太原重工大型鑄鍛件國產(chǎn)化研制項(xiàng)目設(shè)計(jì)

朱吉祿 郝立文

(中國中元國際工程公司，北京 100089)

1 項(xiàng)目概述

太原重工股份有限公司大型鑄鍛件國產(chǎn)化研制項(xiàng)目是其實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品升級換代、產(chǎn)能擴(kuò)大、產(chǎn)品等級提高、市場國際化的重大戰(zhàn)略決策。該項(xiàng)目的基建工程有大型煉鑄鋼、鍛造熱處理車間，廢鋼鐵處理車間，聯(lián)合泵站，總降壓站的新建及部分站房的改擴(kuò)建，另有機(jī)加車間尚待啟動。新增的主要工藝設(shè)備有80 t 電弧爐，120 t 四工位鋼包精煉爐，500 kg/h 蒸汽噴射真空泵，500 t 級真空鑄錠室;125 MN 雙柱斜置油壓快鍛機(jī)，450 t 鍛造起重機(jī)，180 t/400 t-m 鍛造操作機(jī);?3 200 m×22 m井式爐、6 m×12 m×5 m 臺車式熱處理爐;260 mm 雙立柱落地銑鏜床等。這些大型設(shè)備可分別滿足500 t 鑄鋼件的鑄造與機(jī)械加工，500 t 級雙真空鍛造鋼錠、300 t 級鍛件的生產(chǎn)，250 t 級大軸、?4 800 mm 筒節(jié)鍛件的熱處理。該項(xiàng)目總建筑面積約為10 萬平方米，總投資約15 億元。通過深入的了解與溝通，憑借在工程設(shè)計(jì)方面豐富的經(jīng)驗(yàn)與雄厚的實(shí)力，中元國際獲得了該項(xiàng)目中聯(lián)合泵站工程及超大型鑄鍛車間工程的設(shè)計(jì)。

2 鑄鍛車間的設(shè)計(jì)方案

2.1 合理配置鑄鍛產(chǎn)能

萬噸級自由鍛壓機(jī)在全世界擁有的臺數(shù)屈指可數(shù)，是生產(chǎn)大型鍛件所不可或缺的設(shè)備。而大型鑄鋼件則國內(nèi)外不乏生產(chǎn)者，并且還可通過鑄焊結(jié)合、以焊代鑄方式獲得。大型鑄鍛件的附加價(jià)值之差一般為數(shù)倍乃至數(shù)十倍。因此大型鑄鍛企業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分發(fā)揮其壓機(jī)的能力。

太重原來的初步設(shè)計(jì)(以下簡稱原設(shè)計(jì))是:煉鑄鋼主廠房內(nèi)墻內(nèi)面積(以下簡稱面積)為35 750 m2，其中煉鋼13 350 m2占37.34%，鑄鋼為22 400 m2占62.66%。煉鋼真空鑄錠室5 個，約為125 MN 壓機(jī)正常配套能力的60%左右;鑄鋼造型、制芯、合箱、澆注(以下簡稱鑄造)面積8 500 m2，其單項(xiàng)產(chǎn)能至少可達(dá)30 000 t/a，是擬定生產(chǎn)綱領(lǐng)的2 倍;鍛造、熱處理、機(jī)加工車間總面積為30 677.5 m2，合并在一個5 連跨的聯(lián)合廠房內(nèi)，產(chǎn)能甚少，又相互干擾。由此看出，原設(shè)計(jì)的比例分配失衡，使鑄鍛產(chǎn)能設(shè)置不合理。

本設(shè)計(jì)對煉鑄鋼車間在總面積適當(dāng)減少以改善區(qū)域總圖環(huán)境的前提下，將煉鋼與鑄鋼面積比例調(diào)整為43.19∶56.81。調(diào)整后煉鋼增加的面積，主要用于鍛造鋼錠生產(chǎn)能力的提高。調(diào)整前后情況對比見表1、表2。本設(shè)計(jì)還將聯(lián)合廠房全部改作鍛熱生產(chǎn)，并重新進(jìn)行工藝設(shè)備的布置，使之成為較為正規(guī)的鍛造、熱處理車間。對于機(jī)加工則按擇地另建進(jìn)行處理。

表1 煉鑄鋼車間總面積調(diào)整前后情況對比Table 1 Comparison of gross area situations before and after adjustment of the steel melting and foundry work

表2 煉鑄鋼車間真空鑄錠與鑄鋼件調(diào)整前后情況對比Table 2 Vacuum ingot casting situations comparison and casting steel situations comparison before and after adjustment of the melting and foundry work

2.2 鏡像總圖使鍛壓寬松

原設(shè)計(jì)125 MN 壓機(jī)離鋼錠熱運(yùn)平車道太近，其中心距僅為28 m，未能為鍛造起重機(jī)留出應(yīng)有的操作場地，使壓機(jī)被緊緊地束縛著難以發(fā)揮作用。本設(shè)計(jì)在總圖上對煉鑄鋼車間采用了鏡像布置處理，并將鋼錠熱運(yùn)平車道盡可能地向北偏移，這樣使兩者的中心距增大到56.5 m，保證了鍛造起重機(jī)的操作空間，壓機(jī)的作用得以充分發(fā)揮。

由于上述區(qū)域總圖布置的調(diào)整，將煉鋼爐全部由車間的南邊鏡像到了北邊，這樣無形之中將DN500 和DN600 各2 根循環(huán)冷卻水管通往聯(lián)合泵站的距離縮短了200 m 左右。

2.3 廠房建筑的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

(1)起重參數(shù)

在鍛熱運(yùn)輸起重機(jī)等級的確定上，中元的經(jīng)驗(yàn)是盡可能地將大噸位小跑車改為小噸位的雙小車，這樣大車輪壓有一定幅度的降低，既可使廠房起重等級適當(dāng)降低，又不影響大件的吊運(yùn)，更可方便大多數(shù)中小件機(jī)動靈活的吊運(yùn)。為此本設(shè)計(jì)將部分250 噸級小跑車改成了125 噸級雙小車。

原設(shè)計(jì)特大件鑄造設(shè)在鑄錠跨，本設(shè)計(jì)為增加鍛造鋼錠的生產(chǎn)能力將其調(diào)整到原鑄造跨，起重機(jī)由一層改為雙層，起重等級由260 t 改為上層320 t，下層150 t，軌高分別為21.5 m 和14 m。鑄錠跨起重機(jī)上下層等級為320 t 和260 t，軌高27 m 和17 m 保持不變。這樣中柱形成了四層起重機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)困難，柱間布滿水平制動桁架以致高位砂斗難以設(shè)置。筆者認(rèn)為中柱四層起重機(jī)及其軌高的合理性，以及鑄錠下層保留260 t 等級的必要性還有待深入考量。

先從清理跨粗加工跨軌高看，受鑄造跨下層影響，由17 m 降為14 m 后，不利于大件翻身操作。雖然本設(shè)計(jì)中因在靠近鑄造跨，個別需要翻身的大件可通過過跨倒運(yùn)來得到彌補(bǔ)，但是熱處理爐爐門提升高度受到限制，致使?fàn)t膛高度有所降低，對裝爐量特別是大件裝爐高度可能會帶來一定的影響。鑄錠下層的260 t 起重機(jī)，對于400 t 級及其以上特大鋼錠的配模操作上，在粗煉鋼的出爐和精煉鋼的澆注時(shí)是需要的。但前種用途因量少又有上層起重機(jī)可用，因此除洛陽中信外，一重二重等均按150t 配置，且曾用于60 t 平爐100 t 普通鋼包出成品鋼;后種用途目前國內(nèi)尚無先例。若決定采用則要對影響起吊高度的各種因素，如起重機(jī)吊鉤極限高度，鋼包車載真空罐口、真空鑄錠室蓋頂O 型圈的標(biāo)高，中間包、精煉包、吊具的高度等一一進(jìn)行核定，以確定其軌頂?shù)暮侠順?biāo)高。本設(shè)計(jì)事先未作此考慮，經(jīng)核定軌高不夠。在將起重機(jī)吊鉤改為龍門鉤后可得以滿足，但不夠靈活，建議在龍門鉤橫梁上增設(shè)一耐熱鋼吊鉤。

此外，對廢鋼鐵車間(西區(qū)倉庫)和爐料庫的配料，曾建議用小料籃在爐料庫的過跨平車上倒入大料籃，再過跨后由電爐加料起重機(jī)加料。這樣可以將廠房由125 噸級降為50 噸級，以減少工程的造價(jià)。

(2)廠房跨度與插入距

原設(shè)計(jì)廠房的跨度與國內(nèi)外同類同等級車間相比，明顯感到鑄造跨、清理跨(27 m)偏小，粗加工跨(24 m)嚴(yán)重偏小，鍛造跨、井式爐跨(36 m)較富裕，其它跨有寬有窄不盡相同。原設(shè)計(jì)廠房的插入距煉鑄鋼為5.6 m，鍛熱為7.3 m，均顯得冗余。本設(shè)計(jì)在確保各跨廠房功能不受影響而且廠房水平制動安全的條件下，對跨度及插入距進(jìn)行了必要的調(diào)整，詳見表3。

從表3 看，煉鑄鋼通過對冗余插入距的調(diào)整，在總寬僅增加1.7 m 的情況下，鑄造、清理二跨均由27 m 拓寬到30 m，使原跨從單排操作嫌寬、雙排操作嫌窄的窘?jīng)r中擺脫出來，面積的利用效率得以大幅度提升。這也是表1 中鑄鋼面積減少產(chǎn)能卻不降反升的原因之所在。鑄錠跨原設(shè)計(jì)33 m 是合理的，減少1.5 m 是出于對全局的考慮。減少后起重機(jī)上層跨度為29.5 m，與一重相同而大于二重的28 m，是完全可行的。至于粗加工跨未加寬則實(shí)屬總圖寬度所限。鍛熱車間通過對廠房跨度和少數(shù)起重機(jī)跨度、冗余插入距的調(diào)整，并考慮車間東消防通道需適當(dāng)加寬，在總寬度減少2 m 的情況下，在聯(lián)合廠房中間增加了一跨18 m的露天庫，以解決輔具和毛坯的存放。這樣設(shè)計(jì)還使鍛熱分開，使車間的通風(fēng)和采光得以根本性的改善。

(3)屋面建筑型式

鑄鍛車間原設(shè)計(jì)各跨的屋面均為高低不一的雙坡型，天溝數(shù)量分別為11 條和9 條，屋面漏雨風(fēng)險(xiǎn)很大，特別是采用輕型屋面板時(shí)風(fēng)險(xiǎn)更大。此外電爐屋頂未留大型煙罩的安裝空間。本設(shè)計(jì)將各車間屋面均改成整體的雙坡大屋頂，以把天溝數(shù)量減到最少，把漏雨的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，也為采用輕型屋面板創(chuàng)造了條件，電爐屋頂煙罩安裝空間也得以保證，同時(shí)使廠房格構(gòu)柱型式簡化，類型減到最少。另外在屋脊和坡面分別設(shè)置了縱向和門式橫向天窗，在高側(cè)墻上加大了窗戶開啟面積，改善了車間的通風(fēng)采光條件。

(4)通風(fēng)地溝補(bǔ)氣

鑄鍛車間的通風(fēng)原設(shè)計(jì)均為自然方式，中元國際則采用了地溝補(bǔ)氣的方式。本設(shè)計(jì)為煉鑄鋼六連跨的模式，并且B 軸還要設(shè)全封墻以將粗加工和清理分隔開來。對車間的溫度場進(jìn)行了流體力學(xué)模擬計(jì)算(CFD)，但限于計(jì)算機(jī)的能力和軟件的水平，只作了最高溫度場的計(jì)算，以得出其溫度高低以及分布的趨勢。據(jù)此在B 軸北側(cè)、D 軸南側(cè)移動混砂機(jī)軌道基礎(chǔ)下設(shè)置了通風(fēng)地溝，以對高溫區(qū)域人為的進(jìn)行新鮮空氣的補(bǔ)給。其通風(fēng)機(jī)為地鐵所用的軸流型式，共五套，總補(bǔ)風(fēng)量為1 350 000 m3/h。

2.4 工藝平面設(shè)計(jì)

在主要生產(chǎn)工藝的選擇上與原設(shè)計(jì)相同，如鋼液采用電弧爐+鋼包精煉爐雙聯(lián)工藝熔煉，鋼錠采用真空或雙真空脫氣工藝澆注，鑄型采用堿酚醛樹脂自硬砂連續(xù)混砂制備，鍛件采用雙柱斜置式油壓機(jī)快鍛工藝鍛造，軸類、輥類件采用噴淬工藝淬火等。但是，本設(shè)計(jì)對工藝平面重新進(jìn)行了布置，使煉鋼、鑄鋼、鍛造、熱處理四大生產(chǎn)系統(tǒng)及其各自所屬的工段或工部既自成一獨(dú)立的單體互不干擾，又是一個有機(jī)的整體便于生產(chǎn)，便于管理，利于生產(chǎn)效率的提高。其中尤為突出的是將原散落的大型真空泵房、先進(jìn)的熱管式余熱鍋爐房、1 430 000 m3/h 煉鋼除塵器室以及本設(shè)計(jì)增加的燃?xì)忮仩t房整合成一個占地面積僅為1 500 m2的大型多層砼框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑物，并定義為四合一特構(gòu)。這樣既解決了使用地嚴(yán)重不足的難題，又把各組成部分融為一體，互為依托發(fā)揮著各自的作用，還把各種管線的路由路徑調(diào)理得順暢短接，且效果俱佳。

表3 廠房跨度及插入距調(diào)整前后對比(單位:m)Table 3 Comparison of the plant spans and insert distances before and after adjustment(unit:m)

本設(shè)計(jì)對其它工藝還作了如下調(diào)整:

(1)煉鋼合金及輔料的加料方式。原設(shè)計(jì)對加入量并非很大的合金采用中頻感應(yīng)電爐熔化以液態(tài)的方式加入，對加入量相對很大的輔料未采取任何機(jī)械加入手段。本設(shè)計(jì)采用了一套全新的可集中控制的爐頂機(jī)械化加料系統(tǒng)，既可加合金又可加輔料。該加料方式源于二重平改電時(shí)意大利DANIELI 的設(shè)計(jì)方案，本設(shè)計(jì)在此基礎(chǔ)上還增加了精煉爐的加料功能和烘烤工藝，使之更加完善。

(2)噴射式真空泵所用蒸汽的供給。原設(shè)計(jì)為80 t 電爐第四孔排煙及鍛壓加熱爐所附設(shè)的余熱鍋爐，其汽源難以得到保證。本設(shè)計(jì)在對鍛壓加熱爐余熱封閉利用的條件下，追加了兩臺15 t/h燃?xì)忮仩t，并使其中一臺處于熱備狀態(tài)，形成了一套在型式上以80 t 電爐余熱鍋爐為主、燃?xì)忮仩t為輔的真空泵蒸汽供給系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)還通過對余熱鍋爐蓄熱器壓力的控制，以對供汽量實(shí)現(xiàn)先由余熱鍋爐從滿負(fù)荷到逐漸減少，再由燃?xì)忮仩t從逐漸增大到滿負(fù)荷的自動控制，以供精煉爐真空脫氣和鋼錠真空澆注的隨時(shí)啟動。另外，將余熱鍋爐和燃?xì)忮仩t的分汽缸合二為一，滿足了使多臺真空泵同時(shí)處于工作狀態(tài)的工藝要求。在分汽缸的出口特意增設(shè)了調(diào)壓裝置，以滿足遠(yuǎn)近不同真空泵對蒸汽壓力的要求，這樣本供汽系統(tǒng)可作為老煉鋼真空泵的第二汽源甚至新汽源。通過自控，燃?xì)忮仩t可為余熱鍋爐蓄熱器預(yù)充汽，以便在冷啟爐階段所產(chǎn)生的蒸汽就得到利用。總之，本設(shè)計(jì)為機(jī)械廠電爐非連續(xù)冶煉時(shí)的余熱利用開創(chuàng)了一條行之可靠的道路。當(dāng)余熱鍋爐穩(wěn)定產(chǎn)汽，蓄熱器可持續(xù)少量供汽時(shí)，可將洗浴的電加熱系統(tǒng)以替換之，因此在分汽缸的設(shè)計(jì)上也預(yù)留了這種可能性。

(3)鋼錠模的清理。本設(shè)計(jì)增設(shè)了專用拋丸清理室，以提高清理的質(zhì)量和功效，改善環(huán)境、降低工作強(qiáng)度。

(4)落砂及舊砂再生的布置。原設(shè)計(jì)將落砂分設(shè)在兩跨同一端，對舊砂集中進(jìn)行再生。本設(shè)計(jì)將落砂分設(shè)在一跨兩端，舊砂再生系統(tǒng)也相應(yīng)一分為二，以避免落砂時(shí)起重機(jī)長距離的攆趕，再生砂超長距離的氣力輸送，提高了生產(chǎn)的效率，減少了能源的消耗。

(5)過跨運(yùn)輸平車的設(shè)置及供電方式。原設(shè)計(jì)在三跨長234 m 的鑄鋼廠房內(nèi)僅有一條過跨運(yùn)輸平車，本設(shè)計(jì)則在216 m 內(nèi)增至三條，以避免車間物流混亂狀況的發(fā)生。對過跨平車的供電方式，曾力推先進(jìn)的蓄電池方案以簡化供電系統(tǒng)，提高供電的安全性。

(6)125 MN 壓機(jī)泵站的布置。原設(shè)計(jì)為地下，本設(shè)計(jì)則改成地上以降低工程量、改善工作環(huán)境。

(7)高壓容器筒節(jié)的淬火槽。原設(shè)計(jì)為通用的長方型，本設(shè)計(jì)則預(yù)留了專用的圓型槽，以便提高工件的淬火效果和質(zhì)量。

(8)鍛熱爐窯的排煙及余熱利用方式。原設(shè)計(jì)所有的加熱爐和熱處理爐等爐窯全部采用下排煙方式，本設(shè)計(jì)全部改為具有余熱回收裝置的上排煙方式。以單個鋼質(zhì)小煙囪替代龐大宏偉的煙道煙囪系統(tǒng)工程。對加熱爐則采用了先進(jìn)的蓄熱式燒嘴替代原設(shè)計(jì)的余熱鍋爐，降低燃料的消耗。

3 聯(lián)合泵站的設(shè)計(jì)方案

3.1 循環(huán)系統(tǒng)的流程和流量

根據(jù)太重水源和水質(zhì)供給條件、工藝或設(shè)備對水質(zhì)和水壓的要求，以及新老系統(tǒng)的更替和啟用先后的不同，本著集約與優(yōu)化的原則，本設(shè)計(jì)對真空泵和噴淬采用中水，浸淬采用自來水一次開放式循環(huán)冷卻;對煉鋼、鍛造、熱處理采用除鹽水封閉式和中水開放式二次循環(huán)冷卻，前者回水還分自流和壓力流兩種型式;對壓機(jī)液壓油采用自備循環(huán)系統(tǒng);對浸淬油設(shè)專用油泵站進(jìn)行封閉循環(huán);對水源熱泵采用軟化水旁路封閉循環(huán)以制熱或制冷。各系統(tǒng)的流程分別見圖1～圖6，各系統(tǒng)的流量分別見表4 和表5。

3.2 水泵房的設(shè)計(jì)

過去對冷卻介質(zhì)的冷卻大都是就地分而治之，近來采取了相對較為集中的方式。對于太重的這個項(xiàng)目，要集前述所有系統(tǒng)于一體遠(yuǎn)程集中進(jìn)行控制，分別進(jìn)行循環(huán)冷卻，其難度和復(fù)雜程度不言而喻。

根據(jù)表4 和表5 的統(tǒng)計(jì)，水泵房循環(huán)冷卻水最大設(shè)計(jì)流量為17 675 m3/h，同時(shí)工作的流量為550 m3/h～2 775 m3/h 的大型水泵多達(dá)21 臺，裝機(jī)總功率高達(dá)8 884 kW，規(guī)模非常大。最大設(shè)計(jì)小時(shí)流量分別為自來水1 550 m3占8.77%，除鹽水5 975 m3占33.80%，中水10 150 m3占57.43%。為了確保各系統(tǒng)的安全運(yùn)行，本設(shè)計(jì)還配備了一套制水能力為100 m3/h 的軟化除鹽水制備系統(tǒng)，以及相應(yīng)的旁慮系統(tǒng)、水質(zhì)保證系統(tǒng)和水量補(bǔ)充系統(tǒng)。

圖1 真空泵及噴淬中水循環(huán)冷卻系統(tǒng)流程圖Figure 1 Flow chart of central water circulation cooling system for vacuum pump and spray quenching

圖2 浸淬自來水循環(huán)冷卻系統(tǒng)流程圖Figure 2 Flow chart of water supply circulation cooling system for dip quenching

圖3 煉鋼除鹽壓力回水循環(huán)冷卻系統(tǒng)流程圖Figure 3 Flow chart of desalination water return under pressure circulation cooling system for steel melting

圖4 煉鋼除鹽自流回水及熱泵軟化水旁路循環(huán)系統(tǒng)流程圖Figure 4 Flow chart of desalination water return automatically for steel melting and softening water by-pass circulation system of heat pump

圖5 液壓油循環(huán)冷卻系統(tǒng)流程圖Figure 5 Flow chart of hydraulic oil circulation cooling system

圖6 浸淬油循環(huán)冷卻系統(tǒng)流程圖Figure 6 Flow chart of dip quenching oil circulation cooling system

從減少資源消耗、降低投資和運(yùn)行成本考慮，本設(shè)計(jì)將圖1 和表4 中兩套中水、圖3～圖6 和表5 中六套除鹽水閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)相對應(yīng)的開放式系統(tǒng)分別集成為一套。冷卻介質(zhì)充分利用了太重已建成的日產(chǎn)量為6 000 t 的中水水源，除鹽冷卻水采用自來水和制水系統(tǒng)的除鹽水以2.5∶1的比例勾兌而成，余熱鍋爐以及燃?xì)忮仩t所耗軟化水由本制水系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供，以免重復(fù)建設(shè)。部分水泵采用變頻裝置以大幅的降低電能消耗。

3.3 油泵站的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)浸淬油槽共3 個，同時(shí)用2 個。油槽容積分別為840 m3、59 5 m3、253 m3，共1 668 m3。淬火工件最大和最小重量分別為200 t、50 t，淬火時(shí)長分別為6 h、2 h，工件溫度950/250℃，浸淬油溫70/40℃。一次事故卸油量不少于840 m3。據(jù)此確定循環(huán)油泵的最大流量為740 m3/h，事故油槽為3 個?4 600 mm、380 m3的常壓油罐。這種規(guī)模的淬火專用油泵站還沒有可以遵循的設(shè)計(jì)規(guī)范，我們克服了設(shè)計(jì)上的困難，在總圖嚴(yán)重受控的條件下，設(shè)計(jì)出了令用戶滿意的油泵站。

表4 中水及自來水開放式循環(huán)冷卻系統(tǒng)流量Table 4 Flow quantity of central water and water supply open circulation cooling system

表5 除鹽水和中水二次循環(huán)冷卻軟化水旁路系統(tǒng)流量Table 5 Flow quantity of desalination water and central water secondary circulation cooling softening water by-pass system

圖7 水源熱泵工作原理圖Figure 7 Working principle of water resources heat pump

3.4 熱泵站制熱制冷設(shè)計(jì)

熱泵是一種蒸發(fā)器和冷凝器可以互換、可把熱量從低溫介質(zhì)傳遞到高溫介質(zhì)、能效倍增的熱交換設(shè)備。當(dāng)熱泵的蒸發(fā)器與循環(huán)冷卻水系統(tǒng)相連時(shí)即可進(jìn)行制熱用于采暖，當(dāng)冷凝器與之相連時(shí)即可進(jìn)行制冷用于空調(diào)。太重曾于2008 年利用空壓站冷卻系統(tǒng)建造了一套水源熱泵采暖示范工程，效果良好。因此要求在聯(lián)合泵站增加水源熱泵采暖與空調(diào)工程的設(shè)計(jì)。

根據(jù)我國目前熱泵的制熱水平及其可靠性、熱泵能效比的高低、擬定30 000 m2采暖的面積對熱量的需求，本設(shè)計(jì)確定熱泵采用一級電驅(qū)、能效比為3.68 的中溫機(jī)組。熱水溫度為65/57℃，總制熱量為4 100 kW，循環(huán)水資源的利用量為576 m3/h，利用率約為3.26%。一個采暖期可節(jié)約標(biāo)煤1 700 t 左右。系統(tǒng)的工作原理如圖7 所示，系統(tǒng)的流程見圖4，流量見表5。

水源熱泵用于制冷時(shí)如同普通的空調(diào)機(jī)，只要將圖7(a)中的蒸發(fā)器與冷卻器互換，即可變?yōu)閳D7(b)制冷模式，但不能以圖4 旁路系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)接，而要將水源系統(tǒng)進(jìn)行更迭才行，即另行增設(shè)水源水循環(huán)系統(tǒng)。由于本設(shè)計(jì)對空調(diào)未提出具體要求，只是作為預(yù)留，希望其后能為煉鑄鋼的防暑降溫起到作用。

熱泵制熱的水源，從循環(huán)冷卻系統(tǒng)流程流量圖表看，可以有十多種方案可供選擇。經(jīng)反復(fù)考量，最后確定采用新老煉鋼除鹽自流回水系統(tǒng)，如圖4 所示。這樣二次開放式中水循環(huán)系統(tǒng)的熱水供水泵與水源熱泵供水泵合二為一，二次開放循環(huán)冷卻系統(tǒng)與軟化水采暖系統(tǒng)則成為并聯(lián)狀態(tài)，互為備用，既安全又可靠，別無它慮。但是為了滿足水源熱泵對水源壓力的要求，系統(tǒng)中串接了管道增加泵。

通過本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得到兩大啟示:一是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)蘊(yùn)藏著巨大的熱力資源，對它的開發(fā)利用應(yīng)引起重視;二是當(dāng)高溫?zé)岜脵C(jī)組運(yùn)行可靠性和能效比進(jìn)一步得到提高后，其利用價(jià)值會更大。

3.5 集散控制冗簡兼施

對于上述水泵房、淬火油泵站、制熱又制冷的水源熱泵站等三大站房所有的機(jī)電設(shè)備，以及新老煉鑄鋼、鍛壓、熱處理四大車間所有的冷卻設(shè)備，都要求全部集中進(jìn)行遠(yuǎn)程自動控制，并能納入總公司的監(jiān)控系統(tǒng)。

這是一項(xiàng)非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)，我們先從梳理工藝設(shè)計(jì)入手，如前節(jié)冷卻系統(tǒng)流程流量所述，再在此基礎(chǔ)上確定其控制方式，按冗簡兼施、集散結(jié)合的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，一舉成功。

“冗”是指對主控室PLC 系統(tǒng)的電源、CPU 采取冗余配置，并輔以輸入輸出組件全可在線插撥、信號光電隔離、自動尋檢、故障報(bào)警等措施，以確保整個控制系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。“簡”是指在聯(lián)合泵站內(nèi)外各種設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，冷卻介質(zhì)的溫度、壓力、流量等眾多變量中，通過分析比較擇其總管末端水的壓力、淬火槽溢流口油的溫度等單一變量作為控制參數(shù)，以使繁雜的控制過程得以簡化，這是本設(shè)計(jì)的一個特點(diǎn)。“散”是指分散在新老煉鑄鋼、鍛壓、熱處理車間及淬火油泵站所設(shè)置的協(xié)議轉(zhuǎn)換單元即分控制器。其采集的各種信息數(shù)據(jù)，通過服務(wù)器定期上傳到一體化的數(shù)據(jù)庫，以使數(shù)據(jù)不斷得到更新。經(jīng)主控制器處理優(yōu)化后發(fā)出的指令，再通過服務(wù)器下達(dá)到分控制器以執(zhí)行之。這樣可免除大量控制線的敷設(shè)，是解決大型復(fù)雜控制系統(tǒng)的一種思路?！凹笔侵笇⑸鲜鰠f(xié)議轉(zhuǎn)換單元信息數(shù)據(jù)，以及在水泵房和熱泵站就近采集的信息數(shù)據(jù)，集中在主控室進(jìn)行監(jiān)視與管理，并預(yù)留上傳接口以便為全廠總控制室提供控制所需的數(shù)據(jù)。

4 遺憾與期許

4.1 受總圖限制，規(guī)劃不盡滿意

本設(shè)計(jì)是在總平面布置和豎向設(shè)計(jì)既定的條件下進(jìn)行的，因此受到許多條件的限制，也留下一些遺憾。在咨詢時(shí)曾建議，將中央大道以西的廠區(qū)按大中小三種規(guī)格煉鋼爐和大中、小兩個等級的煉鑄鋼車間規(guī)劃，將現(xiàn)新煉鑄鋼廠區(qū)按大中小三種規(guī)格壓機(jī)的鍛造車間規(guī)劃，現(xiàn)新老鍛熱廠區(qū)按熱處理、粗加工車間規(guī)劃，現(xiàn)老煉鑄鋼廠區(qū)按大型聯(lián)合廠房進(jìn)行規(guī)劃;在豎向設(shè)計(jì)方案中也曾經(jīng)提出地面標(biāo)高新煉鑄鋼為802.65 m，新鍛熱為801.35 m。如果采用以上設(shè)計(jì)就不至于造成后來煉鑄鋼G 軸、F 軸的四合一特構(gòu)，以及鍛熱北山墻、東消防道、聯(lián)合泵站地下管溝等設(shè)計(jì)中的許多麻煩。

希望太重在今后的發(fā)展中，能在中央大道西側(cè)建一個以現(xiàn)有產(chǎn)品為目標(biāo)的小型煉鑄鋼車間，在老煉鑄鋼廠區(qū)建一個大型聯(lián)合廠房，并在北邊為新煉鑄鋼安排一跨露天倉庫，在鍛熱廠區(qū)將大中小壓機(jī)安排在一起，以提升其土地資源的利用價(jià)值及其利用的合理性。

4.2 新老車間未能很好結(jié)合

原設(shè)計(jì)對新老煉鑄鋼的結(jié)合，僅限于老車間為新車間輸送30t 電爐的粗煉鋼液及造型新砂，對新老鍛熱的結(jié)合未能顧及。一般同一企業(yè)同類車間或擴(kuò)大產(chǎn)能、或提高等級、或兼而有之，無不把新老項(xiàng)目的結(jié)合列為重大問題加以研究的，以確定其是擴(kuò)建還是新建，新建則新老在規(guī)模和等級上如何劃分、工藝上如何協(xié)作，以期達(dá)到最佳的建設(shè)效果。

針對太重的具體情況，原設(shè)計(jì)采取新建大煉鑄鋼及鍛熱并無不當(dāng)，但問題就出在新老結(jié)合上欠思考，如老煉鑄鋼不宜保留100 t 的起重等級及地坑鑄造和鍛造鋼錠的繼續(xù)生產(chǎn)，以為合理利用其廠區(qū)埋下伏筆;新鍛壓宜按大中小三種規(guī)格壓機(jī)同時(shí)進(jìn)行規(guī)劃，現(xiàn)40 MN 壓機(jī)、?2300 mm×9 240 mm 井式熱處理爐今后仍能在原地得到利用等。

本設(shè)計(jì)曾力圖對上述問題能有所改善，但未能取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。尤其是將二精煉爐的中心距由66 m 增大到72.7 m，新老車間西山墻的拉齊，致使30 t 電爐預(yù)留位置旁落;鍛熱南山墻吊腳樓結(jié)構(gòu)型式的建成等，更增加了解決問題的難度。但新煉鑄鋼的鑄錠鑄造條件比老廠好，希望老車間能降低等級使用，使新車間的能力得到充分發(fā)揮。

4.3 冷熱毗連不得已而為之

將粗加工與鑄造在新建項(xiàng)目中毗連實(shí)屬不得已而為之。因此希望太重在今后的改擴(kuò)建中，積極為粗加工的搬遷創(chuàng)造條件，并將B 軸的全封隔墻拆除，以確保加工機(jī)床尤其是新購置的260 雙立柱落地銑鏜床的生產(chǎn)安全。還應(yīng)改善鑄造車間的通風(fēng)采光條件，并可根據(jù)需要適當(dāng)提高大型鑄鋼件和鍛造鋼錠的產(chǎn)能。當(dāng)產(chǎn)能需要大幅度提升時(shí)，還可通過清理工部的騰挪來加以解決。

4.4 總降功率不能完全滿足要求

原設(shè)計(jì)總降站為63 000 kVA 和50 000 kVA電力變壓器各一臺，前者用于一臺45 000 kVA 和一臺18 000 kVA 爐用變壓器的供電，后者用于一臺12 000 kVA 爐用變壓器、鑄鍛車間12 560 kW高壓電機(jī)和約56 000 kW 低壓電機(jī)的供電。前者電力變壓器功率的確定不符合爐用變壓器超載20%的配置規(guī)范，且80t 電爐變壓器功率明顯偏低，粗煉、精煉峰負(fù)荷疊加時(shí)難以滿足，而且這種疊加是無可避免的;后者電力變壓器的功率也顯不足。故建議在訂貨時(shí)，將其實(shí)際功率分別提高到80 000 kVA 和63 000 kVA，以確保設(shè)備運(yùn)行的安全性。應(yīng)加大電爐吹氧管直徑，以降低電爐變壓器比功率較低可能造成不利影響，特別是在合澆大件時(shí)。