王兴仁

（1.西安交通工程学院交通运输学院，陕西 西安 710399；2.西安交通工程学院轨道交通未来产业创新研究院，陕西 西安 710399）

在钢铁厂内，铁路运输是通过倒调厂内的铁水、铁渣等物料，来保证烧结、炼铁、炼钢等钢铁主业的有序进行。在国内钢铁企业主业规模不断扩大、自动化程度不断提高的背景下，一些老厂区出现“高炉—炼钢—轧钢”厂房整体布局不合理及运输能力紧张等问题。本文以酒泉钢铁集团公司老厂区（以下简称酒钢厂）铁水铁渣运输改进为例，优化铁路运输组织，以期为同类项目作参考。

1 厂内运输现状

1.1 钢铁主业工业流程

酒泉钢铁厂内铁路运输是根据钢铁主业生产流程来进行的保产运输。因此，先要对酒钢钢铁主业的生产流程进行分析，如图1所示。

由图1可知，钢厂采用先进的工艺流程、生产线及设备设施，按照此工艺流程来配套相应的“高炉—炼钢—轧钢”厂房整体布局及铁水、钢水运输方式，如图2所示。

图1 酒钢钢铁主业工艺流程图

厂内的高炉区域、炼钢区域、轧钢区域通常布置紧凑，成“一”字形或“人”字形分布，运输比较顺畅，很少用铁路机车进行调度作业，环节1和环节2分别是高炉生产出的铁水和炼钢厂生产出的钢水的运送方式。

针对环节1（高炉和炼钢厂间的铁水运送方式），目前较先进且应用较多的方法有两种，一是高炉和炼钢之间用过跨连接，高炉铁水用吊车直接吊入炼钢车间；二是高炉铁钩直接与炼钢混铁炉连接，铁水直接流入混铁炉。第一种方法的前提是高炉是小高炉，第二种方法中的高炉可以是大高炉。

在图2环节2（炼钢厂和轧钢厂之间钢水运送方式）采用连铸连轧工艺，使炼钢厂和轧钢厂由两个车间变成了一个车间［1-2］，这一技术的应用将大大节省炼钢厂的占地面积，并取消车间内的铁路调运作业，使生产更加顺畅。

1.2 运输现状

在钢铁厂内，铁路运输站的任务是做好5座高炉（1#、2#、3#、4#、7#）、3个炼钢（炼轧厂炼钢、碳钢薄板厂炼钢、不锈钢炼钢）、2座筛焦炉（1#、2#）的保产运输任务，该运输站内的车场及分工见表1。

表1 站内车场及分工

在图2环节2中，碳钢薄板厂、不锈钢厂及炼轧厂都采用先进的生产工艺流程和设备设施，和前文所述的工序类似，有些物料可用汽车进行短途运输，无须进行铁路调运作业，酒钢生产的主要矛盾在环节1。

在图2环节1中，用于钢厂生产的3、4、5、6号高炉和碳钢薄板厂车间紧挨着，用前文所述的第一种方法，即3、4、5、6号高炉生产的铁水通过过跨，用吊车直接吊入到碳钢薄板厂炼钢车间，而其他三个高炉（1、2、7号）与炼钢厂的距离较远，铁水通过机车进行倒调运输，图3为酒钢7个高炉和3个炼钢厂的整体布局及铁水调运距离和调运时间分布图。

图2 现代化“高炉-炼钢-轧钢”布局图

图3 铁水运往方向

图3中d为火车调运距离（km）；t为调运时间（min）；箭头为铁水运送方向。目前，1、2、7号高炉生产的铁水由铁水灌承载用火车按就近原则调运至各个炼钢车间（即7#高炉生产的铁水一般运往碳钢薄板厂的炼钢车间，1#、2#高炉生产的铁水运往炼轧厂和不锈钢厂炼钢车间）。受酒钢“高炉-炼钢”厂房的整体布局和高炉工艺限制，除运送铁水外，还得用机车运送1、2、3、4号高炉生产的铁渣（5、6、7号高炉为水冲渣，用汽车进行运输）。目前，钢厂内高炉保产共用机车16台。其中，铸铁区共使用4台机车，1号高炉南、北场陪伴出铁各1台，2号高炉陪伴出铁1台，炼轧厂钢渣调运翻卸1台；炼铁站使用12台机车，不锈钢、碳钢薄板厂的钢渣调运翻卸各1台，1号高炉陪伴出渣1台，2号高炉南、北场陪伴出渣各1台，3、4号高炉倒调渣灌1台，7号高炉南、北、西场陪伴出铁各1台，其余3台均为铁渣上渣场翻卸用车，高炉保产运输一线职工约500人。

1.3 瓶颈分析

造成“高炉-炼钢”厂房整体布局不合理及铁路运输紧张的原因有3方面：一是钢厂炼铁工序建成时间较早，而现代化炼钢工序和轧钢工序是后期新建项目，厂区整体规划布置及运输方式跟不上生产工序的改进，这是历史遗留问题；二是高炉工艺比较落后，现代新型高炉的铁渣处理采用的是水冲渣，目前仅有5、6、7号高炉为水冲渣，而1、2、3、4号高炉为热渣，要通过铁路进行运送；三是厂内铁路设备落后，自动化程度低，运输组织有待优化。

2 优化措施

2.1 减少倒调作业

通常情况下，原有1号高炉出一次铁要有7个渣罐、2台机车进行陪伴作业。在经过大修后，将1号高炉铁渣改为水冲渣，然后用汽车进行运输即可，可减少两台作业机车，且拆除原有倒渣线路，将直接减轻铁路运输的负担。2号高炉通常情况下出一次铁需配5个渣罐，在将铁渣改成水冲渣后，可减少作业机车2台。

碳钢薄板厂炉渣通过渣罐车运往炉渣跨，用起重机将渣罐吊至火车上，要用1台机车进行倒调并运至渣场，会与3、4号高炉的倒渣作业形成交叉进路，不利于安全作业。碳钢薄板厂可建成炉渣就地处理回收系统，炉渣在其厂房侧旁进行回收处理，这样不仅减少1台机车作业，还避免与3、4号炉倒渣形成交叉作业。

2.2 均衡机车使用效率

根据铁水铁渣的流向和流量，详细分析调车作业的可转嫁性，将一些可转嫁的调车运输作业从负荷较重的机车转向负荷相对较轻的机车［3］，使所有机车的作业繁忙程度大体相同，如果出现运量无法调整且运力难以保证的情况时［4-5］，可视情况增加机车的数量，从而确保作业任务能及时完成，提高作业计划的兑现率。

2.3 建立智慧调度系统

目前，所有的调车作业计划都是由车站调度员根据经验进行编制的，而现场作业则处于动态变化的过程中，因此应用信息化技术对其进行优化，便于管理，且能防止在铁水铁渣运输调度系统中出现冲突。该系统以铁水铁渣运输网络图、最短路、进路选择为基础［6］，以统筹阶段内的所有调车作业为目标，通过调度算法来消除作业冲突，实现智慧调车。该系统主要由调度计划、调车计划、作业过程仿真、系统参数设置等模块构成［7-8］。

2.4 改进设备

铁路运输作业涉及车、机、工、电、辆五大系统［9］，应用设备的种类繁多，任何一项行车上的作业都要由多种设备来完成［10］。因此，通过采用先进的运输设备，不仅能减少人员的劳动强度，还可提高作业速度和安全系数，使运输作业能够平稳有序地高效运作。

2.4.1 自动摘钩系统。调车员在高炉下进行作业时，如发生铁水外溅或跑铁现象，容易导致人员被灼伤。因此，可将传统手动摘挂车钩改造成自动摘挂车钩。自动摘挂钩装置由信息传感、动作执行、动力驱动及系统控制组成，信息感知部分通过摄像头、传感器等设备来采集车钩的状态、运动速度等信息［11-12］；系统控制部分主要是对数据进行分析，并发送指令；动作执行部分主要完成调整车钩位置和摘挂钩；动力驱动部分主要是给各系统单元提供动力。自动摘钩系统组成如图4所示。

图4 自动车钩系统组成

2.4.2 机车无人驾驶系统。钢铁厂区内的机车司机在铁水铁站的调运工作中，长时间处于粉尘、高温、噪音的环境中，不仅影响作业效率，还对工作人员的安全造成威胁，因此有必要设计出机车无人驾驶系统，该系统的工作原理见图5。该系统可分为上下两部分。在上层系统中，首先对传感器接收到的信息进行整合，接着通过处理器对数据进行算法分析，最后输出相应的机车指令（起动、停止、加减速等）；下层控制系统根据上层系统的指令来控制列车的运行，并将执行情况实时反馈给上层系统，实现机车的无人化和智慧化控制。

图5 机车无人驾驶系统

3 结论

随着酒钢钢铁主业工艺的技术革新，厂区铁路的总图设计及运输组织方式也要不断进行优化。在厂区铁路总图设计方面，要用发展的眼光做出规划，在设计中要根据厂区布置、地形地貌、外部协作、运输组织等，来确定厂区内铁路建设的固定端和发展端，在规划设计阶段就做好高炉保产与铁水铁渣运能相匹配。在铁水铁渣智慧调度方面，通过应用均衡机车、改进运输设备（自动摘挂钩系统、机车无人驾驶系统）等，实现对铁水铁渣的安全高效运输，为铁水铁渣运输向自动化、智能化方向发展提供参考。