鋼鐵企業(yè)散料鐵路集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)及應(yīng)用探討

汪 勇，夏光勇

(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 401122)

鋼鐵企業(yè)對于散狀原燃料的鐵路運(yùn)輸一般采用火車敞車，由于敞車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，很難做到密封輸送，故運(yùn)輸途中易產(chǎn)生原料灑落、揚(yáng)塵污染，此外中間轉(zhuǎn)運(yùn)過程中也會產(chǎn)生一定的原料損耗。集裝箱密閉性好，且為整體吊運(yùn)，其裝運(yùn)散料具有粉塵少、損耗低、污染輕的特點(diǎn)。鐵路運(yùn)輸集裝箱，可以減少物流中間環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)各種交通運(yùn)輸方式無縫銜接，降低物流運(yùn)輸成本，具備高效、綠色、節(jié)能的特點(diǎn)。

鋼企原燃料來源復(fù)雜、品種多，物料大多具有黏性、腐蝕性和磨損性，且受外圍運(yùn)輸條件、運(yùn)輸成本等多重因素影響，散料集裝箱運(yùn)輸工程推廣應(yīng)用還有很多課題亟須探討和研究。2014年底，為鼓勵(lì)集裝箱運(yùn)輸發(fā)展，中國鐵路總公司批準(zhǔn)塊煤、焦炭入箱通過鐵路運(yùn)輸[1]。2018年7月，中國鐵路總公司批準(zhǔn)允許20英尺鐵路干散貨集裝箱運(yùn)煤、焦炭。政策層面，散改集將成為“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的一項(xiàng)新舉措和技術(shù)趨勢。

本文擬對鋼鐵企業(yè)大宗散料采用集裝箱鐵路運(yùn)輸和裝卸的工藝進(jìn)行探討，對集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)過程中涉及的相關(guān)設(shè)備、技術(shù)進(jìn)行分析和介紹，并結(jié)合工程實(shí)例對鋼企散改集鐵路運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)可行性和配套要求進(jìn)行了分析，供鋼企在散改集方案設(shè)計(jì)時(shí)參考借鑒。

1 散料集裝箱裝卸設(shè)施

結(jié)合鋼鐵企業(yè)散料的特點(diǎn)，散改集鐵路運(yùn)輸過程中使用的集裝箱結(jié)構(gòu)形式、裝箱設(shè)施、卸車和卸料設(shè)施等梳理如下。

1.1 集裝箱結(jié)構(gòu)形式

集裝箱類型較多，考慮散料裝卸方便的因素，裝箱可采用軟頂式(見圖1)、硬頂式開頂集裝箱(見圖2)或干散貨集裝箱。軟頂式開頂集裝箱沒有剛性箱頂，但有可折疊式或可拆式頂梁支撐的帆布、塑料布或涂塑布等制成的頂篷[2]，可從箱頂上面裝卸物料，裝運(yùn)時(shí)用防水布覆蓋頂部，其水密要求和干貨箱一樣。硬頂式開頂集裝箱為堅(jiān)固可拆裝式硬頂。

圖1 軟頂式開頂集裝箱示意

圖2 硬頂式開頂集裝箱示意

1.2 散料裝箱設(shè)施

根據(jù)原料供應(yīng)商的生產(chǎn)條件，可采用裝載機(jī)或裝車槽裝箱。裝載機(jī)裝箱的工作模式比較靈活，可不在鐵路線上裝料，但裝卸效率低，裝箱后還需吊裝設(shè)備將其轉(zhuǎn)運(yùn)至鐵路平車或敞車上。裝車槽裝箱的工作模式效率稍高，但集裝箱需放置在鐵路平車(配合牽引裝置)或?qū)Ｓ醚b置上移動(dòng)裝車。

1.3 集裝箱鐵路運(yùn)輸車

鐵路集裝箱運(yùn)輸可采用X6k、X4k、X70型等專用平車，可載運(yùn)國際標(biāo)準(zhǔn)20、40英尺箱，裝箱重量及尺寸需滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。X6k型集裝箱專用平車載重61 t，自重18 t；X4k型集裝箱專用平車載重72 t，自重不超過21.8 t；X70型集裝箱專用平車載重70 t，自重22.4 t。對于非標(biāo)箱還可以采用火車敞車進(jìn)行運(yùn)輸。

1.4 集裝箱吊運(yùn)設(shè)施

可用于集裝箱吊運(yùn)的設(shè)備較多，針對鋼企火車卸箱場地受限、來箱集中、卸箱時(shí)間受限的特點(diǎn)，適用設(shè)備有集裝箱正面吊、集裝箱叉車、集裝箱門式起重機(jī)等，相關(guān)設(shè)備特點(diǎn)如下：

(1)集裝箱正面吊是一種具有較高靈活性的集裝箱堆碼和搬運(yùn)機(jī)械。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在自行輪胎底盤上裝有可伸縮、俯仰的臂架，配備有能伸縮和旋轉(zhuǎn)的集裝箱專用吊具，能在整車荷載并行進(jìn)中進(jìn)行臂架伸縮、俯仰和吊具回轉(zhuǎn)。

(2)集裝箱叉車是用來對集裝箱進(jìn)行裝卸、堆碼及短距離搬運(yùn)的專用叉車，是集裝箱碼頭和貨場常用的裝卸設(shè)備。集裝箱叉車按照貨叉工作位置的不同，分為正面集裝箱叉車和側(cè)面集裝箱叉車。

(3)集裝箱門式起重機(jī)有軌道式、輪胎式兩種。軌道式主要用于鐵路轉(zhuǎn)運(yùn)場和大型集裝箱儲運(yùn)場的集裝箱裝卸、搬運(yùn)和堆放，其在固定的軌道范圍內(nèi)走行。輪胎式采用輪胎行走機(jī)構(gòu)在集裝箱貨場上走行，可作90°角轉(zhuǎn)向，能從一個(gè)貨場轉(zhuǎn)移到另一貨場，作業(yè)靈活。

1.5 集裝箱卸料設(shè)施

散料卸箱常規(guī)設(shè)備有地面固定式翻轉(zhuǎn)機(jī)和吊運(yùn)一體翻轉(zhuǎn)機(jī)。地面固定式翻轉(zhuǎn)機(jī)如圖3所示，該設(shè)施通過舉升液壓缸的伸縮實(shí)現(xiàn)集裝箱翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)角度可達(dá)90°，可實(shí)現(xiàn)從端部卸料，操作方便，但卸箱效率偏低，且需集裝箱吊運(yùn)設(shè)備配合。吊運(yùn)一體翻轉(zhuǎn)機(jī)如圖4所示，該設(shè)施集成了集裝箱吊運(yùn)和翻轉(zhuǎn)卸箱功能，可實(shí)現(xiàn)從頂部卸料，翻卸效率稍高。

圖3 固定式集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)

圖4 吊機(jī)式集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)

近年，根據(jù)卸箱技術(shù)的發(fā)展，已有設(shè)備廠在研發(fā)敞車和集裝箱一體化火車翻車機(jī)，以減少中間吊運(yùn)環(huán)節(jié)，提升卸箱效率。該設(shè)備靠板裝置設(shè)計(jì)為2層折疊式結(jié)構(gòu)，分為主靠板和輔助靠板。主靠板通過平行連桿鉸接在轉(zhuǎn)子上，由主靠板油缸驅(qū)動(dòng)。輔助靠板通過連桿機(jī)構(gòu)鉸接在主靠板上，由輔助靠板油缸驅(qū)動(dòng)。翻卸普通鐵路敞車時(shí)，輔助靠板處于縮回狀態(tài)，由主靠板油缸驅(qū)動(dòng)主靠板和車輛接觸，輔助靠板不動(dòng)作。翻卸集裝箱車時(shí)，先由主靠板油缸驅(qū)動(dòng)主靠板和車輛接觸，主靠板到位后，再驅(qū)動(dòng)輔助靠板與車輛接觸。靠車到位后，再由頂部壓板裝置壓車，然后進(jìn)行箱體的翻轉(zhuǎn)卸料。

2 鋼企散料集裝箱運(yùn)輸實(shí)例

鋼鐵行業(yè)采用集裝箱鐵路運(yùn)輸大宗散料的企業(yè)不多，據(jù)了解酒鋼和馬鋼進(jìn)行了應(yīng)用嘗試。

2.1 酒鋼球團(tuán)集裝箱卸料

2010年，酒鋼為解決哈密昕昊達(dá)球團(tuán)礦受鐵路運(yùn)力緊張、車皮不足等多方面因素的影響，開通了酒鋼專用鐵路線集裝箱運(yùn)輸球團(tuán)礦。集裝箱采用平車運(yùn)輸，每車放置2個(gè)20英尺集裝箱，卸車時(shí)采用正面吊將重箱從平車上吊至卸箱汽車上，再由卸箱汽車運(yùn)至料場后通過液壓頂升將球團(tuán)從箱尾卸出，空箱再返回吊至火車平車上，卸車工藝和設(shè)備較簡易。

2.2 馬鋼焦炭集裝箱卸料

2016年馬鋼為解決焦炭產(chǎn)能不足的問題，與淮北礦業(yè)臨渙焦化合作，外購焦炭由臨渙至馬鞍山間鐵路運(yùn)輸，運(yùn)距約390 km，年均運(yùn)量115萬t，日均3 200 t。馬鋼與路局經(jīng)過磋商在臨渙—馬鋼之間開行集裝箱焦炭專列，專列按2 天3個(gè)列組織開行，每列編組50 車100 箱，采用專用集裝箱。每車平板上兩個(gè)箱，頂部為移動(dòng)式篷布，集裝箱一端開門。

集裝箱卸車線分為兩股道，每股道一次性可對位25 節(jié)平板，配備三臺行車，兩用一備，四個(gè)卸車臺位、可同時(shí)運(yùn)行，卸車線日卸車能力最大可達(dá)100 節(jié)[3]。一個(gè)專列裝卸循環(huán)周期按臨渙裝車發(fā)運(yùn)、鐵路重車送達(dá)、馬鋼重車接卸及鐵路空車返回劃分為四個(gè)主要環(huán)節(jié)，總周轉(zhuǎn)時(shí)間為72 小時(shí)，其單箱卸箱時(shí)間約15 min。

3 散料集裝箱鐵路轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)分析

3.1 廠外轉(zhuǎn)運(yùn)條件

對于鐵路進(jìn)廠的散狀原燃料，根據(jù)鋼企的運(yùn)輸條件，一種由廠間鐵路(或公路轉(zhuǎn)鐵路)運(yùn)輸進(jìn)廠，一種由海運(yùn)(或水運(yùn))轉(zhuǎn)鐵路進(jìn)廠，或兩種方式相結(jié)合。

對于廠間鐵路運(yùn)輸進(jìn)廠的模式，如由敞車改為集裝箱運(yùn)輸，受火車平車和集裝箱使用的相關(guān)要求限制，為保障原料來料的穩(wěn)定性，保證火車調(diào)度和卸箱作業(yè)的計(jì)劃性和連續(xù)性，建議配套建設(shè)鐵路專用線或?qū)Ｓ描F路，并對鐵路線建設(shè)方案、運(yùn)輸管理、轉(zhuǎn)運(yùn)成本等課題進(jìn)行專題研究，論證集裝箱“門”對“門”廠外轉(zhuǎn)運(yùn)的可行性，建立與上游原料供應(yīng)企業(yè)間的無縫輸送環(huán)節(jié)。

對于采用海鐵聯(lián)運(yùn)的散料，如改為集裝箱運(yùn)輸模式，除考慮鐵路建設(shè)因素外，還需與港口、鐵路運(yùn)營部門、船公司、原料上游企業(yè)等共同研究散改集的可行性，確保上游企業(yè)供應(yīng)的原料從集裝箱裝箱——轉(zhuǎn)運(yùn)——裝船——海運(yùn)(水運(yùn))——卸船——轉(zhuǎn)鐵路——進(jìn)廠卸料——空箱返回的整個(gè)環(huán)節(jié)，技術(shù)上、管理上能實(shí)現(xiàn)無縫銜接，同時(shí)還需與船公司、港口、原料供應(yīng)企業(yè)等共同分析轉(zhuǎn)運(yùn)方式調(diào)整后物流成本變化，確保相關(guān)企業(yè)與鋼企能實(shí)現(xiàn)共贏，并樂于采用集裝箱長期穩(wěn)定供應(yīng)原料。

3.2 廠內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)方案分析

某鋼企提出，因料場改造需要其粉礦、球團(tuán)礦擬采用火車集裝箱進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，兩種原料年耗量約1 090萬t(約3.1萬t/天)，廠內(nèi)貯存時(shí)間10天，來料約25%可直撥用戶。集裝箱按20英尺干散貨箱標(biāo)準(zhǔn)裝載，單箱載質(zhì)量約27 t。擬按兩個(gè)方案考慮廠內(nèi)集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)的設(shè)施配置，方案一：在廠內(nèi)部建設(shè)常規(guī)散料堆場，采用集裝箱一體化運(yùn)輸、廠內(nèi)貯存和卸料；方案二：在廠內(nèi)建設(shè)常規(guī)散料堆場，集裝箱來車后直接卸料。

3.2.1 不建設(shè)常規(guī)散料堆場

1)集裝箱貯料

該方案采用集裝箱貯料，重箱平均貯存時(shí)間約10天，空箱平均堆存時(shí)間約2天。堆垛高度參考《海港集裝箱碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求，軌道式龍門吊堆箱層數(shù)可達(dá)5～8層，考慮到單箱載重量較大，為增加吊運(yùn)的安全及可靠性，以及減少地坪處理的相關(guān)成本，最大堆箱層數(shù)取5，平均層數(shù)取4。

對于堆場面積的計(jì)算，主要考慮集裝箱的平均堆存周期、堆場的堆高及堆場儲備容量等因素，計(jì)算參考聯(lián)合國貿(mào)易發(fā)展會議出版的《發(fā)展中國家港口規(guī)劃手冊》中對于堆場所需容量的計(jì)算公式，計(jì)算公式如下[4]：

(1)

式中：E為堆場所需容量，TUE數(shù)；Qh為年貨運(yùn)量，TUE數(shù)；tdc為集裝箱在堆場的平均堆存期，天；λ為堆高比，最大堆高層數(shù)/平均堆高層數(shù)；K為堆存儲備系數(shù)，取值為0.25～0.5，考慮需分品種堆存，火車運(yùn)輸?shù)牟▌?dòng)性，該系數(shù)按0.5取值；Tyk為堆場年運(yùn)營天數(shù)，取365天。

重箱堆場所需容量為

(2)

空箱堆場所需容量為

(3)

集裝箱堆場的工藝面積參考下式測算[4]：

(4)

式中：n為平均堆高層數(shù)。

將式(2)和式(3)的計(jì)算結(jié)果代入式(4)中，可得出重箱工藝面積約11.7 m2，空箱工藝面積約2.34萬m2，總的集裝箱堆場工藝面積為約14萬m2。

2)集裝箱卸車

考慮卸箱的效率和經(jīng)濟(jì)性，卸箱設(shè)備采用集裝箱行車，參考馬鋼焦炭的卸箱經(jīng)驗(yàn)，重箱由吊車從平車吊離，經(jīng)翻卸臺卸料后吊回至平車，全過程吊車平均卸箱能力約4箱/h。如僅考慮將集裝箱從平車上吊下進(jìn)行碼垛，單臺軌道式龍門吊卸箱能力一般可達(dá)14～21箱/h[5]。

粉礦和球團(tuán)輸入量平均每天約1 149箱，25%物料卸箱后直撥用戶所需吊運(yùn)時(shí)間約72 h，剩余直接堆垛集裝箱所需吊運(yùn)時(shí)間約43 h，卸車總吊運(yùn)時(shí)間115 h。按每臺吊車每天作業(yè)15 h，需配置8臺吊車，16個(gè)卸車臺?？紤]吊車檢修備用，按10臺配置。

3)集裝箱卸料

粉礦和球團(tuán)每天耗量中約25%已通過平車卸箱后直撥用戶，不足部分通過場內(nèi)貯存集裝箱卸料后供用戶，約862箱。集裝箱卸料每天吊運(yùn)時(shí)間約216 h，需配置15臺吊車，30個(gè)卸車臺?？紤]吊車檢修備用，按18臺配置。

此外，因原料為集裝箱貯料，含水率較大的粉礦在集裝箱內(nèi)長時(shí)間存貯后易在箱內(nèi)粘料和板結(jié)，增加了卸箱清料作業(yè)難度和清料量，卸車臺配置數(shù)量根據(jù)原料條件還需適當(dāng)富裕。另外，卸料后的空箱不能返回原重箱堆存場地，還需另外配置吊車或正面吊將空箱吊離后進(jìn)行集中存放，輔助設(shè)備較多，空重箱交叉作業(yè)多，影響作業(yè)效率。

集裝箱火車來料約為575車/天，按每股道一次可?？?0車，每股道每天平均卸4列重箱測算，則需布置3股道。考慮重箱卸料作業(yè)區(qū)與重箱卸車區(qū)不干涉，重箱卸料作業(yè)區(qū)(即貯料區(qū))也按3股道配置。

3.2.2 建設(shè)常規(guī)散料堆場

1)集裝箱卸車

此方案僅需考慮將重箱從平車卸下，重箱卸料后再返回平車，每天卸箱吊運(yùn)時(shí)間約287 h，需配置20臺吊車，40個(gè)卸車臺。吊車考慮備用，按24臺配置。

2)鐵路卸車線測算

按每股道一次可?？?0車，每股道每天按卸4列測算，需布置3股道卸箱。

3.2.3 方案分析

通過分析，要實(shí)現(xiàn)鋼企大宗散料的運(yùn)輸、廠內(nèi)貯存、卸料等全流程集裝箱化，其吊裝設(shè)備、集裝箱堆垛場地、卸料設(shè)備、鐵路站線的設(shè)置、建設(shè)用地都提出了新要求。

按不建設(shè)常規(guī)散料堆場方案需配置28臺重箱吊車、46個(gè)卸車臺、約14萬m2集裝箱堆垛場地，6股道重箱進(jìn)車線(每股道長度700 m以上)，另外還需配置空箱裝車線和大量移動(dòng)輔助吊運(yùn)機(jī)具。該方案從場地布置上、生產(chǎn)管理上、集裝箱進(jìn)出站調(diào)度管理上都存在較大難度，且需配套大量吊運(yùn)操作工，勞動(dòng)強(qiáng)度大、自動(dòng)化水平低。廠內(nèi)大量的貯料集裝箱還將產(chǎn)生較高制造成本或租借費(fèi)用，長期維護(hù)成本和運(yùn)行成本高。

按建設(shè)常規(guī)散料堆場方案需配置24臺重箱吊車、40個(gè)卸車臺、3股道重箱進(jìn)車線，配置少量移動(dòng)輔助吊運(yùn)機(jī)具即可，不需單獨(dú)設(shè)空箱裝車線。該方案從場地布置上、生產(chǎn)管理上難度偏小，集裝箱使用和維護(hù)成本較低，但需另外建設(shè)散料堆場。

方案選擇上需綜合權(quán)衡總圖用地、運(yùn)行及管理成本、物料適應(yīng)性、以及一次性投資等相關(guān)因素，選擇合適的集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)方案。另外隨著吊車卸箱自動(dòng)化水平提升，其數(shù)量有一定優(yōu)化空間。

4 結(jié) 語

鋼企大宗散料集裝箱鐵路運(yùn)輸是今后技術(shù)發(fā)展趨勢，根據(jù)集裝箱運(yùn)輸?shù)膹S外條件和已有經(jīng)驗(yàn)，鋼企可針對部分干料和塊狀料，如球團(tuán)、熔劑、焦炭等進(jìn)行散改集專題研究，綜合權(quán)衡總圖用地、運(yùn)行及管理成本、物料適應(yīng)性、以及一次性投資等因素，逐步推進(jìn)散料鐵路集裝箱技術(shù)的應(yīng)用。