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摘要：总图运输设计在钢铁厂设计中举足轻重，本文着重研究炼铁区总平面布置优化方法，并结合实际案例，从宏观、微观两个维度论述吨铁占地与降本增效的优化方法。列举了施工期，总图运输专业人员对施工组织设计和生产的动态管理优化，为大型高炉炼铁区的总图运输设计优化提供经验教训参考。
关键词：总图运输设计；炼铁区总图布置；总图运输管理
炼铁单元不仅是钢铁联合企业投资强度最大的厂区，而且与上下游其他工艺流程衔接紧密，生产工艺复杂、建构筑物繁多。因此，炼铁区内部的总平面和综合管线布置对节约用地带来极大挑战。其布置直接影响铁钢界面的衔接，事关全厂物流运输、能源循环利用的顺畅度。
总图运输设计除上述总平面布置、综合管线布置、铁钢界面优化外，还包括总体规划、竖向优化、物流运输、场平大临设施和绿化等设计内容。总图专业人员负责协调炼铁区各专业设计，指导现场施工全局和微观调整的衔接及时有效，起到动态管理的作用。下文以某大型钢铁联合企业炼铁区总图设计管理实例，对炼铁区总图运输设计及动态管理优化做初步探讨。
1.总图运输设计阶段的宏观布置优化
1.1炼铁区总图布置方法
按高炉炉容规划，炼铁区总图布置和上料方式有以下几类[1]：炉容＜1000m³一般为“一列式”布置，斜桥上料方式；1000m³＜炉容＜3000m³一般为“半岛或一列式”布置，胶带机或斜桥上料方式；炉容＞3000m³一般为“半岛式”布置，胶带机上料方式。实例为某大型钢铁基地新建的2座5000级高炉，在高阶段设计阶段，采用“半岛式”布置+胶带机上料方式。其特点，铁水线一端为尽头式，高炉本体3面环绕铁路线路，矿焦槽通过主胶带机对高炉喂料；相比一列式的用地紧凑，半岛式布置的铁水走行线路较长，优点在于，可使2座高炉分期施工互不干扰，运维期出铁场附近预留场地便于快速大修。
1.2炼铁区厂房组成及总平面布置原则
炼铁区由高炉区、鼓风站区、碾泥机区、铸铁机区及倒渣间区组成。高炉区含2座5000级高炉本体、出铁场及风口平台、热风炉、重力除尘器、水渣系统及干渣坑、矿焦槽系统、布袋除尘及TRT余压发电系统、集中泵站、水渣泵场、出铁场及炉顶除尘、屋顶除尘、矿焦槽除尘、水渣成品槽、高炉中控楼、水渣电气室、转运站及胶带机等设施；鼓风站区由鼓风机主厂房、脱湿器、空气过滤器、制冷机、泵房、电气室等设施组成。其它配套的能源介质公辅设施由全厂总图运输单元和各全厂配套公辅工程单元统一考虑。
上述车间厂房的总平面布置原则：1）方案全面考虑、远近结合充分预留发展场地、统筹规划、分步实施；2）利用炼铁区场地地形和工程地质条件，因地制宜地进行高炉区总图布置，尽可能减少高炉区建构筑物基础工程量；3）注重节约用地和合理用地，工程量省，长期运营费用低；4）在满足工艺流程和运输合理的条件下，高炉公辅设施要靠近高炉布置并尽可能合并，做到平面布置集中紧凑、物流（包括能源介质流）线路短捷顺畅。
1.3铁钢界面宏观设计优化
配合转炉炼钢生产，炼铁区至炼钢区的铁水运输传统方式有：1）高炉→鱼雷罐车倒罐站→铁水罐→转炉；2）高炉→高炉铁水罐车→（混铁炉）→兑铁水罐→转炉两种。为了进一步论证优化铁钢作业区的物流和工艺衔接，行业内对其定义为“铁钢界面技术”优化。
传统的“鱼雷罐车”运输方式具有承接和运输铁水的功能，技术成熟，安全可靠，能起到铁钢界面之间的铁水需求缓冲作用，空重铁水列车运行周转快。设置出铁制度：每次出铁按二次取重配空运输作业，则每座高炉日运输（取重配空）作业为24次，二座共48次。
作为比选方案A，其平面布置如下图：
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图1 铁钢界面技术比选方案A
“一罐制”铁水供应方式是近年来涌现出的一种新的铁钢界面技术，是总图运输设计、冶金工艺流程优化的新技术，取消了传统的鱼雷罐车或铁水罐进行倒罐兑铁的中间过程，而直接采用炼钢铁水罐运输铁水。故，将高炉铁水的承接、运输、缓冲贮存、铁水预处理、转炉兑铁、容器快速周转及铁水保温等功能，集为一体的新工艺技术。在国外的日本JFE京滨厂、巴西CSA钢厂，国内的首钢京唐、江西新余、重钢环保搬迁、张家港沙钢、莱芜钢厂、唐山钢铁等企业已采用或正在实施。
铁钢界面“一罐制”铁水运输新方式分为3类：1）铁路运输方式的 “一罐制”；2）起重机＋过跨车运输方式的“一罐制”；3）汽车运输方式的“一罐制”。主要从工艺流程顺畅、生产操作及组织合理、环境保护优良、上下游工艺厂房总图布置等全盘谋划。基于起重机＋过跨车的运输方式，在炼钢车间内部的铁水和钢水运输中已有几十年的生产实践经验，从项目基地的生产规模、总图布置条件和安全生产需求出发，选择本节第2）类一罐制方案，作为比选方案B。
2座高炉及4座转炉炼钢车间并联，高炉与转炉炼钢厂之间设2×24m铁水转运跨。高炉中心间距约260m，高炉区南北宽约800m，东西长约590m，总占地面积约47.20万m2，比铁路运输方式占地减少15％～20％。每座高炉设8条炉下过跨轨道线伸入铁水转运跨，平均运距约90m；铁水转运跨中起重机吊运平均运距约130m；从铁水转运跨至转炉炼钢厂加料跨，铁水过跨车运距约256m。
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图2 铁钢界面技术比选方案B
由比选方案A、B，“一罐制”工艺具有缩短工艺流程、简化生产作业环节、总图布置紧凑、物流短捷、减少铁水温降、烟尘排放量少等优点。但，其紧凑的布局使得运维期快速大修场地须另寻它址，同时铁水运输无缓冲空间，结合本案例场地规划用地较为充裕、为利于运维等实际需求，选择传统式铁方界面方案，并对方案A用地进行微观优化，以期降低吨铁占地指标。
2.微观布置优化及总图动态管理
2.1既定方案的微观布置优化
拟定方案A优化后的为方案A+，2座高炉（中心距320m）分两步实施。
1）炼铁区总体布置优化
炼铁区的整体位于全厂区域中部，对厂区外部环境影响较小，常年主导风向为东南风，区域内高炉生活区位于常年主导风向的上风向，最大限度地降低高炉生活区空气污染。高炉出铁场采用与炼铁站由东向西成53°00′00″角的“半岛式”布置，2座高炉集中布置在高炉区东侧，尽可能靠近东侧炼钢区；2座高炉矿焦槽合并布置在高炉北侧靠近烧结厂和焦化厂的方向；2台铸铁机设施布置厂区西北角。高炉出铁场0°侧布置热风炉和干法除尘及TRT；出铁场180°侧预留高炉快速大修场地（靠近高炉的两处上料主皮带支架做成门型框架）；2座高炉的制粉喷吹站合并布置在2座高炉之间；2座高炉鼓风机站布置高炉区南侧东部场地上，二期高炉所需的2台鼓风机在其南侧预留的场地扩建。其冷风管道距离一、二期高炉热风炉均比较近。通过上述局部微观的总图布置优化，炼铁区A+方案总用地面积约42.62万m2，优于方案B。其布置图如下：
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图3 铁钢界面技术比选方案A+的高炉区方案
2）炼铁区总图微观布置优化点
对方案A铁水线调整为“顺向——尽头式”布置：
为适应两次铁钢界面的重大调整，实现铁水短流程运输，减少一期铁路投资与远期发展的衔接，综合考虑铁水与二炼铁的调配及二炼铁机车的检修问题，设计出工艺铁路三角线。
矿焦槽合并布置：
2座高炉的矿槽、焦槽的合并布置。矿槽与焦槽平行布置，之间留有检修通道。与单独布置相比，总面积减少了1/3，投资大为节省，矿焦槽的布置如下图所示：
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图4 方案A+矿焦槽合并布置图
中控楼合并布置、水处理设施集中布置：
2座高炉的中控室合并布置在高炉之间，通过高架通道连接高炉出铁场。优化后，减少人员操作岗位、生产维护人员进一步集中，便于生产管理。集中泵房、水处理电气室、冷却塔及水池等水处理设施，靠近高炉出铁场邻近布置，集中布置，减少各类埋地管线的长度。
3）炼铁区优化对标
采用比较典型大型高炉工程指标的方法，本案例总图参数指标与现有同类型典型高炉对标结果如下：
表1 炼铁区总图参数指标
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从上表中看出，在5000级高炉系列中，本案例方案A+在有效控制吨铁占地指标的情况下，大幅减小了铁水至炼钢的距离，综合运营成本降低，降本增效效益显著。
2.2总图设计动态管理优化
在进入建设期后，炼铁区设计及施工阶段的总图管理是一个动态发展的过程，总图设计师须对各工艺专业技术方案汇总并结合现场实际，处理架空、埋地的平面、竖向交叉关系。因此，施工组织设计作为总图运输设计现地现物环节，更多地体现在实时过程管理。以上述案例为例，列举动态管理的一些优化点：
1）配合分区施工的总图发图计划
炼铁区即便在EPC模式下，考虑对施工进度和设备进出场时序安排便利，通常分区分步施工。因此，各专业施工图发图顺序存在与工艺流程相悖的情况。本案例，工程施工前期，出铁场炉前为配合大型吊装设备一次进场需求，须对吊机占位地基硬化处理，而本区域为水处理埋地管线、电缆沟密集区域，故存在后期硬化开挖再硬化的可能性，总图管理（外部管线定位）的策划和精准重要性凸显。配合分区施工的总图发图计划，动态管理外部管线施工，利于施工组织设计优化和投资降本。
2）分步实施的及时纠偏管理
本案例为2座高炉分期分步施工，在1#高炉投产后，2#高炉推进施工建设。炼铁区物流运输种类多、运量大，道路运输设计是总图设计的重要组分。因此，总图动态管理须对运维期的状况实时跟踪。1#高炉投产后一段时间，水渣成品槽区域道路出现破损，故须从设计源头抓起，结合施工期施工质量跟测、运维期实际运输发生量等输入条件，杜绝2期问题复现。道路运输设计后评估要点列举如下：
资料数据：一步运量60万吨/年，1#高炉有两个成品槽，每个成品槽下连接的道路为单车道，30吨倾翻车重车与标准轴载换算系数69.02，平均载重25吨，均衡系数1.15。
计算过程及结果：
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计算复核结果：1#高炉C1出铁场水渣成品槽外接道路，C2出铁场水渣成品槽外接道路，施工图按道路标准图集，其Ne区间是[0.45×107，1.2×107），对比水渣成品槽区域道路一个车道上的累计当量轴次（Ne），计算结果是远小于该区间内。
另外，该区域是玄武岩挖方区，地质条件较好，故路基处理要求不高。施工后评估发现，雨季施工，道路路基的水害情况严重，故总图设计师对2#高炉施工过程加强指导和配合，是有效地总图动态管理的关键。
3.结论
本文以实际案例，着重讨论了炼铁区总图运输设计优化实践的方法，提出了总图运输设计宏观、微观优化点，总图动态管理优化的重要性，有效解决了大型高炉炼铁区总图设计在特定条件下的优化问题，得到了利于土地节约与方便运维的总平面布置结果。然而，本案例也具有特异性，也是对总图运输设计优化的浅显讨论；“一罐制”方案的实际应用优化等问题还有待深入研究。
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