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收藏词条   编辑词条 钢铁联合企业总体设计

创建时间:2008-08-02

钢铁联合企业总体设计

具有炼铁、炼钢、轧钢联合生产过程的钢铁厂的整体性工程设计。

钢铁联合企业的基本生产过程是在炼铁炉内以铁矿石为主原料加碳还原剂和辅助原料等炼得铁水;接着及时装入炼钢炉获得钢水;随即将钢水用连续铸钢机铸成连铸坯(旧方法是铸成钢锭送初轧机开坯),经过轧钢或其它加工工艺生产出钢材。它相对于短流程钢厂也称长流程钢铁厂。

钢铁联合企业的组成除炼铁厂、炼钢厂、轧钢厂三个必备环节之外,通常还设有烧结厂(球团厂)、焦化厂和相应的辅助公用设施。有些还包括矿山、选矿厂、耐火材料厂、热电站和某些副产物加工厂以及其他钢铁加工厂等。

钢铁联合企业比各自独立生产经营的炼铁厂、炼钢厂、轧钢厂具有比较突出的优点:(1)可以采用高效率的高炉、转炉和轧制等主工艺装备,适合大规模生产高质量钢材。(2)在连贯性的冶金加工过程中,可最大限度地利用热铁水和热坯等的热能。(3)能建立统一的合理利用能源的系统。(4)可产生多种副产品并回收废弃物料,如炼焦化工副产物、炉渣副产物、钢铁废料和边脚料。(5)可以建立从原料、半成品到最终产品互相衔接的质量检验系统,便于改善质量和研制新产品。(6)产品成本较低。因此,钢铁联合企业在世界钢铁工业中占有重要地位,1988~1993年世界约有70%的钢是由钢铁联合企业生产的。

但是钢铁联合企业原料、燃料、辅助原料种类多,规模大,占地多,投资多,设备制造、安装、工厂建设周期长,投资回收慢,而且随着炼焦煤、富铁矿资源渐少和环境保护的日益严格而受到制约。因此,它受到以废钢和直接还原铁为原料,采用电炉炼钢生产工艺的小钢厂的严重挑战(见小钢厂设计)。此外,世界上合金钢大部分是由特殊钢厂生产的(见特殊钢厂设计)。

钢铁联合企业的主要生产工艺流程和产品品种见图1。

简史

人类早在古代就有了钢铁冶金技术的经验。但16世纪以前炼铁炼钢技术基本上是经验式的。16世纪在欧洲出现了资本主义的萌芽。产业革命开始后对钢铁的急剧需求促进了钢铁技术的发展。

1700~1890年,在欧洲首先在英国出现了一系列关于钢铁技术的重要发明创造。其中主要有:用焦炭代替木炭鼓热风的炼铁高炉;坩埚法生产铸钢件,贝塞麦酸性炼钢转炉和锰铁脱氧炼钢,西门子一马丁蓄热室平炉炼钢,碱性转炉炼钢;用平辊轧制熟铁板,并生产镀锡铁板,用孔型轧制熟铁棒材和型钢材等;在德国霍夫曼将西门子蓄热室用于炼焦炉。

19世纪后期,单独经营的炼铁、炼钢和加工已不能适应当时的形势。为提高生产率、节约热能、利用高炉煤气和焦炉煤气,力求实现热态金属连续化生产,工序之间实行内部成本核算,出现了钢铁联合企业的组建和实现统一集中联合化生产,但是规模不大。

随着工艺进步、机电设备制造技术和耐火材料质量和使用性能的提高、操作经验的积累、工艺装备容量加大和单元生产能力的提高,以及对于钢材需要量的增加,钢铁联合企业的生产规模逐步加大。到20世_e520年代,联合企业最大规模已达年产钢100万t。

第二次世界大战期间和战后的恢复建设时期,对于钢铁的需求量大幅度增加,钢铁科研水平和技术进步也取得了新的突破。1949年联邦德国开发连续铸钢技术成功,1950年联邦德国开发了钢水真空处理脱氢,1952年奥地利实现了工业顶吹氧气转炉炼钢(LD法),1967年联邦德国、法国合作建成氧气底吹转炉。

1969年联邦德国采用钢包喷射冶金技术。1974年英国开始试用顶底复合吹炼转炉。60年代至70年代采用强化冶炼工艺,设备大型化迅速发展。热、冷轧宽带钢连轧机、高速线材轧机、连续轧管机的生产能力和产品质量都有极大提高。

随着设备的大型化和高效化,钢铁联合企业的规模增加很快。60年代末,500万t以上的只有15个;到1993年,500万t以上的有31个,200万t以上的有93个。有的将工艺设备分为3~4组生产线进行分期建设。产品成系列化,如:板材和焊管,热轧冷轧带钢、镀(涂)层板、电工钢板,型钢和棒线材等。规模达800~1000万t,个别的达1600万t。进入90年代以后,已很少再全新设计建设大型钢铁联合企业,主要是改造或扩建;同时开发了多种用非炼焦煤炼铁的熔融还原新工艺,其中COREX法首先实现了工业生产。

 

图1 钢铁联合企业主要生产工艺流程和产品品种综合示意图

中国钢铁冶金技术历史悠久,三干多年前就有了铁制工具,春秋晚期已能用熟铁制剑。但长期封建社会重儒轻工,就连土铁也发展缓慢。鸦片战争后,清洋务派倡议于1890年建设了汉阳钢铁厂。有日产铁100t高炉2座和转炉2座,1908年由汉阳钢铁厂、大冶铁矿、萍乡煤矿组建合营成立汉冶萍煤铁厂矿公司。

第一次世界大战后,外国人利用中国资源于1917年在本溪、鞍山建设中、小高炉,1919年在北京石景山建高炉。1934年中国人在太原建立一个钢铁厂。当时有146m3和291m3高炉各一座、30t平炉一座及日产120t钢材中型轧钢机一套。

新中国建立后中国政府非常重视发展钢铁工业,在苏联的帮助下,钢铁工业开展了有计划地大规模基本建设。1952年正规设计改建扩建新中国第一个最大的钢铁联合企业——鞍山钢铁公司。随后设计新建武汉和包头两个完整的大型钢铁联合企业。1958年起,中国自行设计建设几十个地方、中小型钢铁联合企业。60年代重点建设酒泉和攀枝花钢铁联合企业。70年代依靠本国技术,设计扩建了本溪钢铁公司,其中包括南芬铁矿、2000m3高炉、120t转炉、1150mm万能初轧机、1700mm热轧宽带钢连轧机组;同期,引进联邦德国、日本技术扩建武汉钢铁联合企业,其中包括大型板坯连铸机、1700mm热轧宽带钢连轧机组、冷连轧机组、冷轧硅钢片机组。70年代末和80年代初,引进日本、联邦德国技术新建全新大型设备的宝山钢铁总厂,设计规模为钢670万t/a,主要工艺装备有450㎡烧结机、大型炼焦炉、4063m3高炉、300t氧气转炉、1300mm初轧机、2050mm热轧宽带钢连轧机组、2030mm冷轧宽带钢连轧机组、140mm无缝钢管自动轧管机组等;其一期工程于1985年建成投产,二期工程由中国自己设计,设备国产化比例显著提高,于1989年投产。多年来,中国许多钢铁联合企业都进行了改建扩建,到1994年中国钢的总产量达到9261万t,其中由钢铁联合企业生产的钢约占76%。

总体设计概念和内容深度工程设计的根本任务是把计划与设想变为现实的具体方案和蓝图,它是工程项目建设实施的前提,是施工安装和生产准备的依据。

总体设计是对大型钢铁联合企业的全部建设项目进行统筹安排和完整的综合性设计。在总体设计的基础上,编制全厂的主体生产厂(车间)和辅助公用设施的各单项初步设计(如烧结厂、焦化厂、炼铁厂、炼钢厂、轧钢厂、热电站及其他有关项目等)。

总体设计要解决的几个重要问题是:钢铁厂的主体工程项目和辅助公用配套项目的统筹安排;各生产工序工艺流程的连接配合要顺畅;各种设备机组能力要匹配;金属、物料、能源要综合平衡;建设进度的分期和远景发展要经济合理;钢铁厂与厂外相关配套工程需要协调以及建设资金的合理安排等。

总体设计的基本内容包括:(1)设计依据;(2)设计指导思想;(3)主要原料、辅助原料、燃料供应;(4)设计规模和产品方案;(5)全厂的生产工艺总流程和金属平衡;(6)主体生产车间;(7)全厂辅助公用设施;(8)全厂总图运输;(9)全厂修理设施和外协修理;(10)工业建筑和行政、福利等设施;(11)能源;(12)环境保护和安全技术;(13)电气、仪表和计算机系统设置原则;(14)建设进度分期和投产顺序;(15)设计定员;(16)设计概算;(17)技术经济分析和全厂综合技术经济指标;(18)附件:包括设计依据文件、审批文件、厂外配套工程文件、各种有关协议文件;(19)附主要设计图纸。在此基础上还要用最简明扼要的文字编写总论部分,必要时可单独装订成册。属于老厂改造或扩建项目要增加工厂现状和改扩建必要性的说明。涉及引进技术和利用外资的项目需按现行法规补充相关的内容。

总体设计的深度要满足以下几个方面的要求:(1)符合建设政策法规;(2)为单项初步设计的开展作依据;(3)为主要大型、专用设备和制造周期长的设备作预订货;(4)为土地征用和拆迁作准备;(5)为投资计划作安排;(6)为施工基地的部署作准备。

工程设计范围

由于钢铁厂类型不同,产品品种规格繁多.因而全厂所属各主车间和辅助公用设施的组成繁简有别。随之全厂所包括的单元性建设项目(子项、孙项)多少和所涉及的设计专业技术门类有差别。大型钢铁联合企业最为复杂。按中国钢铁行业现行设计机构体制和设计专业的划分,以大型钢铁联合企业设计为例,其工程设计范围一般如下所列:采矿工程设计,选矿厂设计,烧结厂设计,球团厂设计,焦化厂设计,耐火材料厂设计。冶金原料准备厂设计,高炉炼铁厂设计,炼钢厂设计,铁合金厂设计,轧钢厂设计,其他钢铁加工厂设计,冶金工厂工业炉设计,冶金厂修理设施设计,钢铁厂试验研究设施设计,冶金厂燃气设施设计,冶金厂热力设施设计,冶金厂给水排水、废水处理设计,冶金厂矿采暖通风除尘与空调设计,冶金厂矿电力设计,冶金工厂自动化仪表设计,冶金厂计算机应用系统工程设计,冶金厂矿电信、铁路信号工程设计,冶金工厂总图运输设计,冶金厂矿工业建筑设计,冶金项目技术经济设计和冶金工程设计概预算。钢铁厂设计有关的能源节能技术、环保技术和安全技术,由各有关生产工艺系统或辅助公用设施系统在上列有关专业设计内容中叙述。此外,在总体设计文件中要有能源、环保和安全技术章节。

钢铁厂通常还要建设管理办公楼,生活福利、职工培训或卫生医疗等设施,这类项目实质上属于民用建筑设计范畴,可根据设计协议规定的分工进行设计。

当一个钢铁联合企业或技术复杂的钢铁厂项目工程设计是由两个以上的设计机构承担时,有必要委托其中一个设计机构作为总体设计单位全面负责,并组织各专业设计进行科学分工和密切合作,以保证工程设计的完整性、系统性、连贯性和统一性。

大型工程设计工作的全过程通常与许多部门的工作密切相关,需要取得它们的支持与合作,如:行业主管机关、规划部门、筹建单位(业主)、银行、矿产地质和工程地质勘测单位、施工安装公司、科研机构、高等院校、机电设备制造部门、专用材料供应公司、环保部门和能源交通部门等。

设计规模和产品方案设计规模是指设计确定工厂生产的代表性产品的年生产能力,对钢铁联合企业而言,一般以钢产量计,有时也以钢材产量计。所需各种原料、燃料、辅料均按设计规模平衡。有时因市场专门需要或者可供选择的生产设备能力除能够满足本厂平衡外还有余量时,其中间产品也可部分外售,如商品生铁、商品焦和商品钢坯等。

确定设计规模的要点有:(1)在技术经济合理的年限内,资源和能源能保质保量地稳定供应;(2)各主要生产设备达到优化组合,使设备能力能够充分发挥;(3)厂址的场地和外部条件有保证,如场地地形和面积、供水能力、电源和电网容量;(4)资金的安排。合理的设计规模应该是力求做到年产量经济合理,即经济规模,过大过小都不合适。随着冶金技术和机电设备制造技术的进步、冶金产品质量性能的提高,经济规模随之变化。例如,在50年代和60年代,初轧机生产能力是影响全厂规模的主要环节;到70年代以后,对产品为板卷材的联合企业而言,热轧宽带钢连轧机组的生产能力则成为确定经济规模的主要环节(见冶金工厂经济规模)。为了使投入建设的资金尽快发挥效益,考虑到钢铁联合企业建设周期长的特点,可采用分期分批形成生产能力来安排建设进度,分成一期、二期甚至三期。

产品方案是设计确定的企业的产品生产计划大纲,包括代表性的钢材品种、规格、钢种、执行的质量标准、数量及所占比例。有的设计书中把商品焦、商品生铁、商品钢坯等也列入详细的产品大纲中,但不是主要的。

钢铁联合企业通常所用主要冶炼工艺设备是炼铁高炉,氧气炼钢转炉、二次精炼设施和连铸机。主要生产碳素钢、低合金钢、电工钢等。在少数企业中用转炉和其他冶炼设备还可以生产某些特殊钢。

轧机要根据轧材品种规格和产量选择。钢材品种主要分为钢板(卷)、钢管、型钢、棒材、线材几大类。钢材使用部门包括建筑、机械制造、交通运输、能源、轻工、化工、食品、家用电器以及军工等。所需钢材的品种、规格、质量和性能要求,根据具体产品和用途按照本国和国际标准组织生产。

确定产品方案的要点是:(1)以产品市场预测资料为依据;(2)必须弄清楚使用部门和地点,现在和将来最终的用途,以便明确钢材品种、规格、质量标准、检验标准和交货条件;(3)选择炼钢工艺和轧钢设备要能满足产品方案要求l(4)现在和将来的市场销售量。现有其他厂家可提供的数量、规格及所占份额,以便考虑本企业所占的份额和产品系列化以及工厂间的分工;(5)产品有无潜在的代用品和产品价格变化动向。若产品可能出口,还要弄清楚国际市场和贸易情况。

进入90年代,钢材使用部门对钢材的质量和使用条件更加严格和苛刻,对若干重要用途的钢材,必须冶炼高纯净钢和生产高品级的钢材才能适应市场需求,如表所列,可供拟定产品方案时参考。具体设计时须查阅产品质量标准。

某些重要用途钢材对性能和纯净度的要求

 

重要钢材使用部门的连续化、自动化作业线多使用计算机控制,除要求钢材性能均匀一致外,对钢材规格和尺寸精度的要求日趋严格,例如:热轧板带厚度差已达±30μm;冷轧板带厚度差为±10μm;平直度为5~10I;棒材直径差为±0.1mm,线材直径差<±0.1mm。因此,要求设计选用高刚度轧机和自动控制技术。

全厂主工艺流程、产品系列化和金属平衡长流程是钢铁联合企业的特征。其传统的基本生产环节是:(采矿)-(选矿)-烧结(球团)和焦化-高炉炼铁-氧气转炉炼钢-铸锭-初轧开坯-各成品轧制及相配的辅助公用系统。

初轧机有带立辊的万能式的轧机或带有钢坯连轧机,可生产板坯也可生产方(圆)坯。在初轧机后配备轧制扁平材的各种成品轧机,用板坯生产厚板、中板、薄板等;配备轧制长条材的各种成品轧机,用方坯生产大、中、小型型钢,棒材和线材等。配备轧管机将圆坯轧成无缝钢管。

全连铸车间的出现和技术发展,取代了铸锭和初轧开坯。连铸技术的进步已实现高效优质,并可浇铸多种断面(板、方、圆、异型)铸坯。连铸机与轧机主要可以有以下具有代表性的组合及产品品种系列:(1)板坯连铸机-热轧宽带钢连轧机(热轧带钢卷)-冷轧宽带钢连轧机(冷轧带钢卷)-镀(涂)层生产线。或是用带钢卷生产螺旋焊管。(2)薄板坯连铸-连轧。(3)板坯连铸机-宽厚中板轧机组-大直径直缝焊管机组。(4)方坯连铸机-开坯机和型钢轧机组。(5)圆坯连铸机-无缝钢管轧机。(6)异型坯连铸机-大型万能轨梁轧机。(7)小方坯连铸机-粗轧机和小型棒材轧机、高速线材轧机。

工业发达国家由于板材用量大,板材在钢材总量中约占50%以上。板坯连铸机和热轧宽带钢轧机的生产效率高,年生产能力可达250~300万t,甚至更高。故钢铁联合企业采用(1)+(3)的组合形式较多。其它形式或组合取决于产品需求、规模和综合效益以及其它有关条件。通常是经过多方案比较和技术经济分析全面论证确定。

大型钢铁联合企业优化的全厂主体工艺流程和装备如下:2座或3座大型高炉(富氧喷煤)-100%或很大比例的铁水预处理(脱硫、硅或加脱磷)-2座或3座大型复合吹炼氧气转炉-100%钢水二次精炼-全连铸-铸坯热送或直接热装炉或直接轧制-热连轧宽带钢轧机-全连续组合冷轧机组(从酸洗、冷轧、退火、平整轧制、在线检测的全连续联合作业)-镀层、涂层机组。此组合方案可供参考。

 

图2 设计规模为680万t/a的某钢铁联合企业

主要原料和金属平衡图

在主工艺流程和装备基本选定之后,通常要对主要原料、金属、设备能力和各工序的金属收得率进行核算和平衡(图2)。

钢铁厂所需原料、还原剂、能源和辅助原材料含铁主原料、还原剂、能源和辅助原材料是钢铁厂生产的主要物质基础。它们的种类、品质,冶金反应性能,供应的可靠性和经济性对钢铁厂的产品质量、工艺装备选择和工厂效益具有重大影响。要求它们的有用成分品位高、杂质少、冶金性能好、符合技术标准,且运输距离短、价格低。

含铁主原料(铁源)。包括:(1)来自矿山的天然铁矿石(见采矿工程设计);(2)来自选矿厂的铁精矿(见选矿厂设计);(3)来自烧结(球团)厂的烧结(球团)矿(见烧结厂设计或球团厂设计);(4)厂内废钢和外购社会积累废钢或进口废钢,对废钢的要求和处理见废钢处理车间设计;(5)利用含铁废渣、炉尘,如高炉炉尘、氧气转炉炉尘和钢渣、轧钢氧化铁皮(铁鳞)等。

还原剂。按形态分,主要有固体和气体两种。包括:(1)来自炼焦厂的焦炭(见焦化厂设计);(2)高炉喷吹用煤;(3)外购天然气。能源。包括:(1)动力用煤;(2)来自区域电网和钢铁厂自备电站的电(见冶金工厂供配电设计);(3)来自厂内炼焦炉、炼铁高炉和转炉的副产煤气(4)外购燃料油(见燃料油站设计);(5)来自厂内氧气站的氧气(见氧气站设计);(6)外购天然气(见天然气储配站设计)。

辅助原材料。也称辅料或副料。按种类主要包括:(1)各种铁合金(见铁合金厂设计);(2)各种耐火材料及其制品(见耐火材料厂设计);(3)炭素材料及石墨制品(见炭素厂设计);(4)熔剂。主要有石灰石、白云石、萤石、冶金石灰(见冶金石灰车间设计);(5)其它矿物料有:锰矿、铬矿、镁矿、粘土矿、硅石、膨润土等;(6)轧钢厂用硫酸、盐酸、苛性碱、乳化液、涂层用金属和有机涂料等;(7)各种润滑油。

钢铁联合企业上述物料不仅种类多,且消耗量大。生产lt钢约需铁矿石、焦炭、燃料和辅料4~6t,氧气50~60m3(只计转炉炼钢用),用电450~650kW•h,新水用量5~20m3。吨钢综合能耗,比较先进的为0.7~1.0t标准煤。所列各项数字有波动范围是由于物料有用成分含量的差异、企业组成的不同、技术装备性能和操作管理水平的不同所致。

主体生产厂(车间)设计技术重点在产品方案和设计规模两个前提已定,工艺流程和技术装备已经组合优选,全厂金属平衡核算告一段落之后,全厂各主体生产厂(车间)就可确定。

工程设计要不断跟踪国内外技术革新和科研成果,采用高效、优质、先进、成熟、效益显著的新技术。通常是依靠本国技术或通过引进外国技术进行设计合作等方式。但有时由于所用原料、燃料、还原剂的成分和性能特殊,技术复杂难度很大,需要通过半工业或小工业规模试验研究。在取得操作经验,考验设备性能和寿命,得出技术经济指标之后,才能开始工业规模的工程设计。

在主体生产厂(车间)设计中,冶炼装置、轧机和加工设备种类繁多,采用新技术不胜枚举,按系统归纳技术重点和方向示例如下:

(1)烧结(球团)厂。包括:采用精料,强化焙烧,提高质量,降低燃料消耗和回收热能,加强除尘,控制烟气中SO2和NOx,推广小球烧结技术等。

(2)焦化厂。包括:改进配煤节约焦煤,降低灰份;提高焦炭强度和反应性能;提高炼焦炉的机械化、自动化和环保技术水平;推广干熄焦;深度加工焦化副产物等。

(3)炼铁厂。包括:在加强原料准备采用精料的基础上,实行高炉合理扩大炉容;提高热风炉温度和炉顶压力;大力推广富氧高煤量喷吹;采用成套的高炉长寿技术;设置炉顶压差发电;采用炉况自动监控系统;提高环保技术水平。发展先进成熟的熔融还原新工艺。

(4)炼钢厂。包括:转炉延长炉龄、合理扩容;净化烟气回收二次能源;铁水预处理,转炉复合吹炼,自动控制技术,各种炉外精炼技术,高纯净钢冶炼;全连铸车间设计,高效连铸、无缺陷连铸坯及其热送、热装炉和直接轧制;近终形连铸一连轧技术等。

(5)轧钢厂。与连铸机衔接匹配的技术;各类轧钢机的连轧技术;高速、高刚度轧机高精度轧制技术;控轧控温技术;高附加值钢材深加工,如镀(涂)层钢板表面处理,周期断面、异型断面、薄壁轻型、冷弯等钢材新品种,轧钢计算机控制和过程模拟等。

此外要提高全厂技术装备基础自动化、计算机过程控制和企业经营管理计算机的水平。各主体生产厂的设计技术重点可以参见各专业分支条目。

全厂辅助生产和公用设施它们是为配合各主体生产厂(车间)正常生产而设置的设备修理、试验研究、供电配电、给水排水、燃料、工业气体、物料贮运、生产监控、污染控制和通讯联络等各设施的统称。因为辅助与公用二者的功能难以截然分割,并无严格的划分标准,习惯上简称辅助公用设施。在工厂建设和总体设计中辅助公用设施,一定要与主体生产厂配套完善,且经济合理。

辅助公用设施的种类,各自的功能质量和容量以及相互之间的协调,要确保全厂高效、安全、优质、低耗、低成本地连续运转。各辅助公用设施设计也要采用先进的技术装置或系统,既保证生产要求又要经济合理。

钢铁联合企业的辅助公用设施的组成及其包括的主要项目有:(1)工业炉。主要有各种轧钢生产用加热炉、带材连续热处理炉、可控气氛的工业炉、铸造和锻造用炉。(2)修理设施。主要有机修厂,轧辊铸造、修磨、淬火设施,连铸结晶器加工设施,运输机具修理和电修设施等。(3)试验研究设施。主要有原料、焦化、烧结(球团)检验设施,冶炼炉快速化验、钢材检验、动力厂油水煤化验设施和环保监测站。有些企业还设有钢铁研究所。(4)燃气设施。主要有各种煤气的净化、回收、加压、贮存设施和管线,氧气、氩气、氢气、稀有气体的制备和输送系统;燃油站和化学药剂灭火站等(见图3)。(5)热力设施。主要有自备热电站、工业锅炉房、高炉鼓风机站、空压机站、热力管线和各种余热回收装置(见图3)。(6)给水排水设施。主要有给水和水的循环利用设施,各种排水和废水处理、污泥处理和废酸回收设施。(7)采暖、通风、除尘设施和空调。主要有厂房采暖和通风设施,厂内各种冶金炉窑的除尘设施,电机通风冷却设施,试验室和仪表室的空调等。(8)供配电设施。主要有全厂供配电系统、总降压变电所、各车间变电所、厂区供电线路、无功功率补偿装置、高次谐波过滤装置和电修车间等。大型轧钢厂常设有主电动机室。(9)电信和铁路信号系统。主要有电话、扩音、无线通信、工业电视、生产性报警信号和铁路信号。(10)生产过程自动化仪表系统。包括各车间、设施的监测和控制用仪表以及仪表线路。(11)计算机自动化系统。以国际标准化组织(ISO)拟定的模式为基础,按功能分级,在联合企业至少要有检测驱动级、设备控制级、过程控制级和厂(车间)生产管理级。进一步是全厂内区域生产管理级乃至全厂生产经营管理级。为此,在各厂(车间)设置计算机房,在全厂设置计算机中心。

钢铁联合企业的辅助公用设施的组成及其所包括的主要项目,随各企业建设的条件和内容设置,并非完全相同,可参见各专业设计条目。

 

图3 生产板材的钢铁联合企业的主要物料和能源流程示例图

厂址条件、总图运输和工业建筑 钢铁厂的厂址是经反复调查研究,收集并核实设计原始资料,进行厂址选择做出方案比较和技术经济论证确定的。

钢铁联合企业对厂址条件具有特殊的要求,主要包括:(1)首先要考虑大量原燃料、成品及重大设备、建筑构件的运入运出。大型钢铁联合企业运入的各种物料约为钢产量的5~8倍,要求水路或陆路交通便利。(2)占地面积较大。过去厂区占地多达每吨钢2~3㎡,现代化设计为每吨钢0.6~1.5m。,并且应适当留有发展余地和考虑施工等用地。(3)地形起伏小,土石方量少;坡度宜≤5‰,地下水位在-5~-10m,场地不受洪水或内涝危害,地耐力宜≥250kPa(25t/㎡),在临海厂址软地基要进行地基处理。(4)供电、供水、排水方便。(5)应与居民区分开,有合理距离,并应位于住宅区、医院等的下风向。(6)具备厂外协作条件和施工条件;便于取得施工材料。(7)不宜建在地震烈度为8级的地区,9级地震区不允许建厂;也不应建在3级自重湿陷性黄土和各种恶劣地质的地段,以及具有开采价值的矿藏区;临海厂址要查明海啸破坏程度。(8)不应靠近战略目标、文化古迹和风景疗养区。

总图运输设计是工艺生产、运输、动力、场地地形地貌、工程地质、水文地质、建(构)筑物群体和环境卫生、防火安全等技术的优化组合设计成果。总图设计的基本要求是:(1)钢铁厂设计的各厂(车间)和设施单项工程及所有建筑物应无漏项地反映在全厂总平面上。(2)厂址面积应满足设计规模用地并留有远景发展,但同时要合理节约用地。(3)保证生产过程和运输作业顺畅。(4)充分利用地形地貌,尽量减少土石方,尽可能减少设备基础埋深。(5)采用先进的运输手段(如胶带运输、辊道、汽车运输和管道输送)。(6)采用厂房联合布置和综合管线沟道。(7)物流运输费最低。(8)合理划分各生产功能区、生活区、仓库和绿化带等。遵守环保、卫生、防火等规范。(9)作好竖向布置和雨水排放。(10)建筑群体优化组合,适当讲究美观。

全厂总平面布置方式有多种,要根据建厂条件和工艺等因素,通过方案比较择优选定。

钢铁厂工业建筑设计任务是依照工艺设计要求和技术规范、材料标准以及厂区的气象、工程地质、水文地质、地震烈度、风雪和灰荷载、厂房内吊车的荷载等条件,结合钢铁生产操作环境(如高温、振动、酸碱腐蚀等特点),选用先进合理的建筑材料并进行计算绘图来完成厂房和其它建(构)筑物的设计。

工业建筑设计要筹画厂房的平面布置、柱网、厂房剖面;选择主要承重结构和围护结构配用的材料;做好主要装修,采用防雨、防水、防火、防酸、防腐、隔热与保温、防爆(泄爆)等措施;还有自然通风、自然采光和色彩设计等。通常要作方案比较。此外还有各种类型的设备基础、厂房柱基础设计以及地下构筑物、特殊构筑物,如水塔、氧化铁皮沉淀池和高烟囱等的设计。

工业建筑设计的重点有:选矿厂和烧结厂的多层厂房和高烟囱,高炉钢结构和基础,大型炼钢炉、连铸机、轧钢机的设备基础,多跨联合的炼钢重型厂房,面积大且长度大的热、冷轧带钢的厂房等。此外,在海边或江边建厂常需采用软地基处理技术。

技术经济效果评价工业性工程项目的技术经济评价,通常是从技术和经济两个方面密切相结合来研究项目的必要性和可能性、先进性和合理性。设计单位参加项目的前期工作,如可行性研究、厂址选择、环境影响评价,主要回答必要性和可行性的问题;总体设计(初步设计)进一步地回答先进性和合理性的问题。

就钢铁联合企业而言,技术经济效果评价一般包括两个层次。第一层是烧结(球团)、焦化、炼铁、炼钢、轧钢各主体厂(车间)单项工程的技术经济效果评价;第二层是整个企业(全厂)项目综合技术经济效果的评价。有时还需作国民经济评价,可视为第三层次。

单项工程评价其主要的评价指标示例如下:(1)高炉炼铁。包括焦比、喷煤比、高炉利用系数、每吨铁设计成本、铁水质量、每吨铁投资(或每m3炉容投资)和工序能耗。(2)转炉炼钢。包括冶炼时间,转炉利用系数。金属收得率,每吨钢的石灰、氧、电耗用量,钢水质量。每吨钢设计成本和投资。(3)轧钢。包括轧钢机组生产率(如带钢、线材的轧制速度)和生产能力、轧材质量(如精度、性能等)、成材率、每吨钢材产品设计成本和投资、工序能耗。

将上述指标数据和国内外同类单项工程设计或实际生产数据进行对比,免去一些不可比因素,并加以分析研究,必要时再做不同方案进行技术经济论证,力求得出最优经济效果。

全厂综合评价设计项目的先进性和合理性主要是指所采用的生产工艺和主要设备的技术水平、产品质量、价格水平和产品的竞争力;每吨钢(或钢材)的生产成本、劳动生产率和投资;而最重要的是预期的投资利润率水平和投资回收期长短。

设计文件通常列有全厂综合技术经济指标,是进行技术经济效果评价的直接依据。其中主要的有:每吨钢(或钢材)的投资、设计成本、售价、劳动生产率、能耗(标准煤),项目(全厂)总投资利润率和总投资回收期。涉及引进技术的项目,还有设备总重量和全厂总投资中引进部分所占比例。将这些与国内外类似规模、产品方案和工艺装备组成的联合企业的指标数据进行对比和分析研究,免去不可比因素,通常也可以得出对全厂综合技术经济评价的意见。必要时,需要改进设计方案,力求得到最优效果。

建设进度和分期建设安排钢铁厂尤其是大型联合企业建设周期长。影响建设周期的因素比较多,主要有:勘察和设计、设备材料供应、施工安装、骨干人员培训、外部配套工程。建设过程中,任何环节的薄弱或产生缺陷都会带来不良后果。由于企业规模、企业内部车间、设施组成的不同,以及各环节具体建设条件和某些客观因素的影响,实际建设周期的差别会很大。

设计周期是指完成设计的全过程所经历的时间,建设周期是指完成建设的全过程所经历的时间。一般大型钢铁联合企业正常的设计周期(初步设计和施工图设计)约为3~4年,正常的建设周期约为6~7年。坚持基建程序和设计程序、科学合理地安排周期,才能保证设计质量和工程质量,使工厂顺利投产。大型钢铁联合企业的建设过程涉及因素很多,一般并不是都很顺利的。但也有不少成功之例。

世界上大型钢铁联合企业的建设实践表明,既要最终达到经济规模,又要使巨额投资尽早发挥效益,不得不采取全面规划、总体设计、分期建设、分步投产、滚动积累后期建设资金的建厂方式。事实上,年产钢超过500万t的大型钢铁联合企业无一例外地都采取分期分步建厂方式。一般每期为200~300万t/a规模,包括大型高炉1座,大型转炉车间一个(转炉2吹1)和主轧钢机至少1套,形成一条完整的生产流程和生产能力。加快实物产出,见效快,可积累续建资金。一期与二期或各期之间的辅助公用设施要合理设计。例如,日本福山钢铁厂,其规模为1600万t/a,是分五期在12年内建成的。意大利的塔兰托厂,其规模为1050万t/a,是分三期建成的。韩国光阳钢厂,一期规模为270万t/a,1982年9月开始围海筑堤,1985年7月开始施工安装,1987年5月竣工投产,约用4年4个月。二期规模也是270万t/a,1986年9月开工,1988年10月投产,约用2年。两期规模合计540万t/a,共用6年半时间。三期规模也是270万t/a,从1988年11月至1989年1月,只用22个月。全厂能力达到8l0万t/a,随后又增建冷轧厂。

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