封閉式環(huán)保料場在昆鋼改造項(xiàng)目中的實(shí)施與應(yīng)用研究

金鑫

（寶山鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，上海 201900）

1 前言

昆鋼于2012 年進(jìn)行淘汰落后產(chǎn)能結(jié)構(gòu)調(diào)整，在安寧草埔新區(qū)完成一期工程建設(shè)，新建1 座2500m3高爐和1 座300m2燒結(jié)機(jī)，同步配套1 個露天礦石料場（2 個料條）和1 個半封閉式混勻料場。隨著綠色發(fā)展的趨勢，為響應(yīng)國家號召、結(jié)合地方政府及城市發(fā)展要求，昆鋼公司經(jīng)系統(tǒng)研究決定對安寧本部鋼鐵產(chǎn)業(yè)實(shí)施供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，將昆鋼安寧本部剩余產(chǎn)能全部搬遷（改造）到昆鋼草埔新區(qū)，二期工程擬新建1 座2500m3高爐和1座450m2燒結(jié)機(jī)，及配套綜合料場；通過升級換代，打造一個現(xiàn)代化的綠色、智慧鋼鐵示范基地。

2 政策背景

生態(tài)環(huán)境部辦公廳環(huán)辦大氣函〔2018〕242 號《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案》（征求意見稿）要求：新建（含搬遷）鋼鐵項(xiàng)目要全部達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)化無組織排放管理，所有物料儲存、輸送及生產(chǎn)車間應(yīng)密閉，產(chǎn)塵點(diǎn)應(yīng)配備抑塵或除塵設(shè)施，車間外不得有可見煙粉塵。

為滿足國家環(huán)保要求，改善區(qū)域環(huán)境和燃料的堆存質(zhì)量，防止相鄰的礦、焦物料堆場堆取作業(yè)有混料情況，并減少暴雨沖刷和刮風(fēng)等損耗，昆鋼搬遷改造項(xiàng)目（二期）原料場工程新建料場設(shè)施須采用封閉料場型式，并對一期現(xiàn)有料場設(shè)施進(jìn)行全封閉改造。

3 料場形式

目前，國內(nèi)外各大鋼廠的料場主要有A 型～E 型5種貯存方式，各種貯存方式介紹如下。

3.1 A 型料場

A 型料場即為普通露天條型料場，在鋼鐵廠、碼頭、礦山等行業(yè)的原料貯存中廣泛應(yīng)用。這種料場型式已不適應(yīng)鋼鐵企業(yè)有關(guān)超低排放要求。

3.2 B 型料場

B 型料場是在A 型料場基礎(chǔ)上增加封閉廠房，使之成為封閉式原料場。這種料場型式適應(yīng)面廣，但占地面積較大。

3.3 C 型料場

C 型料場為長型隔斷式封閉型料場，通過設(shè)置在頂部的卸礦車進(jìn)行卸料和堆料，并采用刮板取料機(jī)取出供料。該料場單位面積貯量大，高度高，占地面積小。

3.4 D 型料場

D 型料場為封閉式圓形料場，物料通過頂部皮帶機(jī)輸入，經(jīng)堆料機(jī)堆積成環(huán)形料堆，取料時(shí)由刮板取料機(jī)取出。這種料場型式一般用于貯存煤、粉料等單品種量大的物料。

3.5 E 型料場

E 型料場為筒倉貯存方式，在筒倉群上部設(shè)置膠帶機(jī)和移動卸料設(shè)備，向筒倉內(nèi)卸料，倉內(nèi)物料經(jīng)筒倉底部閘門放出，由設(shè)置在筒倉底部的膠帶輸送機(jī)輸出。筒倉的土建和結(jié)構(gòu)工程量非常大，一般不宜貯存焦炭、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦等易粉碎物料。

4 昆鋼封閉式環(huán)保料場方案

昆鋼安寧草埔基地在一期建設(shè)規(guī)劃時(shí)預(yù)留了二期工程用地，考慮充分有效利用土地資源，并結(jié)合投資效益和生產(chǎn)實(shí)際情況，根據(jù)本項(xiàng)目按400 萬t/a 鋼規(guī)?？傮w考慮新建封閉料場與現(xiàn)有料場的貯存功能及互通備用性，靈活性，確定料場選型方案如下：

（1）對露天一次料場進(jìn)行B 型封閉改造，由于跨2 個料條3 條皮帶機(jī)，且受空間干涉限制，同步須對兩側(cè)皮帶機(jī)上方的堆取料機(jī)進(jìn)行懸臂縮短改造，確保旋轉(zhuǎn)角度在安全范圍內(nèi)。改造后主要貯存怕粉碎、易揚(yáng)塵的焦炭、白云石粉、塊礦以及其他小品種的燒結(jié)燃料和雜料等。

（2）在現(xiàn)有一次料場北側(cè)新建一跨C 型封閉環(huán)保料場，主要堆存水份大、不揚(yáng)塵、不怕粉碎的燒結(jié)粉、球團(tuán)粉，配套2 臺智能環(huán)保堆料機(jī)和4 臺半門架刮板取料機(jī)，實(shí)現(xiàn)無人化、自動化堆取作業(yè)。

（3）在現(xiàn)有混勻B 型料場南側(cè)預(yù)留位置新建一跨混勻B 型料場，為了充分利用空間和節(jié)約投資，一二期混勻料場共用中間立柱，配套1 臺混勻堆料機(jī)和1 臺混勻取料機(jī)。

料場平面示意圖見圖1。

圖1 料場改造平面示意圖

5 封閉結(jié)構(gòu)選型

一般料場跨度較大，小則幾十米，大的近百米，因此料場封閉結(jié)構(gòu)具有跨度大、高度高，體積龐大的特點(diǎn)，當(dāng)跨度超過60m 以上的空間結(jié)構(gòu)就是大跨度空間結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的桁架結(jié)構(gòu)已難以滿足實(shí)際需求，因此在整體結(jié)構(gòu)選定時(shí)，一般都選用空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)?？臻g網(wǎng)格結(jié)構(gòu)整體重量輕、剛性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，有較好的抗震性能和建筑造型效果。

在空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，剛性體系中的網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式。它是將桿件按一定規(guī)律布置，通過節(jié)點(diǎn)連接而成的一種空間桿系結(jié)構(gòu)，其外形可以呈平板狀即網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，也可以是曲面狀即網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)從整體上看，其受力特點(diǎn)與平板相似，可以看成是格構(gòu)桿系化的平板，比平板的結(jié)構(gòu)跨度更大，自重更輕，見圖2。

圖2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)示意圖

網(wǎng)殼是一種與網(wǎng)架類似的空間桿系結(jié)構(gòu)，以桿件為基礎(chǔ)，按一定規(guī)律組成網(wǎng)格，按殼體結(jié)構(gòu)布置的空間構(gòu)架，它兼具桿系和殼體的性質(zhì)，其結(jié)構(gòu)受力比較合理，剛度大，跨越能力強(qiáng)，見圖3。

圖3 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)示意圖

網(wǎng)架與網(wǎng)殼的區(qū)別：

（1）網(wǎng)架從整體來說是一個受彎的平板，網(wǎng)殼是承受膜內(nèi)力的殼體。同等條件下的網(wǎng)殼比網(wǎng)架節(jié)約鋼材約20%。

（2）網(wǎng)殼曲面能形成自然的排水坡度，外形美觀。

（3）網(wǎng)殼在制作和拼裝方面技術(shù)要求比網(wǎng)架高，節(jié)點(diǎn)和桿件在空間交匯的角度精確度要求高。

在此次昆鋼項(xiàng)目中，涉及料場跨度較大，以一次料場改造為例，橫跨2 個料條3 條皮帶機(jī)，近150m 跨度，且原生產(chǎn)設(shè)備布置的原因無法設(shè)置中間立柱，因此綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，選擇網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，且料場平面均為長條矩形，為便于構(gòu)件制作和安裝，最終選定正放四角錐柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式，如圖4。

圖4 正方四角錐柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

6 施工方案確定

空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的安裝方法，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的類型、受力和構(gòu)造特點(diǎn)，在確保安全、質(zhì)量的前提下，結(jié)合工期要求、現(xiàn)場技術(shù)條件、施工投入等綜合確定。常用的安裝方法如下：

6.1 高空散裝法

是指網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的桿件和節(jié)點(diǎn)或事先拼成的小拼單元直接在設(shè)計(jì)位置總拼，適用于全支架拼裝的各種類型的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

特點(diǎn)：在高空拼裝時(shí)，可減少起重吊裝作業(yè)，但一般需要搭設(shè)大規(guī)模的拼裝支架，耗費(fèi)大量材料，同時(shí)占用一定的施工場地。可與其他安裝方法相互配合使用，此安裝方法使用廣泛。

6.2 分條/分塊安裝法

是將整個空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的平面分割成若干條狀或塊狀單元，吊裝就位后再在高空拼裝成整體；適用于分割后剛度和受力狀況改變較小的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，分割單元的大小應(yīng)根據(jù)起重能力而定。

特點(diǎn)：大部分的焊接和拼裝工作都在地面完成，不但利于提高工程質(zhì)量，并且可以節(jié)省大量的拼裝支架。此外，分割單元重量可與現(xiàn)場起重設(shè)備相匹配，有利于降低施工成本。

6.3 滑移法

是在固定位置將空間網(wǎng)格分步拼裝成條狀單元，通過事先鋪設(shè)的軌道滑移至指定位置進(jìn)行組裝；適用于能設(shè)置平行滑軌的各種空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，滑移時(shí)滑移單元應(yīng)保證成為幾何不變體系，因此對大跨度空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，最好在跨中增設(shè)中間滑軌。

特點(diǎn)：此方法在施工時(shí)起重設(shè)備基本固定在一個作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行施工，不需要長時(shí)間挪動起重設(shè)備，材料堆放較為集中。適用于場地提供較小、施工條件艱苦、有其他施工單位同時(shí)占用場地，且工期較充裕的情況下使用。

6.4 滑架安裝法

是滑移法的衍生施工方法，通過拼裝支架移動實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的分段安裝；該方法較適用于狹長平面的空間網(wǎng)格。

特點(diǎn)：此方法相較于高空散裝法減少了拼裝支架的工作量，節(jié)約了人力和物力的投入。但是滑動支架的穩(wěn)定性較固定支架差，對施工場地條件要求較高。

6.5 整體吊裝法

是指網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在地面完成拼裝，再整體吊裝就位的施工方法。一般適用于中小型空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

特點(diǎn)：地面整體拼裝后吊裝，減少高處作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，但是需占用施工場地，或者如果條件允許可以在場外進(jìn)行拼裝，但是長距離吊裝運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)增大。

6.6 整體提升法

是指網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在地面拼裝后，再整體提升或滑移就位的施工方法。適用于各種空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

特點(diǎn)：需占用施工場地，且只能垂直方向移動，移動過程需確保各提升點(diǎn)同步。

6.7 整體頂升法

是指網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在地面拼裝成整體，然后用千斤頂頂升就位安裝。適用于支點(diǎn)較少的各種空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

特點(diǎn)：與整體提升法類似，需占用施工場地，且只能垂直方向移動，移動過程的同步性較整體提升法要求高，一般需設(shè)置導(dǎo)向措施，避免頂升過程發(fā)生偏移。

結(jié)合上述各安裝方法的特點(diǎn)及昆鋼項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)際情況——跨度大，中間有皮帶機(jī)和堆取料機(jī)，且不能影響生產(chǎn)，施工場地不能大面積占用料場堆放。因此，經(jīng)過各方討論和研究，最終鎖定高空散裝法和分條分塊安裝法，考慮結(jié)構(gòu)剛性問題和過程安裝精度調(diào)整，選定高空散裝法作為首選，且結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，取消拼裝架搭設(shè)，以減少工作量和場地占用，全程高處作業(yè)通過安全過程管控確保風(fēng)險(xiǎn)可控。

為了確保整體施工安全順利實(shí)施，結(jié)合全封閉要求，本項(xiàng)目最終采用山墻分塊安裝起步、高空散裝分層推進(jìn)的施工方法，見圖5 安裝示意圖。山墻起步對整體穩(wěn)定性起到了一個關(guān)鍵性的作用，同時(shí)保證了每個安裝步驟的安裝精度，分層散裝推進(jìn)確保安裝過程中的結(jié)構(gòu)剛度。

圖5 安裝示意圖

7 綜合效果

（1）通過山墻分塊安裝起步+高空散裝分層推進(jìn)的施工方法，安全順利地完成此次昆鋼項(xiàng)目中3 個料場封閉的改造建設(shè)任務(wù)。

（2）封閉式環(huán)保料場，杜絕了物料輸送、貯存過程中的無組織揚(yáng)塵，滿足超低排標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保要求。

（3）通過整體的外觀設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)整個昆鋼安寧基地廠容廠貌的提升，為打造花園式綠色工廠創(chuàng)造條件，見圖6。

圖6 料場俯瞰圖

（4）通過合理的選型和布局設(shè)計(jì)，充分利用了原有預(yù)留地塊，最大程度地保證了料場貯存量，為整個昆鋼安寧基地的生產(chǎn)提供了保障。

（5）實(shí)現(xiàn)二期設(shè)備的無人化、自動化堆取作業(yè)（C型料場和混勻B 型料場），減少人員投入，提高了勞動效率。