太重易地迁建炼铸钢车间设计

朱吉禄

（中国中元国际工程有限公司，北京 100089）

1 车间现状

太原重工现炼铸钢车间，主要由1953 年所建2004 年扩建的小型炼铸钢车间、2012 年建成的大型炼铸钢车间、西区料库等三部分所组成。

现炼钢采用电弧炉粗炼+钢包炉精炼双联工艺冶炼，锻造钢锭采用双真空工艺铸造，大中型铸钢件采用碱酚醛树脂砂α-SET 法工艺生产，耐磨件采用酚醛树脂砂PEP-SET 法工艺生产，其他中小件采用水玻璃砂CO2法工艺生产。除水玻璃砂外，其他主要工艺及其装备，均具有国际先进水平，如钢液S、P 含量可分别达到0.002%以下，S、P含量之和可以达到0.005%以下，比一般钢材高出两个数量级等。

现有电弧粗炼炉80t-EBT、30t-EBT 各一台；四工位在线钢包精炼炉 120t-LF/VD 和120t-LF/VD/VOD 各一套，40t-LF/VD 二套，最大精炼钢包容量150t；真空铸锭装置350t 级二套、200t 级三套、100t 级三套、60t 级一套；蒸汽喷射真空泵500kg/h 二台，300kg/h、200kg/h 各一台；树脂砂混砂机移动式60t/h 一台、40t/h 四台，固定式20t/h、10t/h 各二台、5t/h 一台；树脂砂落砂再生系统20t/h 二套，6t/h 一套；7m×21m、ø5.5m、ø3m 抛丸清理室各一台，热处理炉11m×13m、6.8m×13m、4.5m×11.5m、3.8m×8m 各一台、7.5m×16m二台、3m×6m 四台；260 双立柱落地铣镗床一台；双桥起重机数十台，其中300t 及其以上重型起重机8 台。

现有主厂房轴线建筑面积80386m2（不含辅助材料库）、露天库4092m2。其中小炼铸钢车间34300m2、露天库4092m2，大炼铸钢车间33126m2，西区料库12960m2。

现综合生产能力锻造钢锭约每年2×105t、铸钢约每年7×104t，近年实际产量约为生产能力的20%左右。设计最大钢锭为450t，最大铸钢件为440t，已生产最大钢锭为215t，最大铸钢件为490t。迁建每年生产纲领钢锭1.4×105t、铸钢6×104t，其中耐磨铸钢3×104t。

2 迁建设计方案概述

（1）本迁建设计，拟将原三部分厂房集约为一个超大型联合建筑，原小型炼铸钢车间拟转产耐磨铸钢，原西区料库增加辅助功能拟扩建为物料中心，如图1 所示。图中所示的轴线编号为迁建前原设计编号，以便文中有关部分设计说明的叙述。

图1 易地迁建工艺平面布置图

（2）对大型炼铸钢的生产工艺、设备、平面布置，厂房柱网、配套设施、动力管线原则上按现状进行搬迁，仅对原车间组成、工艺局部布置、结构局部构造设计不尽合理之处，做必要的调整和改进，参见图1 右上部分横向布置，详见第3 节大炼铸钢迁建设计说明。

（3）对耐磨铸钢的生产工艺、设备、平面布置，厂房建筑、结构、配套设施、动力管线一律按新建要求进行设计，对原小炼钢铸钢车间一切有利用价值的主辅设备，2004 年扩建厂房结构充分加以利用，参见图1 右下部分横向布置，详见第4 节耐磨铸钢新建设计说明。

（4）对炼铸钢物料中心的生产工艺、设备、平面布置，厂房建筑、结构、配套设施、动力管线基本上按西区料库现状进行搬迁和接长扩建，参见图1 左半部分纵向布置，详见第5 节物料中心迁建设计说明。

（5）对桥式起重机原则上不新增加，尽可能对将原有起重机进行改造，充分加以利用，迁建后视生产情况适时进行更新或增补。

3 大炼铸钢迁建设计说明

3.1 工艺及装备调整

3.1.1 钢液粗炼

对80t 电弧炉（实际为100t）按现状及原坐标位置进行搬迁，按现行吹氧助熔氧化、留钢流渣工艺进行冶炼。达产时，工作制度由现状改为短期连续制。预留发展钢坯连铸，其工作制度为长期连续制，变压器功率由45MVA 提高到65MVA，在保留原操作工艺的前提下，采用高压低流长电弧泡沫渣埋弧操作，15%～20%左右的炉料由冷料改为生铁液热装，炉体修筑由就地进行改为备用炉体异地砌筑，整体吊换，以满足粗炼钢液成倍增加的需求。为此预留一套20t 一拖二中频调频感应炉，熔化生铁锭以解决炉料的配碳；增加一台300t 起重机，并从粗加工跨调来，以备炉体的整体吊换。炉盖及整体炉体的砌筑、盛料篮存放，均布置在炼钢炉跨的西端南侧，预留的20t 中频炉布置在炼钢炉跨的西端北侧，炉料、筑炉材料由物料中心通过平车进行运输。

3.1.2 钢液精炼

对四工位在线120t-LF/VD，按现状及原坐标位置进行搬迁；对120t-LF/VD/VOD 按现状及本工艺调整布置进行迁建，即由E 轴2～4 柱间平移至11～13 柱间，当其保温工位在12～13 柱间安装要求得不到满足时，则需拔掉13 柱；当发展钢坯连铸时，两套钢包炉交替使用可满足精炼任务要求，但120t-LF/VD/VOD 现12MVA 变压器的功率可能需要升级至18MVA；当LF 采用150t 钢包精炼时，与80t 电弧炉合练部分的粗炼钢液，从新设的耐磨铸钢进行调运，为此耐磨铸钢为之预留了每年6000t 左右的产能，以使150t 钢包合炼的产能，可达到每年30000t 左右。

3.1.3 钢锭铸造

对350t 级二套、200t 级三套、100t 级三套真空铸锭装置，500kg/h 蒸汽喷射真空泵二套等，真空铸锭设备按现状及原坐标位置进行搬迁，以对大中型优质锻造钢锭仍按双真空上注工艺进行铸造，中小型优质锻造钢锭按单真空上注工艺铸造。对大气下注锭坑，按扩大规模及本工艺调整布置进行新建，以对普通锻造钢锭、车轮钢锭按单真空大气下注工艺铸造；钢锭模抛丸清理室，按现状原坐标平移一个柱距进行迁建；钢锭按原路径运输到锻造车间。

3.1.4 铸钢铸造

对60t/h、40t/h 移动式树脂砂混砂机，69m×13m×（－6m）大型铸坑及其相对应的20t/h 落砂再生系统，20t/h、10t/h 固定式树脂砂制芯混砂机，新砂供给系统按现状及原坐标位置进行搬迁；大型铸钢件运至粗加工路径，与钢锭运出路径相同；对40t/h 二台移动式树脂砂混砂机，75m×9m×（－4.5m）大型铸坑及其20t/h 落砂再生系统，本设计予于取消，但两台40t/h 移动式树脂砂混砂机，及其20t/h 落砂再生系统，迁入新设的耐磨铸钢车间加以利用。

3.1.5 铸钢清理

对7m×21m 抛丸清理室按现状迁建，但其布置由清理跨东北角改为新A～B 露天跨14～15 柱间；对大型切割装置及系统按现状迁建，其布置视时调整。

3.1.6 铸钢热处理

对一台11m×13m、二台7.5m×16m 热处理炉，拟利用两台，其布置由清理跨和粗加工跨的东端改为新A～B 露天跨16～18 柱间。至于去掉哪一台，视热加工整体规划而定。建议对超宽超长热处理炉，全厂集中设置，以将其减少到最低程度。如11m×13m 作为超宽炉存在，且设在本车间，则去掉的是一台7.5m×16m 炉，如图1 所示。

3.1.7 铸钢粗加工

大炼铸钢迁建设计，取消原本不合理的粗加工工艺的生产，其260 双立柱落地铣镗床等四台粗加工机床，全部划归新设的粗加工车间。

3.1.8 电渣重熔

在炼钢炉跨所扩建的东头，预留增加100t级、50t 级电渣重熔炉，以备发展支承辊和核电管阀的生产。

3.2 厂房迁建改造要求

3.2.1 厂房改造

大炼铸钢厂房改造要求，如表1 所示，各跨厂房的具体改造要求说明于后。

表1 大炼钢铸钢厂房改造要求

（1）炉料跨

搬迁维持现状不变，进料铁路线改过跨平车道，其地面标高由－1.0m 恢复到±0.0m，以供铁合金和溶剂的运进、炉渣的运出。

（2）炼钢炉跨

厂房向东接长84m，增加2050m2；起重机等级由150t 提高到300t，300t 起重机由粗加工跨调来，以备发展钢坯连铸时，80t 电弧炉炉体整体吊换，提高生产效率；东头预留100t、50t 级电渣重熔炉，以备发展支承辊及核电管阀的生产。

（3）出钢铸锭跨

厂房向东接长84m，增加2688m2，近期扩大车轮钢坯坑铸规模，预留以后发展车轮钢坯的连铸。

（4）铸钢跨

起重轨顶标高上下层分别提高5.5m 和3.0m，以与出钢铸锭跨轨顶标高取齐，以改善D 轴排架柱四重肩梁的恶劣状态；上层320t、大车跨距28m起重机可取消一台；厂房预留向东接长84m，以备发展钢坯连铸的生产。

（5）清理跨

起重机300t，大车跨距28m 可取消一台；厂房预留向东接长84m，以备发展钢坯连铸的生产。

（6）粗加工跨

取消粗加工生产工艺，厂房改为露天库；厂房跨度由24m 改为30m；起重等级由300t 降为100t；起重机由原小炼钢铸钢出钢浇注跨上层调取；厂房预留向东接长84m，以备发展钢坯连铸的生产。

（7）辅助工程

车间北配变所，真空泵房、余热锅炉房、燃气锅炉房、炼钢除尘器室之四合一特构的建筑形式及相对坐标位置原则保持不变。通风地沟取消。

3.2.2 排架柱改造

拟对A、C、D、E、F 五条轴线的排架柱进行改造，改造的具体要求，如表2 所示。

表2 排架柱改造要求

3.2.3 屋面建筑形式调整

由于粗加工生产的取消，C-D 跨吊车梁的抬高以及排架柱的改造，拟对屋面建筑形式做出相应的调整，即高跨双坡屋面由原D-E-F 两跨，改为更为合理的C-D-E-F 三跨，并在电弧炉处增设偏气楼。调整前后的屋面建筑形式，分别如图2 和图3 所示。

图2 原屋面建筑形式图

图3 调整后的屋面建筑形式图

从图2 和图3 调整前后屋面的建筑形式看，随着主厂房跨数的减少，露天跨和高跨厂房的增加，不仅车间的组成、工艺布置更为合理，通风采光条件也得以很大的改善，于是也为车间原通风地沟的取消提供了可能，特别是在电弧炉处还增加了难能可贵偏气楼，于通风和除尘更为便利。

4 耐磨铸钢新建设计说明

4.1 耐磨铸钢工艺

4.1.1 钢液粗炼

对粗炼钢，采用15t 高架新电弧炉冷装三班制进行冶炼，辅以吹氧助熔及氧化，变压器功率9 MVA，炉料由物料中心以料蓝方式通过平车进行运输。原30t 电弧炉因与耐磨件生产不相匹配，且已陈旧，而不予利用，但烟尘治理除尘系统仍可考虑利用。15t 电弧炉每年为大炼钢提供粗炼钢液约6000t，以与150t 钢包精炼时相匹配，亦弥补80t电弧炉粗炼能力的略微欠缺。

4.1.2 钢液精炼

对精炼钢，采用15t 氩氧混吹炉（AOD）三班制进行冶炼，以与二台15t 电弧炉相匹配。原8t 感应炉按现状及本工艺布置进行搬迁。原一台40t-LF/VD 炉、300kg/h 真空泵、60t 级真空铸锭装置可考虑同步搬迁，以增加车间生产的灵活性和多样性，200kg/h 真空泵不考虑搬迁再利用。

4.1.3 中大型耐磨件铸造

对中大型耐磨件，采用酚醛树脂α-SET 法工艺就地混砂，地面造型，手工合箱，地面浇注工艺进行生产。设计拟采用移动式混砂机40t/h 三台、固定式混砂机20t/h、10t/h、5t/h 各一台，20t/h落砂再生系统一套。其中两台40 t/h 移动式混砂机，一套20t/h 落砂再生系统由原大炼钢铸钢车间迁入，20t/h、10t/h、5t/h 固定式混砂机，新砂供给系统为小炼钢铸钢原有设备，以充分加以利用。

4.1.4 中小型批量耐磨件铸造

对中小型批量耐磨件，按技术交流时甲方要求，采用酚醛树脂PEP-SET 法及其机械化造型线进行生产，且有箱线、无箱线各一条。其技术参数，待施工图设计时，对产品进行详细的工艺分析后再行定夺。

4.1.5 耐磨件清理

对小炼铸钢原有的ø5.5m、ø3m 抛丸清理室，切割装置及系统视工件要求，尽可能加以利用。

4.1.6 耐磨件热处理

对小炼铸钢原有的6.8m×13m、4.5m×11.5m、3.8m×8m 各一台热处理炉原则上不予利用，但可按需调剂到大炼铸钢备用；对四台3m×6m 热处理炉拟利用二台，并增设水韧处理系统。按小型耐磨件生产要求，增设相应的室式热处理炉，及其水韧处理系统。

4.2 耐磨铸钢厂房

耐磨铸钢厂房本可利用原小炼钢铸钢车间进行迁建改造，但主要厂房于1953 年所设计建设，风险很大，于是按工艺要求以新建方式进行设计，但对原小炼钢铸钢车间，2004 年扩建部分6904 m2厂房结构，拟加以改造利用。新建厂房的主要建筑参数及工艺对起重的要求，如表3 所示，但大车轨距还须与所利旧的起重机一一进行核对后确定。

表3 耐磨铸钢新建厂房主要建筑参数及工艺起重要求

5 物料中心迁建设计说明

5.1 物料中心工艺

物料中心由炼钢铸钢所需各种原辅材料的卸料场，金属炉料存放解体场、合格炉料库、铁合金库、耐火材料库、铸造材料库、炉渣及废料的暂存场等部分所组成。物料的装卸，采用悬臂式半门吊露天库外进行。金属炉料解体采用火焰切割，切屑采用破碎打包，金属炉料配料采用电子秤计量，运输采用整装料蓝。物料中心所有物料，原则上通过电动平车运输至用户。物料中心所用的机械设备，拟充分利用西区料库原有系统，不足部分视生产情况发展逐步补充。料坑料库重新规划设计。

5.2 物料中心厂房

物料中心厂房，按西区料库原有厂房的建筑轴线、建筑参数一成不变进行迁建并加长120m，但厂房西侧新设一悬臂半门吊露天跨，半门吊的吊车梁，利用D 轴排架柱西侧独立单肢柱以支撑。厂房轴线建筑总面积21600m2，露天库面积9000 m2。其中厂房迁建面积12960m2，新增面积8640m2，详见表4。

表4 物料中心厂房主要建筑参数及工艺起重要求

6 主要工艺设备负荷计算（钢液粗炼炉）

迁建达产后，衡量主要工艺设备的配置是否合理，是否能满足生产要求，只需对粗炼炉负荷进行复核便可。当大锭大件采用150t 钢包精炼合浇时，15t 电弧炉将分担粗炼任务每年6000t，那么80t 电弧炉粗炼任务为2×105t，其负荷为74.91%；耐磨铸钢15t 电弧炉粗炼任务为5.6×104t，其负荷为74.52%。具体计算详见表5。

表5 粗炼钢炉设计负荷计算表

7 车间面积

迁建后厂房轴线建筑总面积83080m2、露天库15480m2。其中厂房主要结构利旧47806m2，占58%；炉天库主要结构利旧6480m2，新建9000 m2。其分项统计详见表6。

表6 车间轴线建筑面积分项统计表（m2）

8 存在问题和建议

8.1 征地方案调整建议

从征地方案看，有两点不尽如人意，一是地块呈切菜刀形，二是东西向与南北向的交汇未形成正交，这样不利于总图方案更合理有效的进行布置，且多处形成三角地，所征稀缺资源土地的面积很难得到充分利用，建议尽可能的加以调整。

8.2 迁建施工组织建议

（1）拆迁前，对建设期间所需的钢锭和铸钢件，特别是大型钢锭和铸钢件要根据生产计划或规划，做出充分预判，提前安排生产，以备不时之需。

（2）施工时，不论是利旧厂房，还是新建厂房，其地下工程（厂房基础、搬迁设备基础、特构）全部同步实施，一次性完成。

（3）耐磨铸钢新三跨258m 厂房、物料中心接长120m 厂房先期进行吊装，先期投产使用，以解燃眉之急；

（4）大炼铸钢利旧厂房及其新厂房、物料中心利旧180m 厂房、耐磨铸钢四跨含利旧的42m 厂房和清理跨厂房后期进行吊装，滞后投产使用。

（5）热加工厂房、工艺设备及其配套设施的拆建，最好委托给原建设、供货安装调试单位，并提前介入，其对迁建顺利进行大有裨益，事半功倍。

8.3 炼铸钢排架柱拆装方案分析与建议（表7）

表7 炼铸钢排架柱拆装方案分析与建议

8.4 小炼铸钢扩建厂房利用建议

小炼铸钢扩建部分厂房于2006 年建成，建议加以利用。

8.5 大炼钢预留发展建议

大炼钢宜保留连铸钢坯生产的可能性，即可自力更生高效与本公司大批量轮对生产相匹配，以免沿用落伍的模铸工艺，又可为发展锻造轧辊电渣重熔提供电极坯，还可提高大炼钢的经济效益，为此在设计说明中进行了切实可行的考虑。

8.6 耐磨铸钢造型线建议

在技术交流时，甲方所提两条酚醛树脂PEP-SET 法机械化造型线，其造价不菲、生产效率又不可能很高，不一定很合理，建议对造型线的方式进行调整，或保留造型圈，采用人工地面合箱浇注；或采用其他简易工艺方式，推荐美国多伦斯的形式以供参考。