浅析钢铁行业原料场改进方案

国内钢铁厂的原料场承担着焦化、烧结、球团、炼铁等用户的原燃料受卸、堆存、处理和转运的任务。原料场的基本功能为接受铁路运输、公路运输、水路运输的原燃料入场，并完成在场内的堆料、取料、整粒、混匀、输送等。随着建设规模、工艺装备、环境保护等要求的不断提高，新型现代化的原料场在建设和改造中有了更多的需求，在设计、选型和建造中，还有很多可优化和提升的空间。

1.原料场的封闭措施

早期的原料场贮存物料多为露天堆存。后来，钢厂为了减少物料损失和降低环境污染在堆料区周围增加了防尘网。随着近几年国家对大气污染的愈加重视，钢厂的环保压力与日俱增，如今原料场封闭成为必不可少的环保措施。

封闭式原料场大多采用钢结构厂房，厂房主要类型为门式钢架结构、网架结构及钢桁架结构。厂房形状有条形或圆形或仓库群（圆形或方形仓库）等。有些企业也有采取混凝土结构封闭储仓的方式，如储放煤、焦炭等物料。但主流还是建造大型钢结构的封闭料场。钢铁企业的封闭式原料场的选型主要应根据运输进原料场内的关键设备和转运途径、场内原燃料堆取料方式等确定，并且设计方案的落实更要注意实用性和经济性。在原有老厂区的露天原料场改建成封闭式原料场时，更应注意封闭原料场与原有生产线的融合。钢结构原料场的最大跨度可以超过150m，可以适应原料场内各种作业机械设备的运行和料堆布置。封闭式原料场的屋面结构可采用变截面H型钢梁结构、型钢组合桁架梁结构、正三角形钢管桁架结构、平板网架结构等，也可以采用屋面与墙面一体的单层或双层的壳型网架结构。门式钢架结构适合跨度小于50m的封闭结构。桁架结构因造价相对较低且施工方便，在跨距不超过60m的堆场使用较经济。网架适用范围较广，可分为平板网架和壳形网架两种。壳形网架比平板网架跨度更大，故壳形网架在原料场改造中应用更广泛。

壳形网架结构的原料大棚跨度尺寸变化范围广、结构整体性好、单位面积用钢量省、空间的柔性结构体系刚度和稳定性好、空间受力小、抗震性能好。网架结构因交汇处的杆件数量多，可使杆件受力均匀一致、安装调节方便。网架安装现场的拼装应根据现场情况，采用分条拼装、分块拼装或整体拼装。对采用焊接空心球节点的网架，在拼装时应减少焊接变形和焊接应力。据经验拼装焊接顺序，应从中间向两边或四周发展。产品在焊接好一条间距后，应检查尺寸和几何形状，注意在下一条定位焊时及时调整尺寸误差。网架拼装中应避免形成封闭圈，因为在封闭圈中施焊，焊接应力将很大。网架结构的施工安装方法分两类:一类是在地面拼装的整体顶升法、整体提升法和整体吊装法；另一类是高空就位的散装、分条分块就位组装和高空滑移就位组装等方法。由中钢设备有限公司EPC总承包的广西盛隆冶金有限公司原料场环保封闭大棚工程，采用两连跨网架滑移施工，充分保证了施工过程不影响生产。此工程也是国内首例大跨度两连跨网架滑移施工工程，为整个行业机械化原料场封闭改造项目提供了重要参考价值和理论支撑。

近年来，由于新材料新技术新工艺的发展、网架、管桁架结构的大跨度空间结构设计、制造、安装的水平得到大幅提高。据研究，在大跨度空间结构中引入预应力技术，不仅使结构体型更加丰富，也更具有合理性、经济性。通过适当配置拉索，使结构获得新的弹性支点或使结构产生与外载作用反向的内力和挠度而卸载，这类斜拉预应力体系结构改善了结构的受力状态，降低了内力峰值、增强了结构刚度，具有高的技术经济性，必将在钢铁企业的原料场封闭的兴起中广泛运用。在以碳素钢为主要材料建造大跨度空间结构时，不锈钢、铝合金和膜材也正被重视并运用。用碳素钢管外包不锈钢皮的复合材料不但降低成本，更具有结构的耐腐蚀性和美观性。而张力膜结构是正在兴起的一种新型空间结构，它是以玻璃纤维织物和聚酯纤维织物为基层，以聚四氟乙烯或PVC为涂层的膜材。其与不同类型的支承体系之间进行组合，其支承体系可为索—支柱或索—杆结构。用薄型纤维材料制成的充气结构做为大棚的封闭，有结构重量轻且建设周期短的优点，它的经济性和灵活性更加实用。所以膜结构和充气结构为空间钢结构的应用与发展提供了更广阔的空间。

2.原料输送的现状与发展

原燃料外部输入的运输方式有火车运输、汽车运输、水路运输、胶带机（普通胶带运输机或管状带式输送机）运输等。另外，粉末状原燃料可采取管道气力输送运输。火车运输，一般厂区设置封闭的车辆翻车机室，翻车机将料倾倒入受料仓内，通过仓下胶带机将物料输送至封闭式原料场内。汽车运输，一般也是在厂区合适位置设置封闭式汽车受料槽，通过仓下胶带机将物料输送至封闭式料场内。水路运输，一般用卸船机将所卸物料通过胶带机运输入原料场。普通胶带机因皮带机通廊结构截面尺寸都比较大，无论是混凝土结构或钢结构建造的费用都比较高。而管状带式运输机所需要的通廊结构截面尺寸小，并且胶带机本身就处于封闭状态，无扬尘或原料外漏，管带机通廊也无需封闭、造型美观。由于这些优点管状带式输送机正在快速得到应用并倍受行业重视。虽然管状带式输送机设备造价较普通胶带机高很多，但考虑通廊结构的节约及转运站的减少，项目综合造价并不高于皮带机。随着技术普及和发展，管状带式输送机的使用普及率会越来越高。由中钢设备有限公司EPC总承包的联钢公司马中关丹产业园厂外管带机项目已经成功应用了管状带式输送机输送技术，输送量为2000t/h，总输送长度12km，现已基本建成。

气力输送在封闭式物料输送领域中，已经是成熟并可靠的方案，如矿粉、煤粉等粉末状原燃料采用气力输送方法运输应是最科学环保的运输方法。气力输粉对钢铁企业有资源优势，工厂内的压缩空气和氮气都是气力输粉的廉价实用介质，无缝钢管或高强度耐磨塑料管都可以做为气力输粉的管道。使用气力输粉目前在钢铁企业多用于除尘灰、生石灰等气力输灰系统，而大宗原燃料的运输使用还是较少。所以对原料场的粉末状物料及小颗粒物料的输送采取气力运输的方法，做为建立环保无粉尘外排泄漏的运输方案是具有发展前景的，应该进行更加深入的研究。

气力输送是利用空气（或气体）流作为输送动力，在管道中搬运粉、粒状固体物料的方法。空气或气体的流动直接给输送管内物料粒子提供移动所需要的能量，管内空气的流动则是由管子两端压力差来推动。物料在管道中的流动状态实际上很复杂，主要随气流速度及气流中所含物料量和物料本身物性等的不同而显著变化。根据管道中气流速度及输送物料量多少，物料在管道中的流动状态，可分为两大类：

2.1.稀相气力输送系统：为悬浮流，物料颗粒是依靠高速气流的动压推动；

2.2.密相气力输送系统：为集团流或栓流，物料颗粒是依靠气流的静压推动。

气力输送系统与其他固体输送系统，如带式输送机、振动给料机及螺旋输送机和埋刮板输送机相比，其优点如下：

所有的固体输送设备与气力输送系统相比，气力输送系统可能是小颗粒固体物料连续输送的最合适的方法，同样也适合间断地将大批量颗粒物料从罐车、铁路车辆和货船输送至贮仓。

气力输送系统对充分利用空间的设计有极好的灵活性。带式输送机、振动给料机及螺旋输送机和埋刮板输送机在实质上仅为一个方向输送，如果输送物料需要改变方向或提升时，就必须有一个转运点并需要有第二台单独的输送机来接运。气力输送机可向上、向下或围绕建筑物、大的设备及其他障碍物输送物料，可以使输送管道高出或避开其他操作装置所占用的空间。

气力输送系统所采用的各种固体输送泵、流量分配器以及接收器非常类似于流体设备的操作，因此大多数气力输送系统很容易实现自动化，由一个中心控制台操作，可以节省操作人员的费用。

与其他固体物料输送方法比较，气力输送系统着火和爆炸的危险性小，因此具有安全的优点。

一个设计比较好的气力输送系统常常是干净的，消除了对环境的污染。

由此可见，随着技术进步和发展，物料运输的方法和方式有了更多的选择，设备性能的提升，使物料运输适应了更多行业的更高要求。选择与时俱进的先进运输方案及设备，不仅能够节省成本，更能实现超长距离，复杂路径，封闭无泄漏等更高难度的料场运输要求。

3.常用料场对比分析

现行主流大型原料场常采用堆/取料机型贮料场、堆取料机型贮料场、刮板取料机贮料场；小型原料场常采用抓斗起重机型贮料场、装载机型贮料场。

堆/取料机型贮料场采用的堆/取料设备为堆料机和取料机。堆料机、取料机与料条相间布置，每条轨道上一般布置1台设备，也可根据工艺需求布置2台设备。堆料机和取料机是分开作业，故整体的作业率很高，但因设备布置故需要占用较多的场地。

堆/取料机型贮料场采用堆取料机为料场堆取设备。堆取料机亦是与料条相间布置，每条轨道上可布置1台或者2台设备。堆取料机是属于堆、取一体机，采用此设备，可以节省场地用于储存更多物料，但因设备只能进行堆或者取的作业，故设备利用率略低。与堆/取料机型贮料场相比，若满足堆取能力的情况下，优先选用堆取料机型贮料场，可节省设备数量，减小投资。

刮板取料机贮料场经过数十年的发展，随着技术的日趋成熟，已被越来越多的钢厂采用。刮板取料机贮料场采用高架胶带卸料、造堆，刮板取料机取料。料场采用料格贮料，在一个料场中可满足各种不同物料的储存。此类型的料场因占地小，贮存量高、装机功率小、运行振动和噪音小、维护频率和费用低等优点广受好评,但其缺点是投资大。

抓斗起重机型贮料场采用抓斗起重机为造堆设备。此类型贮料场一般采用火车、汽车、高架胶带机来料，通过抓斗倒运、造堆和出料。抓斗起重机可以一机多用，操作灵活，贮料场面积利用率高，一般用在小型的的贮料场。其机械化程度低、生产能力较小，优点是节省投资。

装载机型贮料场是机械化程度较低的料场，由汽车、高架胶带机来料，装载机、挖掘机造堆，装载机出料。出料方式为装载机将物料放入或推入受料槽或者地下受料槽通过胶带机出料。此种贮料场面积利用率高，但因工作环境恶劣，对操作人员要求较高，现在仅用于小规模的原料场。

总之，机械化原料场内的工艺设备的选择和布置在满足原燃料大棚跨度和高度尺寸的基础上，应保证主要设备工艺流程的顺畅，尽量减少堆取料的扬尘。节能环保、科学合理的选择料场设备对提高料场使用性能和节省成本具有重要意义。

4.建设智能化料场目标和意义

建造智能化原料场是各钢铁企业当前的主要任务，智能化的含义不仅仅是提高自动化检测水平，更是要提高劳动效率并逐步实现无人化操作。原料场智能化的实现对基础数据采集的准确性要求尤为严格，而选择采集数据的仪表比如格雷母线、编码器、RFID、各种开关、雷达测距仪、倾角仪、2D扫描仪、3D扫描仪等则是保障数据准确性的基础。智能化原料场以准确的计量、检测、可靠的传动与控制为基础，通过料场智能化管控系统实现生产过程的优化控制并指导作业；通过对基础数据的采集、大数据运算，实现基础数据管理、料场信息管理、仓库信息管理、原料输送需求管理、盘库管理、作业计划优化管理、作业流程优化管理、作业实绩报表管理、大机无人化管理、智能混匀配料管理等，从而实现对原料场的系统化（综合）智能管理。

比如盘库管理：通过3D激光扫描系统可以实时获得三维模型并计算料堆体积，经后台服务器计算、处理，自动完成料场盘库工作；作业流程优化管理：主要完成流程的控制，执行对生产过程的逻辑顺序控制和过程量的监测，实现整个原料工程的原料输送、堆取等自动化作业。根据用户作业请求信息、胶带机设备运转状态信息、终点设备运转状态信息、设备故障信息等，自动检索系统中起点设备和终点设备之间的所有可用流程，最终通过智能算法分析获取最佳路径作业方式；大机无人化管理：主要用于实现大机上无人全自动控制，即大机上不设置操作人员，仅在中央控制室设置操作人员，操作人员仅需在作业前根据生产计划再结合堆场的可视化界面中料堆的位置、形状、品种等相关信息，输入作业参数后确认下发即可，后续关联的设备自动调车至初始位置、自动调整各机构就位、自动取料、自动堆料，以上过程完全由控制系统自动实现。系统在作业过程中根据实时的料堆形状，自动调整各机构的动作（如启停、速度、方向等），自动适应料堆的形状，自主完成堆取作业。作业过程中操作人员仅通过操作监控界面和料场堆形可视化系统进行监控。智能混匀配料管理：根据混匀料计划、混匀料品位要求等，对相关原料进行分析、归类处理，制定合适的算法，实现混匀料成分中SiO2、TFe含量稳定在目标限定范围。在混匀堆积过程中，系统通过跟踪现场堆积情况，监视物流变化，确保物流发生变化或料槽状态变更（如故障等）时，实时调整各料槽的切出速度，以保证物料混合后成分稳定，实现混料过程产量和质量的双重控制目标。通过以上方法最终实现原料场全流程自动化控制、数字化管理、无人化操作。故从根本上改善劳动环境、降低劳动强度和劳动成本、加强物料信息管理及实现可视化是智能化原料场的最终目标。

要建设经济高效的原料场，建造更大储量、更低成本、更环保的智能化原料场，需要我们不断努力，持续探讨，坚持创新发展。建设与时俱进的现代化原料场，是我们钢铁人的目标，更是我们的责任。