器伸出部分不能承受较大的悬臂弯矩。

下降管安装位置高（上口标高113.2m，下口标高63.103m），重量大（176t），其下是矩形出铁厂房；吊装重量大，考虑施工成本及场地狭窄的现场条件，无法使用两台超大型吊车抬吊就位。同时沿海施工吊装构件高空横向风力大（常年3级风以上）。

由于五通球上伸出弯管及旋风除尘器上斜插管为空间结构，管壁厚20mm，空中组装误差及焊接变形较大，下降管与其为固定口相连，空中组对困难。

炉体框架炉体框架柱截面尺寸大，内部结构极为复杂，施工图深化设计和加工制作难度很大。

框架结构内部采用了横向横隔板、纵向T型加劲肋的结构形式。框架柱在12m内就有9组横隔板和10根T型钢，箱型柱内部结构复杂，焊接量大，易变形。

框架柱单节柱最重达101吨。

各层平台采用八卦式结构布置，设计要求平台梁两端安装精度控制在1mm以内，以保证高强螺栓的安装。

防腐蚀要求高该地区属于沿海地区，空气湿度大，氯离子含量高，对钢结构腐蚀性强，因此除锈防腐是非常重要的环节。因此采用喷砂除锈达到Sa2.5级后，刷富锌底漆，它是性能优异、具备阴极保护的电化学涂料。

底漆：环氧富锌漆一遍，干膜厚度60μm（室外）；中间漆：环氧云铁漆一遍，干膜厚度80μm（室外）；面漆：脂肪族聚氨酯面漆两遍，干膜厚度60μm（室外）。

在炉本体钢结构制作安装中采取的有效措施

高炉炉壳安装和焊接控制工艺炉壳安装和焊接工艺流程：设备调试→炉壳吊装组对→装配交检→焊前预热→炉壳立缝焊接→炉壳环缝焊接→焊接检验→焊后热处理。

高炉第1带～12带炉壳按出厂单元进行吊装、组对焊接；第13带～16带先在安装现场组焊成单带，然后整带安装就位；第17带～22带在工厂每相邻两带组焊成一个单元，然后发运到安装现场直接吊装就位。第23带、第24带+25带分别在工厂组焊成带，然后发运到安装现场直接吊装就位。

吊装组对后调整、测量，再调整、复测，合格后加固，进行焊接，采用二氧化碳气体保护焊的方法。

严格执行焊前预热、焊后缓冷、焊后热处理工艺，采用电加热方法，利用计算机控制技术+WDJK-360型控制柜对履带式电加热器进行适时控制，设定控制参数实现全程自动控制，保证了焊接和热处理的质量；同时这也是解决由于现场高湿度可能引起焊接缺陷问题的措施之一。

预热温度：120~150℃；后热温度：250~300℃；热处理温度：650℃。

针对BB503材料的特点：在焊接过程中为防止氮元素在焊缝处偏聚，严格控制熔合比，严格控制焊接线能量和层间温度。

针对沿海焊接施工的特点，严格执行了以下控制措施：在炉壳对接、组焊过程中，视天气情况，适当采取防风、防雨、防雪等措施，确保焊接质量要求。

严格清理焊接坡口表面及两侧距坡口边缘30㎜内的水渍、铁锈、油污、渣和其它杂质。

严格控制焊材的含水量：CO2气体保护焊用的CO2气体应保持干燥，气体纯度不小于99.8%（体积法），含水量不大于0.005%（重量法）。

严格执行焊前预热、焊后后热、缓冷的工艺措施。

为保证炉壳的尺寸和炉顶标高，采取了带与带之间预留间隙的方法进行调整，通过计算使间隙在2~4mm内，在焊后收缩的情况下，完全满足了冷却壁的安装和炉顶设备安装的要求。

热风围管制作、安装工艺采用数控切割，切割后的尺寸极限偏差控制在±1mm内。

围管短节组对过程中，依次检查组对后内侧和外侧弦长，以保证围管整体圆度。

制作完成后整体预拼装，对有超差部分进行地面调整。

在9.9m平台上组对，提前在平台上划出十字中心线、围管内外边缘线，围管整体组装完后进行焊接加固，防止变形。

在34m平台上设立4个吊点，利用滑轮组进行同步整体吊装，吊装过程中全程监测高度。

吊装到位后测量环管内表面至高炉外壳的距离，在确保合格后利用垂直吊杆固定。

上升管制作安装工艺采用数控切割下料，把切割偏差控制在了±1mm以内。

上升管地面组对，整体吊装，减少高空作业难度和满足上升管垂直度的要求。

五通球制作安装工艺措施球片用专用胎具压制，为保证各块边缘成形精度，在每块四周加放3倍板厚的压头量。

五通球支架和支撑按30°周圈布置，在基准圆外侧的球壳板处均匀点焊定位块，然后以定位块和胎具为基准，按顺序装配赤道带壳板。待纵缝定位焊接完成后装上、下极带。

五通球与上升管四个接口设立活动短节，以便在高空组对时调整，提高了组装精度，加快了施工进度。

根据五通球焊接容易变形等特点，首建集团公司经过精确定位，对五通口相贯线进行精确切割，并加设16道放射型防变形拉筋，保证了其椭圆度达到图纸及规范要求。

下降管计算机模拟吊装技术。根据现有施工场地及吊车起重能力，确定吊装构件大小（分2段吊装），施工前用计算机模拟整个吊装过程，精确制定下降管部件现场组对位置、吊车及起吊重物运行路线、就位过程，确保构件平稳无障碍吊装。

精确计算构件重心，确定主吊点及调整绳悬挂点，确保构件按安装位置角度起吊。

下降管上装有梯子、栏杆及均压放散管等附件，必须精确计算组装后构件的重心，选择正确的主吊点及调整绳悬挂点，在离开地面前调整好角度，才能精确安装就位，实现与固定口的组对。

采用可调式支架，空中调整及支撑上管段。

按照安装位置，用计算机模拟设计上管段“人”字形支撑架，支脚与炉顶平台梁铰接，在炉顶平台设链式起重机，用钢丝绳拉支架顶住横梁，在五通球上焊接吊耳挂固定定滑轮，通过链式起重机、钢丝绳调整支撑架位置，进而支撑或调整管段安装角度。

用进口高精度TDA5005全站仪精确测量五通球伸出管口、旋风除尘器斜插管口相对高炉中心线的角度、位置座标点，计算确定下段管的长度，测量精度达到了0.3mm.三角形法测量下管段吊起角度，配重调整，使吊起角度与安装就位角度完全相同。按安装就位角度精确计算下管段重心，用吊车试吊离地面，下管段上口挂重锤，由下管口下部拉钢线，用钢角尺测量使钢线与重锤线垂直后，测量两钢线长度与计算值对比，然后在两管端调整配重，直至两者相等后起吊。

选择晴朗风力小的天气，上午10点钟以后吊装，避免沿海早晚风大的影响。

通过实施以上6项措施，下降管上段2小时吊装就位组对完，下段4小时吊装就位组对完，管口长度偏差23mm，径向偏差5mm，高于规范径向偏差10mm的要求，而且快捷安全完成吊装任务。

炉体框架柱、梁针对框架柱、梁结构复杂，节点深化困难的问题。首建集团公司成立了专门的详图深化设计小组，利用AutoCAD进行空间建模，在此基础上拆分零部件图，提高了详图质量，确保了配合尺寸精度，满足了工程需要。

炉体箱型柱、梁造型复杂，内部加劲肋数量多，焊接过程中易变形。首建集团公司根据不同的构件和不同的节点形式采用如下控制方法，对控制焊接变形和残余应力达到了事半功倍的效果：划分制作单元，安排合理装配、焊接顺序：翼缘板、腹板、隔板、T型肋等均经过变形校正后方可进行装配。装配时按结构特点，采取一次装配、焊接、二次装配、二次焊接的方法，确保装配、焊接质量。

采用手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊、埋弧焊接等多种焊接方式以适应不同的结构型式和空间位置。

厚板焊接采用焊前预热、多层多道焊、分段退焊、焊后缓冷等方法，焊接过程中控制层间温度在100~200℃，以控制焊接变形和应力。

对焊缝集中的部位：采用小规范、对称焊等方法，以减小焊接应力和变形。

在满足设计要求的情况下，隔板和加劲肋采用间断焊接的方法。

对于要求开坡口的部位，尽量采用双面对称坡口，并在多层焊接过程中采用对称焊。

针对炉体框架柱、梁安装精度高的要求及构件重量大的问题，首建集团公司采取了以下措施进行控制。

利用CAD在电脑上对柱基数据进行测量，复核基础的标高以及和炉基中心的距离。保证安装时立柱间对角线距离控制在了7mm内，比相关规范15mm的要求有了明显提高。

安装时用经纬仪测中心线的垂直度，用水准仪测量检查标高，下部用千斤和倒链微调，合格后将垫板垫实、螺栓把紧。

经过计算，首建集团公司选用4000t.m吊车对炉体框架柱进行吊装，选用300t履带吊对炉体框架梁进行吊装。

通过以上的措施，既解决了由于结构复杂，给详图深化设计带来的困难，又消除了构件制作中的焊接变形，所安装的炉体框架柱垂直度偏差最大为10mm、均在规范要求的20mm以内，炉体框架梁水平度均在2mm内。

新技术应用

高炉炉壳BB503特厚钢板焊接技术；厚板热处理采用计算机自动控制。

使用进口的高精度TDA5005全站仪，对高炉标高及中心线进行三维坐标测量（TDA5005全站仪其角度测量精度标准偏差±0.5〞；自动水平补偿设置精度±0.3〞；总精度±0.3mm；测距精度±0.2mm）。

大截面厚板箱型梁焊接、热处理工艺及应用技术。

计算机信息化管理：模拟吊装、详图设计、资料管理。

具有沿海地区特色的钢结构防腐技术。

高炉碳砖砌筑的技术难点及采取的措施高炉碳砖历时103天，比预定时间提前近25天。高炉筑炉工程于3月15日开工，共用耐火砖6.9万块，每天平均砌筑量达到40吨。面对炉缸直径达到15.5m的首钢京唐公司1号高炉，首建集团公司克服了各种困难，提前并圆满地完成了筑炉工程。这项工程可以说是首钢精度最高、质量最好的高炉砌筑工程。

在高炉炉内砌筑中，此次高炉本体筑炉施工材料均选用国外产品，特别是首钢首次选用日本NDK要求精度较高且比以前施工过的高炉碳砖单位体积（3m×0.7m×0.6m）和单重（最重2吨/块）都大的多的四层满铺碳砖，其砌筑质量要求的平整度和泥缝要在0.5mm以内（国际特类砌体其泥浆浆缝不大于0.5mm）。针对此次高炉的特点，首建集团公司首先在施工找平层上下工夫，改变标尺原做法，提高标尺加工精度。在标尺安装中确保标尺安装后的标高差在-1mm内，并在找平层施工完为让开冬季的时间段内对炉底找平层进行四层防护。在砌筑第一层满铺碳砖前再次对272m2的基层测量后找平，对于平整度超过1mm的部位再次人工进行加工（国标GB50211-2004中6.2.5条规定其标高误差不应超过-2mm），做到精益求精。

在272m2的基层上砌筑第一层满铺碳砖是整个高炉砌筑的关键，砌筑施工中首先对大砖进行预码，这样的2吨大砖有时一块要预码十余次直到与其它相邻大砖没有一丝错台后再砌筑，确保了砌完第一层347块大砖后用水平仪测量510个点达到±1mm的平整度（国标GB50211-2004中6.2.2条规定其标高误差不应超过5mm）。远远超过了国标，在砌筑第二、三、四层时主动加压用更高标准组织施工，砌筑完第四层后用水平仪测量510余点，其平整度达到了±0.5mm，且砖间缝无一超过0.3mm（施工要求为0.5mm）。由于在质量上的高标准严要求确保了每道工序施工工艺的高标准完成。