港口廢鋼作業(yè)及加工處理探討

林星銘，唐洲

（中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，上海 200032）

0 引言

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)原料來源主要有兩個：一是鐵礦石，二是廢鋼，前者是不可再生的自然資源，后者是可回收的再生資源。同采用鐵礦石相比，用廢鋼直接煉鋼可節(jié)約能源60%，減少廢物排放80%。近年來隨著鐵礦石價格不斷攀高、環(huán)境污染日趨嚴(yán)重及節(jié)能減排日益嚴(yán)控，我國鋼鐵企業(yè)對廢鋼的需求量越來越大，已成為世界上廢鋼進口主要國家之一。

目前我國廢鋼進口主要來自美國、澳大利亞、日本和歐盟等國家和地區(qū)，通過海輪運輸至國內(nèi)沿海港口進行接卸和堆存后，再通過公路（鐵路）轉(zhuǎn)運至鋼鐵企業(yè)進行加工處理。由于廢鋼種類多，外形“蓬松”，規(guī)格“散亂”，港口起重機起升機構(gòu)采用鋼絲繩與吊具連接方式進行作業(yè)效率較低，因此提高作業(yè)效率對于港口運營非常有意義。同時隨著我國對廢鋼需求量的不斷增加，政府鼓勵廢鋼行業(yè)要實現(xiàn)廢鋼加工的工廠化、產(chǎn)品化，在全國布點推廣建設(shè)廢鋼加工配送中心，實現(xiàn)從單一的廢鋼堆料場到現(xiàn)代化廢鋼加工工廠的轉(zhuǎn)變[1]。港口作為物流鏈的重要一環(huán)，具有便捷的集疏運條件，將廢鋼加工處理功能從鋼鐵企業(yè)料場前移至港口，在港口配套建設(shè)廢鋼加工配送中心，開展廢鋼加工處理，與港口作業(yè)相結(jié)合，構(gòu)成廢鋼全過程處理，不但可延伸港口服務(wù)功能，而且可進一步提高廢鋼運輸和作業(yè)效率，對于廢鋼行業(yè)發(fā)展具有積極意義。

本文對港口廢鋼作業(yè)及加工處理進行探討，提出港口提高廢鋼作業(yè)效率方式和開展廢鋼加工處理具體功能及布局，使港口能更好地為廢鋼提供全流程配送服務(wù)，為港口廢鋼碼頭和加工處理中心的建設(shè)提供參考和借鑒。

1 港口廢鋼作業(yè)

港口廢鋼作業(yè)主要環(huán)節(jié)為廢鋼卸船和堆場作業(yè)，這兩個環(huán)節(jié)將直接影響廢鋼作業(yè)效率和堆存容量，因此優(yōu)化這兩個作業(yè)環(huán)節(jié)具有積極意義。

1.1 廢鋼卸船作業(yè)

目前港口廢鋼卸船主要采用四連桿門座起重機，起重量16～25 t，根據(jù)廢鋼不同特性配置相應(yīng)吊具（包括電動液壓抓斗、貝殼抓斗、電磁吸盤等）。門座起重通過鋼絲繩與吊具連接，進行起升動作，電控信號線通過與鋼絲繩“相依”接入吊具，實現(xiàn)對吊具的開閉控制。由于鋼絲繩為柔性體，作業(yè)時吊具對廢鋼無下壓力，因此對積壓密實的廢鋼抓取效果差；另外若門座起重機作業(yè)時回轉(zhuǎn)速度過大時，將使吊具晃動較大，因此需控制回轉(zhuǎn)速度，以保證吊具平穩(wěn)停放在所需工作位，從而也降低了作業(yè)效率。由于電控信號線與鋼絲繩“相依”，作業(yè)過程中容易出現(xiàn)電控信號線被廢鋼和海輪艙口割破，在作業(yè)過程中需“小心謹(jǐn)慎”，也影響了作業(yè)效率發(fā)揮。

針對這些情況，剛性單臂架門座起重機[2]（見圖1所示）應(yīng)用于廢鋼卸船具有明顯優(yōu)勢。剛性單臂架門座起重機與常規(guī)四連桿門座起重機主要區(qū)別在于臂架結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)和司機室布置，而回轉(zhuǎn)平臺及行走機構(gòu)等布置基本相同。

圖1 剛性單臂架門座起重機Fig.1 Portalcranew ith rigid single jib

1）臂架結(jié)構(gòu)：剛性單臂架門座起重機的臂架結(jié)構(gòu)由動臂和斗桿組成，斗桿和動臂間以及動臂和回轉(zhuǎn)平臺間均設(shè)置轉(zhuǎn)動鉸，通過油缸實現(xiàn)大幅度的擺動作業(yè)。吊具懸掛在斗桿下方，與斗桿剛性連接，作業(yè)時吊具不但可對廢鋼產(chǎn)生下壓力，使吊具盡可能“切入”廢鋼內(nèi)部，抓取更多廢鋼，而且回轉(zhuǎn)速度可以提高，吊具不會產(chǎn)生晃動，因此大大提高了作業(yè)效率。另外電控信號線通過剛性臂架通至吊具，可避免作業(yè)時被廢鋼和海輪艙口割破，作業(yè)安全性得到了極大提高。

2） 動力系統(tǒng)：臂架結(jié)構(gòu)和吊具通過液壓驅(qū)動，吊具過載能力強，機構(gòu)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，提高了司機操作舒適感。

3）司機室布置：四連桿門座起重機司機室一般布置位置比較靠后，不突出碼頭前沿線，因而在作業(yè)過程中司機無法清楚地看到船艙內(nèi)部情況，影響了作業(yè)效率。而剛性單臂架門座起重機司機室布置位置非常靠前，作業(yè)過程中司機可以清楚地看到船艙內(nèi)部情況，對作業(yè)十分有利。

目前剛性單臂架門座起重機生產(chǎn)廠家主要有歐洲的E-CRANE和Mulitdocker，國內(nèi)港機制造商還沒有該系列產(chǎn)品，因此若國內(nèi)廢鋼卸船碼頭采用此設(shè)備需進口，則整機購置價高，限制了其在國內(nèi)的推廣和使用。而隨著國內(nèi)廢鋼碼頭專業(yè)化的進一步提升和該機國產(chǎn)化進程的逐步推進，該機在國內(nèi)將有非常好的應(yīng)用前景。

1.2 廢鋼堆場作業(yè)

目前廢鋼堆場作業(yè)主要采用裝載機和軌道式龍門起重機。由于廢鋼灑落，采用裝載機其輪胎容易被扎破，而且料堆堆存高度一般在4m以下，堆存容量受制。采用軌道式龍門起重機可以提高堆存高度，而且也避免了采用輪胎式設(shè)備輪胎容易被扎破的情況，但采用軌道式龍門起重機需設(shè)置軌道基礎(chǔ)，使基礎(chǔ)費用增加，另外軌道式龍門起重機只能在軌道范圍內(nèi)行走，作業(yè)范圍受限，機動靈活性不夠。在此背景下，履帶式液壓抓鋼機應(yīng)用于廢鋼堆場作業(yè)具有明顯優(yōu)勢。

履帶式液壓抓鋼機（圖2）由底盤、回轉(zhuǎn)平臺、臂架結(jié)構(gòu)、吊具、司機室和液壓系統(tǒng)等組成。底盤配置履帶式，可機動靈活地行使至作業(yè)地點，提高了作業(yè)靈活性。臂架結(jié)構(gòu)與剛性單臂架門座起重機基本相同，也由動臂和斗桿組成，通過油缸進行“活動”連接，斗桿可繞動臂支點擺動，變化幅度范圍大，可適應(yīng)較大作業(yè)范圍（可達15m）和提高堆料高度（可達10 m）?？筛鶕?jù)不同廢鋼種類和特性安裝不同吊具，包括梅花抓斗、鋼坯抓具、液壓剪等，從而大幅提高作業(yè)適應(yīng)性。司機室可升降，以最大程度提升操作人員視角，使操作更為安全便捷。各機構(gòu)動作包括行走、回轉(zhuǎn)、變幅、抓取等均通過液壓驅(qū)動，過載能力強，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

圖2 履帶式液壓抓鋼機Fig.2 Hydraulic clam shellmachinew ith craw ler

目前配置“雙動力”液壓驅(qū)動裝置的履帶式液壓抓鋼機已投入使用，該機由小型內(nèi)燃機和380 V電力驅(qū)動聯(lián)合形成液壓驅(qū)動系統(tǒng)，行使時采用小型內(nèi)燃機，作業(yè)時采用電力驅(qū)動，使用成本比全部采用燃油驅(qū)動機型降低70%以上，并可延長整機使用壽命，降低維修費用。

履帶式液壓抓鋼機通過各機構(gòu)“有機”組合，使整機具有操作簡便、機動靈活、安全可靠、作業(yè)效率高、能耗低等優(yōu)點，在廢鋼堆場作業(yè)具有非常好的應(yīng)用前景。

2 港口廢鋼加工處理

目前港口僅承擔(dān)廢鋼的接卸和堆存，廢鋼需轉(zhuǎn)運至鋼鐵企業(yè)再進行加工處理（包括打包、剪切和破碎），運轉(zhuǎn)模式為：海輪→碼頭接卸→水平運輸→“原料”堆場→裝車→鋼鐵企業(yè)→“原料”堆場→加工處理→“成品”堆場，采用此方式在鋼鐵企業(yè)也需布置廢鋼“原料”堆場，而廢鋼“原料”作業(yè)效率最低、成本最高、占地面積最大、污染也最大；另外廢鋼中鋼鐵企業(yè)不需要的“雜質(zhì)”也被再次轉(zhuǎn)入堆場，資源浪費大。

將廢鋼加工處理功能從鋼鐵企業(yè)料場前移至港口，在港口配套建設(shè)廢鋼加工配送中心，開展廢鋼加工處理，與港口前方卸船、堆場作業(yè)相結(jié)合，運轉(zhuǎn)模式為：海輪→碼頭接卸→水平運輸→“原料”堆場→加工處理→“成品”堆場→裝車→鋼鐵企業(yè)→“成品”堆場，在港口構(gòu)成廢鋼全過程處理，鋼鐵企業(yè)不需設(shè)置廢鋼“原料”堆場，只需設(shè)置所需的廢鋼“成品”堆場即可，極大地提高了廢鋼運輸和作業(yè)效率，使港口和鋼鐵企業(yè)取得雙贏。

廢鋼加工處理包括打包、剪切和破碎等，與港口前方卸船作業(yè)、堆場作業(yè)相結(jié)合，構(gòu)成高效率、低成本的廢鋼配送體系。

2.1 廢鋼打包

在廢鋼加工過程中，打包機（圖3、圖4）在常溫下可將各種金屬邊角料、鋼刨花等板狀廢鋼擠壓成長方形、圓柱體、八角形體等各種形狀的合格爐料，以降低運輸和冶煉成本，也可提高堆存密度。

圖3 液壓打包機Fig.3 Hydraulic baler

圖4 打包后的廢鋼Fig.4 Packaged scrap steel

廢鋼打包機采用液壓驅(qū)動，可選擇手動或PLC自動控制操作。出包有翻包和推包兩種形式。加料箱尺寸和包塊形狀尺寸可根據(jù)用戶原料規(guī)格設(shè)計定制。

廢鋼“原料”堆場通過抓鋼機直接將廢鋼抓取后卸入打包機的加料箱內(nèi)進行打包處理。

2.2 廢鋼切割

在廢鋼加工過程中，剪切機（圖5）用來處理重型廢鋼和大型構(gòu)件，使其達到一定的尺寸和重量要求，便于入爐，也便于運輸和后續(xù)工藝處理。

圖5 液壓剪切機Fig.5 Hydraulic shearingmachine

廢鋼剪切機采用液壓驅(qū)動，可選擇手動或PLC自動控制操作，可經(jīng)濟地剪切各種廢鋼，不論是金屬混雜料還是重型廢鋼，輕薄廢鋼壓塊還是車輛車體、鋼軌，剪切機各部件都可高效協(xié)同作業(yè)。

廢鋼“原料”堆場通過抓鋼機直接將廢鋼抓取后卸入剪切機加料箱內(nèi)進行剪切處理。

2.3 廢鋼破碎

廢鋼破碎生產(chǎn)線技術(shù)先進、加工范圍大、生產(chǎn)率高，可以將黑色金屬、有色金屬、非金屬廢物分離，使廢鋼純凈化。而夾在非磁性物質(zhì)中的銅、鋁等有色金屬可挑選出來，提高了回收效益。該設(shè)備是一種綜合型、環(huán)保型的加工分選設(shè)備，經(jīng)過廢鋼破碎生產(chǎn)線加工處理后廢鋼潔凈、優(yōu)質(zhì)，自然堆積密度為1.2～1.7 t/m3，是理想的煉鋼爐料[3]。

廢鋼破碎生產(chǎn)線[4]（圖6）是由鋼帶輸送機、進料碾壓機、破碎機、氣力分選機、振動輸送機、磁選機、圓筒分選篩、有色金屬分選機、出料帶式輸送機、堆料輸送機、除塵系統(tǒng)等配套設(shè)備聯(lián)動完成的生產(chǎn)設(shè)備。廢鋼“原料”堆場通過抓鋼機直接將廢鋼抓取后卸入鋼帶輸送機進入生產(chǎn)線。破碎機出來的破碎物，經(jīng)過振動輸送機、磁選機和帶式輸送機，把鐵金屬物、有色金屬物和非金屬物分離開，并由各自輸送機送出歸堆。有色金屬和非金屬物在輸送機上再次受到圓筒分選篩的搜索，把游離鐵金屬物揀出，從而提高鐵金屬物的回收率，同時通過人工挑選有色金屬。整個廢鋼破碎生產(chǎn)線由電腦監(jiān)控、PLC控制，可實現(xiàn)微機控制和人工操作。

圖6廢鋼破碎生產(chǎn)線示意圖Fig.6 Sketch of scrap crushing production line

目前國內(nèi)廢鋼破碎生產(chǎn)線處理能力只能達到40 t/h，而且對破碎廢鋼原料要求較高，而國外廢鋼破碎生產(chǎn)線處理能力最大可達220～280 t/h，對破碎廢鋼原料要求也較為寬松。

3 港口廢鋼加工處理功能布局

結(jié)合碼頭卸船、堆場堆料功能，港口總體功能布局可形成碼頭卸船區(qū)、堆場堆料區(qū)和廢鋼加工處理區(qū)等。廢鋼加工處理區(qū)根據(jù)港口陸域縱深條件合理布置，若堆場陸域縱深較大，廢鋼加工處理區(qū)宜直接布置在港口堆場后方，保證與碼頭和堆場的直通距離最短，運轉(zhuǎn)更高效；若堆場陸域縱深受限，廢鋼加工處理區(qū)可布置在港外配套物流園區(qū)內(nèi)，形成與港口的互聯(lián)互通，保證運輸便捷。

4 結(jié)語

1）目前港口僅承擔(dān)廢鋼的接卸和堆存，廢鋼需轉(zhuǎn)運至鋼鐵企業(yè)再進行加工處理，采用此種方式存在作業(yè)環(huán)節(jié)重疊多、系統(tǒng)效率低、資源浪費大等問題。而將廢鋼加工處理功能從鋼鐵企業(yè)料場前移至港口，在港口配套建設(shè)廢鋼加工配送中心，開展廢鋼加工處理，與港口前方卸船、堆場作業(yè)相結(jié)合，構(gòu)成廢鋼全過程處理，不但可延伸港口服務(wù)功能，而且可進一步提高廢鋼運輸和作業(yè)效率，港口和鋼鐵企業(yè)取得雙贏，對于廢鋼行業(yè)發(fā)展具有積極意義。

2）隨著港口廢鋼作業(yè)量的不斷提升，廢鋼碼頭專業(yè)化功能將得到進一步加強，剛性單臂架門座起重機和履帶式液壓抓鋼機在港口廢鋼碼頭和堆場的應(yīng)用將會得到逐步推廣。

3）廢鋼加工處理設(shè)備的配置與廢鋼種類、建設(shè)規(guī)模、處理范圍等緊密相關(guān)，在項目實施過程中可結(jié)合具體情況綜合考慮。

[

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[2] E-CRANE.Pay E-Craneworldwide a visit during the open house days[EB/OL]. （2012-12-5）[2014-12-20].http：//www.e-crane.com/pay-e-crane-worldwide-a-visit-during-the-open-housedays/.

[3] 張建國，劉維廣.加快廢鋼設(shè)備開發(fā)，促進廢鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展[C]//北京金屬學(xué)會第七屆北京冶金年會獲獎?wù)撐募?北京：北京金屬學(xué)會，2012：345-350.ZHANG Jian-guo,LIUWei-guang.Speed theequipment developmentofscrap steel,promote the developmentofscrap steel industry[C]//Proceedings of Beijing society for metals at the 7th annual meeting of Beijingmetallurgy.Beijing：Beijing Society for Metals,2012：345-350.

[4] 通利機械.沈陽建廢金屬加工基地，通利廢鋼破碎助力[EB/OL].[2014-12-20].http：//www.jinshuposuiji.com/xinwendongtai/158.html.Henan Tongli Machinery Manufacturing Co.,Ltd.Tongli Scrap Steel Shredder gives assistance for buildingmetal processing base in Shenyang[EB/OL].[2014-12-20].http：//www.jinshuposuiji.com/xinwendongtai/158.html.