汽包分体吊装技术在河北敬业炼钢车间的应用

摘 要：通过一工程实例，介绍了续建炼钢厂房内针对汽包重量大，安装位置高的特点，利用已有桥式起重机和厂房钢结构，采用汽包分体吊装技术的施工方法、施工要点，同时也验证了该技术的可行性及经济型。

关键词：炼钢；汽包分体；临时平台；二次吊装；安全校核

背景：目前国内大型炼钢厂通过技术改造，升级换代愈来愈快，改扩建、续建工程越来越多，常常是一个炼钢厂按照一次规划、分步实施的原则，分期建设，在一期转炉施工中，包括整体小高跨钢结构一次安装到位，这样，经常碰到第二座转炉的设备安装难度加大的问题，其中汽化冷却系统核心设备汽包的安装因其安装高度高和重量大，安装难度显得尤为突出，本次应用提供一个安装办法和一个思路，能较好解决以上难题。

一、工程概况

河北敬业集团在原有一期一座150t转炉的基础上，续建二期工程，包括一座150t顶底复吹转炉及附属设施。转炉本体汽化冷却系统设备包括2# 、3#转炉汽包同时安装，汽包设计整体自重57t，外形尺寸Ф2600×10500mm，设备安装在高跨+55.000 m平台上，吊装难度较大，根据施工工艺，需提前安装。

二、设备吊装

1．现场及设备基本情况

河北敬业150t转炉一期已经完成了高跨厂房主体结构安装，高跨厂房已经封闭，1#转炉高跨区域（6~8线）各层平台均已经完成。2#、3#转炉区域（8~11线）各层平台主要结构大梁已经安装，次梁部分未安装，每层平台板仅铺了一条宽3.5m的人行走道，屋面及山墙已经封闭。

2#、3#汽包自重57t，外形尺寸Ф2600×10500mm，汽包安装在转炉跨E~1/E列+55.000 m平台上，具体安装位置见图 1：

高跨车间内有一台用于维修氧枪的32/5t的天车，可以协调作为起重设备使用。

图 1

2．方案策划

以往在施工中碰到此类问题，常采用的方案是拆除预留的转炉高跨山墙彩板和一部分屋面彩板及结构，从山墙处铺设长度60~70m的加强钢结构运输平台至汽包所在位置，然后使用两台200吨以上大型吊车从拆除的山墙处跨外整体将汽包吊装至55m运输平台上，再使用卷扬机将汽包倒运至准确位置。此施工方法工期长、费用高，不安全因素较多，需要采取特殊的安全防护措施。

经过创新思路，综合考虑现场实际情况及设备重量、外形尺寸、安装高度等因素，决定采用汽包分体吊装技术，即制造单位将汽包筒体按不破坏内部结构，断面最小，焊缝最少的原则分两部分出厂，其中最大部件约为30t，即可以利用车间内高跨32/5t天车将汽包吊运至+49.750m平台上，然后利用搭设的临时平台将设备倒运至汽包平台侧面，最后再利用厂房屋面梁设置吊点，采用卷扬机和倒链将汽包吊装至+55.000m平台上，待设备就位后，在现场完成后续制造。

3．汽包吊装施工要点

3.1临时平台搭设

吊装2#汽包时，在转炉跨+49.750m平台上设置工装倒运平台，可采用4根12m长的H400×400×13×21mm型钢铺设，3#汽包同理。

3.2汽包一次吊装

2#汽包和3#汽包进场后，均采用钢水接受跨240t天车卸车至2#转炉轨道的钢包车上，采用钢包车倒运至2#转炉底下，然后利用高跨32/5t天车分别吊装至+49.750m汽包工装倒运平台上。（高跨天车最高只能吊放至+49.750m平台上，具体吊装示意图见图2）：

汽包一次吊装示意图（图 2）

3.3汽包二次吊装及倒运

汽包在工装平台上进行倒运时，一端没有汽包底座处可借用高跨32/5t天车抬起，有汽包底座端，采用1台20吨倒链进行倒运平移，这时需在厂房立柱上设定倒链拉点。

汽包倒运至汽包平台侧面时，在厂房屋面梁和厂房立柱上分别设置1个8×8型号的滑轮组，然后采用5t双筒卷扬进行吊装至+55.0m汽包平台上。最后用20吨倒链配合卷扬机进行倒运平移至汽包的安装位置上（具体示意图见图3）。起吊之前要确认设备安装方向，避免在安装平台上调整设备方向。

汽包二次吊装示意图（图 3）

3.4汽包找正

汽包两部分吊装倒运至安装位置后，即可进行筒体组对，再进行后续的焊接制造工序，最后进行强度和密闭性实验。

三、安全校核

安全校核分钢丝绳校核及钢结构强度校核两部分：

1. 起重吊装钢丝绳校核：

2#、3#汽包最大件单重30t，吊装采用双绳4点吊装，钢丝绳夹角小于等于60°，以最大角60°计算，每根钢丝绳受力F=Fn/4 cos30°=30/4cos30°=86.6KN

查五金手册，钢丝绳可选用Ф36-6×37+1，钢丝绳性能最小破断拉力为562KN，则安全系数K=562/86.6=6.49，故此钢丝绳可以使用。

2. 屋面钢结构强度校核：

由于集中力作用于屋面梁下翼缘，屋面梁吊点之间有屋面檩条支撑，因此仅验算梁抗弯强度及檩条轴心抗压强度即可。

参数：两道焊接屋面梁规格HB:1200×500×14×25，材质Q345，梁可看做简支梁结构，檩条规格HN：350×175×7×11，材质Q235，屋面梁跨度为9米，梁间距为6.5米，汽包自重30t。

根据受力分析，屋面梁垂直向下集中力 F=30/2=15t=15×104 N

檩条轴心压力N=3.25×15/10=4.875×104 N

2.1 依据梁抗弯强度验算公式δ=

由集中作用力产生的弯矩为：

M1= = ×107=33.75×107N.mm

由梁自重（均布荷载） =3.2 N/mm产生的弯矩为：M2= = =3.24×107 N.mm

截面抵抗矩： W= [BH3－(B－b)h3] = ×[500×12003－(500－14) ×(1200－2×25)3]

=1.74×107 mm3

δ= ==20.25 N /mm2＜f（295N/ mm2）满足抗弯强度要求

2.2 檩条轴心抗压强度依据公式δ= ,

截面面积：A=(350×175)－[(175－7)×（350－11×2）]＝61250－55104＝6146mm2

其受轴心力为N=4.875×104 N

δ= = =7.93N/ mm2＜f（215N/ mm2）,满足抗压强度要求

3.临时平台强度校核

汽包单件最重30t，全部荷载平均分成四等份集中作用在HA：400×400×13×21型钢上，H型钢材质Q235，自重忽略不计，其长度为12米，荷载的最不利位置在跨中。

依据抗弯强度公式δ=

M= = ×107=22.5×107N.mm

W= [BH3－(B－b)h3] = ×[400×4003－(400－13) ×(400－2×21)3] =3268079.358mm2

δ= = =65.7N/mm2＜f（205N/ mm2）满足抗弯强度要求

四、 两种方案对比

汽包整体跨外吊装方案参考以往类似经验，与创新型汽包跨内分体吊装方案对比见下表：

方案 因素 工期 费用 安全性

跨外整体吊装 58天 50万 高空作业多，大型吊车场地要求严格，安装、拆除钢结构量大，危险性高

跨内分体吊装 30天 23万 高空作业少，使用设备简单，易于操作，安装、拆除钢结构量相对少，对承重钢结构要求高，危险性较大

通过对比，虽然汽包跨内分体吊装方案多了一道现场组对焊缝，但综合比较更优于跨外整体吊装方案。

五、结束语

采用汽包分体吊装技术，改变了以往炼钢改、扩建工程跨外整体吊装汽包的施工方法。能够因地制宜，充分利用现有的设备（天车、钢水包运输车）和钢结构，降低安装费用54%；利用已有空间，节约大量准备时间，能够加快整个工程的施工工期 ，使工期缩短二分之一；同时避免很多不安全因素，降低安全风险；因施工所需设备简单，节省人力、物力，极大提高工效。本技术适用于炼钢改、扩建工程汽化冷却系统中汽包的吊装，且简便易行，适宜推广。

参考文献：

[1]《建筑施工手册》第四版 中国建筑工业出版社2003.

[2]《实用五金手册》第七版上海科学技术出版社2006.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。