港口废钢作业及加工处理探讨

林星铭，唐洲

（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032）

0 引言

钢铁企业生产原料来源主要有两个：一是铁矿石，二是废钢，前者是不可再生的自然资源，后者是可回收的再生资源。同采用铁矿石相比，用废钢直接炼钢可节约能源60%，减少废物排放80%。近年来随着铁矿石价格不断攀高、环境污染日趋严重及节能减排日益严控，我国钢铁企业对废钢的需求量越来越大，已成为世界上废钢进口主要国家之一。

目前我国废钢进口主要来自美国、澳大利亚、日本和欧盟等国家和地区，通过海轮运输至国内沿海港口进行接卸和堆存后，再通过公路（铁路）转运至钢铁企业进行加工处理。由于废钢种类多，外形“蓬松”，规格“散乱”，港口起重机起升机构采用钢丝绳与吊具连接方式进行作业效率较低，因此提高作业效率对于港口运营非常有意义。同时随着我国对废钢需求量的不断增加，政府鼓励废钢行业要实现废钢加工的工厂化、产品化，在全国布点推广建设废钢加工配送中心，实现从单一的废钢堆料场到现代化废钢加工工厂的转变[1]。港口作为物流链的重要一环，具有便捷的集疏运条件，将废钢加工处理功能从钢铁企业料场前移至港口，在港口配套建设废钢加工配送中心，开展废钢加工处理，与港口作业相结合，构成废钢全过程处理，不但可延伸港口服务功能，而且可进一步提高废钢运输和作业效率，对于废钢行业发展具有积极意义。

本文对港口废钢作业及加工处理进行探讨，提出港口提高废钢作业效率方式和开展废钢加工处理具体功能及布局，使港口能更好地为废钢提供全流程配送服务，为港口废钢码头和加工处理中心的建设提供参考和借鉴。

1 港口废钢作业

港口废钢作业主要环节为废钢卸船和堆场作业，这两个环节将直接影响废钢作业效率和堆存容量，因此优化这两个作业环节具有积极意义。

1.1 废钢卸船作业

目前港口废钢卸船主要采用四连杆门座起重机，起重量16～25 t，根据废钢不同特性配置相应吊具（包括电动液压抓斗、贝壳抓斗、电磁吸盘等）。门座起重通过钢丝绳与吊具连接，进行起升动作，电控信号线通过与钢丝绳“相依”接入吊具，实现对吊具的开闭控制。由于钢丝绳为柔性体，作业时吊具对废钢无下压力，因此对积压密实的废钢抓取效果差；另外若门座起重机作业时回转速度过大时，将使吊具晃动较大，因此需控制回转速度，以保证吊具平稳停放在所需工作位，从而也降低了作业效率。由于电控信号线与钢丝绳“相依”，作业过程中容易出现电控信号线被废钢和海轮舱口割破，在作业过程中需“小心谨慎”，也影响了作业效率发挥。

针对这些情况，刚性单臂架门座起重机[2]（见图1所示）应用于废钢卸船具有明显优势。刚性单臂架门座起重机与常规四连杆门座起重机主要区别在于臂架结构、动力系统和司机室布置，而回转平台及行走机构等布置基本相同。

图1 刚性单臂架门座起重机Fig.1 Portalcranew ith rigid single jib

1）臂架结构：刚性单臂架门座起重机的臂架结构由动臂和斗杆组成，斗杆和动臂间以及动臂和回转平台间均设置转动铰，通过油缸实现大幅度的摆动作业。吊具悬挂在斗杆下方，与斗杆刚性连接，作业时吊具不但可对废钢产生下压力，使吊具尽可能“切入”废钢内部，抓取更多废钢，而且回转速度可以提高，吊具不会产生晃动，因此大大提高了作业效率。另外电控信号线通过刚性臂架通至吊具，可避免作业时被废钢和海轮舱口割破，作业安全性得到了极大提高。

2） 动力系统：臂架结构和吊具通过液压驱动，吊具过载能力强，机构运转平稳，提高了司机操作舒适感。

3）司机室布置：四连杆门座起重机司机室一般布置位置比较靠后，不突出码头前沿线，因而在作业过程中司机无法清楚地看到船舱内部情况，影响了作业效率。而刚性单臂架门座起重机司机室布置位置非常靠前，作业过程中司机可以清楚地看到船舱内部情况，对作业十分有利。

目前刚性单臂架门座起重机生产厂家主要有欧洲的E-CRANE和Mulitdocker，国内港机制造商还没有该系列产品，因此若国内废钢卸船码头采用此设备需进口，则整机购置价高，限制了其在国内的推广和使用。而随着国内废钢码头专业化的进一步提升和该机国产化进程的逐步推进，该机在国内将有非常好的应用前景。

1.2 废钢堆场作业

目前废钢堆场作业主要采用装载机和轨道式龙门起重机。由于废钢洒落，采用装载机其轮胎容易被扎破，而且料堆堆存高度一般在4m以下，堆存容量受制。采用轨道式龙门起重机可以提高堆存高度，而且也避免了采用轮胎式设备轮胎容易被扎破的情况，但采用轨道式龙门起重机需设置轨道基础，使基础费用增加，另外轨道式龙门起重机只能在轨道范围内行走，作业范围受限，机动灵活性不够。在此背景下，履带式液压抓钢机应用于废钢堆场作业具有明显优势。

履带式液压抓钢机（图2）由底盘、回转平台、臂架结构、吊具、司机室和液压系统等组成。底盘配置履带式，可机动灵活地行使至作业地点，提高了作业灵活性。臂架结构与刚性单臂架门座起重机基本相同，也由动臂和斗杆组成，通过油缸进行“活动”连接，斗杆可绕动臂支点摆动，变化幅度范围大，可适应较大作业范围（可达15m）和提高堆料高度（可达10 m）。可根据不同废钢种类和特性安装不同吊具，包括梅花抓斗、钢坯抓具、液压剪等，从而大幅提高作业适应性。司机室可升降，以最大程度提升操作人员视角，使操作更为安全便捷。各机构动作包括行走、回转、变幅、抓取等均通过液压驱动，过载能力强，运转平稳。

图2 履带式液压抓钢机Fig.2 Hydraulic clam shellmachinew ith craw ler

目前配置“双动力”液压驱动装置的履带式液压抓钢机已投入使用，该机由小型内燃机和380 V电力驱动联合形成液压驱动系统，行使时采用小型内燃机，作业时采用电力驱动，使用成本比全部采用燃油驱动机型降低70%以上，并可延长整机使用寿命，降低维修费用。

履带式液压抓钢机通过各机构“有机”组合，使整机具有操作简便、机动灵活、安全可靠、作业效率高、能耗低等优点，在废钢堆场作业具有非常好的应用前景。

2 港口废钢加工处理

目前港口仅承担废钢的接卸和堆存，废钢需转运至钢铁企业再进行加工处理（包括打包、剪切和破碎），运转模式为：海轮→码头接卸→水平运输→“原料”堆场→装车→钢铁企业→“原料”堆场→加工处理→“成品”堆场，采用此方式在钢铁企业也需布置废钢“原料”堆场，而废钢“原料”作业效率最低、成本最高、占地面积最大、污染也最大；另外废钢中钢铁企业不需要的“杂质”也被再次转入堆场，资源浪费大。

将废钢加工处理功能从钢铁企业料场前移至港口，在港口配套建设废钢加工配送中心，开展废钢加工处理，与港口前方卸船、堆场作业相结合，运转模式为：海轮→码头接卸→水平运输→“原料”堆场→加工处理→“成品”堆场→装车→钢铁企业→“成品”堆场，在港口构成废钢全过程处理，钢铁企业不需设置废钢“原料”堆场，只需设置所需的废钢“成品”堆场即可，极大地提高了废钢运输和作业效率，使港口和钢铁企业取得双赢。

废钢加工处理包括打包、剪切和破碎等，与港口前方卸船作业、堆场作业相结合，构成高效率、低成本的废钢配送体系。

2.1 废钢打包

在废钢加工过程中，打包机（图3、图4）在常温下可将各种金属边角料、钢刨花等板状废钢挤压成长方形、圆柱体、八角形体等各种形状的合格炉料，以降低运输和冶炼成本，也可提高堆存密度。

图3 液压打包机Fig.3 Hydraulic baler

图4 打包后的废钢Fig.4 Packaged scrap steel

废钢打包机采用液压驱动，可选择手动或PLC自动控制操作。出包有翻包和推包两种形式。加料箱尺寸和包块形状尺寸可根据用户原料规格设计定制。

废钢“原料”堆场通过抓钢机直接将废钢抓取后卸入打包机的加料箱内进行打包处理。

2.2 废钢切割

在废钢加工过程中，剪切机（图5）用来处理重型废钢和大型构件，使其达到一定的尺寸和重量要求，便于入炉，也便于运输和后续工艺处理。

图5 液压剪切机Fig.5 Hydraulic shearingmachine

废钢剪切机采用液压驱动，可选择手动或PLC自动控制操作，可经济地剪切各种废钢，不论是金属混杂料还是重型废钢，轻薄废钢压块还是车辆车体、钢轨，剪切机各部件都可高效协同作业。

废钢“原料”堆场通过抓钢机直接将废钢抓取后卸入剪切机加料箱内进行剪切处理。

2.3 废钢破碎

废钢破碎生产线技术先进、加工范围大、生产率高，可以将黑色金属、有色金属、非金属废物分离，使废钢纯净化。而夹在非磁性物质中的铜、铝等有色金属可挑选出来，提高了回收效益。该设备是一种综合型、环保型的加工分选设备，经过废钢破碎生产线加工处理后废钢洁净、优质，自然堆积密度为1.2～1.7 t/m3，是理想的炼钢炉料[3]。

废钢破碎生产线[4]（图6）是由钢带输送机、进料碾压机、破碎机、气力分选机、振动输送机、磁选机、圆筒分选筛、有色金属分选机、出料带式输送机、堆料输送机、除尘系统等配套设备联动完成的生产设备。废钢“原料”堆场通过抓钢机直接将废钢抓取后卸入钢带输送机进入生产线。破碎机出来的破碎物，经过振动输送机、磁选机和带式输送机，把铁金属物、有色金属物和非金属物分离开，并由各自输送机送出归堆。有色金属和非金属物在输送机上再次受到圆筒分选筛的搜索，把游离铁金属物拣出，从而提高铁金属物的回收率，同时通过人工挑选有色金属。整个废钢破碎生产线由电脑监控、PLC控制，可实现微机控制和人工操作。

图6废钢破碎生产线示意图Fig.6 Sketch of scrap crushing production line

目前国内废钢破碎生产线处理能力只能达到40 t/h，而且对破碎废钢原料要求较高，而国外废钢破碎生产线处理能力最大可达220～280 t/h，对破碎废钢原料要求也较为宽松。

3 港口废钢加工处理功能布局

结合码头卸船、堆场堆料功能，港口总体功能布局可形成码头卸船区、堆场堆料区和废钢加工处理区等。废钢加工处理区根据港口陆域纵深条件合理布置，若堆场陆域纵深较大，废钢加工处理区宜直接布置在港口堆场后方，保证与码头和堆场的直通距离最短，运转更高效；若堆场陆域纵深受限，废钢加工处理区可布置在港外配套物流园区内，形成与港口的互联互通，保证运输便捷。

4 结语

1）目前港口仅承担废钢的接卸和堆存，废钢需转运至钢铁企业再进行加工处理，采用此种方式存在作业环节重叠多、系统效率低、资源浪费大等问题。而将废钢加工处理功能从钢铁企业料场前移至港口，在港口配套建设废钢加工配送中心，开展废钢加工处理，与港口前方卸船、堆场作业相结合，构成废钢全过程处理，不但可延伸港口服务功能，而且可进一步提高废钢运输和作业效率，港口和钢铁企业取得双赢，对于废钢行业发展具有积极意义。

2）随着港口废钢作业量的不断提升，废钢码头专业化功能将得到进一步加强，刚性单臂架门座起重机和履带式液压抓钢机在港口废钢码头和堆场的应用将会得到逐步推广。

3）废钢加工处理设备的配置与废钢种类、建设规模、处理范围等紧密相关，在项目实施过程中可结合具体情况综合考虑。

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1]中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会.废钢行业要与钢铁行业同步发展[J].中国资源综合利用，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] 张建国，刘维广.加快废钢设备开发，促进废钢产业发展[C]//北京金属学会第七届北京冶金年会获奖论文集.北京：北京金属学会，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] 通利机械.沈阳建废金属加工基地，通利废钢破碎助力[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.