原料場(chǎng)高效儲(chǔ)運(yùn)的工程設(shè)計(jì)研究

摘 要：原料場(chǎng)重“儲(chǔ)”輕“運(yùn)”的作業(yè)模式，不僅會(huì)增加“運(yùn)”的周期、設(shè)備和損耗，更增加“儲(chǔ)”的規(guī)模、占地、建設(shè)投資和運(yùn)行成本，并在鐵前多用戶供料相互制約時(shí)影響到正常冶煉生產(chǎn)。以“運(yùn)”為主線，通過即時(shí)均衡的儲(chǔ)運(yùn)工藝和自動(dòng)選線的網(wǎng)群輸送研究，探索綠色高效的原料儲(chǔ)運(yùn)新模式。即時(shí)均衡的儲(chǔ)運(yùn)工藝以雙向直供系統(tǒng)為干線，原料作業(yè)工序和原料用戶組合的供料系統(tǒng)為支線，干支線串并聯(lián)供料。原料信息大數(shù)據(jù)平臺(tái)協(xié)同，設(shè)定即時(shí)物料級(jí)別，實(shí)現(xiàn)原料“儲(chǔ)”和“運(yùn)”根據(jù)需求靈活選取，均衡減量?jī)?chǔ)料。自動(dòng)選線的網(wǎng)群輸送以共用組網(wǎng)輸送路徑為基礎(chǔ)減少輸送設(shè)備，擴(kuò)展輸送機(jī)網(wǎng)群組合供料流程，通過要素篩選，按物料品種和工藝關(guān)聯(lián)條件智能優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)線路，實(shí)現(xiàn)鐵前多工序一體化生產(chǎn)時(shí)即時(shí)供料，減少設(shè)備等待和空轉(zhuǎn)時(shí)間。實(shí)踐表明，即時(shí)均衡的儲(chǔ)運(yùn)工藝節(jié)省集中儲(chǔ)存占地10%～20%，節(jié)省輸送機(jī)通廊占地10%～15%，降低建設(shè)投資10%～25%，減少存儲(chǔ)原料10%～20%，減少原料采購(gòu)占用資金10%～15%；自動(dòng)選線的網(wǎng)群輸送減少輸送線長(zhǎng)度20%～25%，減少輸送設(shè)備數(shù)量25%～30%，減少原料重復(fù)倒運(yùn)10%～15%，設(shè)備運(yùn)行能耗降低10%。全面提升鋼鐵企業(yè)原料場(chǎng)物流效率，保障冶煉原料低成本安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：原料場(chǎng)；即時(shí)；高效；儲(chǔ)運(yùn)；流程

ENGINEERING DESIGN AND RESEARCH ON EFFICIENT STORAGE AND TRANSPORTATION OF RAW MATERIAL YARDS

Bi Lin

（Capital Engineering & Research Incorporation Limited? ? Beijing? ? 100176，China）

Abstract：The operation mode of pay attention to “storage” and make light of “transportation” of raw material yard not only increases the cycle， equipment and loss of "transportation"， but also increases the scale of "storage"， land occupation， construction investment and operating cost， and affects normal smelting production when multi-user supply in front of iron is mutually restricted. Taking "transportation" as the main line， this paper explores a new mode of green and efficient raw material storage and transportation through the research of real-time and balanced storage and transportation technology and network group transportation with automatic line selection. The real-time and balanced storage and transportation process takes the two-way direct supply system as the trunk line， the raw material operation process and the raw material user combination feeding system as the branch line， and the trunk branch line is supplied in series and parallel. The big data platform of raw materials information is coordinated， setting real-time material levels， realizing flexible selection of raw material "storage" and "transportation" according to demand， and balanced reduction of storage. The network group transportation of automatic line selection reduces the conveying equipment based on the common network conveying path， expands the conveyor network group combination feeding process， intelligently selects the network line according to the material variety and process related conditions through element screening， realizes the instant feeding of materials during the integrated production of multiple processes before iron， and reduces the waiting time and idle time of equipment. Practice shows that the real-time balanced storage and transportation process saves 10%～20% of the centralized storage area of the raw material yard， 10%～15% of the area occupied by the conveyor corridor， reduces the construction investment by 10%～25%， reduces the storage of raw materials by 10%～20%， and reduces the occupation of raw material procurement by 10%～15%; The network group transportation with automatic line selection reduces the length of the conveying line by 20%～25%， the number of conveying equipment by 25%～30%， the repeated backhaul of raw materials by 10%～15%， and the energy consumption of equipment operation is reduced by 10%. It has comprehensively improved the logistics efficiency of the raw material yard of iron and steel enterprises and ensured the low-cost and safe operation of smelting raw materials.

Key words： raw materials yard; immediate; high efficiency; storage and transportation; process

0? ? 前? ? 言

在千萬噸級(jí)的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，冶煉生產(chǎn)所需要的鐵礦、煤炭、熔劑等原料年輸入總量近3 000萬t，原料“儲(chǔ)”與“運(yùn)”的高效協(xié)同十分重要。傳統(tǒng)冶金原料場(chǎng)儲(chǔ)運(yùn)工藝流程為：原料→接卸→儲(chǔ)存→加工→配料→混勻→供料→用戶[1]，這種原料儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)模式重“儲(chǔ)”輕“運(yùn)”，大宗原料進(jìn)企業(yè)后基本全部先集中輸送到有足夠儲(chǔ)料量的料場(chǎng)“儲(chǔ)”，生產(chǎn)需要時(shí)再?gòu)膬?chǔ)料場(chǎng)“運(yùn)”出。不僅增加原料“運(yùn)”的周期、設(shè)備和損耗，而且增加“儲(chǔ)”的規(guī)模、投資和成本，并在為燒結(jié)、球團(tuán)、焦化等鐵前多用戶供料相互制約時(shí)影響到正常冶煉生產(chǎn)。

近年來，針對(duì)原料場(chǎng)環(huán)保封閉的各種大跨度鋼結(jié)構(gòu)型式和堆取料設(shè)備控制操作方面有一些技術(shù)創(chuàng)新[2-4]，并形成新的鋼鐵企業(yè)原料場(chǎng)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[5]。但對(duì)企業(yè)內(nèi)料場(chǎng)的高效工藝系統(tǒng)開發(fā)、料場(chǎng)減量化儲(chǔ)存和即時(shí)平衡供料設(shè)計(jì)等內(nèi)容較少提及。受益于快速發(fā)展的現(xiàn)代物流和信息化技術(shù)，本設(shè)計(jì)研究針對(duì)傳統(tǒng)原料場(chǎng)工藝流程重“儲(chǔ)”輕“運(yùn)”的低效難題，結(jié)合工程實(shí)踐，設(shè)計(jì)以 “分步減量?jī)?chǔ)存”代替“一次性集中儲(chǔ)存”，從均衡“儲(chǔ)”保障、即時(shí)“運(yùn)”的安全角度，讓原料均衡減量?jī)?chǔ)存，促可控物料“流動(dòng)”起來，以一種“即時(shí)方式”靈活、高效滿足連續(xù)、安全供料需求。

1? ? 儲(chǔ)運(yùn)工藝現(xiàn)狀分析

1.1? ? 集中儲(chǔ)存規(guī)模大占地多

原料來源于社會(huì)供應(yīng)物流，由于受到天氣、市場(chǎng)、政策、環(huán)境的影響，供應(yīng)物流不穩(wěn)定，而原料場(chǎng)作業(yè)需要為燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、煉鐵等冶煉用戶提供高效、穩(wěn)定的供料服務(wù)，為應(yīng)對(duì)供應(yīng)物流和需求物流之間的各種不確定性因素疊加，傳統(tǒng)原料場(chǎng)的解決方案以“儲(chǔ)”為主，增加了大量?jī)?chǔ)存占地，占地面積達(dá)8%～18%[1]。再兼顧各種不確定性引起的誤差累積量，會(huì)考慮很長(zhǎng)庫存周期，儲(chǔ)存規(guī)模大帶來較高建設(shè)投資及資金成本，采購(gòu)資金占用達(dá)60%～70%，尤其大型原料場(chǎng)環(huán)保改造時(shí)的封閉成本更高。

1.2? ? 供料輸送設(shè)備多效率低

原料來料方式有輪船、鐵路和汽車，各種接卸系統(tǒng)能力以短時(shí)最大量考慮，且獨(dú)立輸送系統(tǒng)不能隨著外部運(yùn)輸條件變化而靈活調(diào)配[6]，帶來投資和運(yùn)行成本增加。鐵前用戶分布在企業(yè)不同位置，供料路徑和系統(tǒng)共用受限于總體布局和分期配置的原料設(shè)施，往往需幾百臺(tái)輸送設(shè)備，由輸送設(shè)備組成幾十個(gè)系統(tǒng)和幾百個(gè)或近千個(gè)操作流程完成供料，因用戶需求改變、供料條件波動(dòng)和生產(chǎn)檢修要求，系統(tǒng)供料優(yōu)選和靈活機(jī)動(dòng)受限，輸送流程切換效率低，設(shè)備空轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，能耗高。

2? ? 高效儲(chǔ)運(yùn)工程設(shè)計(jì)研究

2.1? ? 即時(shí)均衡的儲(chǔ)運(yùn)工藝研究

2.1.1? ? 干支線串并聯(lián)工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

原料場(chǎng)干支線串并聯(lián)工藝系統(tǒng)如圖1所示。原料受料后，以卸料與煉鐵用戶直供料輸送系統(tǒng)、煉鐵與料場(chǎng)直返料輸送系統(tǒng)為雙向干線，分別根據(jù)原料特性、工藝條件和用戶情況，配置儲(chǔ)存支線、配料支線和混勻支線等多個(gè)原料作業(yè)支線，燒結(jié)支線、球團(tuán)支線、焦化支線等多個(gè)原料用戶支線。受料-卸料-集中儲(chǔ)存-配料-混勻-用戶是一個(gè)完整的節(jié)點(diǎn)串聯(lián)關(guān)系，卸料與儲(chǔ)存支線、配料支線和混勻支線到用戶形成多個(gè)原料工序并聯(lián)關(guān)系，鐵前多用戶之間形成多個(gè)原料用戶并聯(lián)關(guān)系，使原料場(chǎng)的工藝系統(tǒng)形成具有全通路或多通路的即時(shí)網(wǎng)絡(luò)，輸送干線和支線串并聯(lián)組合，干線與支線輸送并存。

原料場(chǎng)的雙向直供干線、作業(yè)支線和用戶支線串并聯(lián)組合時(shí)，形成儲(chǔ)、配、混一體化作業(yè)網(wǎng)絡(luò)，鐵前多工序產(chǎn)品直供和落地，實(shí)現(xiàn)不同來源、不同特性原料條件下和不同用戶物料需求條件下對(duì)應(yīng)的輸送路徑選擇。即時(shí)合格原料直送用戶的路徑，可減少料場(chǎng)集中儲(chǔ)存占地，減少儲(chǔ)料場(chǎng)內(nèi)易混料、料堆高度低、單位面積儲(chǔ)存量少和土地利用率低的問題；即時(shí)合格原料直送配料作業(yè)的路徑，并聯(lián)配料支線實(shí)現(xiàn)部分原料不需在料場(chǎng)重復(fù)儲(chǔ)存直接進(jìn)入配料倉(cāng)配料，亦可減少儲(chǔ)存倒運(yùn)、集中儲(chǔ)存規(guī)模及占地；即時(shí)合格配料直送用戶的路徑，合格配料不再入混勻料場(chǎng)而是并聯(lián)直送燒結(jié)用戶，優(yōu)化混勻料場(chǎng)規(guī)模和簡(jiǎn)化輸送系統(tǒng)。同時(shí)，提供混配料工藝的多選路徑，調(diào)節(jié)直供燒結(jié)料比例，大配量比粉料在儲(chǔ)料場(chǎng)直供燒結(jié)不參與配料和混勻，匹配配料、混勻料場(chǎng)和燒結(jié)配料功能，進(jìn)一步減小混勻設(shè)施建設(shè)規(guī)模。

2.1.2? ? 原料場(chǎng)大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)

在干支線串并聯(lián)工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，借助原料場(chǎng)大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基于信息助力的鐵前物流的數(shù)據(jù)分析、測(cè)算和調(diào)劑。原料場(chǎng)大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)如圖2所示。為實(shí)現(xiàn)均衡儲(chǔ)料和即時(shí)供料，需要即時(shí)收集物流信息、庫存信息、倉(cāng)群信息、原料“雙儲(chǔ)”等物流大數(shù)據(jù)信息，對(duì)原料的多方位需求進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)進(jìn)廠物流的運(yùn)轉(zhuǎn)周期和最短周期，采集企業(yè)用戶需求信息，篩選最優(yōu)均衡儲(chǔ)料要素，集中儲(chǔ)存料場(chǎng)的最低安全儲(chǔ)料量應(yīng)延伸社會(huì)運(yùn)輸中的物流信息和用戶用料信息，適應(yīng)低成本采購(gòu)?fù)獠课锪鳁l件變化，用不同支線揭示安全儲(chǔ)料規(guī)律，通過支線使“供”與“需”達(dá)到一體化平衡，降低高“儲(chǔ)”成本。

根據(jù)物料特性，供料穩(wěn)定性、信息預(yù)測(cè)和儲(chǔ)運(yùn)量的測(cè)算，設(shè)定可控即時(shí)物料級(jí)別、路徑和使用量，對(duì)于供應(yīng)較穩(wěn)定的物料采用即時(shí)供料，按照物料使用量和進(jìn)廠周期確定周轉(zhuǎn)庫存，使原料場(chǎng)儲(chǔ)存的時(shí)效物料最優(yōu)均衡減量?jī)?chǔ)存，最大限度減少原料儲(chǔ)存總量，實(shí)現(xiàn)大宗原料在原料場(chǎng)最低安全儲(chǔ)量和物料使用量的動(dòng)態(tài)管理。根據(jù)用戶條件，因地制宜錯(cuò)時(shí)利用周轉(zhuǎn)場(chǎng)地儲(chǔ)存不同原料，壓縮原料場(chǎng)儲(chǔ)存規(guī)模，減少鐵前多工序用戶物料的儲(chǔ)存規(guī)模。物料“雙儲(chǔ)”提供鐵前多工序間錯(cuò)時(shí)檢修、產(chǎn)能峰谷“儲(chǔ)料”需要，鐵前干支線串并聯(lián)輸送，時(shí)效物料與輸送路徑動(dòng)態(tài)管理，保證料場(chǎng)均衡儲(chǔ)料和干支線調(diào)配供料。

2.2? ? 自動(dòng)選線的網(wǎng)群輸送研究

2.2.1? ? 共用組網(wǎng)的網(wǎng)群輸送設(shè)計(jì)

原料場(chǎng)共用組網(wǎng)的網(wǎng)群輸送如圖3所示，通過設(shè)計(jì)起始于卸料系統(tǒng)的共用組網(wǎng)橫向連接水運(yùn)、鐵路和汽車等多形式卸料的共用輸送路線，從源頭上形成交叉互換運(yùn)輸物流，實(shí)現(xiàn)隨外部運(yùn)輸條件變化進(jìn)行多路線的靈活調(diào)整。同時(shí)，原料場(chǎng)引入各種卸料型式的平衡途徑，為外部運(yùn)輸條件變化時(shí)輸送系統(tǒng)的靈活互換建立基礎(chǔ)。根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)極限值，水路滿足船型變化；鐵路滿足卸車批量變化，能力互補(bǔ)；汽車滿足不同車型需要，兼顧應(yīng)急卸料、運(yùn)輸功能[6]。既改變多物料品種和各品種物料量差異大帶來的接卸能力不均衡現(xiàn)狀，又解決各系統(tǒng)普遍存在的閑置余量。

鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部的鐵前各工序涉及地域范圍大、場(chǎng)地分散，輸送路徑有往返交叉，輸送線路長(zhǎng)，轉(zhuǎn)運(yùn)多，不同生產(chǎn)規(guī)模需要幾十到幾百臺(tái)輸送設(shè)備完成供料。通過設(shè)計(jì)各個(gè)儲(chǔ)料場(chǎng)至不同用戶的共用組網(wǎng)、混勻設(shè)施至用戶的共用組網(wǎng)、和以煉鐵原料供應(yīng)為核心的燒結(jié)、球團(tuán)、焦化等工序共享的一體化組網(wǎng)多通路轉(zhuǎn)載，形成網(wǎng)群輸送，輸送設(shè)備共用互備，簡(jiǎn)化工藝流程和減少輸送設(shè)備，調(diào)節(jié)正常生產(chǎn)供料和返料、設(shè)備檢修供料和返料、取料設(shè)備事故供料等共線作業(yè)，輔助調(diào)節(jié)儲(chǔ)料容量和供料節(jié)奏，鐵前統(tǒng)一儲(chǔ)存統(tǒng)一輸送，保障各用戶連續(xù)生產(chǎn)。

2.2.2? ? 自動(dòng)選線的智能輸送模型

輸送機(jī)網(wǎng)群自動(dòng)選線優(yōu)選要素模型如圖4所示。設(shè)計(jì)原料場(chǎng)供料流程智能輸送的自動(dòng)選線模型，通過輸送機(jī)網(wǎng)群優(yōu)選要素篩選，進(jìn)行工藝流程分析比選。輸送流程起點(diǎn)和終點(diǎn)的設(shè)定不是固定的某一個(gè)地址，而是靈活設(shè)定到物料品種，將輸送機(jī)網(wǎng)絡(luò)按照運(yùn)輸原料特性和輸送機(jī)工藝關(guān)聯(lián)條件確定輸送流程的起點(diǎn)和終點(diǎn)，從符合該起點(diǎn)位置到該終點(diǎn)位置的所有路徑自動(dòng)選線，確定流程選擇有沖突時(shí)的工藝優(yōu)先條件，選擇最佳流程，先選擇、后準(zhǔn)備、再排序和啟動(dòng)。經(jīng)過最優(yōu)流程反饋，減少啟動(dòng)次數(shù)，節(jié)省設(shè)備空轉(zhuǎn)和等待時(shí)間，縮短供料周期，輸送設(shè)備節(jié)能高效運(yùn)行。

智能輸送工作考慮了設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、路徑長(zhǎng)短、均衡運(yùn)行、流程干涉等條件，減少設(shè)備等待時(shí)間，降低維護(hù)成本，加速供料周期。建立流程網(wǎng)絡(luò)時(shí)，區(qū)分原料品種和儲(chǔ)量需求預(yù)測(cè)、事故供料與多路徑直供底線保障、備用系數(shù)與預(yù)留余量選??；優(yōu)化工藝流程時(shí)，依據(jù)組合供料流程比選計(jì)算原理進(jìn)行輸送線路的比選和優(yōu)化，輸送線多流程智能篩選和帶料切換，輸送設(shè)備集中控制和安全輸送[6-7]。同時(shí)，考慮輸送系統(tǒng)在正常條件下獨(dú)立運(yùn)行，有故障時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)相互備用，采用流程群管理集中輸送，減少單線系統(tǒng)數(shù)量提高運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性，降低單設(shè)備故障對(duì)整個(gè)輸送系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率的影響。

3? ? 工程應(yīng)用效果

1）原料場(chǎng)干支線串并聯(lián)工藝系統(tǒng)在某大型鋼鐵企業(yè)綜合原料場(chǎng)應(yīng)用效果對(duì)比見表1。同等規(guī)模鋼鐵企業(yè)和基本相同供料功能條件下，設(shè)計(jì)應(yīng)用原料場(chǎng)干支線串并聯(lián)工藝系統(tǒng)與傳統(tǒng)原料場(chǎng)工藝技術(shù)相比，均衡優(yōu)化了原料場(chǎng)的原料存儲(chǔ)量和原料采購(gòu)時(shí)的資金占用量，大大減少原料儲(chǔ)存和輸送占地，有效降低原料場(chǎng)建設(shè)投資。

2）原料場(chǎng)共用組網(wǎng)輸送在某大型鋼鐵企業(yè)綜合原料場(chǎng)供料系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)比見表2。以應(yīng)用實(shí)例的兩座高爐對(duì)應(yīng)的原料場(chǎng)輸出至用戶和鐵前多工序之間供料系統(tǒng)為例，共用組網(wǎng)的網(wǎng)群輸送實(shí)踐表明，鐵前供料工藝系統(tǒng)可以減少35%～40%，輸送設(shè)備數(shù)量減少25%～30%，輸送機(jī)輸送線長(zhǎng)度減少20%～25%。

3）以原料場(chǎng)大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)為基礎(chǔ)，協(xié)同自動(dòng)選線的智能輸送網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選，根據(jù)原料來料方式、原料品種和數(shù)量、儲(chǔ)料實(shí)時(shí)狀況和用戶需求，建立多個(gè)受入系統(tǒng)的靈活補(bǔ)充和運(yùn)輸條件變化時(shí)各種原料的即時(shí)均衡。高效運(yùn)行的鐵前各工序間原料系統(tǒng)按照用戶生產(chǎn)要求，主動(dòng)供料，統(tǒng)籌調(diào)劑緩存容量和供料系統(tǒng)節(jié)奏，確保生產(chǎn)過程安全順行，實(shí)現(xiàn)減少原料重復(fù)倒運(yùn)10%～15%，供料系統(tǒng)節(jié)能10%。

4? ? 結(jié)? ? 論

1）原料場(chǎng)高效儲(chǔ)運(yùn)的工程設(shè)計(jì)研究，實(shí)現(xiàn)均衡減量?jī)?chǔ)存和即時(shí)高效供料，原料場(chǎng)“儲(chǔ)”和“運(yùn)”協(xié)同增效，助力鋼鐵企業(yè)原料儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)向大運(yùn)量、減儲(chǔ)量、少裝備、低能耗、高效率、統(tǒng)管理的綠色、低碳方向轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展。

2）即時(shí)均衡的儲(chǔ)運(yùn)工藝具有節(jié)約資源、信息引領(lǐng)的突出優(yōu)勢(shì)，通過供料工藝和供料路徑的創(chuàng)新，不僅解決了原料儲(chǔ)存占地大和原料資金占用成本多的問題，同時(shí)解決了原料供料工藝系統(tǒng)的靈活性和平衡性，解決了煉鐵前供料和生產(chǎn)節(jié)奏的匹配問題。

3）自動(dòng)選線的網(wǎng)群輸送具有靈活高效、節(jié)能增效的突出特點(diǎn)，通過共用組網(wǎng)的網(wǎng)群輸送和智能輸送的自動(dòng)選線，為改善鋼鐵生產(chǎn)的原料儲(chǔ)運(yùn)現(xiàn)狀問題提供有效的解決方案和技術(shù)手段，大大提升了原料場(chǎng)物流效率，保障了原料低成本安全運(yùn)行。

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