礦石從開(kāi)采、加工、貯存到入爐冶煉，中間流程復(fù)雜多樣，對(duì)于設(shè)備、控制系統(tǒng)以及管理要求越來(lái)越高?，F(xiàn)代化的原料場(chǎng)是提升鋼鐵企業(yè)在流程智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠?yàn)槠髽I(yè)每年節(jié)省上千萬(wàn)的成本。

1 鋼廠原料場(chǎng)簡(jiǎn)介

原料場(chǎng)是鋼鐵企業(yè)重要的組成部分，約占鋼鐵企業(yè)總面積8% ～ 18%，承擔(dān)著鋼鐵企業(yè)95%以上的物料準(zhǔn)備及處理功能，是重要的污染源之一，已成為鋼鐵企業(yè)的重點(diǎn)治理對(duì)象。原料準(zhǔn)備系統(tǒng)作為鋼鐵工業(yè)的首道工序，主要任務(wù)是負(fù)責(zé)全廠大宗散狀原料和燃料的受卸、儲(chǔ)存、整粒、混勻等，并將經(jīng)加工處理的各種物料送給高爐、燒結(jié)、石灰各用戶，以保證正常連續(xù)的生產(chǎn)。

在我國(guó)，鋼鐵原料準(zhǔn)備工藝技術(shù)比國(guó)外起步較晚，早期的原料場(chǎng)均為露天模式，原料的卸、堆、取作業(yè)仍保留部分人工作業(yè)方式。隨著環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格，大型鋼鐵企業(yè)開(kāi)始普遍對(duì)原料堆場(chǎng)和輸送系統(tǒng)膠帶機(jī)通廊進(jìn)行封閉改造，從最初的集中或分散的機(jī)械除塵設(shè)施、帶式輸送機(jī)落料口的密封、露天堆場(chǎng)的灑水到現(xiàn)在的各種類(lèi)型的封閉料場(chǎng)、全封閉的膠帶機(jī)通廊、在環(huán)保方面已有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。而智能化系統(tǒng)作為原料場(chǎng)的更尖端發(fā)展方向，近年來(lái)也越來(lái)越受到各大鋼鐵企業(yè)的重視。

2 現(xiàn)代智能原料場(chǎng)

2.1 原料場(chǎng)智能化的優(yōu)點(diǎn)

（1）智能化料場(chǎng)通過(guò)各設(shè)備的自動(dòng)控制代替了原有的人工現(xiàn)場(chǎng)操作和遠(yuǎn)程操作，實(shí)現(xiàn)整個(gè)原料系統(tǒng)的無(wú)人化，極大地節(jié)約人力成本，也減輕了操作人員的工作難度和勞動(dòng)強(qiáng)度。 

（2）各操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化后，不再需要原有的人工判斷時(shí)間，上下游設(shè)備的啟動(dòng)運(yùn)行可以做到無(wú)縫銜接，提高了整個(gè)原料場(chǎng)的運(yùn)行效率，設(shè)備的作業(yè)率則能得到一定程度的減低，從而延長(zhǎng)了使用壽命。 

（3）傳統(tǒng)的人工控制受限于操作人員的技術(shù)水平，難免發(fā)生操作失誤，影響正常生產(chǎn)，甚至對(duì)人員的生命安全產(chǎn)生危險(xiǎn)，而智能化系統(tǒng)則無(wú)此問(wèn)題，系統(tǒng)的核心是軟件，數(shù)據(jù)極易維護(hù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況不更換設(shè)備就能做到更新升級(jí)。智能化系統(tǒng)在生產(chǎn)中也可以儲(chǔ)存大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)于原料工藝流程的優(yōu)化是一份寶貴的材料。

2.2 原料場(chǎng)智能化的關(guān)鍵技術(shù)

全自動(dòng)無(wú)人化堆取料機(jī)：無(wú)人操作的堆取料機(jī)不設(shè)操作人員，依遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)控制完成堆取作業(yè)，作業(yè)類(lèi)型大致分為兩種：遠(yuǎn)程控制作業(yè)和全自動(dòng)作業(yè)。遠(yuǎn)程控制作業(yè)，即操作人員在中控室進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整，其需要設(shè)備本身至少應(yīng)具備半自動(dòng)功能，如果僅僅是遠(yuǎn)程手動(dòng)作業(yè)，料場(chǎng)無(wú)人化則與之前的人工操作沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，因?yàn)橹锌厝藛T每人仍舊只能操作單獨(dú)的一臺(tái)堆取料機(jī)。全自動(dòng)作業(yè)則是較高程度的智能化，設(shè)備本身對(duì)料場(chǎng)和自身位置有認(rèn)知能力，采用自動(dòng)控制程序處理，完成自動(dòng)堆取作業(yè)，并具備一定的緊急處理能力。對(duì)整個(gè)堆場(chǎng)以及堆取料機(jī)整機(jī)和懸臂位置采用GPS 定位。通過(guò)安裝在塔架頂部的3D 掃描儀對(duì)料堆進(jìn)行掃描，并利用GPS 的料場(chǎng)定位形成料堆和設(shè)備的電子圖表。取料作業(yè)首先通過(guò)即時(shí)掃描和程序?qū)﹄娮訄D表的解析，實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)自動(dòng)尋堆尋址，該模式下堆取料機(jī)可以準(zhǔn)確行走對(duì)此系統(tǒng)涉及以下技術(shù)：料堆識(shí)別系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、懸臂式堆取料機(jī)定位檢測(cè)、斗輪運(yùn)行檢測(cè)、電話通訊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。

料場(chǎng)三維成像技術(shù)： 已有應(yīng)用三維全息攝影、超聲波、微波、激光等設(shè)備對(duì)料堆的三維形狀進(jìn)行掃描的先例，在這幾種儀器中，激光良好的對(duì)準(zhǔn)性及非常小的發(fā)散角使儀器可進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的測(cè)量，對(duì)粉塵、雨水、光線的敏感度最低，基本不受天氣的影響，因此激光掃描儀成為料堆實(shí)時(shí)三維掃描的主要儀器。

2.3智能化原料場(chǎng)主要設(shè)備

1. 移動(dòng)卸料車(chē)
2. 礦石振動(dòng)篩
3. 半門(mén)式刮板取料機(jī)
4. 圓形堆取料機(jī)
5. 回轉(zhuǎn)式堆料機(jī)
6. 滾筒式混勻取料機(jī)
7. 圓管帶式輸送機(jī)
滾筒式混勻取料機(jī)取料是目前國(guó)內(nèi)混勻效果最好的取料機(jī)。

3 智能原料場(chǎng)建設(shè)及改造案例

3.1 某鋼鐵智能原料場(chǎng)改造

目前，該已經(jīng)建成現(xiàn)代化的原料場(chǎng)，針對(duì)不同原燃料的存儲(chǔ)和混勻方式主要分為：

（1）封閉式C 型料庫(kù)：該燒結(jié)所需的含鐵原燃料和高爐所需的塊礦采用了環(huán)保封閉的C 型料庫(kù)進(jìn)行儲(chǔ)存。C 型料庫(kù)設(shè)4 個(gè)料條，每個(gè)料條長(zhǎng)約500 m，寬約20 m。物料通過(guò)膠帶機(jī)從頂部輸入，經(jīng)移動(dòng)卸料車(chē)卸料，采用半門(mén)式刮板取料機(jī)進(jìn)行取料作業(yè)，根據(jù)物料品種和生產(chǎn)需要，可將料堆沿橫向和縱向進(jìn)行分格堆存、分類(lèi)管理。

（2）封閉式圓形料場(chǎng)：圓形該燒結(jié)、煉鐵所需的噴吹煤、無(wú)煙煤及焦化所需的焦煤均采用圓形料場(chǎng)進(jìn)行貯存，如圖3 所示。共設(shè)3 個(gè)直徑100 m 的圓形料場(chǎng)，其中2 個(gè)圓形料場(chǎng)用來(lái)儲(chǔ)存焦煤，另外1 個(gè)儲(chǔ)存噴吹煤和無(wú)煙煤。物料由頂部通過(guò)膠帶機(jī)輸入，利用圓形堆取料機(jī)進(jìn)行堆料作業(yè)，由刮板取料機(jī)取料經(jīng)下部膠帶機(jī)輸出。料庫(kù)內(nèi)部使用的堆取料機(jī)為堆取一體化設(shè)備，堆取作業(yè)以同一回轉(zhuǎn)主軸為回轉(zhuǎn)中心，并可圍繞回轉(zhuǎn)主軸進(jìn)行360°回轉(zhuǎn)作業(yè)，對(duì)堆、取作業(yè)區(qū)域和設(shè)備干涉進(jìn)行控制后，堆、取作業(yè)可以同時(shí)進(jìn)行。

（3）原料存儲(chǔ)筒倉(cāng)：燒結(jié)生產(chǎn)所需的熔劑( 石灰石粉、白云石粉) ，球團(tuán)生產(chǎn)所需的石灰石粉，均采用筒倉(cāng)形式進(jìn)行儲(chǔ)存，如圖4 所示。共設(shè)計(jì)8 個(gè)筒倉(cāng)，每個(gè)筒倉(cāng)直徑為20 m。物料通過(guò)膠帶機(jī)從頂部輸入，經(jīng)卸料車(chē)和布料裝置將物料卸入筒倉(cāng)內(nèi)堆存，筒倉(cāng)內(nèi)的物料通過(guò)倉(cāng)下部的給料設(shè)備再經(jīng)倉(cāng)下的輸出膠帶機(jī)輸出。筒倉(cāng)儲(chǔ)存向空間高度發(fā)展，用地面積大大減小。

（4）封閉式混勻料場(chǎng)：燒結(jié)生產(chǎn)所需的混勻料，采用封閉式的混勻料場(chǎng)進(jìn)行混勻、切取?；靹蛄蠄?chǎng)長(zhǎng)約500 m，寬約100 m，料場(chǎng)內(nèi)設(shè)2 個(gè)混勻料條，采用一堆一取制，一個(gè)堆料，另一個(gè)取料，交替接續(xù)使用，采用人字形料堆，由混勻堆料機(jī)進(jìn)行往復(fù)平鋪?zhàn)鳂I(yè)，每次作業(yè)平鋪一層，每層的配料品種為6 ～ 12 種。

（5）自動(dòng)混勻堆積：按照燒結(jié)對(duì)混勻礦質(zhì)量的要求及可供選擇的原料成分信息，通過(guò)混勻配料方案自動(dòng)選取需要的原料，并計(jì)算出各個(gè)原料的濕量配比，將濕量配比轉(zhuǎn)換成可被L1 系統(tǒng)配料皮帶秤接收的參數(shù)，并下傳給混勻配料系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)物料存儲(chǔ)位置、重量等信息啟動(dòng)混勻料上料流程，將需要的各種原料依次輸送到各個(gè)配料槽內(nèi)，然后由配料槽下的定量給料裝置，按既定的配比向混勻輸入皮帶系統(tǒng)送料，最終向混勻堆料機(jī)下達(dá)堆料作業(yè)指令，混勻堆料機(jī)根據(jù)堆料場(chǎng)地、堆料作業(yè)數(shù)量、堆料方式等參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)堆料作業(yè)。

3.2 某鋼廠二料場(chǎng)改造

該廠目前有4 座高爐和3 臺(tái)燒結(jié)機(jī)，配套設(shè)有2 個(gè)機(jī)械化原料場(chǎng)( 第一原料場(chǎng)、第二原料場(chǎng)) 和1 個(gè)臨時(shí)料場(chǎng)，負(fù)責(zé)為燒結(jié)機(jī)提供含鐵原料，并向高爐提供塊礦和球團(tuán)礦。開(kāi)放式料場(chǎng)改造為封閉式料場(chǎng)方式及效果：
( 1) 環(huán)保封閉料棚采用M型大跨度網(wǎng)架封閉技術(shù)，兩聯(lián)跨跨度為212. 5 m。
( 2) M 型大跨度網(wǎng)架封閉料棚直段高度達(dá)到21 m，創(chuàng)行業(yè)網(wǎng)架封閉料棚直段高度之最。
( 3) 環(huán)保封閉料棚通風(fēng)換氣采用百葉窗自然通風(fēng)方式。
( 4) 環(huán)保封閉料棚采用陽(yáng)光板采光，確保棚內(nèi)白天自然采光，夜間照明系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)光。
( 5) 料場(chǎng)內(nèi)3臺(tái)堆取料機(jī)實(shí)施自動(dòng)化升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離、遠(yuǎn)程控制。
( 6) 棚內(nèi)全場(chǎng)物料堆存實(shí)現(xiàn)100%全封閉。
( 7 ) 全場(chǎng)堆存物料實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴淋系統(tǒng)100%全覆蓋，實(shí)現(xiàn)棚內(nèi)防塵抑塵。
( 8) 堆取料機(jī)上增設(shè)噴淋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物料堆存源頭防塵抑塵。
( 9) 料棚內(nèi)實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)控?zé)o死角，輔助主控操作系統(tǒng)，確?，F(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守。
( 10) 3#料棚實(shí)現(xiàn)射霧抑塵，最大限度地減少汽車(chē)受、卸物料產(chǎn)生的環(huán)境污染。
( 11) 物料輸送膠帶機(jī)通廊及轉(zhuǎn)運(yùn)站實(shí)現(xiàn)全封閉。
( 12) 全場(chǎng)物料輸入、輸出實(shí)現(xiàn)100%全封閉作業(yè)。
( 13) 全場(chǎng)雨水實(shí)現(xiàn)100%有組織排放。
( 14) 水泵房和消防泵房合建，實(shí)現(xiàn)100%無(wú)人值守。
( 15) 顆粒污染物排放質(zhì)量濃度≤10mg /m3。
( 16) 崗位粉塵排放質(zhì)量濃度≤8mg /m3。
( 17) 減少料堆表面灑水量80%以上。
( 18) 環(huán)保封閉后第二原料場(chǎng)一次性可堆存物料量3 × 105 t，向燒結(jié)供料量達(dá)到9. 125 ×106 t /a。
( 19) 環(huán)保封閉料棚具備防風(fēng)、防雨和防凍功能，每年減少風(fēng)雨引起的物料流損95% 以上，年節(jié)約物料損耗約4. 33 × 104 t，按照鐵料為600 元/t 計(jì)算，則直接經(jīng)濟(jì)效益約2 600 萬(wàn)元/a。

3.3 某精品鋼智能原料場(chǎng)建設(shè)

該精品基地建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)鐵810 萬(wàn)t、鋼850 萬(wàn)t、商品材約為790 萬(wàn)t，其最終目標(biāo)是建設(shè)成為智能高效、綠色高端的最新現(xiàn)代化鋼廠精品。高爐( 2 ×5 100 m3 ) 、燒結(jié)( 2 × 500 m2 ) 、球團(tuán)( 150萬(wàn)t /a) 和電廠( 2 × 350 MW 燃煤發(fā)電機(jī)) 生產(chǎn)需要的原、燃料供應(yīng)系統(tǒng)及其配套設(shè)施的設(shè)計(jì)、設(shè)備成套提供、建筑安裝及相關(guān)服務(wù)。原料場(chǎng)主要由受卸設(shè)施、料場(chǎng)設(shè)施、混勻設(shè)施、供料設(shè)施、輔助設(shè)施等五大設(shè)施組成，總體具備公路、鐵路和海運(yùn)輸送功能，是我國(guó)近年來(lái)已建設(shè)投產(chǎn)的規(guī)模較大、工藝復(fù)雜、技術(shù)先進(jìn)、智能化程度最高、最具現(xiàn)代特色的環(huán)保型綜合原料場(chǎng)。該工程于2015 年7 月開(kāi)工建設(shè)，2017 年8 月一期工程全線投產(chǎn)。

3.4 某鋼鐵廠原料場(chǎng)改造

該鋼廠原料場(chǎng)承擔(dān)著東區(qū)燒結(jié)、高爐及球團(tuán)的燃、原料供應(yīng)。其組成主要包括煉鐵系統(tǒng)和燒結(jié)系統(tǒng)，煉鐵系統(tǒng)由1 座3 200 m3高爐、2 座2 000 m3 高爐及1 座900 m3 高爐組成，年生產(chǎn)能力700 萬(wàn)t; 燒結(jié)系統(tǒng)由1 臺(tái)400 m2燒結(jié)機(jī)、1 臺(tái)435 m2 燒結(jié)機(jī)及2 × 90 m2 燒結(jié)機(jī)組成，年生產(chǎn)能力875 萬(wàn)t。

原有系統(tǒng)的不足：
（1）粉塵污染嚴(yán)重，且冬季防凍成本高；
（2）貯存和供料能力不足；
（3）生產(chǎn)組織受限；
（4）混勻效果受限；
（5）改造施工難度大；

改造后優(yōu)勢(shì)：
（1）改善區(qū)域環(huán)境，減少揚(yáng)塵損耗；
（2）提高了原料的堆存質(zhì)量；
（3）提高料場(chǎng)空間利用率；
（4）提高物料運(yùn)轉(zhuǎn)效率，節(jié)約運(yùn)行成本；
（5）儲(chǔ)量增加，可持續(xù)發(fā)展；
（6）設(shè)備優(yōu)化、降低投資；
（7）技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，降本增效。

4 智能料場(chǎng)總結(jié)

原料場(chǎng)是現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)必備的一個(gè)環(huán)節(jié)，無(wú)論是長(zhǎng)流程生產(chǎn)還是短流程生產(chǎn)，對(duì)于原燃料的裝卸、貯存和輸運(yùn)都是必不可少的。當(dāng)前情況下，中國(guó)國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)仍存在很多開(kāi)放式料場(chǎng)、全人工/半自動(dòng)料場(chǎng)，在設(shè)備、控制和人員以及全流程配合等方面都存在問(wèn)題，因此造成環(huán)境污染、料損嚴(yán)重、生產(chǎn)不穩(wěn)定以及管理效率低，由此造成后道工序原料供應(yīng)波動(dòng)大，造成全流程生產(chǎn)成本大幅升高。因此，原料場(chǎng)的現(xiàn)代化建設(shè)和改造是關(guān)乎鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)全流程的關(guān)鍵。目前，國(guó)內(nèi)多家工程等公司和設(shè)計(jì)院都有很多設(shè)計(jì)案例和經(jīng)驗(yàn)。在混料工藝以及相關(guān)智能化方面，仍然有很多工作要做。