文/郭鵬輝 黃磊 叢征

隨著我國鋼鐵積蓄量逐漸增加，以生產(chǎn)常規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的短流程布局還未開始；生產(chǎn)常規(guī)性、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的鋼鐵企業(yè)亟需開辟一條綠色、高效、低成本的商業(yè)模式，因此規(guī)劃智能網(wǎng)絡(luò)型鋼廠有較大的戰(zhàn)略機(jī)遇。本文以短流程鋼廠總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)為研究對象，探討實(shí)現(xiàn)綠色、高效、低成本為商業(yè)模式的價值創(chuàng)造方式。實(shí)現(xiàn)“流程、分布式、網(wǎng)絡(luò)型、平臺化”的智能網(wǎng)絡(luò)型鋼廠的結(jié)構(gòu)布點(diǎn)，豐富具有示范性、可復(fù)制、高難度、有實(shí)效的智慧制造理論體系。

1.引言

隨著2018年生態(tài)環(huán)境部頒發(fā)的《鋼鐵企業(yè)超低排放工作方案》，2018年6月國務(wù)院印發(fā)《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動》的實(shí)施，超低排放和環(huán)保高壓起到了抑制產(chǎn)能、環(huán)保投資增加的作用，這將倒逼部分鋼鐵企業(yè)產(chǎn)能退出或進(jìn)行工藝流程調(diào)整。完善鋼鐵產(chǎn)業(yè)布局、改造城市鋼廠、提升電爐鋼的比例，以極致標(biāo)準(zhǔn)化、極致低成本、極致高效率、極致低排放理念貫穿于工程設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)、運(yùn)維各個方面，引領(lǐng)我國鋼鐵工業(yè)短流程生產(chǎn)的發(fā)展。

2.總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)的相關(guān)概述

總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)是一項(xiàng)關(guān)系到鋼鐵企業(yè)整體規(guī)劃的一項(xiàng)重要工作。它不僅直接關(guān)系到鋼鐵企業(yè)總平面布置以及廠址的選擇，同時也是廠區(qū)內(nèi)管線的綜合布局設(shè)計(jì)以及廠區(qū)運(yùn)輸?shù)缆肪W(wǎng)的規(guī)劃的重要因素[1]?？倛D運(yùn)輸設(shè)計(jì)的本質(zhì)目的是科學(xué)規(guī)劃使用寶貴有限的土地資源，充分挖掘土地的使用價值，優(yōu)化鋼鐵企業(yè)工藝流程，提高運(yùn)輸?shù)男?，做到?jié)約環(huán)保的同時，保證物流信息的準(zhǔn)確性執(zhí)行。設(shè)計(jì)工作主要包括了廠區(qū)功能劃分、物料流程優(yōu)化、內(nèi)部生產(chǎn)及生活銜接、廠區(qū)與外部資源交換、外部環(huán)境與內(nèi)部環(huán)境整合等多方面的內(nèi)容。

3.制約鋼鐵企業(yè)總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素

3.1 地形、地質(zhì)和地貌因素對總圖的影響。鋼廠總圖運(yùn)輸?shù)脑O(shè)計(jì)會受地形地質(zhì)地貌等重要因素制約。通常鋼廠企業(yè)的建廠選址，大多為丘陵地形或者是山區(qū)地帶。這樣做一方面是出于對耕地的保護(hù)考慮，通常不會選擇平原地形作為鋼廠的選址，另一方面，鋼廠特定的工藝流程決定了鋼廠的占地規(guī)模通常較大，對建廠的選址也帶來一定的難度[2]。作為丘陵和山區(qū)而言，地質(zhì)情況通常又較為復(fù)雜，就加大了地質(zhì)多樣性的概率。地質(zhì)的穩(wěn)定性對總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)至關(guān)重要，設(shè)計(jì)者更需要對廠區(qū)內(nèi)的地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查研究，設(shè)計(jì)工作中要充分考慮地貌和地形條件，諸如是否存在滑坡流沙危險等[3]。對于氣象等因素的影響也要充分考慮，通常將環(huán)保性好的全場性公鋪設(shè)施布置在生產(chǎn)車間的上風(fēng)向。

3.2 總平面布置因素對總圖的影響。鋼鐵企業(yè)廠區(qū)內(nèi)各地塊用地都有獨(dú)特的職能，不同的分區(qū)作為各生產(chǎn)分區(qū)，結(jié)合各自生產(chǎn)職能，例如煉鋼、連鑄等工藝。通過整體布局規(guī)劃，組合成為總平面圖構(gòu)成的綜合體。同時，各個生產(chǎn)工序在遵循生產(chǎn)工藝和程序進(jìn)行協(xié)調(diào)安排，優(yōu)化組合生產(chǎn)因素，例如各主要生產(chǎn)設(shè)備的安裝位置、廠區(qū)內(nèi)建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)、物料運(yùn)輸路徑和交界面設(shè)置等。通過總圖的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以有效地提高物料的運(yùn)輸效率和降低能源的消耗。同時，由于鋼鐵企業(yè)間在管理模式、總圖布置方式等做法上有很大差異，即使對于相同功能的生產(chǎn)分區(qū)，也都不具有可復(fù)制性。這就使得對總圖運(yùn)輸?shù)囊?guī)劃設(shè)計(jì)要做到因地制宜，在滿足各實(shí)際鋼廠廠區(qū)總圖的整體規(guī)劃的限制前提下，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的路徑規(guī)劃。只有這樣才能更好地服務(wù)于鋼廠建設(shè)長遠(yuǎn)規(guī)劃，并做出科學(xué)合理的預(yù)留。

3.3 鐵路、道路及碼頭對總圖的影響。我國的鋼廠選址地點(diǎn)大多數(shù)位于內(nèi)陸省份，目前鐵路運(yùn)輸成為鋼廠外部運(yùn)輸?shù)闹饕?。鐵路中的接軌條件是總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)的重要考慮因素。對于廠內(nèi)鐵路布置來說，應(yīng)最大可能地保證專用線的效率，一方面做到來料直接入庫或加工產(chǎn)線，另一方面還需考慮產(chǎn)出成品的快速疏散。結(jié)合實(shí)際廠區(qū)地形，還應(yīng)充分考慮鐵路線進(jìn)廠角度，占地面積和線路構(gòu)造等因素直接影響到總圖的規(guī)劃。最大限度地實(shí)現(xiàn)停車及裝卸作業(yè)地點(diǎn)軌道的水平度，若實(shí)際產(chǎn)地?zé)o法滿足條件，也可以利用大半徑的彎道上進(jìn)行停車及裝卸作業(yè)。對于水運(yùn)，它包括兩部分:碼頭的海岸線狀況和內(nèi)河航道狀況。碼頭的位置決定了當(dāng)前和未來船舶的大小，航道的狀況決定了專用碼頭的規(guī)模。碼頭的位置受水運(yùn)量、可用海岸線長度、港口深度、海速、海浪大小和船尾支撐設(shè)施位置的影響。鋼鐵企業(yè)的總體結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在材料的輸入和輸出上。碼頭的布局決定了船舶現(xiàn)在和將來的大小。碼頭設(shè)置受水運(yùn)量、可用海岸線長度、波浪大小和后支撐位置的影響。對工廠和鋼鐵企業(yè)總體布局的影響主要體現(xiàn)在物料的進(jìn)、出方向方面。

4.優(yōu)化總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)手段

4.1 加大信息化管理系統(tǒng)的建設(shè)。鋼鐵企業(yè)運(yùn)輸范圍廣，原材料采購、運(yùn)輸、加工等環(huán)節(jié)手續(xù)嚴(yán)密，可能造成嚴(yán)重的成本損失，降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化管理，鋼鐵企業(yè)必須通過互聯(lián)網(wǎng)建立完善的物流運(yùn)輸信息系統(tǒng)，鋼鐵企業(yè)各生產(chǎn)部門通過互聯(lián)實(shí)現(xiàn)信息共享，提高工作效率，有效提高管理水平。

4.2 深度細(xì)化分析運(yùn)輸物料的運(yùn)輸特征。鋼廠在生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會涉及多種多樣的物料，物料又存在著很大的差異性。所以，在做總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)過程中，針對物料的運(yùn)輸特性之間存在的差異，細(xì)化制定運(yùn)輸方案，從而實(shí)現(xiàn)高效、低能耗的總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)目標(biāo)。物料的構(gòu)成中，固體物料占有比重最大，原料固體包括廢鋼、生鐵等。產(chǎn)出的成品固體主要包括鋼材鋼錠鐵合金以及部分廢料等；其中鋼錠和鋼坯有別于其他固體物料，具有紅熱高溫等特點(diǎn)，更適宜于鐵路運(yùn)輸方式。氣體的物料包括蒸汽、壓縮空氣、天然氣、氧氣、氮?dú)庖约懊簹獾?；根?jù)氣體穩(wěn)定性的差異采取不同的運(yùn)輸策略，結(jié)合運(yùn)輸方式和特點(diǎn)制定完善齊全的運(yùn)輸方案。從而使得物料運(yùn)輸體系更好地服務(wù)于生產(chǎn)運(yùn)行，保證和諧安全地完成鋼廠的物料運(yùn)輸任務(wù)，為提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的同時，增強(qiáng)公司的運(yùn)輸手段。

4.3 科學(xué)優(yōu)化充分利用現(xiàn)場實(shí)地特點(diǎn)。一般來說，不同的運(yùn)輸方式對坡度有不同的要求，例如軌道交通和汽車運(yùn)輸對相同地方的平整度有不同的要求。軌道交通占地地面積大且地面平整度對其影響較大，相比之下，汽輸則具有較高的爬坡能力和對坡度的適應(yīng)性。同時，地面的高度差也會對運(yùn)輸方式產(chǎn)生一定的影響，對于現(xiàn)場坡度較大的情況，則在設(shè)計(jì)時設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮臺階的高度和垂直場所的傳遞方式。以最大限度地減少坡度對交通格局的影響。此外，工廠在選擇內(nèi)外運(yùn)輸方式時，要對場地的總體布局和運(yùn)輸?shù)目傮w情況進(jìn)行合理、完整、科學(xué)的分析，以改進(jìn)運(yùn)輸?shù)恼w設(shè)計(jì)。

5.案例設(shè)計(jì)與應(yīng)用

結(jié)合以上研究與分析，本文結(jié)合BW 鋼鐵擬建項(xiàng)目展開了探索與應(yīng)用。根據(jù)BW 整體發(fā)展規(guī)劃，擬建設(shè)短流程鋼廠，首期選址于廣東省QY市，建設(shè)年產(chǎn)135萬噸的短流程鋼鐵基地。鋼鐵基地占地面積約16.4萬平方米，地塊呈近似梯形，東西向長約700米，南北向?qū)捈s177.36米。依據(jù)總體設(shè)計(jì)概念，物料流向和環(huán)保要求，為減少廠區(qū)環(huán)境污染，將環(huán)保性好的全廠性公鋪設(shè)施布置在生產(chǎn)車間的上風(fēng)向。主車間、公共設(shè)施、渣處理等均按設(shè)備的功能及特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的功能分區(qū)。煉鋼、連鑄、軋鋼車間聯(lián)合布置，集中布置于本次擬用場地的南側(cè)。除塵設(shè)施緊鄰鋼鐵連鑄車間西側(cè)布置。渣處理單元布置在煉鋼車間的北側(cè)，便于爐渣的運(yùn)輸處理，物料流向圖如圖1所示。在軋鋼車間北側(cè)布置全廠水處理站，制氧站、空壓站布置于場地東北角。全廠操控中心及生活設(shè)施設(shè)置于制氧單元南側(cè)，廠區(qū)最東側(cè)處?？偨挡贾糜诳拷鞅苯菑S界處，便于外部電源接入。廠區(qū)四周設(shè)置圍墻，暫設(shè)置兩個出入口，1個在廠區(qū)北側(cè)，入口處設(shè)置2臺汽車衡，為主要原料物流運(yùn)輸出入口，1個設(shè)置在廠區(qū)東側(cè)，為人員出入口及成品出廠通道。通過總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)理論的結(jié)合，很好地完成了此次設(shè)計(jì)任務(wù)。因地塊尚未最終確定，本工程場地暫按平坡式考慮，場地標(biāo)高與地塊周邊單元相一致，與周圍存在高差的場地采用擋墻或護(hù)坡連接。具體場地標(biāo)高及土石方量待后續(xù)具備條件后確定。廠區(qū)雨水采用有組織排水，場地雨水經(jīng)雨水口匯集，采用暗管系統(tǒng)匯入雨排水管網(wǎng)中，最后統(tǒng)一排入全廠的雨水管網(wǎng)內(nèi)排入城市市政管網(wǎng)系統(tǒng)。本工程廠外運(yùn)輸采用公路運(yùn)輸方式?？傔\(yùn)輸量約為323萬噸，其中運(yùn)入約164萬噸，運(yùn)出159萬噸。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)對產(chǎn)生的廢氣、廢水、噪聲和固體廢棄物污染均采取了當(dāng)前國內(nèi)外先進(jìn)的行之有效的末端治理技術(shù)和措施，除采用多套除塵系統(tǒng)外，對車間內(nèi)修爐、修包及渣處理區(qū)域做好隔離設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照“三同時”的原則，切實(shí)保障環(huán)保措施的實(shí)施，并嚴(yán)格加強(qiáng)監(jiān)督管理和考核。保證持續(xù)降低單位產(chǎn)品的綜合能耗水平，同時也可將廢氣、廢水、噪聲和固體廢棄物對區(qū)域環(huán)境的影響降低到最小限度。

圖1 物料流向圖

6.結(jié)束語

通過以上研究分析，并結(jié)合具體應(yīng)用案例實(shí)踐探索，不難看出總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，多約束條件互相制約，遇到的問題錯綜復(fù)雜。為設(shè)計(jì)工作帶來很大難度。設(shè)計(jì)實(shí)施過程需不斷綜合考慮總平面圖，結(jié)合鋼廠工藝特點(diǎn)，充分利用信息化技術(shù)手段，增強(qiáng)與外部配套市政的溝通協(xié)調(diào)，靈活處置遇到的場地地質(zhì)條件問題。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，可以提高鋼鐵企業(yè)的運(yùn)行效率，增強(qiáng)企業(yè)行業(yè)內(nèi)的市場競爭力，更好地助力鋼鐵企業(yè)優(yōu)質(zhì)長遠(yuǎn)健康發(fā)展。