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        鋼鐵廠鐵水鐵渣運(yùn)輸組織優(yōu)化研究

        2022-08-22 04:23:16王興仁
        河南科技 2022年15期
        關(guān)鍵詞:鐵渣調(diào)運(yùn)碳鋼

        王興仁

        (1.西安交通工程學(xué)院交通運(yùn)輸學(xué)院,陜西 西安 710399;2.西安交通工程學(xué)院軌道交通未來(lái)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院,陜西 西安 710399)

        在鋼鐵廠內(nèi),鐵路運(yùn)輸是通過(guò)倒調(diào)廠內(nèi)的鐵水、鐵渣等物料,來(lái)保證燒結(jié)、煉鐵、煉鋼等鋼鐵主業(yè)的有序進(jìn)行。在國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)主業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大、自動(dòng)化程度不斷提高的背景下,一些老廠區(qū)出現(xiàn)“高爐—煉鋼—軋鋼”廠房整體布局不合理及運(yùn)輸能力緊張等問(wèn)題。本文以酒泉鋼鐵集團(tuán)公司老廠區(qū)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)酒鋼廠)鐵水鐵渣運(yùn)輸改進(jìn)為例,優(yōu)化鐵路運(yùn)輸組織,以期為同類(lèi)項(xiàng)目作參考。

        1 廠內(nèi)運(yùn)輸現(xiàn)狀

        1.1 鋼鐵主業(yè)工業(yè)流程

        酒泉鋼鐵廠內(nèi)鐵路運(yùn)輸是根據(jù)鋼鐵主業(yè)生產(chǎn)流程來(lái)進(jìn)行的保產(chǎn)運(yùn)輸。因此,先要對(duì)酒鋼鋼鐵主業(yè)的生產(chǎn)流程進(jìn)行分析,如圖1所示。

        由圖1可知,鋼廠采用先進(jìn)的工藝流程、生產(chǎn)線及設(shè)備設(shè)施,按照此工藝流程來(lái)配套相應(yīng)的“高爐—煉鋼—軋鋼”廠房整體布局及鐵水、鋼水運(yùn)輸方式,如圖2所示。

        圖1 酒鋼鋼鐵主業(yè)工藝流程圖

        廠內(nèi)的高爐區(qū)域、煉鋼區(qū)域、軋鋼區(qū)域通常布置緊湊,成“一”字形或“人”字形分布,運(yùn)輸比較順暢,很少用鐵路機(jī)車(chē)進(jìn)行調(diào)度作業(yè),環(huán)節(jié)1和環(huán)節(jié)2分別是高爐生產(chǎn)出的鐵水和煉鋼廠生產(chǎn)出的鋼水的運(yùn)送方式。

        針對(duì)環(huán)節(jié)1(高爐和煉鋼廠間的鐵水運(yùn)送方式),目前較先進(jìn)且應(yīng)用較多的方法有兩種,一是高爐和煉鋼之間用過(guò)跨連接,高爐鐵水用吊車(chē)直接吊入煉鋼車(chē)間;二是高爐鐵鉤直接與煉鋼混鐵爐連接,鐵水直接流入混鐵爐。第一種方法的前提是高爐是小高爐,第二種方法中的高爐可以是大高爐。

        在圖2環(huán)節(jié)2(煉鋼廠和軋鋼廠之間鋼水運(yùn)送方式)采用連鑄連軋工藝,使煉鋼廠和軋鋼廠由兩個(gè)車(chē)間變成了一個(gè)車(chē)間[1-2],這一技術(shù)的應(yīng)用將大大節(jié)省煉鋼廠的占地面積,并取消車(chē)間內(nèi)的鐵路調(diào)運(yùn)作業(yè),使生產(chǎn)更加順暢。

        1.2 運(yùn)輸現(xiàn)狀

        在鋼鐵廠內(nèi),鐵路運(yùn)輸站的任務(wù)是做好5座高爐(1#、2#、3#、4#、7#)、3個(gè)煉鋼(煉軋廠煉鋼、碳鋼薄板廠煉鋼、不銹鋼煉鋼)、2座篩焦?fàn)t(1#、2#)的保產(chǎn)運(yùn)輸任務(wù),該運(yùn)輸站內(nèi)的車(chē)場(chǎng)及分工見(jiàn)表1。

        表1 站內(nèi)車(chē)場(chǎng)及分工

        在圖2環(huán)節(jié)2中,碳鋼薄板廠、不銹鋼廠及煉軋廠都采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備設(shè)施,和前文所述的工序類(lèi)似,有些物料可用汽車(chē)進(jìn)行短途運(yùn)輸,無(wú)須進(jìn)行鐵路調(diào)運(yùn)作業(yè),酒鋼生產(chǎn)的主要矛盾在環(huán)節(jié)1。

        在圖2環(huán)節(jié)1中,用于鋼廠生產(chǎn)的3、4、5、6號(hào)高爐和碳鋼薄板廠車(chē)間緊挨著,用前文所述的第一種方法,即3、4、5、6號(hào)高爐生產(chǎn)的鐵水通過(guò)過(guò)跨,用吊車(chē)直接吊入到碳鋼薄板廠煉鋼車(chē)間,而其他三個(gè)高爐(1、2、7號(hào))與煉鋼廠的距離較遠(yuǎn),鐵水通過(guò)機(jī)車(chē)進(jìn)行倒調(diào)運(yùn)輸,圖3為酒鋼7個(gè)高爐和3個(gè)煉鋼廠的整體布局及鐵水調(diào)運(yùn)距離和調(diào)運(yùn)時(shí)間分布圖。

        圖2 現(xiàn)代化“高爐-煉鋼-軋鋼”布局圖

        圖3 鐵水運(yùn)往方向

        圖3中d為火車(chē)調(diào)運(yùn)距離(km);t為調(diào)運(yùn)時(shí)間(min);箭頭為鐵水運(yùn)送方向。目前,1、2、7號(hào)高爐生產(chǎn)的鐵水由鐵水灌承載用火車(chē)按就近原則調(diào)運(yùn)至各個(gè)煉鋼車(chē)間(即7#高爐生產(chǎn)的鐵水一般運(yùn)往碳鋼薄板廠的煉鋼車(chē)間,1#、2#高爐生產(chǎn)的鐵水運(yùn)往煉軋廠和不銹鋼廠煉鋼車(chē)間)。受酒鋼“高爐-煉鋼”廠房的整體布局和高爐工藝限制,除運(yùn)送鐵水外,還得用機(jī)車(chē)運(yùn)送1、2、3、4號(hào)高爐生產(chǎn)的鐵渣(5、6、7號(hào)高爐為水沖渣,用汽車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸)。目前,鋼廠內(nèi)高爐保產(chǎn)共用機(jī)車(chē)16臺(tái)。其中,鑄鐵區(qū)共使用4臺(tái)機(jī)車(chē),1號(hào)高爐南、北場(chǎng)陪伴出鐵各1臺(tái),2號(hào)高爐陪伴出鐵1臺(tái),煉軋廠鋼渣調(diào)運(yùn)翻卸1臺(tái);煉鐵站使用12臺(tái)機(jī)車(chē),不銹鋼、碳鋼薄板廠的鋼渣調(diào)運(yùn)翻卸各1臺(tái),1號(hào)高爐陪伴出渣1臺(tái),2號(hào)高爐南、北場(chǎng)陪伴出渣各1臺(tái),3、4號(hào)高爐倒調(diào)渣灌1臺(tái),7號(hào)高爐南、北、西場(chǎng)陪伴出鐵各1臺(tái),其余3臺(tái)均為鐵渣上渣場(chǎng)翻卸用車(chē),高爐保產(chǎn)運(yùn)輸一線職工約500人。

        1.3 瓶頸分析

        造成“高爐-煉鋼”廠房整體布局不合理及鐵路運(yùn)輸緊張的原因有3方面:一是鋼廠煉鐵工序建成時(shí)間較早,而現(xiàn)代化煉鋼工序和軋鋼工序是后期新建項(xiàng)目,廠區(qū)整體規(guī)劃布置及運(yùn)輸方式跟不上生產(chǎn)工序的改進(jìn),這是歷史遺留問(wèn)題;二是高爐工藝比較落后,現(xiàn)代新型高爐的鐵渣處理采用的是水沖渣,目前僅有5、6、7號(hào)高爐為水沖渣,而1、2、3、4號(hào)高爐為熱渣,要通過(guò)鐵路進(jìn)行運(yùn)送;三是廠內(nèi)鐵路設(shè)備落后,自動(dòng)化程度低,運(yùn)輸組織有待優(yōu)化。

        2 優(yōu)化措施

        2.1 減少倒調(diào)作業(yè)

        通常情況下,原有1號(hào)高爐出一次鐵要有7個(gè)渣罐、2臺(tái)機(jī)車(chē)進(jìn)行陪伴作業(yè)。在經(jīng)過(guò)大修后,將1號(hào)高爐鐵渣改為水沖渣,然后用汽車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸即可,可減少兩臺(tái)作業(yè)機(jī)車(chē),且拆除原有倒渣線路,將直接減輕鐵路運(yùn)輸?shù)呢?fù)擔(dān)。2號(hào)高爐通常情況下出一次鐵需配5個(gè)渣罐,在將鐵渣改成水沖渣后,可減少作業(yè)機(jī)車(chē)2臺(tái)。

        碳鋼薄板廠爐渣通過(guò)渣罐車(chē)運(yùn)往爐渣跨,用起重機(jī)將渣罐吊至火車(chē)上,要用1臺(tái)機(jī)車(chē)進(jìn)行倒調(diào)并運(yùn)至渣場(chǎng),會(huì)與3、4號(hào)高爐的倒渣作業(yè)形成交叉進(jìn)路,不利于安全作業(yè)。碳鋼薄板廠可建成爐渣就地處理回收系統(tǒng),爐渣在其廠房側(cè)旁進(jìn)行回收處理,這樣不僅減少1臺(tái)機(jī)車(chē)作業(yè),還避免與3、4號(hào)爐倒渣形成交叉作業(yè)。

        2.2 均衡機(jī)車(chē)使用效率

        根據(jù)鐵水鐵渣的流向和流量,詳細(xì)分析調(diào)車(chē)作業(yè)的可轉(zhuǎn)嫁性,將一些可轉(zhuǎn)嫁的調(diào)車(chē)運(yùn)輸作業(yè)從負(fù)荷較重的機(jī)車(chē)轉(zhuǎn)向負(fù)荷相對(duì)較輕的機(jī)車(chē)[3],使所有機(jī)車(chē)的作業(yè)繁忙程度大體相同,如果出現(xiàn)運(yùn)量無(wú)法調(diào)整且運(yùn)力難以保證的情況時(shí)[4-5],可視情況增加機(jī)車(chē)的數(shù)量,從而確保作業(yè)任務(wù)能及時(shí)完成,提高作業(yè)計(jì)劃的兌現(xiàn)率。

        2.3 建立智慧調(diào)度系統(tǒng)

        目前,所有的調(diào)車(chē)作業(yè)計(jì)劃都是由車(chē)站調(diào)度員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行編制的,而現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)則處于動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程中,因此應(yīng)用信息化技術(shù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,便于管理,且能防止在鐵水鐵渣運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)中出現(xiàn)沖突。該系統(tǒng)以鐵水鐵渣運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)圖、最短路、進(jìn)路選擇為基礎(chǔ)[6],以統(tǒng)籌階段內(nèi)的所有調(diào)車(chē)作業(yè)為目標(biāo),通過(guò)調(diào)度算法來(lái)消除作業(yè)沖突,實(shí)現(xiàn)智慧調(diào)車(chē)。該系統(tǒng)主要由調(diào)度計(jì)劃、調(diào)車(chē)計(jì)劃、作業(yè)過(guò)程仿真、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等模塊構(gòu)成[7-8]。

        2.4 改進(jìn)設(shè)備

        鐵路運(yùn)輸作業(yè)涉及車(chē)、機(jī)、工、電、輛五大系統(tǒng)[9],應(yīng)用設(shè)備的種類(lèi)繁多,任何一項(xiàng)行車(chē)上的作業(yè)都要由多種設(shè)備來(lái)完成[10]。因此,通過(guò)采用先進(jìn)的運(yùn)輸設(shè)備,不僅能減少人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,還可提高作業(yè)速度和安全系數(shù),使運(yùn)輸作業(yè)能夠平穩(wěn)有序地高效運(yùn)作。

        2.4.1 自動(dòng)摘鉤系統(tǒng)。調(diào)車(chē)員在高爐下進(jìn)行作業(yè)時(shí),如發(fā)生鐵水外濺或跑鐵現(xiàn)象,容易導(dǎo)致人員被灼傷。因此,可將傳統(tǒng)手動(dòng)摘掛車(chē)鉤改造成自動(dòng)摘掛車(chē)鉤。自動(dòng)摘掛鉤裝置由信息傳感、動(dòng)作執(zhí)行、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及系統(tǒng)控制組成,信息感知部分通過(guò)攝像頭、傳感器等設(shè)備來(lái)采集車(chē)鉤的狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)速度等信息[11-12];系統(tǒng)控制部分主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并發(fā)送指令;動(dòng)作執(zhí)行部分主要完成調(diào)整車(chē)鉤位置和摘掛鉤;動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分主要是給各系統(tǒng)單元提供動(dòng)力。自動(dòng)摘鉤系統(tǒng)組成如圖4所示。

        圖4 自動(dòng)車(chē)鉤系統(tǒng)組成

        2.4.2 機(jī)車(chē)無(wú)人駕駛系統(tǒng)。鋼鐵廠區(qū)內(nèi)的機(jī)車(chē)司機(jī)在鐵水鐵站的調(diào)運(yùn)工作中,長(zhǎng)時(shí)間處于粉塵、高溫、噪音的環(huán)境中,不僅影響作業(yè)效率,還對(duì)工作人員的安全造成威脅,因此有必要設(shè)計(jì)出機(jī)車(chē)無(wú)人駕駛系統(tǒng),該系統(tǒng)的工作原理見(jiàn)圖5。該系統(tǒng)可分為上下兩部分。在上層系統(tǒng)中,首先對(duì)傳感器接收到的信息進(jìn)行整合,接著通過(guò)處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法分析,最后輸出相應(yīng)的機(jī)車(chē)指令(起動(dòng)、停止、加減速等);下層控制系統(tǒng)根據(jù)上層系統(tǒng)的指令來(lái)控制列車(chē)的運(yùn)行,并將執(zhí)行情況實(shí)時(shí)反饋給上層系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)的無(wú)人化和智慧化控制。

        圖5 機(jī)車(chē)無(wú)人駕駛系統(tǒng)

        3 結(jié)論

        隨著酒鋼鋼鐵主業(yè)工藝的技術(shù)革新,廠區(qū)鐵路的總圖設(shè)計(jì)及運(yùn)輸組織方式也要不斷進(jìn)行優(yōu)化。在廠區(qū)鐵路總圖設(shè)計(jì)方面,要用發(fā)展的眼光做出規(guī)劃,在設(shè)計(jì)中要根據(jù)廠區(qū)布置、地形地貌、外部協(xié)作、運(yùn)輸組織等,來(lái)確定廠區(qū)內(nèi)鐵路建設(shè)的固定端和發(fā)展端,在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就做好高爐保產(chǎn)與鐵水鐵渣運(yùn)能相匹配。在鐵水鐵渣智慧調(diào)度方面,通過(guò)應(yīng)用均衡機(jī)車(chē)、改進(jìn)運(yùn)輸設(shè)備(自動(dòng)摘掛鉤系統(tǒng)、機(jī)車(chē)無(wú)人駕駛系統(tǒng))等,實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵水鐵渣的安全高效運(yùn)輸,為鐵水鐵渣運(yùn)輸向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展提供參考。

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