太重易地遷建煉鑄鋼車間設計

朱吉祿

（中國中元國際工程有限公司，北京 100089）

1 車間現狀

太原重工現煉鑄鋼車間，主要由1953 年所建2004 年擴建的小型煉鑄鋼車間、2012 年建成的大型煉鑄鋼車間、西區料庫等三部分所組成。

現煉鋼采用電弧爐粗煉+鋼包爐精煉雙聯工藝冶煉，鍛造鋼錠采用雙真空工藝鑄造，大中型鑄鋼件采用堿酚醛樹脂砂α-SET 法工藝生產，耐磨件采用酚醛樹脂砂PEP-SET 法工藝生產，其他中小件采用水玻璃砂CO2法工藝生產。除水玻璃砂外，其他主要工藝及其裝備，均具有國際先進水平，如鋼液S、P 含量可分別達到0.002%以下，S、P含量之和可以達到0.005%以下，比一般鋼材高出兩個數量級等。

現有電弧粗煉爐80t-EBT、30t-EBT 各一臺；四工位在線鋼包精煉爐 120t-LF/VD 和120t-LF/VD/VOD 各一套，40t-LF/VD 二套，最大精煉鋼包容量150t；真空鑄錠裝置350t 級二套、200t 級三套、100t 級三套、60t 級一套；蒸汽噴射真空泵500kg/h 二臺，300kg/h、200kg/h 各一臺；樹脂砂混砂機移動式60t/h 一臺、40t/h 四臺，固定式20t/h、10t/h 各二臺、5t/h 一臺；樹脂砂落砂再生系統20t/h 二套，6t/h 一套；7m×21m、?5.5m、?3m 拋丸清理室各一臺，熱處理爐11m×13m、6.8m×13m、4.5m×11.5m、3.8m×8m 各一臺、7.5m×16m二臺、3m×6m 四臺；260 雙立柱落地銑鏜床一臺；雙橋起重機數十臺，其中300t 及其以上重型起重機8 臺。

現有主廠房軸線建筑面積80386m2（不含輔助材料庫）、露天庫4092m2。其中小煉鑄鋼車間34300m2、露天庫4092m2，大煉鑄鋼車間33126m2，西區料庫12960m2。

現綜合生產能力鍛造鋼錠約每年2×105t、鑄鋼約每年7×104t，近年實際產量約為生產能力的20%左右。設計最大鋼錠為450t，最大鑄鋼件為440t，已生產最大鋼錠為215t，最大鑄鋼件為490t。遷建每年生產綱領鋼錠1.4×105t、鑄鋼6×104t，其中耐磨鑄鋼3×104t。

2 遷建設計方案概述

（1）本遷建設計，擬將原三部分廠房集約為一個超大型聯合建筑，原小型煉鑄鋼車間擬轉產耐磨鑄鋼，原西區料庫增加輔助功能擬擴建為物料中心，如圖1 所示。圖中所示的軸線編號為遷建前原設計編號，以便文中有關部分設計說明的敘述。

圖1 易地遷建工藝平面布置圖

（2）對大型煉鑄鋼的生產工藝、設備、平面布置，廠房柱網、配套設施、動力管線原則上按現狀進行搬遷，僅對原車間組成、工藝局部布置、結構局部構造設計不盡合理之處，做必要的調整和改進，參見圖1 右上部分橫向布置，詳見第3 節大煉鑄鋼遷建設計說明。

（3）對耐磨鑄鋼的生產工藝、設備、平面布置，廠房建筑、結構、配套設施、動力管線一律按新建要求進行設計，對原小煉鋼鑄鋼車間一切有利用價值的主輔設備，2004 年擴建廠房結構充分加以利用，參見圖1 右下部分橫向布置，詳見第4 節耐磨鑄鋼新建設計說明。

（4）對煉鑄鋼物料中心的生產工藝、設備、平面布置，廠房建筑、結構、配套設施、動力管線基本上按西區料庫現狀進行搬遷和接長擴建，參見圖1 左半部分縱向布置，詳見第5 節物料中心遷建設計說明。

（5）對橋式起重機原則上不新增加，盡可能對將原有起重機進行改造，充分加以利用，遷建后視生產情況適時進行更新或增補。

3 大煉鑄鋼遷建設計說明

3.1 工藝及裝備調整

3.1.1 鋼液粗煉

對80t 電弧爐（實際為100t）按現狀及原坐標位置進行搬遷，按現行吹氧助熔氧化、留鋼流渣工藝進行冶煉。達產時，工作制度由現狀改為短期連續制。預留發展鋼坯連鑄，其工作制度為長期連續制，變壓器功率由45MVA 提高到65MVA，在保留原操作工藝的前提下，采用高壓低流長電弧泡沫渣埋弧操作，15%～20%左右的爐料由冷料改為生鐵液熱裝，爐體修筑由就地進行改為備用爐體異地砌筑，整體吊換，以滿足粗煉鋼液成倍增加的需求。為此預留一套20t 一拖二中頻調頻感應爐，熔化生鐵錠以解決爐料的配碳；增加一臺300t 起重機，并從粗加工跨調來，以備爐體的整體吊換。爐蓋及整體爐體的砌筑、盛料籃存放，均布置在煉鋼爐跨的西端南側，預留的20t 中頻爐布置在煉鋼爐跨的西端北側，爐料、筑爐材料由物料中心通過平車進行運輸。

3.1.2 鋼液精煉

對四工位在線120t-LF/VD，按現狀及原坐標位置進行搬遷；對120t-LF/VD/VOD 按現狀及本工藝調整布置進行遷建，即由E 軸2～4 柱間平移至11～13 柱間，當其保溫工位在12～13 柱間安裝要求得不到滿足時，則需拔掉13 柱；當發展鋼坯連鑄時，兩套鋼包爐交替使用可滿足精煉任務要求，但120t-LF/VD/VOD 現12MVA 變壓器的功率可能需要升級至18MVA；當LF 采用150t 鋼包精煉時，與80t 電弧爐合練部分的粗煉鋼液，從新設的耐磨鑄鋼進行調運，為此耐磨鑄鋼為之預留了每年6000t 左右的產能，以使150t 鋼包合煉的產能，可達到每年30000t 左右。

3.1.3 鋼錠鑄造

對350t 級二套、200t 級三套、100t 級三套真空鑄錠裝置，500kg/h 蒸汽噴射真空泵二套等，真空鑄錠設備按現狀及原坐標位置進行搬遷，以對大中型優質鍛造鋼錠仍按雙真空上注工藝進行鑄造，中小型優質鍛造鋼錠按單真空上注工藝鑄造。對大氣下注錠坑，按擴大規模及本工藝調整布置進行新建，以對普通鍛造鋼錠、車輪鋼錠按單真空大氣下注工藝鑄造；鋼錠模拋丸清理室，按現狀原坐標平移一個柱距進行遷建；鋼錠按原路徑運輸到鍛造車間。

3.1.4 鑄鋼鑄造

對60t/h、40t/h 移動式樹脂砂混砂機，69m×13m×（－6m）大型鑄坑及其相對應的20t/h 落砂再生系統，20t/h、10t/h 固定式樹脂砂制芯混砂機，新砂供給系統按現狀及原坐標位置進行搬遷；大型鑄鋼件運至粗加工路徑，與鋼錠運出路徑相同；對40t/h 二臺移動式樹脂砂混砂機，75m×9m×（－4.5m）大型鑄坑及其20t/h 落砂再生系統，本設計予于取消，但兩臺40t/h 移動式樹脂砂混砂機，及其20t/h 落砂再生系統，遷入新設的耐磨鑄鋼車間加以利用。

3.1.5 鑄鋼清理

對7m×21m 拋丸清理室按現狀遷建，但其布置由清理跨東北角改為新A～B 露天跨14～15 柱間；對大型切割裝置及系統按現狀遷建，其布置視時調整。

3.1.6 鑄鋼熱處理

對一臺11m×13m、二臺7.5m×16m 熱處理爐，擬利用兩臺，其布置由清理跨和粗加工跨的東端改為新A～B 露天跨16～18 柱間。至于去掉哪一臺，視熱加工整體規劃而定。建議對超寬超長熱處理爐，全廠集中設置，以將其減少到最低程度。如11m×13m 作為超寬爐存在，且設在本車間，則去掉的是一臺7.5m×16m 爐，如圖1 所示。

3.1.7 鑄鋼粗加工

大煉鑄鋼遷建設計，取消原本不合理的粗加工工藝的生產，其260 雙立柱落地銑鏜床等四臺粗加工機床，全部劃歸新設的粗加工車間。

3.1.8 電渣重熔

在煉鋼爐跨所擴建的東頭，預留增加100t級、50t 級電渣重熔爐，以備發展支承輥和核電管閥的生產。

3.2 廠房遷建改造要求

3.2.1 廠房改造

大煉鑄鋼廠房改造要求，如表1 所示，各跨廠房的具體改造要求說明于后。

表1 大煉鋼鑄鋼廠房改造要求

（1）爐料跨

搬遷維持現狀不變，進料鐵路線改過跨平車道，其地面標高由－1.0m 恢復到±0.0m，以供鐵合金和溶劑的運進、爐渣的運出。

（2）煉鋼爐跨

廠房向東接長84m，增加2050m2；起重機等級由150t 提高到300t，300t 起重機由粗加工跨調來，以備發展鋼坯連鑄時，80t 電弧爐爐體整體吊換，提高生產效率；東頭預留100t、50t 級電渣重熔爐，以備發展支承輥及核電管閥的生產。

（3）出鋼鑄錠跨

廠房向東接長84m，增加2688m2，近期擴大車輪鋼坯坑鑄規模，預留以后發展車輪鋼坯的連鑄。

（4）鑄鋼跨

起重軌頂標高上下層分別提高5.5m 和3.0m，以與出鋼鑄錠跨軌頂標高取齊，以改善D 軸排架柱四重肩梁的惡劣狀態；上層320t、大車跨距28m起重機可取消一臺；廠房預留向東接長84m，以備發展鋼坯連鑄的生產。

（5）清理跨

起重機300t，大車跨距28m 可取消一臺；廠房預留向東接長84m，以備發展鋼坯連鑄的生產。

（6）粗加工跨

取消粗加工生產工藝，廠房改為露天庫；廠房跨度由24m 改為30m；起重等級由300t 降為100t；起重機由原小煉鋼鑄鋼出鋼澆注跨上層調取；廠房預留向東接長84m，以備發展鋼坯連鑄的生產。

（7）輔助工程

車間北配變所，真空泵房、余熱鍋爐房、燃氣鍋爐房、煉鋼除塵器室之四合一特構的建筑形式及相對坐標位置原則保持不變。通風地溝取消。

3.2.2 排架柱改造

擬對A、C、D、E、F 五條軸線的排架柱進行改造，改造的具體要求，如表2 所示。

表2 排架柱改造要求

3.2.3 屋面建筑形式調整

由于粗加工生產的取消，C-D 跨吊車梁的抬高以及排架柱的改造，擬對屋面建筑形式做出相應的調整，即高跨雙坡屋面由原D-E-F 兩跨，改為更為合理的C-D-E-F 三跨，并在電弧爐處增設偏氣樓。調整前后的屋面建筑形式，分別如圖2 和圖3 所示。

圖2 原屋面建筑形式圖

圖3 調整后的屋面建筑形式圖

從圖2 和圖3 調整前后屋面的建筑形式看，隨著主廠房跨數的減少，露天跨和高跨廠房的增加，不僅車間的組成、工藝布置更為合理，通風采光條件也得以很大的改善，于是也為車間原通風地溝的取消提供了可能，特別是在電弧爐處還增加了難能可貴偏氣樓，于通風和除塵更為便利。

4 耐磨鑄鋼新建設計說明

4.1 耐磨鑄鋼工藝

4.1.1 鋼液粗煉

對粗煉鋼，采用15t 高架新電弧爐冷裝三班制進行冶煉，輔以吹氧助熔及氧化，變壓器功率9 MVA，爐料由物料中心以料藍方式通過平車進行運輸。原30t 電弧爐因與耐磨件生產不相匹配，且已陳舊，而不予利用，但煙塵治理除塵系統仍可考慮利用。15t 電弧爐每年為大煉鋼提供粗煉鋼液約6000t，以與150t 鋼包精煉時相匹配，亦彌補80t電弧爐粗煉能力的略微欠缺。

4.1.2 鋼液精煉

對精煉鋼，采用15t 氬氧混吹爐（AOD）三班制進行冶煉，以與二臺15t 電弧爐相匹配。原8t 感應爐按現狀及本工藝布置進行搬遷。原一臺40t-LF/VD 爐、300kg/h 真空泵、60t 級真空鑄錠裝置可考慮同步搬遷，以增加車間生產的靈活性和多樣性，200kg/h 真空泵不考慮搬遷再利用。

4.1.3 中大型耐磨件鑄造

對中大型耐磨件，采用酚醛樹脂α-SET 法工藝就地混砂，地面造型，手工合箱，地面澆注工藝進行生產。設計擬采用移動式混砂機40t/h 三臺、固定式混砂機20t/h、10t/h、5t/h 各一臺，20t/h落砂再生系統一套。其中兩臺40 t/h 移動式混砂機，一套20t/h 落砂再生系統由原大煉鋼鑄鋼車間遷入，20t/h、10t/h、5t/h 固定式混砂機，新砂供給系統為小煉鋼鑄鋼原有設備，以充分加以利用。

4.1.4 中小型批量耐磨件鑄造

對中小型批量耐磨件，按技術交流時甲方要求，采用酚醛樹脂PEP-SET 法及其機械化造型線進行生產，且有箱線、無箱線各一條。其技術參數，待施工圖設計時，對產品進行詳細的工藝分析后再行定奪。

4.1.5 耐磨件清理

對小煉鑄鋼原有的?5.5m、?3m 拋丸清理室，切割裝置及系統視工件要求，盡可能加以利用。

4.1.6 耐磨件熱處理

對小煉鑄鋼原有的6.8m×13m、4.5m×11.5m、3.8m×8m 各一臺熱處理爐原則上不予利用，但可按需調劑到大煉鑄鋼備用；對四臺3m×6m 熱處理爐擬利用二臺，并增設水韌處理系統。按小型耐磨件生產要求，增設相應的室式熱處理爐，及其水韌處理系統。

4.2 耐磨鑄鋼廠房

耐磨鑄鋼廠房本可利用原小煉鋼鑄鋼車間進行遷建改造，但主要廠房于1953 年所設計建設，風險很大，于是按工藝要求以新建方式進行設計，但對原小煉鋼鑄鋼車間，2004 年擴建部分6904 m2廠房結構，擬加以改造利用。新建廠房的主要建筑參數及工藝對起重的要求，如表3 所示，但大車軌距還須與所利舊的起重機一一進行核對后確定。

表3 耐磨鑄鋼新建廠房主要建筑參數及工藝起重要求

5 物料中心遷建設計說明

5.1 物料中心工藝

物料中心由煉鋼鑄鋼所需各種原輔材料的卸料場，金屬爐料存放解體場、合格爐料庫、鐵合金庫、耐火材料庫、鑄造材料庫、爐渣及廢料的暫存場等部分所組成。物料的裝卸，采用懸臂式半門吊露天庫外進行。金屬爐料解體采用火焰切割，切屑采用破碎打包，金屬爐料配料采用電子秤計量，運輸采用整裝料藍。物料中心所有物料，原則上通過電動平車運輸至用戶。物料中心所用的機械設備，擬充分利用西區料庫原有系統，不足部分視生產情況發展逐步補充。料坑料庫重新規劃設計。

5.2 物料中心廠房

物料中心廠房，按西區料庫原有廠房的建筑軸線、建筑參數一成不變進行遷建并加長120m，但廠房西側新設一懸臂半門吊露天跨，半門吊的吊車梁，利用D 軸排架柱西側獨立單肢柱以支撐。廠房軸線建筑總面積21600m2，露天庫面積9000 m2。其中廠房遷建面積12960m2，新增面積8640m2，詳見表4。

表4 物料中心廠房主要建筑參數及工藝起重要求

6 主要工藝設備負荷計算（鋼液粗煉爐）

遷建達產后，衡量主要工藝設備的配置是否合理，是否能滿足生產要求，只需對粗煉爐負荷進行復核便可。當大錠大件采用150t 鋼包精煉合澆時，15t 電弧爐將分擔粗煉任務每年6000t，那么80t 電弧爐粗煉任務為2×105t，其負荷為74.91%；耐磨鑄鋼15t 電弧爐粗煉任務為5.6×104t，其負荷為74.52%。具體計算詳見表5。

表5 粗煉鋼爐設計負荷計算表

7 車間面積

遷建后廠房軸線建筑總面積83080m2、露天庫15480m2。其中廠房主要結構利舊47806m2，占58%；爐天庫主要結構利舊6480m2，新建9000 m2。其分項統計詳見表6。

表6 車間軸線建筑面積分項統計表（m2）

8 存在問題和建議

8.1 征地方案調整建議

從征地方案看，有兩點不盡如人意，一是地塊呈切菜刀形，二是東西向與南北向的交匯未形成正交，這樣不利于總圖方案更合理有效的進行布置，且多處形成三角地，所征稀缺資源土地的面積很難得到充分利用，建議盡可能的加以調整。

8.2 遷建施工組織建議

（1）拆遷前，對建設期間所需的鋼錠和鑄鋼件，特別是大型鋼錠和鑄鋼件要根據生產計劃或規劃，做出充分預判，提前安排生產，以備不時之需。

（2）施工時，不論是利舊廠房，還是新建廠房，其地下工程（廠房基礎、搬遷設備基礎、特構）全部同步實施，一次性完成。

（3）耐磨鑄鋼新三跨258m 廠房、物料中心接長120m 廠房先期進行吊裝，先期投產使用，以解燃眉之急；

（4）大煉鑄鋼利舊廠房及其新廠房、物料中心利舊180m 廠房、耐磨鑄鋼四跨含利舊的42m 廠房和清理跨廠房后期進行吊裝，滯后投產使用。

（5）熱加工廠房、工藝設備及其配套設施的拆建，最好委托給原建設、供貨安裝調試單位，并提前介入，其對遷建順利進行大有裨益，事半功倍。

8.3 煉鑄鋼排架柱拆裝方案分析與建議（表7）

表7 煉鑄鋼排架柱拆裝方案分析與建議

8.4 小煉鑄鋼擴建廠房利用建議

小煉鑄鋼擴建部分廠房于2006 年建成，建議加以利用。

8.5 大煉鋼預留發展建議

大煉鋼宜保留連鑄鋼坯生產的可能性，即可自力更生高效與本公司大批量輪對生產相匹配，以免沿用落伍的模鑄工藝，又可為發展鍛造軋輥電渣重熔提供電極坯，還可提高大煉鋼的經濟效益，為此在設計說明中進行了切實可行的考慮。

8.6 耐磨鑄鋼造型線建議

在技術交流時，甲方所提兩條酚醛樹脂PEP-SET 法機械化造型線，其造價不菲、生產效率又不可能很高，不一定很合理，建議對造型線的方式進行調整，或保留造型圈，采用人工地面合箱澆注；或采用其他簡易工藝方式，推薦美國多倫斯的形式以供參考。