花上十分钟，了解一个工业常识。
上一次我讲了高炉的工艺原理，今天想要讲一讲钢铁企业里，为高炉服务的一连串设施。
一个包含完整流程的钢铁联合企业，它的商品流是这样的：由高炉群也就是炼铁厂冶炼炼钢生铁和铸造生铁，铸造生铁硅含量比炼钢生铁高，其余成分差不多，钢铁企业自己不做铸铁件，铸造生铁炼出来就是商品。
炼钢生铁送去炼钢厂炼钢，其中部分是铸钢，也作为商品出售，钢铁企业自己不做铸钢件生产。
其余的钢就用来轧制各种各样的钢材，是钢铁企业的主导商品。
铸铁、铸钢、钢材，三大类商品都要从高炉里过，因为炼钢轧钢都有损耗，所以炼铁厂的生产规模，要比企业的商品生产规模大。
只要高炉一趴窝，后面的所有工艺就都得趴窝，没粮草了。
高炉还挺娇气，它轻易不能停炉，因为停炉的代价太大。
高炉不能说停就停，要有一系列准备，还要为停炉临时安装一些设施，以防止停炉过程出现设备损伤甚至爆炸事故，然后还要有一个严格的停炉流程，才能正常地停下来。
临时停炉不需要长时间烘炉，但要等炉子凉下来才能再次开炉，然后也是需要一个严格的开炉流程，差不多开炉五六天以后，高炉才能达到正常的稳定生产状态。
这一停一开之间，要耽误多少时间，付出多大损失，想都想得到。
高炉在两次大修之间的时间间隔称为炉龄，平均十年，保养得当可能达到十五年以上，炉龄长了就可能在中途中修一次，否则中途是不停炉的。
所有的计划外停炉，都可以视为事故。
所以，五大三粗的高炉，其实是个娇小姐，是需要人伺候的。
矿山、选矿厂、煤矿、选煤厂、石灰石矿等都不属于钢铁企业的成员，我就不说了，在钢铁企业内部，有三个工厂专门为高炉服务，我们称为'前三厂’，连同炼铁厂自己，才走到炼铁这一步，就需要四座工厂了，每一座放到重工业以外去，都属于大型甚至超大型工厂了。
前三厂分别解决高炉的一个需求：烧结厂为高炉生产烧结矿，解决掉天然矿石的很多问题，焦化厂为高炉生产专用燃料焦炭，原料场为高炉避开因原料运输出问题导致计划外停炉的风险，都是伺候高炉的，所以我说它们是高炉的三大仆人。
原料场的基本作用就是一个堆放原料的场地，凭什么称为工厂？那是由数量造成的，储存量太大了，吞吐量太大了，量变导致质变，就必须是高度机械化自动化的了，那就有资格称为工厂了，而且是巨无霸式的大型工厂。
国内以前是没有大型机械化储运项目的，钢铁企业也没有储量够大的原料场，经常会受到外部运输条件的困扰。
文革后，国内的钢铁企业大大地落后了，急需升级换代，国家花大钱，建了一个当时国际一流的钢铁联合企业，作为样板放在那里，让大家可以就近参观考察，还可以仔细研究，免得动不动就出国，这就是上海宝山钢铁公司。
有人以为宝钢是日本援建的，这是谣言，宝钢的设备和技术是万国博览会，花钱从国外买的，每一分钱都是自己的，所有的工厂设计由国内各大钢铁设计院分包，我所在的设计院也是分包设计院之一，而且还是整个企业布局的总包设计院，包括提供高炉设备的日本公司在内，所有外国公司的作用，不过是设备供货商而已，所有的外国专家，提供的都是正常的产品服务。
作为样板，宝钢建设了国内第一个大型机械化原料场，储量能维持三座四千立方米高炉一个月的原料需求，我估算得有三四百万吨，每天进进出出的吞吐量，吞和吐加一起估计有四五十万吨。
这么大的吞吐量，原料场当然要自己特有的设备和工艺，比如码头卸船的卸船机，铁路卸车的翻车机，往料堆上堆的堆料机，从料堆取料的取料机等，全都是大型设备，就连胶带输送机，也是些巨无霸，输送能力每秒好几吨，胶带宽度两米往上，也许三四米，单条胶带机的输送距离，用于中转的不算，主胶带机动辄几百米，甚至论公里算。
重庆钢铁公司原料场一期工程，是宝钢之外国内自建的第一个机械化原料场，它的电气和自动控制设计都是我主持完成的，比较熟悉，我就介绍一下这个原料场的一些情况。
重钢是个中型钢铁企业，当时的生产规模是百万吨级，原料场的储量和吞吐量，都只有宝钢的几分之一，所以没有卸船机，用抓斗起重机卸船，但铁路卸车也是用的翻车机，先说说这个。
从上图可以看到，翻车机是用钢材围成的一个圆筒形框架，里边铺有铁轨，平时和前后铁轨严密对接，用牵引机构把车皮拉进去，用液压装置把车皮紧紧压在铁轨上，然后整个框架旋转180°，把车皮来个底朝天，原料就倒进翻车机下方的料仓里了，再用胶带输送机慢慢运走。
就是来一个倒扣，简单粗暴，干净利落，卸车速度算是神级，而且翻车机还不止一台，重钢原料场就有两台。
重庆是山城，很难找到大片平地，因此原料场的主堆放区是狭长形的，不适合分别布置堆料机和取料机，所以把两者功能合并，做成了堆取料机。
上图上方是原料场主堆放区的布局，有四个料条，每个料条二三十米宽，四百多米长，料条内还分料堆，因为矿石品种和煤炭品种都有很多种，加上焦炭、烧结矿、石灰石等，所以有大小不同的很多料堆。
料条之间是三条主胶带机，胶带机两侧有铁轨，堆取料机就骑在胶带机上，沿着铁轨运动，其悬臂伸到两边的料堆完成堆取料作业。
这个原料场主区的所有胶带输送机，最大的输送能力都是每秒两吨矿石，那么堆取料机的极限吞吐能力也是这个水平了。
在两次作业之间，是需要切换时间的，而且作业时的吞吐能力也不全由堆取料机决定，比如码头卸船的速度就远低于主区吞吐能力，最后还需要人工帮助清船，效率更低，所以卸船时的平均吞吐能力，只有每小时几百吨，是极限吞吐能力的十分之一左右。
总之，实际吞吐能力是远小于极限吞吐能力的。
布局图的右边是入口转运楼，码头、翻车机、焦化厂回送焦炭，烧结厂回送烧结矿，这些入口来的胶带机都要爬上楼顶，原料经过移动胶带机和摆动溜槽等可切换路径的中转设备一路往下，最后都汇总到最下面的三条主胶带机上，送去堆料，是一种多对多的关系，任一入口能和任一出口对接。
左边是出口转运楼，三条主胶带机把挖取的原料送上楼顶，照样是一系列的中转下来，最下方是去往各高炉以及焦化厂烧结厂等各个方向的胶带机，也是一种多对多的关系，因为要留出足够的爬升距离，出口转运楼离堆料区间隔有好几十米。
两个转运楼之间还有一个胶带机走廊，里边有两条反方向运行的胶带机，因为不可能所有入口都在同侧，出口也是这样，所以必然会存在逆向物流。
下方的图是堆取料机的功能示意图，没有画出结构，太麻烦。
主胶带机在堆取料机上绕了一个之字形，机上胶带机就插在之字形的缺口处。
堆料的时候，斗轮不转，机上胶带机向爬坡方向运转，原料从主胶带机的之字形上端落到机上胶带机上，被送到末端自由落下，就实现了堆料作业。
取料时，斗轮转动，挖取原料后落到向下坡方向运转的机上胶带机上，掉落到主胶带机上被运走，这和常规取料机是一样的。
堆取料机就是在取料机基础上改的，增加了之字形部分，机上胶带机从单方向运行改成正反方向运行，很简单巧妙的改动。
堆取料机是从大连重型机器厂定制的，当时每台的价格是三百万人民币，论购买力相当于现在的六千万，你可以想象那是多大的块头。
原料场是高度自动化的，员工只有百人左右，其中包括中控室操作工人，堆取料机司机和几十个现场巡检工。
因为原料场出入方向都是多对多的关系，存在大量路径交叉，每台设备在不同路径中的上下游关系不同，给控制程序的编制带来很大的麻烦，具体情况很琐碎，就不讲了，总之需要一些颠覆性的编程思路。
为此，宝钢原料场是采用的日本明电舍的原料场专用PLC实现控制的，控制设备十分昂贵，国内第二个类似项目秦皇岛机械化码头，采用了通用PLC，硬件成本低几倍，但全套程序是从澳大利亚引进的，实际上也没省太多钱。
重钢原料场是国内第一个用通用PLC控制并且自行编程的，不管和哪种方案比，都为用户节省了几百万人民币的投资，而这个程序就是我主持编制的，连我在内才两个人干活。
我个人的收获是一个省冶金厅颁发的科技一等奖红本本，以及从工人编制的实验员直升工程师职称。
物质方面几乎没有额外收获，计算设计奖是五六千元，因为比很多老工程师奖金还高，按某种潜规则，硬被扣掉一大半，只拿到我平常的奖金水平，这里就顺带发个牢骚哈。
再来说说焦化厂。
炼焦的原理，是让煤炭在隔绝空气的条件下加热到高温，让可挥发成分跑掉，这就是焦炉煤气，让液化馏分流走，这就是煤焦油，剩下的就是几乎没有杂质的，因为馏分离开而留下很多微孔的焦炭了。
炼焦的工艺也简单：
先是洗煤，是真要洗，不开玩笑。第二是配煤，这个等下讲。第三就是入炉焖烧了，炭化后用推焦机推出炉。第四是破碎，打成块。第五是筛分，过两道筛，头道筛过不了的块太大，拿回去再破碎，二道筛也能过的，就是碎焦了，好像是拿去卖掉，中间大小的，就是成品。
炼焦对煤炭有要求，首先肯定是杂质少了，尤其是有害的硫和磷要少，这对钢铁性能很重要，其次就是粘结性要好，形成的焦炭要足够结实，能够在高炉里的软融带形成支撑，第三就是容易推焦，不会赖在炉里不出来。
同时符合三个要求的，叫做主焦煤，这种煤炭储量越来越少，因此就加入一些杂质也少，但另两个指标不够好的煤炭搭配起来炼焦，以节省主焦煤，所以炼焦工艺里有配煤工序。
可以用来搭配炼焦的煤炭都叫炼焦煤，有贫瘦煤、瘦煤、肥煤、气肥煤、气煤等好多种，这个不解释，因为我也被绕晕了。
有人说焦煤是无烟煤，错了，炼焦煤都是烟煤。
炼焦煤中主焦煤和肥煤粘结性最好，是炼焦时不可缺少的，在我国的煤炭资源中，炼焦煤总储量占27%，但主焦煤和肥煤加一起还不到百分之十。
不管怎么节省，焦煤耗尽的日子也指日可待了，一旦没了焦煤，焦化厂要拆掉，高炉要拆掉，使用高炉生铁炼钢的转炉也要拆掉，要建设很多直接还原回转窑一类的替代高炉的设备，还要增加许多现在炼特殊钢的电弧炉，用来炼普通钢，全世界的钢铁企业都要伤筋动骨。
炼钢的耗电量会大幅度增加，钢铁会提价，钢铁产品和建筑行业会跟随提价，我们大家都会受影响，让我们一起祈祷这日子晚点到来吧。
但这日子必然要来的，替代工艺已经研究很久了，有些已经投入试运行了。
最后说说烧结厂。
用烧结矿炼铁的理由有这么几条：第一，采购的有些铁矿石是碎块甚至粉矿，不能直接进高炉。第二，大型高炉不能炼含铁品位很低，脉石杂质很多的贫矿，炉子会吃不消，但国内铁矿资源丰富，贫矿比例很大，不能浪费资源，要贫富矿搭配。第三，高炉运行要稳定，包括矿石的含铁品位也要稳定。还有第四第五，不讲了，没这三条重要。
烧结的基本原理，就是把贫矿富矿按比例搭配，块矿碎矿粉矿加上溶剂一起打碎，在高温下部分成分融化，借此把所有物料粘结在一起。
和炼焦不同的是，烧结的时候不需要隔绝空气，因此烧结时燃料是混在原料里燃烧加温的，不是在炉外燃烧加温，烧结时从上面点火，从下面抽风，一层一层从上往下烧，燃料烧完的层就成烧结矿了，直到整个炉子里原料全部变成烧结矿。
烧结工艺也很简单，配料、混匀、粉碎、入炉烧结、破碎、筛分然后就是成品了。
配料和混匀是大批量进行的，以保证高炉使用的矿石品位长时间稳定，这需要很大的场地，在原料场附属的混匀料场进行。
混匀方法是横堆直取，由计算机按配料比例一个品种一个品种的从原料场取出往混匀料场送，由混匀堆料机一层一层地堆成一个料条。
混匀料堆的横断面是山形的，每一层料是人形的，每个横断面的原料比例都是一样的，混匀取料机是门型结构，挖掘斗轮横向移动，一个断面一个断面的取走，再在中途各次转运中滚来滚去，就混合均匀了。
粉碎及以后的工序在烧结厂进行，烧结完成后的破碎筛分和炼焦工艺差不多，只是筛分出来的碎矿会拿去重新粉碎烧结。
好了，和炼铁有关的工艺都讲完了，下一次该讲讲炼钢了。
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