钟耀兴
（福建可门港物流有限责任公司技术设备部,福建 福州 350000）
福州港罗源湾港区是《福建省沿海港口布局规划（2020—2035年）》中明确提出的“两集两散”重要港区，是福建省重点建设的港区之一，未来将在罗源湾岸线形成具有散货吞吐能力2×108t～3×108t的散货转运中心[1]。为满足腹地经济发展需要，福建可门港物流有限责任公司于2008年开工建设了罗源湾港区可门作业区4#、5#泊位，其中4#泊位为3×105t级散货卸船泊位，5#泊位为5×104t级散货装船泊位。2011年10月建成并投入运营后填补了福建省内大型专业化散货码头的空白，吞吐量增长较快，取得了良好的经济效益和社会效益。
近年来，可门作业区4#泊位年接卸量在3×107t以上，2×105t～3×105t级矿石船到港靠泊已经成为常态化，其载货量占同年到港铁矿石运输船总载货量的50%以上。另外，为了充分利用可门作业区4#泊位优质的深水资源、便捷的集疏运辐射条件和保税堆场的政策优势，2016年起巴西淡水河谷已将可门4#、5#泊位作为重要的矿石混配分销基地，混矿作业量呈现逐年递增态势，2018年已完成混矿作业量3×106t。为了进一步提高混矿作业量，降低运营成本，以提升企业经济效益，彻底改变受已有设备安装条件的限制，特开展混配工艺改造，以实现混配作业的专业化、高效化和低成本。
技改前可门作业区4#、5#泊位工程采用的混矿设备流程和混矿工艺流程，分别如图1、图2所示：利用二期堆场BC5D作业线上的4#堆取料机和BC5E作业线上的5#堆取料机分别取不同品种的铁矿石后，通过臂架高精度电子皮带秤进行实时流量监测，控制斗轮取料能力，按混料比例要求进行取料，然后转运至堆场南侧端部的出场流程BC21、BC22带式输送机，在#18转运站卸料至BH1带式输送机，抛料至堆场进行临时堆存。由于受已有布置条件限制，BH1带式输送机提升高度较低，从输送机机头卸料点至地面高度仅6.5 m，自然抛料形成圆锥形料堆容量仅约80 m3，料堆物料总吨数为200 t，按照1 500 t/h计算，料堆8 min即可堆满，储存能力非常小，需要及时通过装载机装卡车转场，如果生产转运环节稍有问题，就要采取停流程才可以解决料堆满出的问题；
装载机装车、汽车转场、钩机堆高等流程，现场车水马龙、扬尘满天，现场管理工作必须要非常精细，流程要非常一致，对各流动机械司机管理要很到位。这样一来，导致混配效率低，管理和运营成本高，环保压力大，安全管理难等问题的出现。流程设备需进行频繁启动或空转，导致系统运行能耗高，进而造成总体混矿效率较低，平均能力仅为1 500 t/h，使得混矿作业量难以充分发挥。
图1 原混矿设备流程
图2 原混矿工艺流程
2.1 混矿工艺改造方案确定
可门作业区4#、5#泊位混矿工艺改造工程主要思路是想通过增加1台堆取料机，利用现有工艺设备流程，将原先由汽车转场，堆载机堆高的人工操作过程改造为斗轮堆取料机械操作，从而减少混矿过程的人为干预，提高混矿效率，降低能耗和污染，有效管控安全风险。根据现有的工艺流程（见图3），改造位置应该放在BC20头部，物料流至3#堆取料机上比较合理。主要考虑因素：需要混矿原料的保税堆场在二期，采用3#堆取料机对其他的生产流程影响最小。
图3 可门作业区工艺流程
2.2 混矿工艺改造后的工艺流程
技改后在二期堆场BC5D作业线上的4#堆取料机和BC5E作业线上的5#堆取料机分别取不同品种的铁矿石后，通过臂架高精度电子皮带秤进行实时流量监测，司机操作控制斗轮取料能力，按混料比例要求进行取料，然后转运至堆场北侧端部的出场流程BC19、BC20带式输送机。原BC20带式输送机在2#转运站内直接落料给BC12带式输送机，进行出场装船作业流程。现对BC20带式输送机头部区域进行改造[2]，将原布置在2#转运站内二层的头部卸料点改造布置至三层，把卸料点提高7.65 m，而驱动装置保持不变[3]，另外增设爬高钢廊道，在三层的头部卸料点处增加三通分叉装置，从而实现在混矿作业时，BC20带式输送机上的物料转卸至堆场BC5C带式输送机，进而通过3#堆取料机进入堆场105/106堆存（见图4、图5）；
装船作业时，BC20带式输送机上的物料保持原装船流程设计，直接可转卸至装船流程上的BC12带式输送机，进而至装船码头。
图4 技改后混矿设备流程
图5 技改后混矿工艺流程
2.3 输送机改造方案
在改造过程中，BC20带式输送机原头部驱动装置保持不变，只需增加和提高机头部卸料装置，以减少不必要的工程改造及资金投入。因此，输送机回程带面支架仍保留在原有混凝土廊道内，只把皮带输送面部分提高（见图6、图7）。BC20带式输送机头部卸料点由2#转运站二层改造至三层后，提升高度为7.65 m，经核算[4]，电机和减速机的功率可以满足原5 000 t/h输运量的要求。只需对输送机的胶带承载面进行改造，在原BC20混凝土结构廊道上设置钢结构封闭廊道。
图6 BC20带式输送机头部驱动改造布置正视图
图7 BC20带式输送机头部驱动改造布置侧视图
2.4 混矿工艺改造后效果
通过本次混矿工艺改造后，利用二期堆场取料，进入一期堆场3#堆取料机进行堆存。由于3#堆取料机覆盖的2块料堆堆存容量大，不需要混矿作业过程中的转场，使得作业可持续进行，另外混矿能力也可达到系统设计额度能力5 000 t/h，不仅保证原有的生产能力，还提高作业效率，最重要的是混矿作业量得到显著增加。根据原装卸工艺系统设计，堆料、取料及输送机的额定作业能力均为5 000 t/h，按此能力测算，并考虑设备利用率、作业效率系数等，估算混配工艺系统改造后，预计年混矿作业量可达8×106t/h～1×107t/h。
3.1 原混矿工艺系统运行费用分析
原混矿工艺系统的主要用电设备及用电功率如下：BC5D皮带机和BC5E皮带机的用电功率均为1 350 kW，4#斗轮机和5#斗轮机的用电功率均为1 000 kW，BC21皮带机、BC22皮带机和BH1皮带机的用电功率分别为400 kW、450 kW和280 kW，上述用电设备的用电功率总和为5 830 kW，平均电费为0.75元/度，实际运行用电负荷为45%。采用汽车进行移场费用为2.6元/t，经过实测，输送机皮带作业流量约为2 500 t/h。经过计算可知，原混矿工艺系统的平均作业费用为（5 830×45%×0.75）/2 500+2.6=3.39（元/t）。
3.2 混矿工艺系统改造后费用分析
新混矿工艺系统的主要用电设备及用电功率如下：BC5D皮带机和BC5E皮带机的用电功率均为1 350 kW，3#斗轮机用电功率均为1 200 kW，4#斗轮机和5#斗轮机的用电功率均为1 000 kW，BC19皮带机和BC20皮带机用电功率分别为315 kW和400 kW，上述用电设备的用电功率总和为6 615 kW，平均电费为0.75元/度，实际运行用电负荷为55%。经过实测，输送机皮带作业流量约为5 000 t/h。经过计算可知，新混矿工艺系统的平均作业费用为（6 615×55%×0.75）/5 000=0.55（元/t）。
3.3 混矿工艺改造前后效益分析
根据上述的数据分析可知，现有混矿工艺作业费用约3.39元/t，改造后作业费用约0.55元/t，可节省费用约2.84元/t。经过改造后期统计分析，改造后新的混配系统运行费用只有原来系统的20%，大大节省了运行费用[5]，根据该改造项目建设投入约298.72万元，改造后作业105万吨便可收回投资成本。
4.1 新方案的优点
（1）技改投入成本低
混矿工艺系统的运行费用主要为用电费用支出，新的混矿方案大大节省运行及转运费用，混矿改造后主要增加了3#斗轮机及BC5C皮带机运行，由于新系统减少了设备的频繁启停，相关设备配件使用寿命得以延长，降低了设备维护费用。新的混矿系统改造完成后，同时可实现二区堆场物料通过斗轮机直接转场一区堆场，堆起料直接由斗轮机完成，提高堆场使用灵活度及利用率，提高企业经济效益。
（2）安全与环保有保障
新的混矿系统，在无装载机、挖机、转运车辆的参与下，安全、环保等问题得到有效解决。进一步提高环保效果，提升安全管理水平。最大限度地减少了人工的参与，安全环境进一步改善；
汽车移场作业的停止也减少了场内扬尘的产生，符合当前的企业环保要求，增强企业的可持续发展能力。
（3）提升混矿品质
新的混矿方案，彻底解决了原混配流程无法连续，需要混配设备间断启停而导致系统运行能耗高、混配效率较低、运营成本高、汽车转运导致的扬尘污染、设备能耗高、安全管理难等问题。混矿作业效率和作业量明显提升，年混矿作业量可达8×106t/h～1×107t/h。通过纯机械化的作业流程，避免了人为和工程机械的货物污染，混矿品质也有所提升。
4.2 新方案的缺点
改造完成后在混矿作业过程中，需要同时利用3#、4#、5#堆取料机进行作业，对企业其他生产流程影响比较大，应做好科学调度工作和规划好堆场作业线，尽可能避免由于料堆压港导致混矿作业无法开展情况的发生。
散货码头的工艺设计已经成为企业竞争力的重要体现，为了满足腹地经济发展需求，大型专业化散货码头越来越重要，吞吐量不断增长，为了取得更好的经济效益和社会效益。在散货码头的工艺设计上，应该充分考虑效益优化、能耗优化、环保优化、功能优化，在功能优化的同时，应该在工艺设计上要满足堆场所有货物实现场内循环，达到卸、装、混配、移场的全方位覆盖，实现场内物料通过工艺流程可以在任意位置流通。
5.1 可门作业区新混矿工艺改造方案的推广
通过对可门作业区4#、5#泊位混矿工艺进行合理改造后，企业的经济效益显著提升，该改造方案的最大特点就是提高装船线输送机的卸料点高度的原理，利用该原理可以对其他泊位混矿工艺进行相应改造，比如可以加装三通落料管，实现4#、5#两台堆取料机取料，1#、2#、3#任意一台堆取料机堆料的混矿模式；
同理也可实现3#、4#两台堆取料机取料，1#、2#任意一台堆取料机堆料的混矿模式；
2#、3#两台堆取料机取料，1#堆取料机堆料的混矿模式；
3#、5#两台堆取料机取料，1#、2#任意一台堆取料机堆料的混矿模式；
2#和3#、或2#和5#两台堆取料机取料；
1#堆取料机堆料的混矿模式。实现在混矿作业量大的情况下，1#、2#、3#、4#、5#堆取料机可以科学调配，使堆料、取料、混矿作业产量最大化。
5.2 其他散货码头及散货堆场的推广与使用
通过本次混矿工艺改造，利用只提高原输送机的卸料点高度，在不改变机头和机尾的情况下，实现了输送机物料的分支、落料点的位置移动。通过利用提高输送机的卸料点高度的原理，该方案可以广泛应用在生产工艺类似的散货码头、矿山堆场、煤矿转运中心等，比如福建省罗屿作业区的铁矿石散货码头和湛江港铁矿石码头等，只要在带式输送线上，改变其中一条输送功能，使其达到输送机输运方向改变、输送物料分支、落料点位置移动等要求，可大大节省资金投入，提高空间利用率，从而实现效益最大化。
混矿工艺从半机械化到机械化，从机械化到半自动化，从半自动化到自动化，从自动化再到智能化，这种转变是能带来效益的，也是安全、环保、节能的，不仅能提高混矿品质，还能提高混矿的效率。可门作业区4#、5#泊位大型散货码头自动化混配作业的科技创新方案对实现混矿规模化发展具有重要的铺垫意义，能为可门作业区年混矿量突破1.5×107t奠定坚实的基础。
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