鋼廠智能料場如何節(jié)約千萬成本？

礦石從開采、加工、貯存到入爐冶煉，中間流程復(fù)雜多樣，對于設(shè)備、控制系統(tǒng)以及管理要求越來越高?，F(xiàn)代化的原料場是提升鋼鐵企業(yè)在流程智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠為企業(yè)每年節(jié)省上千萬的成本。

1 鋼廠原料場簡介

原料場是鋼鐵企業(yè)重要的組成部分，約占鋼鐵企業(yè)總面積8% ～ 18%，承擔(dān)著鋼鐵企業(yè)95%以上的物料準(zhǔn)備及處理功能，是重要的污染源之一，已成為鋼鐵企業(yè)的重點治理對象。原料準(zhǔn)備系統(tǒng)作為鋼鐵工業(yè)的首道工序，主要任務(wù)是負(fù)責(zé)全廠大宗散狀原料和燃料的受卸、儲存、整粒、混勻等，并將經(jīng)加工處理的各種物料送給高爐、燒結(jié)、石灰各用戶，以保證正常連續(xù)的生產(chǎn)。

在我國，鋼鐵原料準(zhǔn)備工藝技術(shù)比國外起步較晚，早期的原料場均為露天模式，原料的卸、堆、取作業(yè)仍保留部分人工作業(yè)方式。隨著環(huán)境保護要求的日益嚴(yán)格，大型鋼鐵企業(yè)開始普遍對原料堆場和輸送系統(tǒng)膠帶機通廊進行封閉改造，從最初的集中或分散的機械除塵設(shè)施、帶式輸送機落料口的密封、露天堆場的灑水到現(xiàn)在的各種類型的封閉料場、全封閉的膠帶機通廊、在環(huán)保方面已有了長足的進步。而智能化系統(tǒng)作為原料場的更尖端發(fā)展方向，近年來也越來越受到各大鋼鐵企業(yè)的重視。

2 現(xiàn)代智能原料場

2.1 原料場智能化的優(yōu)點

（1）智能化料場通過各設(shè)備的自動控制代替了原有的人工現(xiàn)場操作和遠(yuǎn)程操作，實現(xiàn)整個原料系統(tǒng)的無人化，極大地節(jié)約人力成本，也減輕了操作人員的工作難度和勞動強度。 

（2）各操作系統(tǒng)實現(xiàn)智能化后，不再需要原有的人工判斷時間，上下游設(shè)備的啟動運行可以做到無縫銜接，提高了整個原料場的運行效率，設(shè)備的作業(yè)率則能得到一定程度的減低，從而延長了使用壽命。 

（3）傳統(tǒng)的人工控制受限于操作人員的技術(shù)水平，難免發(fā)生操作失誤，影響正常生產(chǎn)，甚至對人員的生命安全產(chǎn)生危險，而智能化系統(tǒng)則無此問題，系統(tǒng)的核心是軟件，數(shù)據(jù)極易維護，根據(jù)現(xiàn)場情況不更換設(shè)備就能做到更新升級。智能化系統(tǒng)在生產(chǎn)中也可以儲存大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對于原料工藝流程的優(yōu)化是一份寶貴的材料。

2.2 原料場智能化的關(guān)鍵技術(shù)

全自動無人化堆取料機：無人操作的堆取料機不設(shè)操作人員，依遠(yuǎn)程控制或自動控制完成堆取作業(yè)，作業(yè)類型大致分為兩種：遠(yuǎn)程控制作業(yè)和全自動作業(yè)。遠(yuǎn)程控制作業(yè)，即操作人員在中控室進行監(jiān)控和調(diào)整，其需要設(shè)備本身至少應(yīng)具備半自動功能，如果僅僅是遠(yuǎn)程手動作業(yè)，料場無人化則與之前的人工操作沒有本質(zhì)區(qū)別，因為中控人員每人仍舊只能操作單獨的一臺堆取料機。全自動作業(yè)則是較高程度的智能化，設(shè)備本身對料場和自身位置有認(rèn)知能力，采用自動控制程序處理，完成自動堆取作業(yè)，并具備一定的緊急處理能力。對整個堆場以及堆取料機整機和懸臂位置采用GPS 定位。通過安裝在塔架頂部的3D 掃描儀對料堆進行掃描，并利用GPS 的料場定位形成料堆和設(shè)備的電子圖表。取料作業(yè)首先通過即時掃描和程序?qū)﹄娮訄D表的解析，實現(xiàn)堆取料機自動尋堆尋址，該模式下堆取料機可以準(zhǔn)確行走對此系統(tǒng)涉及以下技術(shù)：料堆識別系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、懸臂式堆取料機定位檢測、斗輪運行檢測、電話通訊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。

料場三維成像技術(shù)： 已有應(yīng)用三維全息攝影、超聲波、微波、激光等設(shè)備對料堆的三維形狀進行掃描的先例，在這幾種儀器中，激光良好的對準(zhǔn)性及非常小的發(fā)散角使儀器可進行點對點的測量，對粉塵、雨水、光線的敏感度最低，基本不受天氣的影響，因此激光掃描儀成為料堆實時三維掃描的主要儀器。

2.3智能化原料場主要設(shè)備

1. 移動卸料車
2. 礦石振動篩
3. 半門式刮板取料機
4. 圓形堆取料機
5. 回轉(zhuǎn)式堆料機
6. 滾筒式混勻取料機
7. 圓管帶式輸送機
滾筒式混勻取料機取料是目前國內(nèi)混勻效果最好的取料機。

3 智能原料場建設(shè)及改造案例

3.1 某鋼鐵智能原料場改造

目前，該已經(jīng)建成現(xiàn)代化的原料場，針對不同原燃料的存儲和混勻方式主要分為：

（1）封閉式C 型料庫：該燒結(jié)所需的含鐵原燃料和高爐所需的塊礦采用了環(huán)保封閉的C 型料庫進行儲存。C 型料庫設(shè)4 個料條，每個料條長約500 m，寬約20 m。物料通過膠帶機從頂部輸入，經(jīng)移動卸料車卸料，采用半門式刮板取料機進行取料作業(yè)，根據(jù)物料品種和生產(chǎn)需要，可將料堆沿橫向和縱向進行分格堆存、分類管理。

（2）封閉式圓形料場：圓形該燒結(jié)、煉鐵所需的噴吹煤、無煙煤及焦化所需的焦煤均采用圓形料場進行貯存，如圖3 所示。共設(shè)3 個直徑100 m 的圓形料場，其中2 個圓形料場用來儲存焦煤，另外1 個儲存噴吹煤和無煙煤。物料由頂部通過膠帶機輸入，利用圓形堆取料機進行堆料作業(yè)，由刮板取料機取料經(jīng)下部膠帶機輸出。料庫內(nèi)部使用的堆取料機為堆取一體化設(shè)備，堆取作業(yè)以同一回轉(zhuǎn)主軸為回轉(zhuǎn)中心，并可圍繞回轉(zhuǎn)主軸進行360°回轉(zhuǎn)作業(yè)，對堆、取作業(yè)區(qū)域和設(shè)備干涉進行控制后，堆、取作業(yè)可以同時進行。

（3）原料存儲筒倉：燒結(jié)生產(chǎn)所需的熔劑( 石灰石粉、白云石粉) ，球團生產(chǎn)所需的石灰石粉，均采用筒倉形式進行儲存，如圖4 所示。共設(shè)計8 個筒倉，每個筒倉直徑為20 m。物料通過膠帶機從頂部輸入，經(jīng)卸料車和布料裝置將物料卸入筒倉內(nèi)堆存，筒倉內(nèi)的物料通過倉下部的給料設(shè)備再經(jīng)倉下的輸出膠帶機輸出。筒倉儲存向空間高度發(fā)展，用地面積大大減小。

（4）封閉式混勻料場：燒結(jié)生產(chǎn)所需的混勻料，采用封閉式的混勻料場進行混勻、切取?；靹蛄蠄鲩L約500 m，寬約100 m，料場內(nèi)設(shè)2 個混勻料條，采用一堆一取制，一個堆料，另一個取料，交替接續(xù)使用，采用人字形料堆，由混勻堆料機進行往復(fù)平鋪作業(yè)，每次作業(yè)平鋪一層，每層的配料品種為6 ～ 12 種。

（5）自動混勻堆積：按照燒結(jié)對混勻礦質(zhì)量的要求及可供選擇的原料成分信息，通過混勻配料方案自動選取需要的原料，并計算出各個原料的濕量配比，將濕量配比轉(zhuǎn)換成可被L1 系統(tǒng)配料皮帶秤接收的參數(shù)，并下傳給混勻配料系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)根據(jù)物料存儲位置、重量等信息啟動混勻料上料流程，將需要的各種原料依次輸送到各個配料槽內(nèi)，然后由配料槽下的定量給料裝置，按既定的配比向混勻輸入皮帶系統(tǒng)送料，最終向混勻堆料機下達(dá)堆料作業(yè)指令，混勻堆料機根據(jù)堆料場地、堆料作業(yè)數(shù)量、堆料方式等參數(shù)實現(xiàn)自動堆料作業(yè)。

3.2 某鋼廠二料場改造

該廠目前有4 座高爐和3 臺燒結(jié)機，配套設(shè)有2 個機械化原料場( 第一原料場、第二原料場) 和1 個臨時料場，負(fù)責(zé)為燒結(jié)機提供含鐵原料，并向高爐提供塊礦和球團礦。開放式料場改造為封閉式料場方式及效果：
( 1) 環(huán)保封閉料棚采用M型大跨度網(wǎng)架封閉技術(shù)，兩聯(lián)跨跨度為212. 5 m。
( 2) M 型大跨度網(wǎng)架封閉料棚直段高度達(dá)到21 m，創(chuàng)行業(yè)網(wǎng)架封閉料棚直段高度之最。
( 3) 環(huán)保封閉料棚通風(fēng)換氣采用百葉窗自然通風(fēng)方式。
( 4) 環(huán)保封閉料棚采用陽光板采光，確保棚內(nèi)白天自然采光，夜間照明系統(tǒng)自動補光。
( 5) 料場內(nèi)3臺堆取料機實施自動化升級改造，實現(xiàn)人機分離、遠(yuǎn)程控制。
( 6) 棚內(nèi)全場物料堆存實現(xiàn)100%全封閉。
( 7 ) 全場堆存物料實現(xiàn)自動噴淋系統(tǒng)100%全覆蓋，實現(xiàn)棚內(nèi)防塵抑塵。
( 8) 堆取料機上增設(shè)噴淋系統(tǒng)實現(xiàn)物料堆存源頭防塵抑塵。
( 9) 料棚內(nèi)實現(xiàn)全程監(jiān)控?zé)o死角，輔助主控操作系統(tǒng)，確?，F(xiàn)場無人值守。
( 10) 3#料棚實現(xiàn)射霧抑塵，最大限度地減少汽車受、卸物料產(chǎn)生的環(huán)境污染。
( 11) 物料輸送膠帶機通廊及轉(zhuǎn)運站實現(xiàn)全封閉。
( 12) 全場物料輸入、輸出實現(xiàn)100%全封閉作業(yè)。
( 13) 全場雨水實現(xiàn)100%有組織排放。
( 14) 水泵房和消防泵房合建，實現(xiàn)100%無人值守。
( 15) 顆粒污染物排放質(zhì)量濃度≤10mg /m3。
( 16) 崗位粉塵排放質(zhì)量濃度≤8mg /m3。
( 17) 減少料堆表面灑水量80%以上。
( 18) 環(huán)保封閉后第二原料場一次性可堆存物料量3 × 105 t，向燒結(jié)供料量達(dá)到9. 125 ×106 t /a。
( 19) 環(huán)保封閉料棚具備防風(fēng)、防雨和防凍功能，每年減少風(fēng)雨引起的物料流損95% 以上，年節(jié)約物料損耗約4. 33 × 104 t，按照鐵料為600 元/t 計算，則直接經(jīng)濟效益約2 600 萬元/a。

3.3 某精品鋼智能原料場建設(shè)

該精品基地建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)鐵810 萬t、鋼850 萬t、商品材約為790 萬t，其最終目標(biāo)是建設(shè)成為智能高效、綠色高端的最新現(xiàn)代化鋼廠精品。高爐( 2 ×5 100 m3 ) 、燒結(jié)( 2 × 500 m2 ) 、球團( 150萬t /a) 和電廠( 2 × 350 MW 燃煤發(fā)電機) 生產(chǎn)需要的原、燃料供應(yīng)系統(tǒng)及其配套設(shè)施的設(shè)計、設(shè)備成套提供、建筑安裝及相關(guān)服務(wù)。原料場主要由受卸設(shè)施、料場設(shè)施、混勻設(shè)施、供料設(shè)施、輔助設(shè)施等五大設(shè)施組成，總體具備公路、鐵路和海運輸送功能，是我國近年來已建設(shè)投產(chǎn)的規(guī)模較大、工藝復(fù)雜、技術(shù)先進、智能化程度最高、最具現(xiàn)代特色的環(huán)保型綜合原料場。該工程于2015 年7 月開工建設(shè)，2017 年8 月一期工程全線投產(chǎn)。

3.4 某鋼鐵廠原料場改造

該鋼廠原料場承擔(dān)著東區(qū)燒結(jié)、高爐及球團的燃、原料供應(yīng)。其組成主要包括煉鐵系統(tǒng)和燒結(jié)系統(tǒng)，煉鐵系統(tǒng)由1 座3 200 m3高爐、2 座2 000 m3 高爐及1 座900 m3 高爐組成，年生產(chǎn)能力700 萬t; 燒結(jié)系統(tǒng)由1 臺400 m2燒結(jié)機、1 臺435 m2 燒結(jié)機及2 × 90 m2 燒結(jié)機組成，年生產(chǎn)能力875 萬t。

原有系統(tǒng)的不足：
（1）粉塵污染嚴(yán)重，且冬季防凍成本高；
（2）貯存和供料能力不足；
（3）生產(chǎn)組織受限；
（4）混勻效果受限；
（5）改造施工難度大；

改造后優(yōu)勢：
（1）改善區(qū)域環(huán)境，減少揚塵損耗；
（2）提高了原料的堆存質(zhì)量；
（3）提高料場空間利用率；
（4）提高物料運轉(zhuǎn)效率，節(jié)約運行成本；
（5）儲量增加，可持續(xù)發(fā)展；
（6）設(shè)備優(yōu)化、降低投資；
（7）技術(shù)指標(biāo)先進，降本增效。

4 智能料場總結(jié)

原料場是現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)必備的一個環(huán)節(jié)，無論是長流程生產(chǎn)還是短流程生產(chǎn)，對于原燃料的裝卸、貯存和輸運都是必不可少的。當(dāng)前情況下，中國國內(nèi)鋼鐵企業(yè)仍存在很多開放式料場、全人工/半自動料場，在設(shè)備、控制和人員以及全流程配合等方面都存在問題，因此造成環(huán)境污染、料損嚴(yán)重、生產(chǎn)不穩(wěn)定以及管理效率低，由此造成后道工序原料供應(yīng)波動大，造成全流程生產(chǎn)成本大幅升高。因此，原料場的現(xiàn)代化建設(shè)和改造是關(guān)乎鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)全流程的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)多家工程等公司和設(shè)計院都有很多設(shè)計案例和經(jīng)驗。在混料工藝以及相關(guān)智能化方面，仍然有很多工作要做。