高爐工程總圖規劃設計要點研究

【摘要】本文結合作者的工作體會，分別從總圖設計應該與時俱進、因地制宜；高爐建設位置的選擇；選擇合理的鐵水運輸方式；多方案比選；高爐工程中各個系統設施的總圖布置要點等方面闡釋了高爐工程總圖規劃設計要點。

【關鍵詞】高爐工程；總圖規劃；設計要點

鋼鐵企業總圖設計內容龐雜，以下我以自身幾年以來參加的工廠設計經驗依為據例，闡述一下鋼鐵企業工廠總圖設計當中高爐工程的設計要點。

1. 總圖設計應該與時俱進、因地制宜

中國當今的鋼鐵產能約占世界鋼鐵產能的一半，產能已嚴重過剩。目前新建的鋼鐵企業很少，主要是以現有企業內部結構調整，升級改造為主。鑒于在改造的同時須兼顧現有生產，老廠改造比新廠建設要復雜。筆者所參加的升級改造工程中，沒有一個到最后是拆除現有主要生產設施進行升級改造的。即便當時業主迫于場地條件限制而提出拆除主要設施，在經過仔細的研究之后都不得不先建后拆。總圖設計人員要時刻謹記老廠改造不是推倒重來——而是企業的有機更新。

2. 高爐建設位置的選擇

（1）高爐在在全廠的位置以及與外部的相對位置要適當；一般老廠改造條件都比較有限，用地面積緊張。即便如此，高爐工程建設的位置往往也不止一處，因此需要在做總圖方案布置時對項目備選用地條件進行比選。

（2）建設場地的選擇首先考慮不影響主要現有生產，其次要保證鐵水運輸作業流程合理、運輸距離最短，再次須同時考慮工廠外部環境對總體布局的影響。湖北某鋼鐵廠，一座爐容為中型高爐在2011年建成投產，運行良好，各項指標先進。本項目從2007年開始到2011年建成投產，前后跨度5年。過程中，方案的論證充分，總圖方案優化，卻忽視了高爐環境影響因素，導致產生不少環境問題。高爐投產后，生產的噪音影響了南圍墻外居民的正常生活。企業不得不通過一些技術改造，降低噪音的影響，但收效甚微。按《鋼鐵企業總圖運輸設計規范》（GB50603-2010）4.2.1條的要求，煉鐵廠與居住區的衛生防護距離須在1000m以上，但此項目居民區與鋼鐵廠僅有一路之隔，高爐中心距離居民區邊緣只有不到200m。因此筆者建議，高爐工程設計固然要在廠區內部做方案優化，同時也不能忽視外環境的影響。環保的理念被日益重視，黨的十八大提出把生態文明建設放在突出地位、建設美麗中國的目標，鋼鐵企業在建設、生產時更應該重視提升環境效益。

3. 選擇合理的鐵水運輸方式

（1）鐵水運輸方式決定了高爐的總體布置。到目前為止，高爐鐵水運輸的途徑主要有鐵路、道路、過跨車等三種方式，各個企業根據使用的情況以及建設場地的條件不同而選擇有所不同。一般情況下鐵水運輸采用鐵路運輸；在鐵路布置有困難而且煉鐵車間與煉鋼車間距離較近、有條件設置鐵水運輸專用道路的情況下，可采用道路運輸鐵水；當煉鐵車間、煉鋼車間較近而且兩個車間高差較大不利于采用鐵路或者道路運輸時，可考慮采用過跨車運輸。鐵路運輸是目前冶金企業普遍采用的一種運輸方式，安全可靠，但鐵路運輸設備轉彎半徑大，爬坡能力小，占地面積較大，布置方式不夠靈活。汽車運輸鐵水包最大的特點是機動靈活，車輛設備的轉彎半徑小，占地面積小，但其可靠性還有待進一步驗證。

（2）過跨車運輸鐵水即采用電動平車加吊車運輸鐵水，電動平車將鐵水包推送至煉鋼車間加料跨的延長跨，再通過吊車將鐵水輸送至煉鋼車間。過跨車運輸鐵水可使煉鐵車間、煉鋼車間最大程度地靠近，最大程度減少占地，更能適應復雜地形和高差，但是一次性投資高、對設備的可靠性提出更高要求，目前國內鋼鐵企業很少使用這種模式。

4. 多方案比選

和其它總圖布置一樣，在確定高爐的爐容、位置、運輸方式之后，需要對高爐工程內部系統的布置經過多方案比選，選出最佳方案。有些方案注重考慮本期工程建設投資最少，有些方案考慮預留發展條件最優，詳述利弊，提供給委托方選擇。有些對方案意見乍一聽不太合理，但是不能因此就完全否定。正確的方式應該是想辦法去把這些聽似不合理的方案擺出來。耳聽為虛眼見為實，當方案擺出來以后，合理或者不合理那都是一目了然，提意見的人也就不會有疑義了。而且往往在做這個你先前不屑一顧的方案時你會發現這種思路還有很多可取之處。身為總圖設計人員，一定要有兼容并包的精神，因為總圖方案沒有最優只有更優。仔細去做你會發現總還有可以優化的地方。總圖方案優化的原則是工藝流程合理、物流順暢短捷、布置緊湊合理、遠近結合，滿足安全、衛生、防火以及施工要求，為后期發展留有余地。特別是在方案階段，把總圖方案優化了不但為下一步設計創造良好的條件，同時還能節省投資、縮短工期。

5. 高爐工程中各個系統設施的總圖布置要點

高爐的平面布置按鐵水運輸鐵路的布置狀態一般可分為一列式、半島式、島式等幾種方式，一般中小型高爐可采用一列式布置，中大型高爐宜采用半島式、島式布置。具體的介紹可參照《鋼鐵廠總圖運輸設計手冊》。下面只介紹各個單體設施在總圖布置當中相關的要點，供諸君參考。

5.1高爐礦槽的布置。

高爐礦槽為高爐提供含鐵原料以及焦炭等，一般可通過上料小車或者帶式輸送機（主皮帶）輸送到高爐爐頂。一般情況下，高爐的爐料輸送在中小型高爐中采用上料小車上料，在大中型高爐中采用主皮帶上料。目前有不少中小型高爐都采用主皮帶上料運輸。和上料小車相比，主皮帶運輸的連續性、可靠性更好。同時采用主皮帶運輸時，由于高爐礦槽距離高爐本體較遠，總圖布置更加靈活。此外還有以下一些小要點需要予以考慮：（1）主皮帶爬升角度考慮到球團的運輸，一般不大于12°，要考慮礦槽的位置是否滿足這個要求，否則要調整礦槽的位置。（2）高爐主皮帶與高爐中心線的夾角不能過大（一般不超過15°），否則容易與爐頂框架或煤氣上升管道相碰。（3）高爐主皮帶一般不能與爐頂吊車布置在同一側，否則主皮帶會影響高爐爐頂吊車的吊裝作業。（4）主皮帶中央轉運站以及機械室的布置要合理，機械室一般不宜離中央轉運站太遠以致使機械室被抬得過高造成運行不穩定。（5）主皮帶支腿支架要合理布置（跨度以45m～50m為宜），一般不宜超過75m，跨度過大則造成浪費。（6）礦槽除塵宜靠近布置。

5.2出鐵場的布置。

不同的鐵水容器（一般有鐵水罐、魚雷罐）以及不同的出鐵方式（采用固定罐位或擺動流嘴），影響著出鐵場的布置。在工程設計過程中，總圖專業須根據不同的出鐵方式選擇最合適出鐵場布置方式。一般中大型高爐要求設置上出鐵場高架道路，主要用于出鐵場上使用的泥沙、炮泥、耐材等的運輸，同時還被用做主要參觀通道。高架道路的等級可按支路或車間引道考慮，坡度一般按不大于9%來考慮，有條件應該按不大于8%來考慮。按照《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）的規定，高架道路宜公路-Ⅱ級標準汽車荷載進行設計，寬度一般按5 m設計。

5.3熱風爐的布置。

在總圖布置方面，熱風主管宜以與出鐵場平臺天車的運行方向平行進入出鐵場，并應避開天車的作業區域。熱風爐宜靠近高爐煤氣布袋除塵器及TRT余壓發電等設施布置，以便于煤氣管道的連接。

5.4鼓風機站。

鼓風機站宜靠近熱風爐布置，以縮短冷風管道的長度。鼓風機站宜與熱風爐布置在高爐的同一側。一般可采用電動鼓風、汽動鼓風、高爐煤氣余壓鼓風（BPRT）。一般來說BPRT系統及電動鼓風機系統占地較小，汽動鼓風機站占地較大（有配套鍋爐系統及水系統）。鼓風機的型式應根據工廠的能源平衡狀況來確定。

5.5重力除塵器、布袋除塵器、TRT余壓發電的布置。

重力除塵器布置的位置需要滿足煤氣下降角度的要求，一般以高爐為中心其中心與高爐中心的距離不宜超過65m（按煉鐵要求，此數僅供參考）。如果水渣處理采用環保底濾法時，重力除塵器宜與沖渣點保持一定的安全距離。重力除塵器與布袋除塵器之間連接管道為粗煤氣管道，管道的磨損比較嚴重，有條件時應盡量縮短布置。TRT余壓發電在多個高爐的情況下宜考慮合并布置。

5.6高爐水渣系統的布置。

高爐水渣處理有冷INBA法、環保底濾法、嘉恒法等——宜根據廠方的要求以及場地條件進行布置。高爐水渣量大（渣鐵比一般在330～350Kg/t.HM左右），例如一座3200m3的高爐來說，平均每天產生水渣量約2700t，折合45車皮。水渣的運輸是總圖專業需要重點考慮的問題。水渣運輸方式（鐵路、道路、膠帶機）的選擇，運輸路徑的選擇均應做好規劃。

5.7制粉噴吹車間的布置。

按照《鋼鐵冶金企業設計防火規范》（GB50414-2007），封閉式噴煤制粉站和噴吹站——屬乙類建筑，敞開式或半敞開式噴煤制粉站和噴吹站——屬于丙類建筑。制粉噴吹車間的布置可因地制宜，噴吹管道是壓力管道，布置比較靈活，有條件可靠近高爐布置。干煤棚的布置要有利于運輸作業。可根據場地條件確定使用普通皮帶機或者大傾角皮帶機或垂直皮帶機進行原煤運輸。在總圖布置中，應創造條件采用普通皮帶機（爬升角度不大于12°）運輸。普通皮帶機比大傾角皮帶機及垂直皮帶機維護簡單，故障率低。一般情況下噴門電氣室應與噴煤車間脫開布置，也可以一面與噴煤車間貼鄰布置——要求貼鄰墻面無門窗洞。

5.8高爐中心循環水泵房的布置。

高爐中心循環水泵房宜靠近高爐布置。當循環水采用開路循環時，其宜與高爐出鐵場保持一定距離，避免水蒸汽彌漫到出鐵場造成腐蝕。高爐循環水管道較多，可采用架空通廊方式敷設的或管溝方式布置。循環水管一般不在出鐵場下方橫跨鐵路，以避免水管漏水進入鐵水罐中去造成事故。

5.9鑄鐵機、魚雷罐修理車間的布置。

在轉爐車間不能接收鐵水的情況下，鐵水被運到鑄鐵機車間進行鑄鐵。一般的鑄鐵機車間還兼具修罐作業的功能。鑄鐵機車間一般應布置在鐵水牽出方便的地段。對于采用魚雷罐運輸鐵水的煉鐵車間，需要設置魚雷罐修理庫以及走行檢修車間，應將其應布置在煉鐵車間與煉鋼車間之間運輸便利的地段。魚雷罐修理車間一般由倒渣間、內襯拆除間、砌筑間、烘烤間組成。在內襯拆除工段需要布置好拆除魚雷罐內襯的作業設備的走行通道以及廢耐火材料的外運通道。

5.10道路的布置需要注意的問題。

一般煉鐵車間的運輸都是以皮帶運輸、鐵路運輸為主，道路運輸為輔（采用道路運鐵水的除外）。道路一般用作消防、參觀或是一些零散貨物的運輸通道。主干道路是劃分功能區域的標線。主干道一般不小于7 m，轉彎半徑宜大于9m。消防道路最小寬度不應小于4m。道路的寬度一般根據車流量或道路等級來確定。在高爐本體周圍的道路需要兼具消防通道及景觀通道的功能，應按主干道來考慮，寬度不小于7m。高爐周圍的道路與鐵路的平交道口往往較多，道路的通行性較差，但由于高爐區域道路的還需作為參觀通道，不能因此就把道路降低等級或縮小路面寬度。

5.11鐵路布置中需要注意的問題。

鐵水運輸坡度一般不超過5‰，包括出鐵場下方的鐵路以及外側一定長度范圍的停車路段的應為平坡，應留出合適停車的線路長度。受場地大小以及接軌點的影響，一般老廠改造建設中大型高爐出鐵場的鐵路線都按半島式來布置。按《鐵路運輸安全規程》的要求，對于半島式布置的高爐出鐵場下的鐵路原則上不允許穿兩個及以上擺動流嘴。在高爐鐵水運輸作業中，要求機車頂空罐，拉重罐，機車不穿鐵口。在給煉鋼車間配送鐵水時，機車應能推送重罐，避免機車先進入煉鋼車間。鐵路線路設計時應重點考慮上述原則，使鐵水運輸作業流程合理。

6. 總結

總平面布置是所有單元集成的平面體現，一經建成，就形成了“固化”的靜態網絡框架，一般很難改變。因此總圖設計人員一定要樹立起高度的責任感以及使命感，認真總結、努力提高，對自己所做的項目負責。以上一些設計心得體會僅供諸位同行參考，不當之處請批評指正。

參考文獻

[1]傅永新，彭學詩.鋼鐵廠總圖運輸設計手冊.冶金工業出版社.1996.10.

[2]中國冶金建設協會.鋼鐵冶金企業設計防火規范.中國計劃出版社.2007.

[3]中國冶金建設協會.鋼鐵企業總圖運輸設計規范.中國計劃出版社.2010.

[4]滕鶴，張穎，聶世一.新一代鋼廠鐵水運輸設計研究.冶金叢刊.2010.2.

[5]中交公路規劃設計院.公路橋涵設計通用規范.人民交通出版社.2004.

[文章編號]1619-2737（2013）12-23-706