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(jì)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(jìn)口主要國家之一。

目前我國廢鋼進(jìn)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(yùn)輸至國內(nèi)沿海港口進(jìn)行接卸和堆存后，再通過公路（鐵路）轉(zhuǎn)運(yùn)至鋼鐵企業(yè)進(jìn)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(jī)起升機(jī)構(gòu)采用鋼絲繩與吊具連接方式進(jìn)行作業(yè)效率較低，因此提高作業(yè)效率對于港口運(yùn)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(shí)現(xiàn)廢鋼加工的工廠化、產(chǎn)品化，在全國布點(diǎn)推廣建設(shè)廢鋼加工配送中心，實(shí)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(yùn)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(jìn)一步提高廢鋼運(yùn)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(jìn)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(jī)，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(jìn)行起升動作，電控信號線通過與鋼絲繩“相依”接入吊具，實(shí)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(shí)的廢鋼抓取效果差；另外若門座起重機(jī)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(jī)[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(jī)與常規(guī)四連桿門座起重機(jī)主要區(qū)別在于臂架結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)和司機(jī)室布置，而回轉(zhuǎn)平臺及行走機(jī)構(gòu)等布置基本相同。

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

1）臂架結(jié)構(gòu)：剛性單臂架門座起重機(jī)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(shí)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(qiáng)，機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，提高了司機(jī)操作舒適感。

3）司機(jī)室布置：四連桿門座起重機(jī)司機(jī)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(jī)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(jī)司機(jī)室布置位置非常靠前，作業(yè)過程中司機(jī)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(jī)生產(chǎn)廠家主要有歐洲的E-CRANE和Mulitdocker，國內(nèi)港機(jī)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(jìn)口，則整機(jī)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(jìn)一步提升和該機(jī)國產(chǎn)化進(jìn)程的逐步推進(jìn)，該機(jī)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(jī)和軌道式龍門起重機(jī)。由于廢鋼灑落，采用裝載機(jī)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(jī)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(jī)需設(shè)置軌道基礎(chǔ)，使基礎(chǔ)費(fèi)用增加，另外軌道式龍門起重機(jī)只能在軌道范圍內(nèi)行走，作業(yè)范圍受限，機(jī)動靈活性不夠。在此背景下，履帶式液壓抓鋼機(jī)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(jī)（圖2）由底盤、回轉(zhuǎn)平臺、臂架結(jié)構(gòu)、吊具、司機(jī)室和液壓系統(tǒng)等組成。底盤配置履帶式，可機(jī)動靈活地行使至作業(yè)地點(diǎn)，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(jī)基本相同，也由動臂和斗桿組成，通過油缸進(jìn)行“活動”連接，斗桿可繞動臂支點(diǎn)擺動，變化幅度范圍大，可適應(yīng)較大作業(yè)范圍（可達(dá)15m）和提高堆料高度（可達(dá)10 m）。可根據(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(jī)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(jī)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(qiáng)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

圖2 履帶式液壓抓鋼機(jī)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(jī)已投入使用，該機(jī)由小型內(nèi)燃機(jī)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(jī)，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(jī)型降低70%以上，并可延長整機(jī)使用壽命，降低維修費(fèi)用。

履帶式液壓抓鋼機(jī)通過各機(jī)構(gòu)“有機(jī)”組合，使整機(jī)具有操作簡便、機(jī)動靈活、安全可靠、作業(yè)效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，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(yùn)至鋼鐵企業(yè)再進(jìn)行加工處理（包括打包、剪切和破碎），運(yùn)轉(zhuǎn)模式為：海輪→碼頭接卸→水平運(yùn)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(fèi)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(yùn)轉(zhuǎn)模式為：海輪→碼頭接卸→水平運(yùn)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(yùn)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(jī)（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(yùn)輸和冶煉成本，也可提高堆存密度。

圖3 液壓打包機(jī)Fig.3 Hydraulic baler

圖4 打包后的廢鋼Fig.4 Packaged scrap steel

廢鋼打包機(jī)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(jì)定制。

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

2.2 廢鋼切割

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

圖5 液壓剪切機(jī)Fig.5 Hydraulic shearingmachine

廢鋼剪切機(jī)采用液壓驅(qū)動，可選擇手動或PLC自動控制操作，可經(jīng)濟(jì)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(jī)各部件都可高效協(xié)同作業(yè)。

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

2.3 廢鋼破碎

廢鋼破碎生產(chǎn)線技術(shù)先進(jìn)、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(jī)、進(jìn)料碾壓機(jī)、破碎機(jī)、氣力分選機(jī)、振動輸送機(jī)、磁選機(jī)、圓筒分選篩、有色金屬分選機(jī)、出料帶式輸送機(jī)、堆料輸送機(jī)、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(jī)直接將廢鋼抓取后卸入鋼帶輸送機(jī)進(jìn)入生產(chǎn)線。破碎機(jī)出來的破碎物，經(jīng)過振動輸送機(jī)、磁選機(jī)和帶式輸送機(jī)，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(jī)送出歸堆。有色金屬和非金屬物在輸送機(jī)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(shí)現(xiàn)微機(jī)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(dá)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(dá)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(yùn)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(yùn)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(yùn)至鋼鐵企業(yè)再進(jìn)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(fèi)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(jìn)一步提高廢鋼運(yùn)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(jìn)一步加強(qiáng)，剛性單臂架門座起重機(jī)和履帶式液壓抓鋼機(jī)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(xiàng)目實(shí)施過程中可結(jié)合具體情況綜合考慮。

[

1]中國資源綜合利用協(xié)會可再生能源專業(yè)委員會.廢鋼行業(yè)要與鋼鐵行業(yè)同步發(fā)展[J].中國資源綜合利用，2013，31（11）：16-17.Chinese Renewable Energy Industries Association.Simultaneous developmentofscrap industry and iron and steel industry[J].China ResourcesComprehensive Utilization,2013,31(11)：16-17.

[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(jìn)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(jī)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.