Каркасы зданий мартеновских и конверторных цехов

В 1927 г. ЦНИИпроектстальконструк­ция начато проектирование первого мартеновского цеха завода им. К. Либкнехта в Днепропетровске. В этом проек­те использовалась известная для того периода европейская схема. В 1929 г. Гипромез разработал проект мартенов­ского цеха, в основу которого положена американская схема. Оба проекта не

отвечали поставленным требованиям процесса производства и разрабатыва­лись в клепаном варианте.

Если в здании мартеновских цехов для Новокузнецкого и Магнитогорского металлургических заводов институтом применена американская схема зданий, которая в 1932 г. при проектировании Макеевского металлургического завода применялась как типовая и все элементы здания решались с применением закле­почных соединений, то уже в 1932 г. в ЦНИИпроектстальконструкция был раз­работан типовой проект мартеновского цеха в виде сплошностенчатых цельно­сварных рам. В этом здании 80% кон­струкций были сварными.

В 1933 г. в ЦНИИпроектстальконст­рукция был разработан проект отечест­венного типа здания мартеновского це­ха завода «Азовсталь». В этом здании применена новая рамная схема с жест­ким решетчатым ригелем и сплошными колоннами. Рабочая площадка выраже­на в виде балочной клетки, на которую опирался волновой настил из толстых листов в виде сварного веретена. Объем сварных конструкций в этом проекте составил 71,5%. Это было большим до­стижением, так как общий уровень при­менения сварных конструкций в про­мышленном строительстве составлял тогда лишь 18%.

В 1934—1935 гг. при проектировании главного здания мартеновского цеха ме­таллургического завода им. Ф. Э. Дзер­жинского в Днепродзержинске найдены оптимальные соотношения основных параметров здания, новые прогрессив­ные конструкции покрытий, колонн, рабочей площадки и подкрановых ба­лок по среднему ряду [7]. Конструк­ция в поперечном направлении п ра­бочая площадка здания запроектиро­ваны сварными. Новая конструкция подкраново-подстропильной балки с ездою понизу для мостовых кранов грузоподъемностью 220 т была еще клепаной. Применение сварки позво­лило создать эффективную рабочую площадку рамного типа. Техпикоэконоыпческне показатели превзошли все ожидания: масса здания на одну печь вместимостью 150 т составила 600 т, вместо 1000—1200 т (рис. 11.2) при клепаных конструкциях.

Screenshot_133
Рве. 11.2. Здание мартеновского цеха завода нм. Ф. Э. Дзержинского 1 — разливочный кран; 2 — заливочный кран; 8 — завалочная машина; 4 — рабочая площадка

Следующим шагом по пути макси­мального использования возможностей сварки было строительство мартеновско­го цеха завода «Запорожсталь». В попе­речном направлении конструкция в этом здании принята в виде сплошностенчатой цельносварной рамы, в про­дольном — в виде сплошностенчатых рамных эстакад с вутами решалась в клепаном варианте.

В 1941—1942 гг. сварные конструкции были применены в проектах главных зданий мартеновских цехов Златоустов­ского и Чусовского металлургических заводов. Отказ от устройства продольно­го тельфера позволил упростить схему шатра. В продольном направлении кон­струкция в виде эстакад заменена раз­резными подкрановыми балками, при­чем в пролетах, свободных от подкрано­вых балок, поставлены вертикальные связи-пилоны. Широкое применение сварки в поперечной конструкции, рабо­чей площадке и подкрановых балках по крайним рядам позволило значительно снизить массу и трудоемкость монтажа

стальных конструкций главного здания мартеновских цехов, которые были воз­ведены в рекордно короткие сроки.

Дальнейшее увеличение объема свар­ки в конструктивных формах главных зданий мартеновских цехов достигнуто при разработке типового проекта здания с печами вместимостью 250—500 т. В этом проекте оптимально сочетаются технологические и инженерные требова­ния, а также требования типизации: фермы покрытия с параллельными поя­сами, решетчатые колонны, подкрано­вые балки, а также рабочая площадка рамного типа с ортотропным настилом предусмотрены сварными. В подкрано­вых балках, колоннах и рабочей пло­щадке впервые применена сталь повы­шенной прочности. Этот проект исполь­зован при строительстве главного здания мартеновского цеха Бхилайского металлургического завода в Индии. Участвовавшие в экспертизе проекта за­вода и его сооружений американские и английские специалисты высоко оцени­ли достижения нашей страны в области создания цельносварных конструктив­ных форм главных зданий мартенов­ских цехов. По технико-экономическим показателям сварные каркасы зданий, разработанные в нашей стране, значи­тельно эффективнее зарубежных. Так, расход металла на 1 т вместимости печи для зданий с печами вместимостью 220—250 т снижен с 7,62 до 5,1 т (на 33%) и соответственно на 1 м2 площади

здания — с 550 до 447 т (на 21%). Для зданий с печами вместимостью 130— 150 т расход металла на 1 т вместимости печи снижен с 8,02 до 5 т (37%) и соответственно на 1 м2 площади здания — с 471 до 362 кг (на 23%). Для аналогичных зданий, возводимых в США, Великобритании и ФРГ, эти показатели, а также объем применения сварных конструкций значительно ниже.

В 1958 г. начался следующий этап в развитии проектирования главных зданий мартеновских цехов в связи с переходом на сверхмощные печи вместимостью 900—1000 т. В связи с новыми технологическими требованиями появилась необходимость увеличить шаг колонн до 48- м, поперечный размер литейного пролета — до 24 м, печной пролет — до 30 м. Грузоподъемность кранов возросла до 650 т. Поэтому необходимо было создать новую цельносварную конструкцию каркаса здания. Для этого оказалось целесообразным применить для среднего ряда подкрановые балки с ездою понизу аналогично тому, как это было применено при проектировании мартеновского цеха завода им. Ф. Э. Дзержинского. Используя возможности сварки и идею совмещения функций, удалось создать новый тип решетчатой подкрановой балки с ездою понизу, у которой нижний сварной трубчатый пояс размерами 2,5X3 м воспринимает нагрузку от мостовых кранов грузоподъемностью 650 т; верхний пояс и решетка также сварные, Н-образного сечения. Такая конструкция получила название подкраново-подстропильная ферма (рис. 11.3). Эта оригинальная сварная конструкция с монтажными соединениями на высокопрочных болтах не имеет аналогов за рубежом. Отличительной особенностью новой конструкции каркаса главного здания мартеновского цеха является применение сварки во всех без исключения элементах и применение стали повышенной и высокой прочности.

Созданию подкраново-подстропильной фермы предшествовали исследования напряженно-деформированного состояния и экспериментальной проверки фермы в натуре при загрузке ее двумя разливочными кранами грузоподъемностью 400 т каждый и двумя заливочными кранами грузоподъемностью 180 т каждый.

Оригинальной конструкцией является и ортотропная цельносварная рабочая площадка. Здесь применены цельносварные блоки и рамы, образующие каркас, по которому укладываются ортотропные плиты.

Дальнейшее снижение расхода металла в главных зданиях мартеновских цехов было достигнуто за счет внедрения сварки в каркасы самой печи, применения новых конструктивных форм несущих конструкций здания и свариваемых сталей повышенной и высокой прочности (табл. 11.1 и 11.2).

В 1960 г. впервые была поставлена задача создания главного здания конверторного цеха с цельносварным каркасом. Конструктивная форма зданий конверторных цехов в основном зависит от технологии производственных процессов, которая определяет необходимость применения многопролетного каркаса высотою 60 м, шага колонн 24— 36 м, мощных кранов и многоярусного расположения тяжелого оборудования (каминов, бункеров, дымососов, котлов утилизаторов, заволочных машин, чугуновозов и т. п.).

ЦНИИпроектстальконструкция, последовательно реализуя новые идеи совмещения функций и концентрации материала, создал типовой проект главного здания кислородно-конверторного цеха с конверторами вместимостью 100— 130 т. Цельносварной каркас здания выполнен из стали повышенной и высокой прочности. Монтажные соединения выполнены также в сварном варианте за исключением особо тяжелых элементов (например, подкраново-подстропильные фермы, опорные узлы ригелей рабочей площадки и др.). По этому типовому проекту построены кислородно-конвер- торные цехи на Нижнетагильском, Че

Таблица 11.1

Показатели массы металлоконструкций мартеновских зданий

Год
Показателя массы металло­ 1932 1936 1952 1955 1958 I960 1962
конструкций Вместимость печи, т
130—150 200 250 250—500 500—600 880—900 900—1000
На 1 т выплавки стали, т 9,4 7,6 7 5,1 4 3,57 3,25
На 1 м2 площади цеха, кг 471 : 560 447

Таблица 11.2

Показатели массы металлоконструкций рабочей площадки

Показатели массы металло­ Вместимость печи, т
конструкций 130—150 200 250—500 900—1000
На 1 ||1 площади здания, кг 270 225 199 192
На 1 т вместимости печи, т 2,8 2,5 1,9 1,4

лябинском, Ждановском, Криворожском металлургических заводах, а также на металлургическом заводе Новая Гута (ПНР), металлургическом заводе в Кремиковцах (НРБ) и на Бхилайском металлургическом заводе в Индии.

Следующим этапом в развитии сварных конструкций явилось строительство здания кислородно-конверторного цеха Карагандинского завода (1967 г.) с тремя конверторами вместимостью по 250 т. В этом здании шаг колонн увеличен до 36 м, грузоподъемность кранов 400 т, конструкция в поперечном направлении — цельносварная семипролетная рама. По среднему ряду применена подкраново-подстропильная ферма, нижний пояс которой воспринимает воздействие 400-тонных кранов. В этом здании впервые применена высокопрочная ванадиевая сталь 16Г2АФ с нитридным упрочнением. Исследования и экспериментальная проверка технологии сварки этой стали позволили ЦНИИпроектстальконструкция рекомендовать эту сталь для сварных конструкций

столь ответственного сооружения. Монтажные соединения также сварные за исключением особо тяжелых конструкций, где приняты высокопрочные болты. Расход стали на несущие сварные конструкции доведен до 3,4 кг на 1 т выплавляемой в год стали, что стало возможным благодаря применению сварки, выбору оптимальных соотношений ос-новных параметров здания и новых конструктивных форм.

Концентрация огромных усилий в немногих элементах обеспечивала эффективное применение высокопрочных сталей с пределом текучести 400—450 МПа, позволившее сэкономить 15% металла. Применение системы ортотропных рабочих площадок в виде пространственных блоков и продольных рам привело к снижению расхода металла этих конструкций на 20%. Реализуя принципы совмещения функций и концентрации металла, удалось создать под- краново-подстропильную балку, не имеющую аналогов в отечественной и зарубежной практике. В этом зданий

предпринята первая попытка перейти к блочным методам монтажа: блок массой до 250 т устанавливался целиком, а затем производилось крепление монтажных узлов на высокопрочных болтах. Новая система позволила снизить трудоемкость изготовления и монтажа на 10—12% и продолжительность монтажа на 20-30%.

Screenshot_135
Рис. 11.3 Подкраново-подстропильная ферма пролетом 48 м.
Screenshot_136
Рис. 11.4. Здание конверторного цеха с конвертором 350-400 т.

Следующим этапом в развитии конструктивных форм кислородно-конверторных цехов было создание цехов с самыми крупными в мире конверторами 350—400 т (рис. 11.4). В поперечном направлении здесь впервые применен новый рамно-связевой тип шестипролетной конструкции. Для обеспечения поперечной жесткости в многоэтажной этажерке высотою 60 м размещаются портальные связи. Проведенные ЦНИИ- проектстальконструкция исследования показали, что при увеличенной вместимости конверторов до 350—400 т, насыщении цеха тяжелым оборудованием, средствами автоматизации и механизации процессов производства и связанными с этим ростом геометрических и силовых параметров рациональным является впервые примененная рамносвязевая система здания. Это позволяет уменьшить габариты колонн и ригелей, эффективнее использовать высокопрочные стали, снизить массу конструкций и уменьшить объем фундаментов. Эта система применена на металлургических заводах «Азовсталь» и в Череповце. Следует отметить, что масса стальных конструкций этого кислородно-конверторного цеха на 40% меньше аналогичного кислородно-конверторного цеха, запроектированного австрийской фирмой «Фест» для Новолипецкого металлургического завода.

 

Добавить комментарий