高铁大型交通枢纽动荷载框架结构制作工法

荣誉表彰

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009-2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《高铁大型交通枢纽动荷载框架结构制作工法》被评定为2009-2010年度国家二级工法。 2100433B

《大型高炉炉壳制作工法》的工法特点是：

1.大型高炉炉壳针对不同的部位采用不同的成形方法。

2.炉壳下料及制孔定位均采用CAD的电子图形直接转化为数控切割程序进行喷粉画线，便于检查和核对，方便准确。

3.炉壳上各种制孔数量多，制孔角度多样化。针对不同的孔形、孔径，分别采用不同的制孔设备和制孔方法来保证制孔的精度。

4.炉壳关键部位风口段在取消了风口法兰，采用直接焊接式风口大套的工艺条件下采用多次组装和二次机加工的方法来保证风口的组装精度。

5.炉壳构造复杂，关键工序工厂化、制造大块化，有效的提高了制造质量、降低了现场组装的难度。

大型高炉炉壳制作工法适用范围

《大型高炉炉壳制作工法》适用于冶金行业高炉炉壳及大型非标容器、塔器、风力发电塔筒的制造。

大型高炉炉壳制作工法工艺原理

《大型高炉炉壳制作工法》的工艺原理叙述如下：

炉壳钢板厚，各段形状不同，成形时根据不同的部位，采用不同的加工方法，保证炉壳的尺寸达到设计要求；炉壳上孔型多，角度、大小各异，制孔时采用不同的设备和不同的方法使各孔满足炉壳工艺装配需要；炉壳整体尺寸大，工厂分块多，为保证现场安装需要，在工厂进行循环预组装，做好组装标记，使得现场安装顺利、省时。

大型高炉炉壳制作工法施工工艺

• 工艺流程

《大型高炉炉壳制作工法》的工艺流程见图1、图2。

• 操作要点

《大型高炉炉壳制作工法》的操作要点如下：

一、放样、下料、坡口加工

1.炉壳板采用计算机进行1:1比例放样，将CAD的电子版图通过转化软件转化为数控切割代码后进行数控编程，钢板下料前进行喷粉，喷出切割线、检查线、孔的轮廓线和中心线等，根据转化的外径检查图进行检查。

2.炉壳板全部使用数控火焰切割机进行切割，根据喷粉时的切割程序进行切割，对不要切割的部位在CAD中删除，重新形成切割语言进行火焰切割。炉壳板厚在50~100毫米。割嘴选择6号以上，切割时控制割嘴的行走速度。气割表面精度按表1执行，气割的误差控制按表2执行。

切割后炉壳钢板的尺寸极限偏差为±2毫米，两对角线长度之差不大于3毫米，并应考虑留有焊接收缩余量。

3.炉壳坡口均采用火焰进行切割，横缝坡口采用装有导向装置的半自动火焰切割机切割，竖缝坡口在余量切割后采用软轨切割机切割，对于不同板厚的对接坡口采用1:4的比例进行过渡。

二、炉壳成形

1.炉缸、炉腹、炉腰、炉身段为直段或小锥角段，成形时采用卷板机卷制成形。卷制时先进行预弯，成形过程中采用立体样板在检查线部位进行检查，当样板与成形后炉壳间隙最大不大于2毫米视为合格。检查样板的长度不得小于1.5米。样板检查见图3。

2.煤气封罩成形

1）煤气封罩捕集段∶煤气封罩捕集段为双曲面，由于尺寸较大，成形采用钢板加热后模压成形。模具采用钢板制作，分为上模和下模，内部填充耐高温的填充料，以减少模具的用钢量，模具简图见图4。

钢板加热采用加热炉加热，入炉时设有支垫，避免工件直接与炉底接触。入炉温度在300~400℃左右，升温速度控制在100℃/小时以内，加热温度升至900~930℃，保温65~90分钟，放置于专用模具上压制。加热温度曲线见图5，成形后用立体模具进行检查。

2）煤气封罩锥体段；煤气风罩锥体段成形采用压力机压制成形，下料喷粉时喷出压制线，压制刀具采用圆型刀具，以防止压制过程中出现压痕。

三、炉壳校正

炉壳成形后进行单块炉壳检查，在单块检查平台上放出落位线，落位画线半径比设计图纸大3毫米弥补竖缝焊接收缩，设置内卡板，上口吊线锤检查上口圆度，检查项目见表3，变形部位局部火焰校正，划好余量切割线。单块检查见图6。校正后的炉壳容许偏差见表3。

四、炉壳制孔

高炉炉壳由于工艺要求炉身分布着各种孔洞，有冷却壁水管孔、螺栓孔、灌浆孔、测温孔、测压孔、保护板吊挂孔等20多类孔洞，数量达万个以上，需要进行详细的计算和施工图设计，以保证材料的定购和炉壳的制造。

对各种孔洞的制孔分为二种方法进行∶第一种是平板状态下制孔然后辊压成形；第二种是辊压成形后再制孔。图7为典型孔洞形式图，针对不同的孔洞形式，制孔方法见表4。

1.平板状态下制孔∶炉壳直段上的冷却壁水管孔包括螺栓孔、灌浆孔、测温孔、测压孔，对此类孔采用平板制孔。采用平板制孔的孔特点∶

1）孔径不大，平板制孔后再成型孔径变化较小。

2）除保护板吊挂孔及冷却壁水管孔外，其他孔的孔中心线均垂直于其所在的炉带。

3）螺栓孔、灌浆孔、测温孔、测压孔等孔中心线交于炉心。

4）冷却壁中心线交于炉心，冷却壁上水管孔平行于冷却壁中心线。冷却壁水管平行于地面。

板材在成型前平板制孔，然后再卷板，板材在卷板过程中会出现板材中性层向外扩展，中性层向内收缩的情况，扩展和收缩量根据孔洞大小和板材成型后的曲率大小不同变化。但高炉炉壳半径很大，可以视板厚中心为中性层。平板状态下的开孔因板厚造成成形后板内、外壁尺寸不同，ф50毫米左右的孔洞孔径变化只有0.3毫米，可以按设计尺寸制孔，对于十字测温孔、冷却壁水管孔、冷却板孔、保护板吊挂孔等需要计算放大进行包络，图8为平板状态下制孔后的内外壁变化，图9为孔中心平行于炉中心孔径计算简图。

2.成型后制孔工艺

1）对开孔中心不垂直于炉壳钢板的水管孔等采用具有角度调节装置的小池火焰切割机进行切割。

2）对于风口、铁口、煤气导出管孔由于开孔尺寸大，精度要求高，制孔时采用自主开发的吸附式激光跟踪火焰切割机切割。

五、炉壳风口段加工

1.风口大套装配

风口大套加工时要求内外口机加平行，两口径同心，并在与中套接触面预留二次加工余量，将内口内半径缩小15毫米作为焊接热处理变形的加工余量，并在大套内外口做好四芯标记，见图10。风口大套装配前在钢平台上进行放样，放出1/8风口段及各大套在平台上的投影，打上样冲标记，便于大套装配时进行定位检查。

大套和法兰进厂后检查四芯线，采用专用吊板进行大套和法兰的装配，大套装配过程见图11，大套送入风口大套孔后用导链调平，法兰的装配方法与大套相同。

装面配时与风口带大套制孔四芯线对准，通过全站仪测定大套中心的安装高度和角度，利用角度调节板调整大套安装角度，高度调节板调节大套组装高度，调整合格后，调整板间焊接固定，大套与风口带点焊固定。调整及加固见图12。

2.大套二次加工定位

炉壳组装调整结束后在中央测量架上放置全站仪，确定大套二次机加工的准确位置，按照测量结果重新设置大套内口四芯线，做好样冲标记，并用划规画出机加线，采用三维激光动态跟踪仪进行复核，见图13。

大套机加工时，以炉壳上的高度基准线为参照线将风口1段找平，炉壳垂直放置，固定在数控落地镗铣床操作台上，炉壳与操作台间设置放倾斜装置，防止加工过程中颤动或倾倒。调整中间大套中心线与镗铣轴平行，通过数控系统进行调整动力头，加工大套连接面，加工过程中注意进刀量，采用多次加工，最后用球墨铸铁锥套进行碾磨。一个大套加工完成后，旋转操作台，使大套中心与镗铣轴平行依次进行加工。

六、炉壳组装

1.炉壳组装平台：炉壳组装平台采用钢平台或铸钢平台进行，组装平台表面超平，整体不平度不得大于2毫米，组装平台布置见图14。

2.炉壳单带预组装

炉壳组装时在组装平台中心放置测量胎架，在组装平台上标好炉壳的落位轮廓线、炉壳中心及四芯线。将炉壳按地样的落位轮廓线，按壳体下料时标记的角度线对照四芯线落位，落位后防止炉壳倾倒，设置临时支撑。在组装平台的落位轮廓线两边根据每带炉壳的斜度做好卡板，方便炉壳落位，见图15。

3.炉壳循环预组装

为了保证炉壳整体制作精度，炉壳加工完成后进行循环预组装，方便现场安装。炉壳多段组装时，第一段按照单带组装的方式先组装成整圈。然后在下带的上口焊接限位挡块。上段炉壳插入限位挡块中。然后每块用夹具连接成整圈。最后加上临时支撑，见图16。炉壳循环预组装见下图17。

4.炉壳组装检查

除调整块炉壳外，其他炉壳落位后对该带炉壳进行检查，检查项目如下∶

1）炉壳椭圆度的检查（上下口均分16点）；

2）炉壳标高（上下口分均16点）；

3）炉壳上口水平度（上下口均分16点）；

4）炉壳上下口同心度；

5）炉壳错边量（上下口均分16点）；

6）炉壳制孔检查。

炉壳预组装后尺寸允许偏差见表5。

七、炉壳焊接

炉壳用材料根据炉型、厂家、区域不同分为Q235C、O345C、BB503等，表6中给出焊接方法和材料是以某钢厂5000立方米高炉为参照选用，在制作时焊接材料依据母材来选用。

1.焊接方法及焊接材料

炉壳制作主要焊缝类型、焊接方法及焊接材料选用见表6。

2.焊接工艺

1）焊前准备

焊前进行技术和安全交底。

焊前，焊缝坡口及附近20毫米（手工电弧焊、CO₂气体保护焊）或40毫米（自动焊）范围内清除净油、锈等污物。

定位焊焊接方法与打底焊相同，焊接要求同正式焊接。定位焊牢固可靠，定位焊不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷。

施焊前，复查组装质量、定位焊质量和焊接部位的清理情况，如不符合要求修正合格后方施焊。炉壳装配质量要求见表7。

现场施焊前检查脚手架等临时设施是否安全可靠。

预热∶

（1）对于板厚大于36毫米的BB503钢板，施焊前进行预热（自保护立焊除外），预热温度为120℃。预热范围为焊缝两侧，每侧宽度不小于板厚的2倍，且不小于100毫米，预热测温点在距焊缝50毫米处。

（2）施焊现场环境温度低于0℃时，在始焊点附近100毫米范围内采用火焰预热30℃以上方可施焊。

2）焊接过程

（1）引弧在焊道内进行，不能在焊道区以外的母材上起弧。

（2）施焊中，应特别注意接头和收弧的质量，收弧时应将熔池填满。

（3）多层多道焊时，接头错开50毫米以上，并连续施焊。

（4）每一层焊道焊完后及时清理检查，清除缺陷后再焊。

（5）焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，立即上报，由技术人员查清原因、订出修补工艺后，方可处理。

3）焊后

焊接完毕，焊工及时清理焊缝表面的熔渣及两侧的飞溅物，检查焊缝外观质量。检查合格后在规定部位打上焊工钢印或做好记录，利用预热设备进行消氢处理。横缝焊完后，立即升温到250℃，恒温2.5~3小时，然后缓冷。对于风口大套与风口段，焊后进炉进行热处理，热处理曲线见图18。

4）焊接参数

（1）手工电弧焊焊接工艺参数见表8。

（2）CO气体保护焊焊接工艺参数见表9。

（3）KES法电渣焊工艺参数见表10。

3.焊缝质量检验

1）外观检验

焊缝质量检验按《炼铁机械设备工程安装验收规范》GB 50372-2006进行，低碳钢焊接完毕冷却后即可进行外观检查。低合金钢焊缝焊接完毕24小时后方可进行外观检查。

对接焊缝的外观质量应符合表11中Ⅲ级的规定。

角焊缝的焊角高度应符合设计文件的规定，其外形应平缓过渡，表面不得有裂缝、气孔、夹渣等缺陷，咬肉深度不得大于0.5毫米。

2）无损检测

无损检测在外观检查合格后进行。对接焊缝及熔透T形焊缝内部质量采用超声波探伤，按《承压设备无损检测》GB11345执行。合格级别∶B类Ⅱ级。检测比例∶10%。

《大型高炉炉壳制作工法》的效益分析是：

大型高炉炉壳制作工法的应用，确保了炉壳的制造质量和制造周期，同时也为炉壳的制造和安装降低了成本投入。该工法已成功地应用于福建鑫海高炉炉壳、宝钢一号高炉大修工程高炉炉壳、安钢集团三号高炉等工程的制造，制造工程量15236吨，完成产值15017.1万元，取得直接经济效益1163.8万元。

大型高炉炉壳制作工法的应用，为中国钢铁企业的高炉日趋大容积、高炉压、自动化和长寿化创造了更多的条件，推动了中国钢铁行业的高炉大型化向生产效率高、能源消耗低、铁水质量高、环境污染少等方面的发展，取得了显著的社会效益。

注：施工费用以2009-2010年施工材料价格计算