关于我们 | English | 网站地图

共圆湛钢高炉梦

—中冶集团宝铜湛江铜铁基地特大型高炉建设采风



2016-07-21 13:49:11 5e   作者: 郑建果、刘曦、刘卫健  

为适应全球经济发展变局以及国家调结构、促转变的政策导向,宝钢坚定不移地推进“精品十规模”发展战略,推动二次创业,并把宝钢广东湛江钢铁基地作为重要战场,作为宝钢提高整体竞争力,保持国际领先的重要举措。在湛江钢铁基地建设中,作为合作共赢的黄金 搭档,施工方中冶上海宝冶与设计方中冶赛迪,更是珠联璧合,双方通过科技创新、技术进步,优势互补,以不凡的科技创新、强大科技实力,取得了宝钢湛江高炉建设的圆满成功。其中特大型高炉建设就是设计与施工结合的一个典范。

“三突出”——设计创新的不同凡响

三十年前,中冶赛迪作为国内总包设计院最早到达上海宝山,参加了建设 宝钢的会战,见证了现代化钢厂在新中国的崛起。三十年后的今天,中冶赛迪肩负着宝钢的信任和重托,承担了湛江 钢铁总体设计和12个单元的工厂设计、20余项设备成套或总承包任务,湛钢的特大高炉就是其中重要项目,中冶赛迪 此项项目设计的“三突出”出手就不凡,体现了国际一流的工程咨询和设计水平。

一是突出领先技术设计国际一流高 炉精品。宝钢湛江钢铁基地是全球在建 的两个千万吨级钢铁厂之一,工程立项之初,就确定要建设一座现代化、生态化、高技术、高效益,体现循环经济和节约 型社会理念的碳钢板材精品基地。湛钢1、2号高炉设计炉容5050立方米,由中冶赛迪自主设计和研发,最大限度实现 了高炉的工艺及技术、设备的自主设计 和集成。工程以优质、高产、长寿、环保、节能、低成本为目标,致力于打造全球 最具竞争力的新一代大型高炉。

为了实现工程目标,中冶赛迪把高 炉设计30年的技术经验充分应用于湛江 钢铁,将“简单、高效、低成本”的建 设宗旨贯彻设计全过程,努力实现工艺 布置更加紧凑高效、物流系统更短捷顺 畅、核心装备更加成熟可靠,达到国际一流水平。在总体设计方面,进行多版 总图优化升级,创新性地将两座高炉的 矿焦槽合并布置、水泵房集中布置、中控楼合二为一,使2座5050立方米高炉 占地面积属于同类型高炉最小。在工艺 和装备技术方面,自主研发的高炉炉顶、 热风炉、鼓风机、TRT等一系列核心技 术和装备集中采用,提高了工程整体技术水平和国产化程度,大大降低工程投 资。在节能环保方面,按照最高环保标 准进行设计,采用现有技术下的最先进 配置,努力将炼铁厂污染和能耗讲到最低。除了煤气净化系统、TRT等大型环 保设施外,中冶赛迪还采用多项创新技术,如在高炉出铁场除尘的基础上增设 除尘罩,将漏网烟尘一网打尽;在全行业率先开展铁水运输仿真,设计出装称 容量380吨的鱼雷罐和900米的平均运 输距离,创造了国内短距离铁水运输的 两项新纪录,每一次运输可减少50~60 度的温降,环保效益显著;自主研发的炉体软水密闭系统可通过环管给水量控 制炉壁冷却强度,使用水量更经济合理,高炉运行更加稳定。

湛江东海岛由火山喷发造地而成,交错分布着流沙、淤泥、玄武岩等八种地质,该地区台风多发,海洋性气候带 来高盐分的空气和强腐蚀性土层。面对 恶劣的自然环境,中冶赛迪充分研究国 际先进钢铁厂在海边建厂的经验,组织专家团队进行论证,综合复杂地基处理 的各种技术,采用抗台风、防腐蚀的先进技术,确保工程施工的高效性、实用 性和安全性。

二是突出精心优化设计确保高炉低 投资和高效率。在钢铁行业调整转型的 严峻形势下,湛江钢铁投资额多次调整,最终静态投资较第一版可研预算减少40%。其中,高炉工程从最初50多亿 的投资缩减到30多亿。从如何在工程 投资大幅缩减的情况下,保证产品大纲、环保指标和主要技术经济指标不变,成为摆在设计单位面前的巨大挑战。

从高炉工程设计初期起,中冶赛迪主管领导就要求高炉总师、项目经理、专业负责人、具体设计人层层贯彻控制投资意识,始终紧绷投资控制的弦,同 时在设计过程中始终以高效生产为准 绳,让低成本、高效率、具备竞争力的 高炉成为现实。面对投资大幅缩减,中冶赛迪高炉项目部同宝钢各方面进行了 好几轮压缩投资讨论会,决定从工艺方案着手,在结合宝钢4座高炉建设、生 产运行经验的基础上,进行大量工艺方 案优化。例如,将出铁厂面积减少1000 多平方米,比同类工程量减少超过15%, 将铜、铸铁冷却壁变为全铸铁冷却壁等,都是大手笔的优化。设计人员的“胆大” 来源于他们的“心细”。这些“大刀阔斧” 的优化不是想当然的决定,而是经过了反复论证、精细计算才得出的结论,在确保功能不受影响的前提下,还要力求高炉的高效运行。同时,中冶赛迪在满足国家标准和技术规范的前提下,采用仿真分析、三维建模、有限元分析等先进工具和独具匠心的设计手段,对地基 处理、基础混凝土、钢结构、能源介质等工程量精心优化,既保证了工程质量, 又有效降低了工程投资和运营成本。经初步核算,在赛迪所建的所有大型高炉 中,湛钢高炉单位炉容的投资达到最低, 属于行业一流水平。

三是突出自主研发自主集成实现特大型高炉装备国产化。过去,国内大型高 炉工程的炉顶、水渣、鼓风机、TRT等关键设备基本引进,在5000立方米以上 高炉采用国产大型装备的,更是寥寥无几。如今,在宝钢湛江高炉项目中,中冶赛迪凭借自主设计和研发,攻克大量 国产设备的重重难关,最大可能摆脱了对进口设备的依赖,这也为业主控制成本发挥了关键性的作用。

在炼铁界,炉顶设备是高炉稳定顺行的关键一环。过去,大型高炉尤其是 4000立方米以上炉顶设备一直为国外公 司垄断。为了突破国外产品封锁,宝钢、中冶赛迪、秦冶重工三方与2009年成立湛江钢铁高炉大型无料钟炉顶联合攻关小组,瞄准国际一流水平,开发具有国内 自主知识产权和核心竞争力的高炉无料钟炉顶技术。中冶赛迪作为系统设计单 位,率先提出布料器的液压复合控制等 创新思路和关键技术参数,较进口设备 具有结构简单、故障率低等优点。国产 BCQ无料钟炉顶总重量约270吨,采用 100立方米有效容积料罐,炉顶的承压 容器设计压力可达0.33兆帕斯卡,较国 内同类炉顶设备提高0.12兆帕斯卡,而价格却比外商供货便宜上千万欧元。

顶燃式热风炉技术以其高风温、低投资、稳定结构等特点已成为高炉热风 炉技术发展的方向。湛江高炉顶燃式热 风炉以中冶赛迪先进的热风炉技术和宝钢30年生产操作经验为基础,为4座高 风温顶燃式热风炉配置4座独立混风室,解决顶燃式热风出口容易出现管壳发红 等问题;采用非稳态模型计算炉内温度分布,优化各部耐材砌体配置,确保各 耐材工作安全;在顶燃式热风炉耐材砌 体各孔口采用自锁式组合砖技术,有效 改善各孔口的受力状况,提高砌体的结构稳定性;根据热风管系的布置,采用分析软件,优化波纹管、拉杆配置,并 设计与管系相适应的耐材砌体结构,确保热风管道耐材高风温下长期安全运行;为热风炉配置前置燃烧炉及烟气余热回 收系统,在单烧高炉煤气的条件下,实现国际领先的1300T高风温。

湛江钢铁1、2号高炉配套建设3台 AV-100轴向进气静叶可调式轴流压缩机 组,其中3号鼓风机为宝钢、赛迪与陕 鼓联合研制。通过创新提升,新一代国产高炉鼓风机采用轴向进气结构形式, 相比传统的径向进气的结构形式,可减小进气损失,减少整机功耗约1%,并降低风机机组安装平台高度,降低基础 投资费用;控制系统与高炉生产相结合,可实现定流量、定风压、热风炉充填风、炉前富氧控制等一系列高炉生产工艺控 制要求。

而湛钢高炉TRT系统是首座5000 立方米级高炉全干式TRT全国产化设备,由宝钢、赛迪与陕鼓联合研制。三方组 建的联合技术攻关团队对设备结构、关 键零部件材料、安保系统、设备加工、 电仪控系统等方面都进行了深人研究。尤其是对高炉TRT的叶片腐蚀、结垢及 机组振动问题进行重点攻关,采取了相应改进措施,使大型高炉TRT系统的气动性能和可靠性能得到显著提升,使中 国品牌在该领域跻身于世界先进行列。

目前,宝钢广东湛江钢铁基地项目炼铁工程新建2座5050立方米高炉及其 公用辅助设施,在结合国情、厂情的基 础上,选择了经济效益高、行之有效的 成熟新技术,以保证工程的先进性、可靠性;通过全面推进自主集成、自主创新, 最大可能地实现技术装备的国产化。高 炉总体工艺技术和装备水平高于目前国 内高炉的现有水平,国产化装备比例超 过国内同类型高炉。

“五措施”一施工技术的现场保障

设计升帐,施工紧紧跟上,作为国 内高炉施工第一品牌,上海宝冶不仅过 去承担了宝钢全部大型高炉的建设与大 修任务,而在湛江钢厂也承担了全部高 炉施工项目。

而湛江高炉项目无论合同模式、工期压力,还是项目所处于的环境,资源配套等方面都跟以往项目有所区别,面 临许多新的困难和挑战。由于高炉自身结构特点,深基坑、大体积混凝土、高支模、大跨度钢结构、高耸结构等施工项目较多,再加上湛江地区特有的雨季、高温以及台风,施工技术难度相对大。不仅如此,项目还有独有的技术特点, 如以高炉热风炉选型为例,为此,中冶 赛迪对设计和成套供货的顶燃式热风炉 进行改进,集成了涡流喷射燃烧技术和宝钢特大型高炉外燃式热风炉管系技术, 实现了1300度的超高风温和30年使用 寿命,经济效益显著。如高炉工程,米用赛迪、宝钢和秦冶联合研发的新型无料钟炉顶装备,以及中冶赛迪自主设计 或自主集成的顶燃式热风炉、煤气净化系统、干法除尘系统、大型鼓风机等设备,开启了特大型高炉装备国产化的新征程。

如国产大型鼓风机和TRT系统均由宝 钢、中冶赛迪与陕鼓联合研制,并且都 是首次在国内特大型高炉应用。如热风 炉采用高效陶瓷燃烧器,燃烧稳定,温 度场分布均匀,并减小格子砖孔径,增大加热面积,减少了理论燃烧温度与送 风温度的差值,降低拱顶温度,可有效 地减少污染物产生及排放量。设计的亮点频出,上海宝冶工程施工也毫不含糊,从项目启动一开始,项目部就针对工程特 点,精心策划、统筹规划,选择合理可行、先进可靠技术方案。针对湛江工程技术 的多样性、现场的复杂性、管理的特殊 性,早在建设宝钢湛江高炉之前,上海 宝冶就认真总结了在上海宝钢多个大型 高炉建设的经验,将一些具有纵向、横 向或互补联系的技术协同攻关,沿着高炉科技和产业价值链整合集结成完整网络,达到了高炉施工技术集群化。

在湛江工程建设上,宝冶把该工程 当作是争分夺秒、高速度、高质量工程; 当作创新、提升、创企业品牌工程;针对湛江高炉自主集成,自主创新,总体工艺技术装备水平高的特点,做足功课,就生产、设计、施工、科研等有关一系列问题进行了认真详尽的技术研究。宝冶始终以技术为先行,以技术为龙头,保证工程进度、提高工程质量、节约增效,加强管理,实施了五个保障:

保障之一是抓技术重点攻难关。如: 炉耐材砌筑是高炉施工关键工序,高炉本体耐材砌筑往往是利用吊盘进行碳砖吊运安装,吊盘布置在炉腰段位置,在炉壳内壁设置了八个牛腿支撑吊盘,因此需预留八块冷却壁待高炉耐材砌筑完 成后安装。1号高炉安装时,由于业主同意预留冷却壁,要求冷却壁必须先安装,因此如何安全固定吊盘成了一个难题。项目部迅速组织技术人员进行课题攻关,充分利用冷却壁安装间隙及炉顶,设计了安全可靠的全新固定方式。既保证了耐材砌筑安全,又满足了冷却壁安 装要求。又如:大型高炉结构形式虽然总体都差不多,然而布局、位置的改变往往带来新的挑战。1号高炉主皮带通 廊由于空间等原因,最后一段通廊跨度 达到95米,吊装重量达到300吨,为宝钢湛江钢铁单件安装最重的钢结构。同时周围布置有出铁场厂房、水渣深基坑、电气室,无论是通廊组装还是吊车站位 空间异常狭小。项目部编制了详细的施工方案,经过周密计算及现场测量,对组装位置及吊车站位做了合理布置,同时对通廊吊装受力进行分析计算。通过 750吨履带吊和4000吨.米塔吊双机抬 吊,一次性安全完成了重达300吨通廊吊装。

保障之二是通过技术新工艺,提高施工效率,确保工程进度。高炉冷却壁安装属于高炉安装关键工序,直接影响高炉安装工期。传统安装工艺往往与高炉炉壳穿插同步,与高炉炉壳同时封顶。1号高炉冷却壁由设备制造原因,冷却壁交货时间滞后三个月,如果按照原方案炉壳与冷却壁同步封顶,炉壳安装也 将延误三个月,从而影响到整个主线工 期。面对冷却壁供货无法满足现场安装的现状,项目部没有等靠,而是主动研究新的工艺方案,调整冷却壁安装方案, 最终确定在炉顶煤气封罩段增加单轨葫 芦吊,利用炉壳大人孔进行冷却壁的安装方案,炉壳继续安装,从而确保炉顶主线安装工期。

保障之三是科技为支撑,确保工程精品。高炉本体基础混凝土施工属大体 积混凝土浇筑,从技术层面来说,要想 做到万无一失并非易事。8000方土方开 挖的放坡和排水考虑,700吨钢筋加工 的精度和安装要求,8000个直螺纹接头 的连接质量要求,1000平方模板安装加 固的计算,6100方混凝土 30个小时的 连续浇筑和水化热控制等等,每个环节 都需要有力的技术支撑。项目部开工之 前针对这些重难点,编制了具有指导意 义的施工方案,方案的编制渗透到了每 个环节和细节,对于大体积混凝土裂缝 控制这一业界难题,宝冶还请来了全国 建筑工程专家王铁梦先生为我们进行现 场指导,并给我们混凝土的试配、浇筑 的要求、后期的养护等提出了很多宝贵的意见;另外宝冶还采取了后期温度监 控的措施,从混凝土配合比设计开始, 宝冶就结合两家搅拌站进行了数十次的 试验,并请来了工程专家为这次浇筑做专业性的指导。浇筑全程控制混凝土的 坍落度和人模温度,严格按照方案计算 要求进行温度监控和养护,很好的控制 了水化热。高炉基础施工完成后,整体 基础施工质量良好,无裂缝产生。

保障之四是挖掘技术潜力降本增效益。湛江高炉合同模式为红线包干,项目的经营管理具有很大难度。必须要从内部挖潜,优化施工技术方案,够控制成本。上海宝冶在保证质量的前提下,挖 掘技术潜力,降本增效为项目带来经济效益。水渣转鼓基础,最深约负10米, 属于深基坑,历来是高炉土建施工的一个难点和风险点。按照常规施工方法一般采用搅拌桩施工工艺。为节约成本, 经过对地质及现场仔细研究分析,宝冶决定在旱季期间采取大开挖施工方案。为了抢抓进度,一方面与设计沟通,让 设计将水渣深基础的图纸优先提供。同时为了减少大开挖对出铁场的桩基稳定, 在施工安排上做了调整。由于准备充分可靠,通过24小时不停拼抢,赶在雨季来临之前圆满完成施工,仅此一项,就 节约成本500万。

保障之五是在施工组织管理上体现科技含量,确保工程受控。针对高炉涉及专业多,工序多,施工区域多,为把精心设计的变为美好的实现,宝冶项目部 科学组织抓住关键、突出重点、合理安排。 对施工进行先进的科学管理,始终以高炉、热风炉安装作为关键线路来开展施工组织。在施工中宝冶将各种施工技术 方案实施,进行现代化管理。借助先进 的计算机软件编制了详细的分级网络进度计划。综合控制进度以天为控制单元, 工序以及网络进度以小时为控制单位, 使科技创新与管理达到融合。抓住高炉 及热风炉基础开挖、炉壳安装、结构封 顶、耐材砌筑等主控节点,合理规划平面、 合理安排施工机械以及各作业队伍。项目制定了施工总体网络进度计划,分解了主控节点目标,同时通过月计划、周计划来滚动推进工程。项目部除了编制 总体网络进度计划外,同时,通过前锋线、综合进展率等科学管理方式,对工程进行高效总体控制,及时纠偏,确保工程进度受控。尽管湛钢一号高炉工期比原计划大幅度提前,但仍按新调整的计划完成了施工任务。

高炉点火是钢厂投产的最重要的第 一步,巧合的是三十年前的九月,由宝冶建造的上海宝钢1号高炉点火投产, 拉开了宝钢建设历史性一幕。而三十年后的今天,宝冶作为宝钢二次创业重要 标志,宝钢湛江高炉又是九月点火投产, 作为冶金建设的“国家队”青山仍在, 英雄不老,时光流逝,辉煌依旧,历史将记载这持久的自豪和骄傲!




责任编辑: 吴昊

更多

行业报告 ?