鐵水運(yùn)輸在高爐生產(chǎn)中的應(yīng)用

鐵水運(yùn)輸在高爐生產(chǎn)中的應(yīng)用

隨著鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過程的不斷發(fā)展，為了滿足鋼鐵工業(yè)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本的要求，除了研究單個(gè)工藝設(shè)備，還需要研究和研究前后工藝或設(shè)備之間的“界面”技術(shù)，如燃燒高粱和旋轉(zhuǎn)高粱，以逐步實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)流程的連續(xù)性。在諸多“界面”技術(shù)中,“鐵鋼界面”是總生產(chǎn)工藝流程中的重要部分。它是指在鋼鐵生產(chǎn)流程中高爐和轉(zhuǎn)爐之間的銜接緩沖面,包括高爐出鐵、鐵水運(yùn)輸及預(yù)處理等環(huán)節(jié)。它直接影響到冶金生產(chǎn)中的物質(zhì)流(如流量、成分等)、能量流、溫度、時(shí)間等基本參數(shù)的銜接、匹配、協(xié)調(diào)和穩(wěn)定。鐵水運(yùn)輸是“鐵鋼界面”技術(shù)的重要組成之一,對入爐鐵水的溫度、成分產(chǎn)生直接的影響。對于鐵水運(yùn)輸?shù)难芯?分為二部分進(jìn)行,一是對鐵水承載容器模式的研究,二是對承載鐵水容器的運(yùn)輸模式的研究,以下對這兩方面進(jìn)行分析。1鐵路運(yùn)輸容器的類型鋼鐵廠的鐵水承載容器是隨著高爐生產(chǎn)的發(fā)展逐漸演變過來的,主要有以下幾種模式。1.1增加混爐爐,降低能耗鐵水罐車承載鐵水的模式是:高爐→鐵水罐→鐵水罐倒罐站→鐵水包→鐵水包混鐵爐→鐵水包→鐵水包轉(zhuǎn)爐。為使鐵水的溫度和成分均勻,加強(qiáng)對鐵水的緩沖,煉鋼車間增設(shè)了混鐵爐。此種模式適合于小高爐—小轉(zhuǎn)爐,雖然生產(chǎn)調(diào)度簡單,但卻由此帶來了諸多不利因素:(1)燃料消耗大。(2)多次兌鐵水,鐵水溫降多達(dá)20～30℃。(3)環(huán)境污染大。(4)鐵水在混鐵爐內(nèi)等待的時(shí)間長,有回硫現(xiàn)象等。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大,多座小高爐的建設(shè)與同產(chǎn)量的單一大高爐相比,具有能耗大、投資高、污染大,生產(chǎn)組織復(fù)雜等缺點(diǎn)。因此,國家目前實(shí)行嚴(yán)禁新建小高爐、小轉(zhuǎn)爐的產(chǎn)業(yè)政策。1.2鐵水罐和麻黃罐魚雷罐車裝載鐵水的模式是:高爐→魚雷罐車→魚雷罐車脫硫站→魚雷罐車→魚雷罐車鐵水倒罐站→鐵水包→鐵水包轉(zhuǎn)爐。隨著冶金生產(chǎn)裝備的大型化,高爐的爐容不斷增大,鐵水產(chǎn)量大幅度提高,與之匹配則要建設(shè)大型的轉(zhuǎn)爐,因此,不斷要求加大罐體的容量。目前,鐵水罐容量最大為140t,對于一次出鐵900t的大高爐來說,一座高爐每次出鐵需7個(gè)鐵水罐,一座高爐需要配備26～27個(gè)140t鐵水罐,造成調(diào)度、停放、保養(yǎng)、修罐工作十分困難,相應(yīng)的維修場地及設(shè)施也較大,加之,對鐵水罐還需要求其具有承擔(dān)重量對應(yīng)、鐵水脫硫、成分對應(yīng)及鐵水緩沖等功能。為適應(yīng)大高爐的生產(chǎn)節(jié)奏,魚雷罐車應(yīng)運(yùn)而生。魚雷罐車運(yùn)輸鐵水產(chǎn)生了。魚雷罐車(承載與運(yùn)輸一體)鐵水運(yùn)輸方式具有操作連貫、機(jī)動性好、保溫性好、能取消混鐵爐、還能在罐內(nèi)進(jìn)行三脫等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是存在的問題是:增加倒包次數(shù),工序環(huán)節(jié)多、維修復(fù)雜、維修設(shè)施占地面積增加,環(huán)境條件沒有得到根本的改變,能耗依然較高。1.3鐵水回用干燥設(shè)備鐵水包承載鐵水的模式是:高爐→鐵水罐→鐵水罐脫硫站→鐵水包→鐵水包轉(zhuǎn)爐。鐵水包承運(yùn)鐵水(一包到底)與鐵水罐車相比,“一包到底”實(shí)現(xiàn)了高爐鐵水承載容器、鐵水運(yùn)輸容器、鐵水緩沖庫存容器、鐵水預(yù)處理容器和鐵水兌入轉(zhuǎn)爐容器等5項(xiàng)功能合為一體,具有以下特點(diǎn):(1)縮短工藝流程、簡化生產(chǎn)作業(yè)。取消倒罐站,加快生產(chǎn)節(jié)奏,優(yōu)化了煉鐵、煉鋼的界面技術(shù)。(2)從承接鐵水至煉鋼車間(鐵水脫硫間)無倒包作業(yè),減少鐵水溫降。根據(jù)日本的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),一次鐵水倒包作業(yè),溫度降低20～300℃,并避免了因鐵水倒罐帶來的煙塵污染,保護(hù)了環(huán)境。(3)對煉鐵、煉鋼工藝生產(chǎn)而言,生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用的降低是極為顯著的。(4)縮短調(diào)運(yùn)時(shí)間、減少了煉鋼廠房面積,使車間布置更緊湊,減少投資?！耙话降住蹦Ｊ?目前已成為鐵鋼界面模式重點(diǎn)關(guān)注和重點(diǎn)研究的對象。2鐵水運(yùn)輸模式鐵水包承載鐵水(一包到底),縮短了工藝流程,減少了鐵水倒罐作業(yè),也就減少了鐵水溫降的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。鐵水包兼?zhèn)涠喾N功能,是鐵水承載的最佳方式。從鐵水至其脫硫的運(yùn)輸過程中,鐵水溫度是隨著時(shí)間的變化而變化的,鐵水等待與運(yùn)輸過程的時(shí)間越長,溫降越大。所以鐵水包的運(yùn)輸方式也是“一包到底”的重要環(huán)節(jié),需要進(jìn)行分析和選擇。隨著國內(nèi)鋼鐵企業(yè)冶煉新技術(shù)、新工藝的廣泛使用和裝備制造能力的快速發(fā)展,傳統(tǒng)的鐵水運(yùn)輸方式已不能滿足各類鋼鐵廠對鐵水運(yùn)輸?shù)男枨?。許多企業(yè)都在積極地探索尋求更加快捷、穩(wěn)妥的鐵水運(yùn)輸方式。目前,國內(nèi)鐵水運(yùn)輸方式大致有三種,即;鐵路運(yùn)輸、汽車運(yùn)輸、過跨車運(yùn)輸。下面以某JT鋼鐵公司(新建2×5500m3高爐,配套建設(shè)3×300t轉(zhuǎn)爐工程)為例,在沒有任何附加條件,只是針對煉鐵和煉鋼車間,做三種鐵水運(yùn)輸模式的理想的總平面布置,來闡述鐵水運(yùn)輸模式與總圖布置、鐵鋼界面技術(shù)的關(guān)系。相同的前提條件是:(1)300t鐵水包為鐵水承載容器。(2)煉鐵車間、煉鋼車間,豎向標(biāo)高一致,不存在高差問題。(3)一座5500m3高爐,每次出鐵900t,需要配3個(gè)300t鐵水包。兩座高爐共需要配備26個(gè)鐵水包。2.1鐵水包的設(shè)計(jì)鐵路“一包到底”承運(yùn)鐵水的方式,選用鐵水包是300t,容量大,為降低包口高度,符合承鐵、鑄鐵、脫硫、鐵水入爐等作業(yè)的要求,對鐵水包進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì),也給總圖運(yùn)輸帶來新的設(shè)計(jì)要求。2.1.1標(biāo)準(zhǔn)軌距動車組我國現(xiàn)有機(jī)車廠生產(chǎn)的機(jī)車均是標(biāo)準(zhǔn)軌距機(jī)車,而各企業(yè)的機(jī)車大修都由鐵路局承擔(dān)。從鐵路局機(jī)車大修設(shè)施的能力和運(yùn)輸方式看,只能承接標(biāo)準(zhǔn)軌距機(jī)車。寬軌與標(biāo)準(zhǔn)軌距的三軌套線道岔沒有開發(fā)成功。日本采用窄軌與標(biāo)準(zhǔn)軌距的三軌套線方案運(yùn)輸180t鋼水罐,很不安全。采用標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵水包車符合我國的國情。但是鐵路線間距要加寬至7.1米。2.1.2平行進(jìn)方式根據(jù)300t鐵水包的技術(shù)參數(shù),設(shè)計(jì)出兩種鐵水包車車型。其中垂直進(jìn)方式鐵水包車耳軸需要采用左右支撐,外形尺寸長24000mm,寬6200mm,高7200mm;平行進(jìn)方式則鐵水包車耳軸需要采用前后支撐,外形尺寸長18600mm,寬4650mm,高7200mm。平行進(jìn)方式,可以采用三包進(jìn)煉鋼車間,對轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)節(jié)奏有緩沖,更有利于煉鋼生產(chǎn)組織。同時(shí),該方式也適合高爐出鐵包數(shù),且不增加運(yùn)輸編組和機(jī)車倒運(yùn)的工作量,安全性能好,可靠性高。從煉鋼生產(chǎn)組織的角度看,采用平行進(jìn)方式較好。從鑄鐵工藝角度看,鑄鐵機(jī)若采取450t吊車傾翻方案,客觀上要求鐵水包車應(yīng)按前后支撐鐵水包設(shè)計(jì)。進(jìn)煉鋼廠的方式只能采用平行進(jìn)的方式。平行進(jìn)方式節(jié)省投資1326萬元,且鐵水包在煉鋼車間內(nèi)不需摘、掛作業(yè),運(yùn)輸作業(yè)比較安全,鐵水包前后支撐,運(yùn)行安全可靠。經(jīng)上述分析可以得出平行進(jìn)方式優(yōu)點(diǎn)突出,是切實(shí)可行的方案,故確定鐵水進(jìn)煉鋼廠為平行進(jìn)的方式。2.1.3優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)中,普遍被人們推崇的鋼鐵廠總平面布置有:韓國的光陽鋼鐵廠的、日本京濱鋼鐵廠的等,煉鐵車間至煉鋼車間的鐵路線路通常是有曲線的。經(jīng)調(diào)查,日本京濱廠,從高爐至煉鋼鐵路總圖設(shè)計(jì)成90°的大曲線,鐵水包曾在此發(fā)生過脫軌事故。因此,總圖進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),兩座高爐島式布置,煉鐵與煉鋼為一線型布置,鐵水由機(jī)車牽出經(jīng)過煉鐵站直接推入煉鋼車間。線路平直,保證運(yùn)輸安全。平面布置見圖1。鐵路運(yùn)輸是目前冶金企業(yè)普遍采用的一種運(yùn)輸方式,安全可靠,生產(chǎn)操作、鐵水調(diào)度簡單易行,鐵路、車輛的維護(hù)(修)技術(shù)成熟,比較適合用于鐵水運(yùn)輸,但是也存在鐵路運(yùn)輸設(shè)備轉(zhuǎn)彎半徑大,線路爬坡能力差,運(yùn)輸設(shè)施占地面積大,鐵路道岔形成三角地帶,對場地利用不充分,靈活性差等缺點(diǎn)。2.2鐵水包的運(yùn)輸汽車運(yùn)輸模式比較典型的例子如:江陰興城特鋼三期工程,即新建3200m3高爐,配套建設(shè)煉鋼工程。該工程屬于改擴(kuò)建項(xiàng)目,煉鐵、煉鋼區(qū)域之間隔著白渠港翻水河,鐵水用鐵水包模式承載,受地形限制,鐵水包運(yùn)輸用鐵路方式存在著很大的困難,最終選用道路運(yùn)輸作為該工程的鐵水運(yùn)輸方式。該運(yùn)輸方式需要配置150t鐵水包,一座高爐一次出鐵需要配置4個(gè)150t鐵水包,一座高爐需要配備12個(gè)鐵水包和8個(gè)TSB180鐵水包車。鐵水包車從高爐出鐵場到煉鋼車間鐵水接受跨,走行約0.6km,其總平面布置見圖2。某JT鋼鐵公司鐵水如果采用汽車運(yùn)輸,300t的鐵水包,需要配備型號為TSB450的鐵水包車,目前,汽車制造廠家,能制造最大的鐵水包車是TSB200,具體型號見表1。由表1可以看出,TSB450大容量的汽車鐵水包車制造是在計(jì)劃中,有需求,廠家很快就可以生產(chǎn)的。隨著汽車鐵水包車不斷的大型化,使汽車運(yùn)輸鐵水在大噸位轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中使用成為可能。JT鋼鐵公司新建2座5500m3高爐,3×300t轉(zhuǎn)爐工程,鐵水包為鐵水承載容器,鐵水采用汽車運(yùn)輸:一座高爐一次出鐵需要配置3個(gè)300t鐵水包,一座高爐需要配備12個(gè)鐵水包和6個(gè)TSB450鐵水包車。二座高爐需要配備26個(gè)鐵水包和12個(gè)TSB450鐵水包車?？拷鼰掍撥囬g鐵水接受跨的一側(cè),一字型布置兩座高爐。煉鐵車間與煉鋼車間之間設(shè)鐵水運(yùn)輸專用通道,該通道還需考慮鐵水包車的停放、掉轉(zhuǎn)車等空間。鐵水包和鐵水包車的修理與維護(hù)等,可在附近另找地設(shè)置。鐵水包車從高爐出鐵場載上重包,運(yùn)至轉(zhuǎn)爐車間的鐵水接受跨,起重吊車把重包從汽車上吊下,放置在架上,然后把另外的空包吊上汽車,從該跨駛出廠房,送至高爐出鐵場。鐵水包車運(yùn)輸鐵水的平均距離約為240m?？偲矫娌贾迷斠妶D3。汽車運(yùn)輸鐵水包最大的特點(diǎn)是機(jī)動靈活,受地形影響小,車輛設(shè)備的轉(zhuǎn)彎半徑小,能很好地緩解場地和物流之間的矛盾,運(yùn)輸靈活、高效、快捷。但存在的問題是鐵水包車的運(yùn)輸安全性、穩(wěn)定性,需要在實(shí)踐中檢驗(yàn);道路建筑限界需根據(jù)鐵水包車車體外形和規(guī)范要求確定。2.3設(shè)置電動平車運(yùn)輸過跨車運(yùn)輸模式是一種以電動平車實(shí)現(xiàn)高爐到煉鋼車間過程中需要過跨的功能,各個(gè)高爐出鐵側(cè)設(shè)置垂直于出鐵場的橫跨,即鐵水調(diào)運(yùn)跨,采用吊車實(shí)現(xiàn)電動平車軌道之間的過渡。是電動平車和吊車兩種運(yùn)輸方式的組合模式。目前國內(nèi)采用過跨車運(yùn)輸模式的典型例子為:新余鋼鐵有限責(zé)任公司,新建2×2500m3高爐,配套建設(shè)煉鋼車間,煉鐵與煉鋼車間,存在5m的高差。由于鐵水運(yùn)輸線路的限制坡度為5‰,場地用地緊張,傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式——鐵路運(yùn)輸很難實(shí)現(xiàn)。所以,該工程鐵水運(yùn)輸采用過跨車運(yùn)輸模式,鐵水包通過電動平車由出鐵場下方運(yùn)至轉(zhuǎn)爐加料跨延長區(qū)域,再由加料跨起重吊運(yùn)至煉鋼車間脫硫區(qū)域,加料跨在煉鋼區(qū)域地坪標(biāo)高為±5m,加料跨延長至高爐區(qū)域,地坪標(biāo)高為±0,利用吊車作業(yè),克服了兩車間5m的高差。兩座高爐位于煉鋼車間加料跨延長區(qū)域東、西兩側(cè)對稱布置。兩座高爐對應(yīng)的鐵水運(yùn)輸線對應(yīng)聯(lián)接,即兩座高爐北出鐵場下為三條通長鐵水運(yùn)輸線。南出鐵場下為兩條通長鐵水運(yùn)輸線,每條運(yùn)輸線上設(shè)置三臺電動運(yùn)輸平車用來運(yùn)輸鐵水罐。兩座高爐的鐵水包都通過電動平車運(yùn)至煉鋼車間的加料跨的延長跨,再用吊車運(yùn)至煉鋼車間的脫硫區(qū)域,吊車的作業(yè)率,勢必會影響高爐鐵水的運(yùn)輸。為使高爐和轉(zhuǎn)爐節(jié)奏更加協(xié)調(diào)、匹配,對煉鐵、煉鋼系統(tǒng)均提出了極高要求,故要求相互之間的銜接必須高度一致,公司的生產(chǎn)組織、設(shè)備檢修等部門也必須盡心盡力做好服務(wù)工作,確保整個(gè)生產(chǎn)流程高效運(yùn)行?？偲矫娌贾靡妶D4。JT鋼鐵公司新建2×5500m3高爐,配套建設(shè)3×300t轉(zhuǎn)爐工程,采用300t鐵水包,鐵水采用電動平板車運(yùn)輸。兩座高爐呈一字型布置在煉鋼車間鐵水接受跨的一側(cè),兩座高爐出鐵側(cè),垂直于出鐵場設(shè)置通長的橫跨,即鐵水調(diào)運(yùn)跨,高爐的鐵水包,采用電動平車運(yùn)至鐵水調(diào)運(yùn)跨,在兩個(gè)高爐中間位置,設(shè)置運(yùn)入煉鋼車間的電動平車的軌道,利用兩側(cè)的吊車作業(yè),從不同方向把兩個(gè)高爐的鐵水包,吊到送往煉鋼車間的電動平車軌道上,然后再通過電動平板車運(yùn)至煉鋼車間加料跨。兩側(cè)吊車同時(shí)作業(yè)提高了吊車的作業(yè)率,使鐵水運(yùn)輸更有保障?？偲矫娌贾靡妶D5。采用電動平車進(jìn)行鐵水運(yùn)輸,使得煉鐵、煉鋼車間最大程度地靠近,運(yùn)輸時(shí)間少,運(yùn)輸距離短,運(yùn)輸設(shè)施占地少,充分體現(xiàn)了“一包到底”的優(yōu)勢。但是工程一次性投資較高,運(yùn)輸車輛及線路沒有達(dá)到成熟可靠的程度,導(dǎo)致高爐與煉鋼車間的連接方式?jīng)]有緩沖的余地,對生產(chǎn)組織及管理是個(gè)新的挑戰(zhàn)。2.4鐵路運(yùn)輸?shù)囊淮涡酝顿Y表2是三種鐵水運(yùn)輸模式主要參數(shù)的比較,通過比較可以看出,鐵水運(yùn)輸?shù)娜N模式,道路運(yùn)輸和過跨車運(yùn)輸?shù)囊淮涡酝顿Y。要高出鐵路運(yùn)輸?shù)囊淮涡酝顿Y,但道路運(yùn)輸和過跨車運(yùn)輸?shù)恼嫉孛娣e要比鐵路運(yùn)輸占地面積小得多。鐵水采用道路運(yùn)輸或者過跨車運(yùn)輸,煉鐵、煉鋼車間可以最大程度地靠