鋼鐵廠“一罐到底”的鐵水運(yùn)輸研究

王海濤 謝 迪

1.“一罐到底”鐵水運(yùn)輸?shù)谋匾?/h2>

當(dāng)今全球鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來越殘酷，但優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品依舊是決定鋼鐵企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。同樣，企業(yè)在生產(chǎn)過程中的低能耗、低排放也越發(fā)成為鋼鐵企業(yè)乃至社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，特別是企業(yè)的單位產(chǎn)品所耗費(fèi)的運(yùn)輸成本，成為鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品能否在市場(chǎng)上有競(jìng)爭(zhēng)力的另一個(gè)關(guān)鍵因素。

在這種背景下，“一罐到底”鐵水運(yùn)輸也就隨著時(shí)代的需求，脫穎而出。 “一罐到底”鐵水運(yùn)輸由于鐵鋼界面銜接緊湊、運(yùn)營(yíng)成本低、能耗低、排放量少等優(yōu)點(diǎn)，近年來在鋼鐵企業(yè)中得到越來越多的應(yīng)用。

2.“一罐到底”鐵水運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)

以往鋼鐵廠大多采用傳統(tǒng)的鐵水運(yùn)輸，即采用魚雷罐或鐵水罐作為鐵水承載容器并依靠鐵路運(yùn)輸鐵水，此種方式安全可靠、操作靈活、機(jī)動(dòng)性好、運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定，但鐵、鋼界面銜接不緊湊，鐵水在從高爐至轉(zhuǎn)爐的運(yùn)輸過程中，工藝環(huán)節(jié)多，倒罐次數(shù)多，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中鐵水溫降大、燃料消耗多、粉塵排放多等不利因素，從而無法滿足鋼鐵企業(yè)對(duì)低成本、高效益、低能耗、低排放的需求。

鐵水采用“一罐到底”的運(yùn)輸方式是指采用煉鋼工藝的鐵水罐（鐵水包）作為鐵水運(yùn)輸中的鐵水承載容器，將高爐鐵水的承接、運(yùn)輸、預(yù)處理、向轉(zhuǎn)爐兌鐵等幾大功能集為一體，實(shí)現(xiàn)多環(huán)節(jié)的短界面銜接，從而取消煉鋼車間的倒罐坑，減少一次鐵水倒包作業(yè)工序，具有縮短工藝流程、緊湊總圖布置、節(jié)省建設(shè)用地、降低運(yùn)輸成本、減少粉塵排放等特點(diǎn)，從而在鋼鐵廠的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生最大經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 縮短工藝流程，加快生產(chǎn)節(jié)奏，提高作業(yè)效率

“一罐到底”的運(yùn)輸方式是采用煉鋼工藝的鐵水罐（鐵水包）取代了傳統(tǒng)的魚雷罐或鐵水罐作為鐵水承載容器，相應(yīng)的鐵水在煉鋼車間內(nèi)的倒罐工序也就隨之取消，從而也取消了煉鋼車間的倒罐站，使生產(chǎn)工藝流程更加簡(jiǎn)化，煉鋼車間內(nèi)部工藝設(shè)施布置也更加緊湊。煉鋼加料的天車吊運(yùn)鐵水高度可減少約10m，若按天車主鉤平均運(yùn)行速度為8m/min計(jì)算，天車吊運(yùn)一次鐵水罐的作業(yè)時(shí)間可節(jié)省2.5min。如此可減少天車的占用時(shí)間，加快煉鋼車間的生產(chǎn)節(jié)奏，提高生產(chǎn)作業(yè)效率。

2.2 減少鐵水溫降，降低能耗，有利于“三脫”處理

根據(jù)日本某鋼鐵廠和上海某鋼鐵廠的多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，鐵水倒包作業(yè)一次，鐵水溫降約20℃-30℃。而“一罐到底”的運(yùn)輸方式避免了鐵水的倒罐，也就相應(yīng)減少了鐵水溫降。鐵水溫度越高，越有利于鐵水的脫硫預(yù)處理及扒渣作業(yè)；對(duì)于鐵水“三脫預(yù)處理”的轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)冶煉工藝而言，也有利于多加廢鋼，降低鐵耗，節(jié)約能源。

2.3 取消鐵水倒罐，減少粉塵排放，有利環(huán)保

鐵水倒罐一次，會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵排放，需要增加除塵器、增大除塵風(fēng)機(jī)能力，才能滿足環(huán)保要求，這些都會(huì)增加煉鋼廠日常作業(yè)的成本?！耙还薜降住钡倪\(yùn)輸方式因取消了鐵水倒罐，也避免了與之有關(guān)的粉塵排放，降低了日常生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染。

3.“一罐到底”鐵水運(yùn)輸?shù)慕ㄔO(shè)投資與運(yùn)營(yíng)效益分析

2007年，曾以國(guó)內(nèi)某鋼鐵企業(yè)擬建煉鋼及煉鐵項(xiàng)目為案例（建設(shè)方案：2×5000m3高爐，2×300t轉(zhuǎn)爐煉鋼連鑄車間，鐵水采用鐵路運(yùn)輸方式)，經(jīng)過調(diào)研分析后，采用“一罐到底”的鐵水運(yùn)輸，煉鋼廠建設(shè)及總圖運(yùn)輸設(shè)施投資費(fèi)用減少約8250萬元，而煉鐵廠建設(shè)投資費(fèi)用需增加約14000萬元，整個(gè)項(xiàng)目總共增加建設(shè)投資約5750萬元。而在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中，煉鋼廠每年可降低生產(chǎn)成本約3900萬元,扣減因增加了鐵水罐（鐵水包）的耐火材料損耗及煉鐵廠上料皮帶的耗電約600萬元，全年可降低生產(chǎn)成本約3600萬元。

3.1 “一罐到底”鐵水運(yùn)輸?shù)慕ㄔO(shè)投資分析

3.1.1 對(duì)總圖運(yùn)輸投資的影響

“一罐到底”鐵水運(yùn)輸對(duì)總圖運(yùn)輸設(shè)施的影響，主要是用300噸鐵水包車代替了320噸魚雷罐車來運(yùn)輸鐵水。經(jīng)計(jì)算，為滿足生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)蔫F水調(diào)度需求，需320噸魚雷罐35臺(tái)，總投資約13650萬元（含魚雷罐耐火材料費(fèi)用）。而改為300噸鐵水包車后，則需要35輛鐵水包車和40個(gè)鐵水包，總計(jì)投資約10300萬元，比使用魚雷罐車節(jié)省投資約3250萬元。

3.1.2 對(duì)煉鋼廠投資的影響

“一罐到底”鐵水運(yùn)輸，因?yàn)椴捎脽掍摴に嚨蔫F水罐（鐵水包）作為鐵水運(yùn)輸中的鐵水承載容器，從而減少了工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)，避免了多次倒罐。由于取消了煉鋼車間的倒罐坑、倒罐站除塵、鐵水稱量車等配套設(shè)施，節(jié)省建設(shè)投資約5000萬元（含設(shè)備、供配電、管道及土建等費(fèi)用）。

3.1.3 對(duì)煉鐵廠投資的影響

因?yàn)闊掍摴に嚨蔫F水罐（鐵水包）的尺寸大于魚雷罐車或鐵水罐車，導(dǎo)致煉鐵廠的高爐平臺(tái)需抬高、加寬，以滿足水罐（鐵水包）的超高、超寬的要求，從而導(dǎo)致煉鐵廠的建設(shè)投資增加約14000萬元。主要原因如下：

（1）爐體系統(tǒng)：需要將出鐵口抬高，相應(yīng)增加高爐基礎(chǔ)、框架、爐殼部分投資。

（2）出鐵場(chǎng)系統(tǒng)：出鐵場(chǎng)抬高及出鐵場(chǎng)面積增加導(dǎo)致渣鐵溝延長(zhǎng)、吊車跨度增大、擺動(dòng)流槽加長(zhǎng)、出鐵場(chǎng)保護(hù)板增加等，相應(yīng)的出鐵場(chǎng)的土建建設(shè)費(fèi)用也增加。

（3）上料系統(tǒng)：主皮帶機(jī)機(jī)頭輪抬高，導(dǎo)致主皮帶機(jī)長(zhǎng)度及皮帶通廊增加。

（4）粗煤氣系統(tǒng)：出鐵場(chǎng)抬高后，煤氣上升和下降管也相應(yīng)增加長(zhǎng)度。

3.2 “一罐到底”鐵水運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)營(yíng)效益分析

根據(jù)技術(shù)統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)分析，“一罐到底”鐵水運(yùn)輸主要是降低煉鋼車間的日常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。按2×300噸轉(zhuǎn)爐煉鋼連鑄車間全年生產(chǎn)連鑄坯950萬噸計(jì)算，因?yàn)闇p少了倒罐次數(shù)，從而減少了溫降、降低了電耗等，全年可降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用約3900萬元；但因增加了鐵水罐（鐵水包）的耐火材料損耗及煉鐵廠上料皮帶的耗電量約600萬元。最終，全年可降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用約3300萬元。

3.2.1 鐵水溫降減少，能耗降低

若按鐵水溫降25℃計(jì)算，折合轉(zhuǎn)爐噸鋼降低鐵耗約12.5kg，折合標(biāo)煤4430kg（按每噸鐵水能耗354.3kg標(biāo)煤計(jì)算）。若按全年生產(chǎn)鋼水975萬噸計(jì)算，則可降低鐵耗約121875噸，全年折合節(jié)約能源約43180噸標(biāo)煤，折成煉焦煤后價(jià)值約3331萬元/年。

3.2.2 倒罐次數(shù)減少，電耗減少

取消倒罐坑后，相應(yīng)的倒罐站除塵、倒罐站坑內(nèi)鐵水車行走、魚雷罐傾翻等日常作業(yè)用電均全部取消，每年可節(jié)約用電約為995萬度。按0.6元/度計(jì)算，每年可節(jié)省電費(fèi)約597萬元。

倒罐站除塵用電。取消倒罐站后，與之配套的倒罐站除塵器也隨之取消。若按倒罐站除塵系統(tǒng)總風(fēng)量為960000m3/h計(jì)算，采用低壓脈沖布袋除塵器，電機(jī)功率為2400Kw/1000V,日均工作8小時(shí)，年作業(yè)350天計(jì)算，每年可節(jié)省用電約為960萬度。

倒罐站坑內(nèi)鐵水車行走用電。按倒罐坑內(nèi)兩臺(tái)鐵水稱量車的功率為110Kw，日均往返運(yùn)行作業(yè)95次考慮，每次往運(yùn)行時(shí)間10分鐘，日均工作8小時(shí)，年作業(yè)350天計(jì)算，每年可節(jié)省用電約30萬度。

魚雷罐車傾翻用電。320噸魚雷罐傾翻作業(yè)功率約為12.5Kw，按日平均作業(yè)120次考慮，每次傾翻時(shí)間10分鐘，年作業(yè)350天計(jì)算，每年可節(jié)省用電約5.25萬度。

3.2.3 鐵水罐空罐作業(yè)，耐火材料增加

由于鐵水罐（鐵水包）要從煉鋼車間返回?zé)掕F廠，罐內(nèi)襯磚溫度下降加劇，導(dǎo)致罐內(nèi)耐火材料損耗增加。經(jīng)計(jì)算噸鋼增加耐火材料消耗約0.4kg，全年增加耐火材料費(fèi)用約400萬元。

煉鐵廠運(yùn)營(yíng)費(fèi)用?！耙还薜降住辫F水運(yùn)輸主要影響了煉鐵廠的初期建設(shè)投資，對(duì)日常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的影響主要是由于上料系統(tǒng)抬高，導(dǎo)致主皮帶機(jī)及皮帶通廊長(zhǎng)度增加，從而增加耗電量。初步計(jì)算，年增加耗電費(fèi)用約200萬元。

4.“一罐到底”鐵水運(yùn)輸?shù)膶?shí)際運(yùn)用分析

4.1 “一罐到底”鐵水運(yùn)輸在國(guó)外的運(yùn)用實(shí)踐

日本JFE京濱鋼鐵廠采用“一罐到底”鐵水運(yùn)輸方式已有幾十年的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行效果良好，生產(chǎn)穩(wěn)定，效益顯著。

該廠配置了3座300噸轉(zhuǎn)爐，設(shè)計(jì)并采用了300噸圓底鐵水包，使鐵水包車的總高度不超過6200mm（包括鐵水包），總寬度不超過4150mm，以滿足降低高爐平臺(tái)的高度。為確保鐵水包車運(yùn)行穩(wěn)定，鐵水包采用前后支撐，鐵水包車采用平行進(jìn)入煉鋼廠，鐵路選用了軌距1676mm寬軌。從目前來看，鐵水包車運(yùn)行安全、高效，未發(fā)生傾覆事故。

4.2 “一罐到底”鐵水運(yùn)輸在國(guó)內(nèi)的運(yùn)用實(shí)踐

江蘇沙鋼鋼鐵廠2005年新建了3座2500m3高爐和3×180噸轉(zhuǎn)爐煉鋼車間，高爐與轉(zhuǎn)爐煉鋼車間采用一列式布置，二者最近和最遠(yuǎn)相距330m-800m，鐵水罐運(yùn)輸鐵路絕對(duì)長(zhǎng)度約1500m。該企業(yè)采用“一罐到底”鐵水運(yùn)輸方式，采用際裝載鐵水達(dá)180噸的鐵水敞口罐（罐體尺寸，高×寬×長(zhǎng)，6050mm×5600mm×16000mm），鐵水罐不加蓋，煉鋼車間內(nèi)不設(shè)置混鐵爐，在國(guó)內(nèi)均是首創(chuàng)設(shè)計(jì)和首次使用。

為滿足鐵水運(yùn)輸?shù)囊?guī)范要求，高爐出鐵場(chǎng)的平臺(tái)結(jié)構(gòu)下沿最低標(biāo)高設(shè)計(jì)為7m，鐵口標(biāo)高也隨之抬高；鐵路間距設(shè)計(jì)為7m，出鐵場(chǎng)的跨度也相應(yīng)增大。在高爐出鐵場(chǎng)內(nèi)配置了連續(xù)稱重和雷達(dá)液面測(cè)量相組合的控制系統(tǒng)，以保證鐵水罐裝載容量滿足煉鋼需求。

由于鐵水供應(yīng)采用了鐵水罐方式，180t鐵水罐由機(jī)車直接從煉鐵車間運(yùn)至煉鋼車間出鋼跨，用275/60噸吊車將180噸鐵水罐吊運(yùn)至鐵水脫硫站的脫硫鐵水罐車上，采用鐵水罐頂噴脫硫法進(jìn)行鐵水脫硫處理。鐵水經(jīng)過脫硫處理之后，再用275/60噸吊車將鐵水罐吊到轉(zhuǎn)爐爐前，直接兌入轉(zhuǎn)爐煉鋼。

2007年，3座高爐鐵水產(chǎn)量達(dá)到638萬噸，煉鋼產(chǎn)量達(dá)到680萬噸，均超過設(shè)計(jì)指標(biāo)。到目前為止，運(yùn)營(yíng)情況良好，取得了很好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效果。

5.結(jié)束語

“一罐到底”鐵水運(yùn)輸能解決傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)組織中，即以高爐-轉(zhuǎn)爐為中心的長(zhǎng)流程冶煉工藝的流程環(huán)節(jié)多、生產(chǎn)過程長(zhǎng)、能耗高、環(huán)境污染等問題，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，使鋼鐵企業(yè)在殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中富有競(jìng)爭(zhēng)力，值得在現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)中推廣。

參考文獻(xiàn)略