秦 軍

(中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北 石家莊 050021)

0 引言

國(guó)內(nèi)某鋼鐵公司為順應(yīng)國(guó)家對(duì)企業(yè)環(huán)保要求及滿足企業(yè)自身發(fā)展需要，投資建設(shè)智能化綜合料場(chǎng)。該項(xiàng)目建成后將實(shí)現(xiàn)智能化無(wú)人值守，達(dá)到智能、環(huán)保、封閉、節(jié)能降耗等功能。

1 料場(chǎng)概況

該智能化全封閉料場(chǎng)年供料2 270萬(wàn)t，屬大型原料場(chǎng)[1]，占地約為22.0×104m2，南北最長(zhǎng)約為600 m，東西最長(zhǎng)約為550 m。區(qū)域內(nèi)建設(shè)5個(gè)密閉物料大棚及預(yù)配料室，分別為1#料棚(原鐵礦)、2#料棚(混合料)、3#料棚(焦炭)、4#料棚(煤及雜料)、5#料棚(卸料區(qū))及燒結(jié)預(yù)配料室，料場(chǎng)整體效果見(jiàn)圖1。

圖1 料場(chǎng)整體效果圖

該料場(chǎng)內(nèi)來(lái)料車輛門禁、過(guò)磅、取樣、卸料、帶式運(yùn)輸、配料、取料，直至物料被運(yùn)送到相應(yīng)廠區(qū)，均采用無(wú)人值守，通過(guò)全智能自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)比原露天料場(chǎng)，運(yùn)行成本降低，綜合生產(chǎn)成本降低，減少顆粒物排放，有效解決粉塵污染問(wèn)題，同時(shí)減少風(fēng)蝕、雨水沖刷等對(duì)物料造成的損耗。

2 工藝技術(shù)指標(biāo)簡(jiǎn)介

綜合原料場(chǎng)按功能分為6個(gè)功能區(qū)。1#原料棚實(shí)現(xiàn)燒結(jié)鐵礦粉、球團(tuán)鐵精粉的儲(chǔ)存及運(yùn)輸；2#原料棚實(shí)現(xiàn)燒結(jié)混勻料的儲(chǔ)存及運(yùn)輸；3#原料倉(cāng)實(shí)現(xiàn)高爐焦炭的儲(chǔ)存及運(yùn)輸；4#原料棚實(shí)現(xiàn)高爐塊礦、燒結(jié)燃料的儲(chǔ)存及運(yùn)輸，高爐噴吹用煤的卸料轉(zhuǎn)運(yùn)；5#原料鵬實(shí)現(xiàn)受卸功能及燒結(jié)預(yù)配料功能。主要技術(shù)指標(biāo)及設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)及設(shè)備表

3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1 全封閉料棚

為滿足最新的環(huán)保要求，避免料堆在露天儲(chǔ)存時(shí)的揚(yáng)塵，該項(xiàng)目采用全封閉料棚設(shè)計(jì)。全封閉料棚設(shè)計(jì)采用了球形網(wǎng)架和平行式網(wǎng)架等鋼結(jié)構(gòu)形式。料棚中最重的剪力墻儲(chǔ)料倉(cāng)單倉(cāng)重量達(dá)8 000 t。1#料棚球形網(wǎng)架高度53.65 m，長(zhǎng)度130 m，跨度96 m。擋墻高度21 m，最高的鋼筋混凝土懸臂柱達(dá)34 m；2#料棚球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度260 m，跨度130 m；3#料棚長(zhǎng)度214 m，跨度39 m；4#料棚長(zhǎng)度160 m，跨度60 m；5#棚為不規(guī)則平網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；原料場(chǎng)至生產(chǎn)區(qū)綜合帶式輸送機(jī)通廊雙層結(jié)構(gòu)，通廊頂部設(shè)電纜通廊，總長(zhǎng)360 m，其中跨道路的通廊跨度達(dá)45 m，寬度為8 m，高度為11 m，共分為上下3層。該封閉料棚部分結(jié)構(gòu)的跨度及高度全國(guó)少見(jiàn)，鋼結(jié)構(gòu)通廊跨度在全國(guó)也并不多見(jiàn)。

封閉料棚實(shí)現(xiàn)了采光、通風(fēng)、防風(fēng)、防雨、防凍、環(huán)保等功能，與露天料場(chǎng)相比，物料輸入、輸出為全封閉作業(yè)，減少風(fēng)雨引起的物料流損失95%以上[2]。料棚投產(chǎn)后效果見(jiàn)圖2。

圖2 料棚投運(yùn)后效果

3.2 預(yù)配料室

預(yù)配料室料倉(cāng)由于直徑較大，高度較高，如按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，只設(shè)計(jì)一個(gè)固定點(diǎn)向礦槽內(nèi)加料，會(huì)造成礦槽內(nèi)部無(wú)料空間較大，即降低了礦槽的填充率，對(duì)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)是極大的浪費(fèi)[3]。為了解決此問(wèn)題，結(jié)合原料場(chǎng)總圖布置，筒倉(cāng)頂部設(shè)置兩臺(tái)B=1 400可移動(dòng)重型卸料車，設(shè)備緊湊，可實(shí)現(xiàn)料倉(cāng)頂部多區(qū)域進(jìn)料，有效解決了填充率低的問(wèn)題。如布置單臺(tái)卸料車單個(gè)倉(cāng)損失倉(cāng)容達(dá)42.76 m3，而布置雙臺(tái)卸料車單個(gè)倉(cāng)容損失僅為3.85 m3，與單臺(tái)卸料車相比雙臺(tái)卸料車布置單個(gè)倉(cāng)容可增加38.91 m3。按9個(gè)鐵料倉(cāng)計(jì)算，可增加含鐵原料儲(chǔ)量770.42 t。與原2×265 m2燒結(jié)預(yù)配料室相比，各參數(shù)見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，新建預(yù)配料室預(yù)混能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原燒結(jié)預(yù)配料室，不但可滿足現(xiàn)有燒結(jié)機(jī)含鐵原料的生產(chǎn)運(yùn)行，而且滿足企業(yè)后期球團(tuán)礦含鐵原料的生產(chǎn)需求。

表2 原燒結(jié)預(yù)配料室與新建預(yù)配料室各參數(shù)比較

3.3 指數(shù)曲線斗嘴料倉(cāng)

預(yù)配料室總高35 m，單個(gè)鐵料倉(cāng)有效倉(cāng)容達(dá)到720 m3，且來(lái)料種類繁多，來(lái)料水分不穩(wěn)定，為改善含鐵料的流動(dòng)性，解決料倉(cāng)滯料問(wèn)題，避免形成環(huán)形拱料及死料層[4]，含鐵料倉(cāng)采用指數(shù)曲線斗嘴設(shè)計(jì)，倉(cāng)下設(shè)穩(wěn)流裝置。該預(yù)配料室料倉(cāng)投產(chǎn)運(yùn)行后，下料順暢，效果明顯。斗嘴設(shè)計(jì)計(jì)算公式如下[5，6]：

(1)

(2)

式中：x—與圓形截面對(duì)應(yīng)а角的各截面半徑，m；d0—卸料斗嘴下口尺寸，m；k—截面形狀系數(shù)，圓形截面，k=1.0；c1—收縮面積率，%；y—對(duì)應(yīng)于x的垂直距離，m；e—自然對(duì)數(shù)值；h—斗嘴高度，m；D—斗嘴上口尺寸，m。倉(cāng)斜段高10 m，分為10段，具體計(jì)算見(jiàn)表3，三維模型圖見(jiàn)圖3。

表3 指數(shù)曲線斗嘴設(shè)計(jì)計(jì)算表

圖3 指數(shù)曲線斗嘴三維模

3.4 卸料區(qū)半地下受料槽

考慮汽運(yùn)對(duì)環(huán)境及廠區(qū)交通壓力的影響，將所有汽車外購(gòu)原料放到5#料棚內(nèi)。半地下受料槽下可逆重型給料機(jī)給入帶式輸送機(jī)?？赡嬷匦徒o料機(jī)單臺(tái)處理能力達(dá)1 200 t/h，設(shè)備運(yùn)行可靠，增加了工藝流程的靈活性，可實(shí)現(xiàn)線路供料雙回路。若其中一條線路故障，不影響供料系統(tǒng)，增加檢修時(shí)間。卸料區(qū)域設(shè)置自動(dòng)卸料及完善的除塵系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)卸料區(qū)域主要污染源顆粒物排放濃度小時(shí)均值低于10 mg/m3，環(huán)保效果明顯。

3.5 大功率帶式輸送機(jī)

料場(chǎng)主線帶式輸送機(jī)運(yùn)量大，輸送距離長(zhǎng)，選擇合適的驅(qū)動(dòng)裝置、拉緊方式及拉緊行程是長(zhǎng)運(yùn)距帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)中既要考慮驅(qū)動(dòng)裝置軟啟動(dòng)或者變頻電機(jī)性能、輸送帶總長(zhǎng)度、力在輸送帶中的傳遞速度、輸送帶延展率、安裝時(shí)輸送帶張緊程度、輸送帶接頭長(zhǎng)度和安裝條件[7]，也需要根據(jù)實(shí)際工況，綜合考慮其他因素。本次設(shè)計(jì)通過(guò)分析比較確定了最優(yōu)驅(qū)動(dòng)及拉緊方式的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)中采用的幾種典型拉緊布置形式見(jiàn)圖4。從實(shí)用性和使用效果來(lái)看，多條大功率帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行穩(wěn)定，拉緊效果良好。

圖4 幾種典型拉緊裝置布置形式圖

3.6 智能化控制

智能化料場(chǎng)的遠(yuǎn)程控制，可優(yōu)化生產(chǎn)及管理人員結(jié)構(gòu)、提高生產(chǎn)效率[8]。該設(shè)計(jì)采用PLC控制系統(tǒng)，各個(gè)區(qū)域的操作監(jiān)控位于料場(chǎng)主控樓，各個(gè)作業(yè)點(diǎn)均能實(shí)現(xiàn)集中控制。項(xiàng)目實(shí)施后，自動(dòng)化水平提高效果顯著，設(shè)備操作簡(jiǎn)單高效，減少現(xiàn)場(chǎng)操作工，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，降低了設(shè)備故障的發(fā)生率，混勻料質(zhì)量也得到提升[9]，并對(duì)環(huán)保工序提供了必要的保障。汽車卸料作業(yè)見(jiàn)圖5。

圖5 汽車卸料作業(yè)

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)中國(guó)在逐步發(fā)展智能化無(wú)人運(yùn)行料場(chǎng)系統(tǒng)，未來(lái)大型料場(chǎng)智能化無(wú)人值守將成為普遍的要求[10]。該智能化全封閉綜合料場(chǎng)于2019年底投入使用，該綜合性料場(chǎng)設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，物料順暢，采用諸多新技術(shù)，對(duì)提高綜合技術(shù)水平，打造一流管理及控制企業(yè)有借鑒意義。