淺談短流程鋼廠總圖運輸設計

文/郭鵬輝 黃磊 叢征

隨著我國鋼鐵積蓄量逐漸增加，以生產常規、標準化產品的短流程布局還未開始；生產常規性、標準化產品的鋼鐵企業亟需開辟一條綠色、高效、低成本的商業模式，因此規劃智能網絡型鋼廠有較大的戰略機遇。本文以短流程鋼廠總圖運輸設計為研究對象，探討實現綠色、高效、低成本為商業模式的價值創造方式。實現“流程、分布式、網絡型、平臺化”的智能網絡型鋼廠的結構布點，豐富具有示范性、可復制、高難度、有實效的智慧制造理論體系。

1.引言

隨著2018年生態環境部頒發的《鋼鐵企業超低排放工作方案》，2018年6月國務院印發《打贏藍天保衛戰三年行動》的實施，超低排放和環保高壓起到了抑制產能、環保投資增加的作用，這將倒逼部分鋼鐵企業產能退出或進行工藝流程調整。完善鋼鐵產業布局、改造城市鋼廠、提升電爐鋼的比例，以極致標準化、極致低成本、極致高效率、極致低排放理念貫穿于工程設計、施工、生產、運維各個方面，引領我國鋼鐵工業短流程生產的發展。

2.總圖運輸設計的相關概述

總圖運輸設計是一項關系到鋼鐵企業整體規劃的一項重要工作。它不僅直接關系到鋼鐵企業總平面布置以及廠址的選擇，同時也是廠區內管線的綜合布局設計以及廠區運輸道路網的規劃的重要因素[1]。總圖運輸設計的本質目的是科學規劃使用寶貴有限的土地資源，充分挖掘土地的使用價值，優化鋼鐵企業工藝流程，提高運輸的效率，做到節約環保的同時，保證物流信息的準確性執行。設計工作主要包括了廠區功能劃分、物料流程優化、內部生產及生活銜接、廠區與外部資源交換、外部環境與內部環境整合等多方面的內容。

3.制約鋼鐵企業總圖運輸設計的關鍵要素

3.1 地形、地質和地貌因素對總圖的影響。鋼廠總圖運輸的設計會受地形地質地貌等重要因素制約。通常鋼廠企業的建廠選址，大多為丘陵地形或者是山區地帶。這樣做一方面是出于對耕地的保護考慮，通常不會選擇平原地形作為鋼廠的選址，另一方面，鋼廠特定的工藝流程決定了鋼廠的占地規模通常較大，對建廠的選址也帶來一定的難度[2]。作為丘陵和山區而言，地質情況通常又較為復雜，就加大了地質多樣性的概率。地質的穩定性對總圖運輸設計至關重要，設計者更需要對廠區內的地質進行調查研究，設計工作中要充分考慮地貌和地形條件，諸如是否存在滑坡流沙危險等[3]。對于氣象等因素的影響也要充分考慮，通常將環保性好的全場性公鋪設施布置在生產車間的上風向。

3.2 總平面布置因素對總圖的影響。鋼鐵企業廠區內各地塊用地都有獨特的職能，不同的分區作為各生產分區，結合各自生產職能，例如煉鋼、連鑄等工藝。通過整體布局規劃，組合成為總平面圖構成的綜合體。同時，各個生產工序在遵循生產工藝和程序進行協調安排，優化組合生產因素，例如各主要生產設備的安裝位置、廠區內建構筑物結構、物料運輸路徑和交界面設置等。通過總圖的優化設計，可以有效地提高物料的運輸效率和降低能源的消耗。同時，由于鋼鐵企業間在管理模式、總圖布置方式等做法上有很大差異，即使對于相同功能的生產分區，也都不具有可復制性。這就使得對總圖運輸的規劃設計要做到因地制宜，在滿足各實際鋼廠廠區總圖的整體規劃的限制前提下，設計出最優的路徑規劃。只有這樣才能更好地服務于鋼廠建設長遠規劃，并做出科學合理的預留。

3.3 鐵路、道路及碼頭對總圖的影響。我國的鋼廠選址地點大多數位于內陸省份，目前鐵路運輸成為鋼廠外部運輸的主要渠道。鐵路中的接軌條件是總圖運輸設計的重要考慮因素。對于廠內鐵路布置來說，應最大可能地保證專用線的效率，一方面做到來料直接入庫或加工產線，另一方面還需考慮產出成品的快速疏散。結合實際廠區地形，還應充分考慮鐵路線進廠角度，占地面積和線路構造等因素直接影響到總圖的規劃。最大限度地實現停車及裝卸作業地點軌道的水平度，若實際產地無法滿足條件，也可以利用大半徑的彎道上進行停車及裝卸作業。對于水運，它包括兩部分:碼頭的海岸線狀況和內河航道狀況。碼頭的位置決定了當前和未來船舶的大小，航道的狀況決定了專用碼頭的規模。碼頭的位置受水運量、可用海岸線長度、港口深度、海速、海浪大小和船尾支撐設施位置的影響。鋼鐵企業的總體結構主要體現在材料的輸入和輸出上。碼頭的布局決定了船舶現在和將來的大小。碼頭設置受水運量、可用海岸線長度、波浪大小和后支撐位置的影響。對工廠和鋼鐵企業總體布局的影響主要體現在物料的進、出方向方面。

4.優化總圖運輸設計的實現手段

4.1 加大信息化管理系統的建設。鋼鐵企業運輸范圍廣，原材料采購、運輸、加工等環節手續嚴密，可能造成嚴重的成本損失，降低企業的經濟效益。因此，為了實現企業信息化管理，鋼鐵企業必須通過互聯網建立完善的物流運輸信息系統，鋼鐵企業各生產部門通過互聯實現信息共享，提高工作效率，有效提高管理水平。

4.2 深度細化分析運輸物料的運輸特征。鋼廠在生產運轉過程中，會涉及多種多樣的物料，物料又存在著很大的差異性。所以，在做總圖運輸設計過程中，針對物料的運輸特性之間存在的差異，細化制定運輸方案，從而實現高效、低能耗的總圖運輸設計目標。物料的構成中，固體物料占有比重最大，原料固體包括廢鋼、生鐵等。產出的成品固體主要包括鋼材鋼錠鐵合金以及部分廢料等；其中鋼錠和鋼坯有別于其他固體物料，具有紅熱高溫等特點，更適宜于鐵路運輸方式。氣體的物料包括蒸汽、壓縮空氣、天然氣、氧氣、氮氣以及煤氣等；根據氣體穩定性的差異采取不同的運輸策略，結合運輸方式和特點制定完善齊全的運輸方案。從而使得物料運輸體系更好地服務于生產運行，保證和諧安全地完成鋼廠的物料運輸任務，為提高企業的經濟效益的同時，增強公司的運輸手段。

4.3 科學優化充分利用現場實地特點。一般來說，不同的運輸方式對坡度有不同的要求，例如軌道交通和汽車運輸對相同地方的平整度有不同的要求。軌道交通占地地面積大且地面平整度對其影響較大，相比之下，汽輸則具有較高的爬坡能力和對坡度的適應性。同時，地面的高度差也會對運輸方式產生一定的影響，對于現場坡度較大的情況，則在設計時設計者應考慮臺階的高度和垂直場所的傳遞方式。以最大限度地減少坡度對交通格局的影響。此外，工廠在選擇內外運輸方式時，要對場地的總體布局和運輸的總體情況進行合理、完整、科學的分析，以改進運輸的整體設計。

5.案例設計與應用

結合以上研究與分析，本文結合BW 鋼鐵擬建項目展開了探索與應用。根據BW 整體發展規劃，擬建設短流程鋼廠，首期選址于廣東省QY市，建設年產135萬噸的短流程鋼鐵基地。鋼鐵基地占地面積約16.4萬平方米，地塊呈近似梯形，東西向長約700米，南北向寬約177.36米。依據總體設計概念，物料流向和環保要求，為減少廠區環境污染，將環保性好的全廠性公鋪設施布置在生產車間的上風向。主車間、公共設施、渣處理等均按設備的功能及特點進行相應的功能分區。煉鋼、連鑄、軋鋼車間聯合布置，集中布置于本次擬用場地的南側。除塵設施緊鄰鋼鐵連鑄車間西側布置。渣處理單元布置在煉鋼車間的北側，便于爐渣的運輸處理，物料流向圖如圖1所示。在軋鋼車間北側布置全廠水處理站，制氧站、空壓站布置于場地東北角。全廠操控中心及生活設施設置于制氧單元南側，廠區最東側處。總降布置于靠近西北角廠界處，便于外部電源接入。廠區四周設置圍墻，暫設置兩個出入口，1個在廠區北側，入口處設置2臺汽車衡，為主要原料物流運輸出入口，1個設置在廠區東側，為人員出入口及成品出廠通道。通過總圖運輸設計理論的結合，很好地完成了此次設計任務。因地塊尚未最終確定，本工程場地暫按平坡式考慮，場地標高與地塊周邊單元相一致，與周圍存在高差的場地采用擋墻或護坡連接。具體場地標高及土石方量待后續具備條件后確定。廠區雨水采用有組織排水，場地雨水經雨水口匯集，采用暗管系統匯入雨排水管網中，最后統一排入全廠的雨水管網內排入城市市政管網系統。本工程廠外運輸采用公路運輸方式。總運輸量約為323萬噸，其中運入約164萬噸，運出159萬噸。本項目設計對產生的廢氣、廢水、噪聲和固體廢棄物污染均采取了當前國內外先進的行之有效的末端治理技術和措施，除采用多套除塵系統外，對車間內修爐、修包及渣處理區域做好隔離設計，嚴格按照“三同時”的原則，切實保障環保措施的實施，并嚴格加強監督管理和考核。保證持續降低單位產品的綜合能耗水平，同時也可將廢氣、廢水、噪聲和固體廢棄物對區域環境的影響降低到最小限度。

圖1 物料流向圖

6.結束語

通過以上研究分析，并結合具體應用案例實踐探索，不難看出總圖運輸設計是一項系統工程，多約束條件互相制約，遇到的問題錯綜復雜。為設計工作帶來很大難度。設計實施過程需不斷綜合考慮總平面圖，結合鋼廠工藝特點，充分利用信息化技術手段，增強與外部配套市政的溝通協調，靈活處置遇到的場地地質條件問題。通過優化設計方案，可以提高鋼鐵企業的運行效率，增強企業行業內的市場競爭力，更好地助力鋼鐵企業優質長遠健康發展。