王興仁

（1.西安交通工程學(xué)院交通運(yùn)輸學(xué)院，陜西 西安 710399；2.西安交通工程學(xué)院軌道交通未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院，陜西 西安 710399）

在鋼鐵廠內(nèi)，鐵路運(yùn)輸是通過倒調(diào)廠內(nèi)的鐵水、鐵渣等物料，來保證燒結(jié)、煉鐵、煉鋼等鋼鐵主業(yè)的有序進(jìn)行。在國內(nèi)鋼鐵企業(yè)主業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大、自動(dòng)化程度不斷提高的背景下，一些老廠區(qū)出現(xiàn)“高爐—煉鋼—軋鋼”廠房整體布局不合理及運(yùn)輸能力緊張等問題。本文以酒泉鋼鐵集團(tuán)公司老廠區(qū)（以下簡(jiǎn)稱酒鋼廠）鐵水鐵渣運(yùn)輸改進(jìn)為例，優(yōu)化鐵路運(yùn)輸組織，以期為同類項(xiàng)目作參考。

1 廠內(nèi)運(yùn)輸現(xiàn)狀

1.1 鋼鐵主業(yè)工業(yè)流程

酒泉鋼鐵廠內(nèi)鐵路運(yùn)輸是根據(jù)鋼鐵主業(yè)生產(chǎn)流程來進(jìn)行的保產(chǎn)運(yùn)輸。因此，先要對(duì)酒鋼鋼鐵主業(yè)的生產(chǎn)流程進(jìn)行分析，如圖1所示。

由圖1可知，鋼廠采用先進(jìn)的工藝流程、生產(chǎn)線及設(shè)備設(shè)施，按照此工藝流程來配套相應(yīng)的“高爐—煉鋼—軋鋼”廠房整體布局及鐵水、鋼水運(yùn)輸方式，如圖2所示。

圖1 酒鋼鋼鐵主業(yè)工藝流程圖

廠內(nèi)的高爐區(qū)域、煉鋼區(qū)域、軋鋼區(qū)域通常布置緊湊，成“一”字形或“人”字形分布，運(yùn)輸比較順暢，很少用鐵路機(jī)車進(jìn)行調(diào)度作業(yè)，環(huán)節(jié)1和環(huán)節(jié)2分別是高爐生產(chǎn)出的鐵水和煉鋼廠生產(chǎn)出的鋼水的運(yùn)送方式。

針對(duì)環(huán)節(jié)1（高爐和煉鋼廠間的鐵水運(yùn)送方式），目前較先進(jìn)且應(yīng)用較多的方法有兩種，一是高爐和煉鋼之間用過跨連接，高爐鐵水用吊車直接吊入煉鋼車間；二是高爐鐵鉤直接與煉鋼混鐵爐連接，鐵水直接流入混鐵爐。第一種方法的前提是高爐是小高爐，第二種方法中的高爐可以是大高爐。

在圖2環(huán)節(jié)2（煉鋼廠和軋鋼廠之間鋼水運(yùn)送方式）采用連鑄連軋工藝，使煉鋼廠和軋鋼廠由兩個(gè)車間變成了一個(gè)車間［1-2］，這一技術(shù)的應(yīng)用將大大節(jié)省煉鋼廠的占地面積，并取消車間內(nèi)的鐵路調(diào)運(yùn)作業(yè)，使生產(chǎn)更加順暢。

1.2 運(yùn)輸現(xiàn)狀

在鋼鐵廠內(nèi)，鐵路運(yùn)輸站的任務(wù)是做好5座高爐（1#、2#、3#、4#、7#）、3個(gè)煉鋼（煉軋廠煉鋼、碳鋼薄板廠煉鋼、不銹鋼煉鋼）、2座篩焦?fàn)t（1#、2#）的保產(chǎn)運(yùn)輸任務(wù)，該運(yùn)輸站內(nèi)的車場(chǎng)及分工見表1。

表1 站內(nèi)車場(chǎng)及分工

在圖2環(huán)節(jié)2中，碳鋼薄板廠、不銹鋼廠及煉軋廠都采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備設(shè)施，和前文所述的工序類似，有些物料可用汽車進(jìn)行短途運(yùn)輸，無須進(jìn)行鐵路調(diào)運(yùn)作業(yè)，酒鋼生產(chǎn)的主要矛盾在環(huán)節(jié)1。

在圖2環(huán)節(jié)1中，用于鋼廠生產(chǎn)的3、4、5、6號(hào)高爐和碳鋼薄板廠車間緊挨著，用前文所述的第一種方法，即3、4、5、6號(hào)高爐生產(chǎn)的鐵水通過過跨，用吊車直接吊入到碳鋼薄板廠煉鋼車間，而其他三個(gè)高爐（1、2、7號(hào)）與煉鋼廠的距離較遠(yuǎn)，鐵水通過機(jī)車進(jìn)行倒調(diào)運(yùn)輸，圖3為酒鋼7個(gè)高爐和3個(gè)煉鋼廠的整體布局及鐵水調(diào)運(yùn)距離和調(diào)運(yùn)時(shí)間分布圖。

圖2 現(xiàn)代化“高爐-煉鋼-軋鋼”布局圖

圖3 鐵水運(yùn)往方向

圖3中d為火車調(diào)運(yùn)距離（km）；t為調(diào)運(yùn)時(shí)間（min）；箭頭為鐵水運(yùn)送方向。目前，1、2、7號(hào)高爐生產(chǎn)的鐵水由鐵水灌承載用火車按就近原則調(diào)運(yùn)至各個(gè)煉鋼車間（即7#高爐生產(chǎn)的鐵水一般運(yùn)往碳鋼薄板廠的煉鋼車間，1#、2#高爐生產(chǎn)的鐵水運(yùn)往煉軋廠和不銹鋼廠煉鋼車間）。受酒鋼“高爐-煉鋼”廠房的整體布局和高爐工藝限制，除運(yùn)送鐵水外，還得用機(jī)車運(yùn)送1、2、3、4號(hào)高爐生產(chǎn)的鐵渣（5、6、7號(hào)高爐為水沖渣，用汽車進(jìn)行運(yùn)輸）。目前，鋼廠內(nèi)高爐保產(chǎn)共用機(jī)車16臺(tái)。其中，鑄鐵區(qū)共使用4臺(tái)機(jī)車，1號(hào)高爐南、北場(chǎng)陪伴出鐵各1臺(tái)，2號(hào)高爐陪伴出鐵1臺(tái)，煉軋廠鋼渣調(diào)運(yùn)翻卸1臺(tái)；煉鐵站使用12臺(tái)機(jī)車，不銹鋼、碳鋼薄板廠的鋼渣調(diào)運(yùn)翻卸各1臺(tái)，1號(hào)高爐陪伴出渣1臺(tái)，2號(hào)高爐南、北場(chǎng)陪伴出渣各1臺(tái)，3、4號(hào)高爐倒調(diào)渣灌1臺(tái)，7號(hào)高爐南、北、西場(chǎng)陪伴出鐵各1臺(tái)，其余3臺(tái)均為鐵渣上渣場(chǎng)翻卸用車，高爐保產(chǎn)運(yùn)輸一線職工約500人。

1.3 瓶頸分析

造成“高爐-煉鋼”廠房整體布局不合理及鐵路運(yùn)輸緊張的原因有3方面：一是鋼廠煉鐵工序建成時(shí)間較早，而現(xiàn)代化煉鋼工序和軋鋼工序是后期新建項(xiàng)目，廠區(qū)整體規(guī)劃布置及運(yùn)輸方式跟不上生產(chǎn)工序的改進(jìn)，這是歷史遺留問題；二是高爐工藝比較落后，現(xiàn)代新型高爐的鐵渣處理采用的是水沖渣，目前僅有5、6、7號(hào)高爐為水沖渣，而1、2、3、4號(hào)高爐為熱渣，要通過鐵路進(jìn)行運(yùn)送；三是廠內(nèi)鐵路設(shè)備落后，自動(dòng)化程度低，運(yùn)輸組織有待優(yōu)化。

2 優(yōu)化措施

2.1 減少倒調(diào)作業(yè)

通常情況下，原有1號(hào)高爐出一次鐵要有7個(gè)渣罐、2臺(tái)機(jī)車進(jìn)行陪伴作業(yè)。在經(jīng)過大修后，將1號(hào)高爐鐵渣改為水沖渣，然后用汽車進(jìn)行運(yùn)輸即可，可減少兩臺(tái)作業(yè)機(jī)車，且拆除原有倒渣線路，將直接減輕鐵路運(yùn)輸?shù)呢?fù)擔(dān)。2號(hào)高爐通常情況下出一次鐵需配5個(gè)渣罐，在將鐵渣改成水沖渣后，可減少作業(yè)機(jī)車2臺(tái)。

碳鋼薄板廠爐渣通過渣罐車運(yùn)往爐渣跨，用起重機(jī)將渣罐吊至火車上，要用1臺(tái)機(jī)車進(jìn)行倒調(diào)并運(yùn)至渣場(chǎng)，會(huì)與3、4號(hào)高爐的倒渣作業(yè)形成交叉進(jìn)路，不利于安全作業(yè)。碳鋼薄板廠可建成爐渣就地處理回收系統(tǒng)，爐渣在其廠房側(cè)旁進(jìn)行回收處理，這樣不僅減少1臺(tái)機(jī)車作業(yè)，還避免與3、4號(hào)爐倒渣形成交叉作業(yè)。

2.2 均衡機(jī)車使用效率

根據(jù)鐵水鐵渣的流向和流量，詳細(xì)分析調(diào)車作業(yè)的可轉(zhuǎn)嫁性，將一些可轉(zhuǎn)嫁的調(diào)車運(yùn)輸作業(yè)從負(fù)荷較重的機(jī)車轉(zhuǎn)向負(fù)荷相對(duì)較輕的機(jī)車［3］，使所有機(jī)車的作業(yè)繁忙程度大體相同，如果出現(xiàn)運(yùn)量無法調(diào)整且運(yùn)力難以保證的情況時(shí)［4-5］，可視情況增加機(jī)車的數(shù)量，從而確保作業(yè)任務(wù)能及時(shí)完成，提高作業(yè)計(jì)劃的兌現(xiàn)率。

2.3 建立智慧調(diào)度系統(tǒng)

目前，所有的調(diào)車作業(yè)計(jì)劃都是由車站調(diào)度員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行編制的，而現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)則處于動(dòng)態(tài)變化的過程中，因此應(yīng)用信息化技術(shù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，便于管理，且能防止在鐵水鐵渣運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)中出現(xiàn)沖突。該系統(tǒng)以鐵水鐵渣運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)圖、最短路、進(jìn)路選擇為基礎(chǔ)［6］，以統(tǒng)籌階段內(nèi)的所有調(diào)車作業(yè)為目標(biāo)，通過調(diào)度算法來消除作業(yè)沖突，實(shí)現(xiàn)智慧調(diào)車。該系統(tǒng)主要由調(diào)度計(jì)劃、調(diào)車計(jì)劃、作業(yè)過程仿真、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等模塊構(gòu)成［7-8］。

2.4 改進(jìn)設(shè)備

鐵路運(yùn)輸作業(yè)涉及車、機(jī)、工、電、輛五大系統(tǒng)［9］，應(yīng)用設(shè)備的種類繁多，任何一項(xiàng)行車上的作業(yè)都要由多種設(shè)備來完成［10］。因此，通過采用先進(jìn)的運(yùn)輸設(shè)備，不僅能減少人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可提高作業(yè)速度和安全系數(shù)，使運(yùn)輸作業(yè)能夠平穩(wěn)有序地高效運(yùn)作。

2.4.1 自動(dòng)摘鉤系統(tǒng)。調(diào)車員在高爐下進(jìn)行作業(yè)時(shí)，如發(fā)生鐵水外濺或跑鐵現(xiàn)象，容易導(dǎo)致人員被灼傷。因此，可將傳統(tǒng)手動(dòng)摘掛車鉤改造成自動(dòng)摘掛車鉤。自動(dòng)摘掛鉤裝置由信息傳感、動(dòng)作執(zhí)行、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及系統(tǒng)控制組成，信息感知部分通過攝像頭、傳感器等設(shè)備來采集車鉤的狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)速度等信息［11-12］；系統(tǒng)控制部分主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并發(fā)送指令；動(dòng)作執(zhí)行部分主要完成調(diào)整車鉤位置和摘掛鉤；動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分主要是給各系統(tǒng)單元提供動(dòng)力。自動(dòng)摘鉤系統(tǒng)組成如圖4所示。

圖4 自動(dòng)車鉤系統(tǒng)組成

2.4.2 機(jī)車無人駕駛系統(tǒng)。鋼鐵廠區(qū)內(nèi)的機(jī)車司機(jī)在鐵水鐵站的調(diào)運(yùn)工作中，長時(shí)間處于粉塵、高溫、噪音的環(huán)境中，不僅影響作業(yè)效率，還對(duì)工作人員的安全造成威脅，因此有必要設(shè)計(jì)出機(jī)車無人駕駛系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作原理見圖5。該系統(tǒng)可分為上下兩部分。在上層系統(tǒng)中，首先對(duì)傳感器接收到的信息進(jìn)行整合，接著通過處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法分析，最后輸出相應(yīng)的機(jī)車指令（起動(dòng)、停止、加減速等）；下層控制系統(tǒng)根據(jù)上層系統(tǒng)的指令來控制列車的運(yùn)行，并將執(zhí)行情況實(shí)時(shí)反饋給上層系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的無人化和智慧化控制。

圖5 機(jī)車無人駕駛系統(tǒng)

3 結(jié)論

隨著酒鋼鋼鐵主業(yè)工藝的技術(shù)革新，廠區(qū)鐵路的總圖設(shè)計(jì)及運(yùn)輸組織方式也要不斷進(jìn)行優(yōu)化。在廠區(qū)鐵路總圖設(shè)計(jì)方面，要用發(fā)展的眼光做出規(guī)劃，在設(shè)計(jì)中要根據(jù)廠區(qū)布置、地形地貌、外部協(xié)作、運(yùn)輸組織等，來確定廠區(qū)內(nèi)鐵路建設(shè)的固定端和發(fā)展端，在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就做好高爐保產(chǎn)與鐵水鐵渣運(yùn)能相匹配。在鐵水鐵渣智慧調(diào)度方面，通過應(yīng)用均衡機(jī)車、改進(jìn)運(yùn)輸設(shè)備（自動(dòng)摘掛鉤系統(tǒng)、機(jī)車無人駕駛系統(tǒng)）等，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵水鐵渣的安全高效運(yùn)輸，為鐵水鐵渣運(yùn)輸向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展提供參考。