高炉工艺钢结构制造(steel structure manufacture of blast furnace)

高炉工艺钢结构分壳体和承重结构两部分。壳体结构包括高炉炉壳、热风炉炉壳和除尘器外壳等；承重结构有炉体框架、炉顶刚架等。其制造特点是件大、板厚、弧形异形构件多、焊缝量大、焊接质量要求严格。

高炉炉壳制造   高炉炉壳是用钢板制成的圆锥体和圆柱体组成的壳体结构，分炉顶封板、炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸和炉底板等区段(图1)。其各区段钢板厚度视炉型大小和钢材材质而定，从20mm～90mm不等。钢材除应符合强度、塑性、韧性等力学性能和化学成分外，尚应具有良好的冷(热)加工性、可焊性和抗龟裂性等工艺性能。炉壳因其直径和高度都较大，受运输、起吊等条件限制，不能制成整体出厂，需分带、分块制作，运至工地拼装、焊接和安装。炉壳制作前应按设计图纸的实际尺寸确定分带、分块方案，并绘制壳体施工图(排版图)，包括各带块的平面展开尺寸、坡口角度、孔中心位置、孔径、卡具固定板、脚手架挂耳和定位器等，均应标注清楚，并按带、按块分别编号。制作工艺流程见图2。

放样号料   按施工图的图样、展开尺寸(包括切割、刨铣加工余量、弯制变形量和焊接收缩量等)、孔中心位置、坡口角度以及相关中心线、检查线等标记，直接在样纸上按1：1比例绘制大样，并制成零件外形的样板，在钢板上号出轮廓线及标记作为切割、刨铣、制孔、弯制等加工的依据。

边缘加工   单块板的直线边或弧线边一般都采用自动、半自动或数控切割机，以丙烷(或乙炔)为燃烧气体加氧气助燃进行精密气割，其加工边缘(含坡口)一般不需再用其它方法加工。当采用手工气割或剪切时，其加工边缘需刨边或用砂轮打磨。

孔的加工及定位   高炉风口、铁口、渣口和冷却系统等在炉壳上都有大小不同、倾角各异的孔，其孔径较大，一般钻孔设备无能力加工，只能采用气割割孔。现场采用手工气割时，其孔距、孔径较难控制。部分高炉炉壳采取在工厂制作时就进行孔的加工，用仿形或数控切割机进行气割，用样板确定孔中心位置、孔径大小，用检查线、中心线、规孔等方法控制定位精度，加工质量和精度都可以得到保证。

板面弯制   弧形板一般在冷弯机上进行冷弯，板放样号料按施工图的图样、展开尺寸(包括切割、刨铣加工余量、弯制变形量和焊接收缩量等)、孔中心位置、坡口角度以及相关中心线、检查线等标记，直接在样纸上按1：1比例绘制大样，并制成零件外形的样板，在钢板上号出轮廓线及标记作为切割、刨铣、制孔、弯制等加工的依据。

边缘加工   单块板的直线边或弧线边一般都采用自动、半自动或数控切割机，以丙烷(或乙炔)为燃烧气体加氧气助燃进行精密气割，其加工边缘(含坡口)一般不需再用其它方法加工。当采用手工气割或剪切时，其加工边缘需刨边或用砂轮打磨。

孔的加工及定位   高炉风口、铁口、渣口和冷却系统等在炉壳上都有大小不同、倾角各异的孔，其孔径较大，一般钻孔设备无能力加工，只能采用气割割孔。现场采用手工气割时，其孔距、孔径较难控制。部分高炉炉壳采取在工厂制作时就进行孔的加工，用仿形或数控切割机进行气割，用样板确定孔中心位置、孔径大小，用检查线、中心线、规孔等方法控制定位精度，加工质量和精度都可以得到保证。

板面弯制   弧形板一般在冷弯机上进行冷弯，板的两端应留有300～500mm的压头余量。双向曲面板一般在压力机上用胎模进行压制，板端可不留压头余量。当板较厚，设备无能力加工时，可采用将其加热至1000～1100℃热塑状态下模压成型。

炉壳预拼装   为检验单块炉壳板的制造质量，制造厂应进行带与带、块与块的拼装，以检查其各部位的相关尺寸和质量。将炉壳从下至上分成若干个单元，每单元为3～5带(视施工条件而定)，按顺序将各单元在组装平台上进行拼装。拼装前先将平台找平，划出缺口及与之成90°的中心线、圆周线，然后将弯制成型的单块板拼装成圆柱(圆锥)形带，并检查其上(下)口圆度、块与块的间隙、错边、上下口平面度和上下口中心点偏移等，均合格后再逐一拼装、检查以上各带，并作好各带的编号、中心线、接口等标记及检查记录。在一个单元拼装完毕后，将这个单元的最上一带拆下作为下一个单元的最下一带置于平台上，再逐一拼装、检查下一个单元的以上各带，同时测量、校正铁口、风口中心线及标高。如此循环，直至各单元拼装完毕(图3)检查合格后，拆下包装出厂。图3单块炉壳预拼装示意图为加快施工速度，保证工程质量，减少工地焊接工作量，在制造、安装、运输等条件允许的情况下，应尽可能增大钢板的长宽尺寸，拼焊成大板块出厂，所有制孔和风口、铁口等相应附件法兰的焊接也尽量在工厂完成。

热风炉炉壳制造   每座高炉附有热风炉3～4座，其炉壳由炉底板、圆柱形炉身及炉帽(顶盖)所组成，均为钢板制成的壳体结构；炉底板由若干块压成带圆角的竖直边(与炉身壳体相连)的钢板拼焊而成；圆柱形炉身为直筒结构，用辊弯机将钢板分块弯制而成；炉帽一般采用半球形或悬链线形(蘑菇形)，多将钢板分瓣压制，由于炉顶温度较高，炉帽所用材料均应具有足够的塑性和韧性，必要时焊后应消除焊接内应力。热风炉炉壳的制作特点、工艺流程与高炉炉壳相似(图4)。

除尘器壳体制造   除尘器壳体一般由圆柱形和圆锥形结构组成，可整体或分带、分块制造。制造方法与高炉、热风炉的壳体相似。

高炉炉体框架和炉顶刚架制造   炉体框架是紧临高炉炉壳四周，支托炉顶平台、热风围管、操作和检修平台等多功能的多层框架结构。一般设4～8根立柱，由梁、平台、支撑等组成封闭框架。框架立柱常采用H形、箱形或管形等截面形式。当采用环形出铁场时，框架支柱还兼作环形厂房的内环柱和吊车梁的支柱。炉顶刚架是支承在炉顶平台上，由两榀刚架侧向支撑和多层平台组成立体刚架，用以支承上料系统、检修吊车梁和炉顶设备的刚架结构。炉体框架和炉顶刚架的制作工艺同冶金工厂厂房钢结构制作相似。但当采用厚壁小直径低合金结构钢管柱时，应选用经过正火处理的钢材，避免钢板在弯制过程中出现裂纹或断裂；连接宜采用窄间隙埋弧焊，以减轻劳动强度，减少焊接工作量；选用合理的施焊顺序，减少焊接变形和内应力；采取焊前预热、焊后去氢处理，以避免焊缝裂纹；严格控制各层牛腿标高及各主要部位尺寸，保证制造精度。