张树元1，毛异乡2，张 伟3，刘庆国4
（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；2.唐山曹妃甸矿石码头有限公司，河北 唐山063200；3.北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110000；4.大连华锐重工集团股份有限公司，辽宁 大连116000)
摘要：目前，矿石混配料业务在国内港口发展迅速。本项目利用港口原有工艺系统，通过工艺系统改造，可以进行高效、节能、环保的混配料作业，为港口业务多样化，提供更多的技术支持。本项目在设计 、实施中的诸多构思及经验，对于类似港口建设项目具有一定的借鉴意义。
关键词：矿石码头；工艺系统改造；混配料；港口工程
矿石混配料业务在国内港口发展迅速，不同品味的矿石按照一定比例进行简单混合，可以使两种市场需求量少、利润空间小的品种，变成市场需求量大、利润高的品种。港口营运商通过开展的简单矿石加工业务，可以不仅收取矿石装卸费，而且赚取矿石附加值，从而丰富港口业务、拓展市场、增强竞争力。
矿石供应商VALE公司的矿山主要分布在巴西北部和南部。北部矿石高铁低硅，南部矿石高硅低铁，这两种矿石在国内市场需求均不高。巴西南北部矿区相距数千公里，出于矿区条件限制以及运输成本考虑，VALE公司考虑将这两种产地的矿石通过海运到港口，在港口进行矿石混配料[3]。除 VALE公司的矿石需要进行混配料外，港口企业还考虑根据市场需求对澳大利亚、内蒙古、蒙古及本地区的铁矿石进行混配料。
目前经营矿石混配料业务的港口企业有青岛港董家口矿石码头有限公司、大连港矿石码头有限公司、唐山曹妃甸天泰矿石加工有限公司等，拟建设矿石混配料设施有唐山曹妃甸实业港务有限公司、烟台港股份有限公司等。
唐山港曹妃甸港区矿石三期工程建设有2个专业化矿石进口泊位，泊位吨级均为25万DWT（最大兼顾40万DWT）。码头上布置6台桥式抓斗卸船机和2条码头皮带机，堆场内共布置6条作业线，其中 2条为堆料作业线、2条为取料作业线、另外2条为堆取料作业线。每条作业线上相应配备1台堆料、取料或堆取料设备。火车装车采用两套火车装车楼及相应的牵车系统。
本工程第一阶段建设的码头卸船系统、堆场内堆料作业线及堆取混合作业线已建设完成；第二阶段建设的取料（装车、混配料）作业线已完成安装调试，处于试运行阶段；第三阶段建设的火车装车系统正在建设中。
本工程在完成第一阶段项目建设后，建设方根据矿石市场形势，要求在工艺系统中增加混配料功能。工艺方案要求满足堆场装卸工艺系统既可以取料装火车，又可以进行堆场内矿石混配料，同时还要满足以下条件：
1）改造时尽量减少对现有设施的影响；
2）改造时尽量较少对目前生产作业的影响；
3）混配料作业环节简便、灵活；
4）尽量节省工程投资；
5）新的工艺作业模式符合目前公司运营模式。
因此，项目拟对原设计中 R1、R2取料机，BQ1、BQ2皮带机进行设计变更，对原 BJ3-1、BJ4-1皮带机进行局部改造。BQ1、BQ2作业线双向运行，可向BJ编号（卸堆流程）皮带机系统和BZ编号皮带机系统（装火车系统）双向输送物料，利用已建皮带机系统（BJ 1-3/BJ 1-4/BD 1/BD 2/BDQ 1皮带机）及堆场装卸设备（S1/S2堆料机、SR2堆取料机）实现混配料功能，利用第三阶段建设的装火车装车系统（BZ编号皮带机、火车装车楼及火车牵引系统）实现火车装车功能。
将原设计方案中 BQ编号皮带机更改为双向运行，并向 BJ编号皮带机系统方向延长，建设TH1/TH2转接机房，实现对BJ1-3皮带机、BJ1-4皮带机的供料；建设T9/T10转接机房，保留原设计中BQ编号皮带机对BZ1-1皮带机、BZ2-1皮带机的供料功能；新购取料机具备双向给料功能；建设与新建工艺流程相关的水、暖、电、控、除尘、消防等配套设施。
图1 混配料工艺系统改造流程
改造后的工艺系统可以实现三种混配料作业模式，分述如下：
1）粗混作业模式一
通过 R1、R2取料机将两种不同品味的物料（物料1，物料2）从堆场（2#、3#、4#、5#堆场）内取出，分别进入 BQ1&BJ1-3皮带机系统和BQ2&BJ1-4皮带机系统，并在BJ4-1皮带机上进行混合。然后进入BD2皮带机系统或BDQ2皮带机系统，由S2堆料机或SR2堆取料机将混合后的物料堆放在堆场（5#、6#、7#堆场）内。
2）粗混作业模式二
通过R1或R2取料机将两种不同品味的物料（物料1，物料2）从堆场（2#、3#、4#、5#堆场）内取出，进入 BQ1&BJ1-3皮带机系统或BQ2&BJ1-4皮带机系统，然后进入BD1皮带机系统、BD2皮带机系统或BDQ2皮带机系统，由S1堆料机（仅可堆放2#、3#堆场内的物料）/S2堆料机/SR2堆取料机将两种物料（物料 1，物料 2）分层堆放在堆场（3#、4#、5#、6#、7#堆场）内，实现混配料。
3）精混作业模式
通过R1或R2取料机将两种不同品味的物料（物料1，物料2）从堆场（2#、3#、4#、5#堆场）内取出，进入 BQ1&BJ1-3皮带机系统或BQ2&BJ1-4皮带机系统，然后进入BD1皮带机系统、BD2皮带机系统或BDQ2皮带机系统，由S1堆料机（仅可堆放2#、3#堆场内的物料）/S2堆料机/SR2堆取料机将两种物料（物料 1，物料 2）分层堆放在堆场（3#、4#、5#、6#堆场）内。再通过R1或R2取料机将已分层堆放的物料（物料1，物料2）从堆场（3#、4#、5#堆场）内取出，进入BQ1、BJ1-3皮带机系统或BQ2、BJ1-4皮带机系统，然后进入 BD1皮带机、BD2皮带机系统或BDQ2皮带机系统，由 S1堆料机（仅可堆放 3#堆场内的物料）/S2堆料机/SR2堆取料机将进一步混合的物料（物料1，物料2）堆放在堆场（3#、4#、5#、6#、7#堆场）内。
相关设备选型：
R1、R2取料机：额定能力 4500 t/h，轨距10m，回转半径56m；
SR2堆取料机：额定能力9000/4500 t/h，轨距9m，回转半径47m；
S1、S2堆料机：额定能力9000 t/h，轨距8m，回转半径47m；
BQ1、BQ2皮带机（可逆）：额定能力4500 t/h，带宽1.4m，带速3.75m/s；
BJ1-3、BJ1-4、BD1、BD2、BDQ2 皮带机：额定能力9000 t/h，带宽1.8m，带速4.15m/s。
根据混配料工艺流程需要，取料机满足对下游皮带机双向给料要求。设备俯仰机构、悬臂皮带机、走行装置、回转装置、斗轮装置、门座架装置均按常规设计，其物料转载系统需要具备双向给料功能，并且给料料流稳定，减少对下游皮带机进行冲击，避免造成下游皮带机跑偏。在对物料转载系统进行特殊设计时，同时考虑设备造价及运行能耗因素，尽量不增加取料机高度。
堆场物料通过取料机斗轮装置进入悬臂皮带机，由悬臂皮带机进入物料转载系统。取料机物料转载系统由头部漏斗、中心漏斗、分料装置及悬挂托辊组组成（见图2）。头部漏斗设置在回转平台上，中心漏斗设置在门座架上，头部漏斗根据取料要求在中心漏斗范围内，绕其中心旋转。分料装置在沿两个皮带机运行方向设置分叉，中间设置翻板进行料流方向调节。为防止物料在翻板处出现卡料、冻结现象时，电动翻板驱动力不足的问题，推杆采用双电动推杆形式（互为备用）。分料装置下方设置可满足取料机双向给料长度的导料槽、防溢裙板及悬挂缓冲托辊组。
图2 取料机物料转载系统
为实现混配料、装火车工艺流程，要求BQ1/BQ2皮带机正反向运行。对于双向运行的长距离皮带机，如何解决胶带跑偏是关键问题。经比较，本项目皮带机调偏采用锥形调心托辊方案，其具有纠偏效果好、运行平稳、故障少、免于维护等优点。普通承载托辊与锥形承载调心托辊按照 1：9布置，普通回程托辊与锥形回程调心托辊按照7：3布置。为减少BQ1/BQ2皮带机胶带双向启动及运行张力，驱动装置采用头尾双滚筒双驱动方案，驱动功率及张紧力需要满足皮带机满载启动、满载运行等各种工况要求。
图3 BQ1/BQ2皮带机布置
BQ1/BQ2皮带机基本参数：带宽1.4m，额定输送量4500 t/h，最大输送量5175 t/h，带速3.75m/s，机长1604m，提升高度13.4/8.5m，上托辊间距1.0m，托辊直径159mm，下托辊间距3m，托辊直径159mm。皮带机主要部件选型：电机采用4×450 kW鼠笼式三相异步电机，胶带采用ST2500（8+6）钢丝绳芯胶带，重锤张紧装置行程8.5m，重锤重量42.4 t。
对已建BJ3-1/BJ4-1皮带机的改造：1）在落料区域增设导料槽，将落料冲击区内的普通托辊更换为缓冲托辊，并增加数量。2）对原有钢栈桥及支腿等结构强度进行校核计算，并根据计算结果对落料区域构件进行局部加强。
图4 新建皮带机与原有皮带机接口改造
本项目供电利用已建110 kV变电站及10 kV变电所，其中3#变电所为R1/R2取料机和BQ1/BQ2皮带机靠近 TH1/TH2转接机房侧驱动电机及附属设备供电，2#变电所为BQ1/BQ2皮带机靠近T9/T10转接机房侧驱动电机及附属设备供电。控制系统利用已有控制系统主机、网络等设备，在原控制系统基础上增加PLC远程站、现场控制及检测设备、控制电缆及其他安装材料。在取料机（R1、R2）物料转接点设置洒水除尘装置，在皮带机（BQ1、BQ2）物料转接点设置干雾除尘装置。本项目用水接自已建高、中压除尘供水管网，排水利用已建的排水沟。消防用水取自已建的除尘泵站。
本项目目前已完成安装调试，进入试运营阶段，设备各部件运转情况良好，取料机双向给料对地面皮带机冲击较小，地面皮带机双向运行平稳，防跑偏效果良好，混配流程简洁、流畅，配套设施运行良好。本工艺系统改造完成后，预计将对港口多样化经营、提升运营企业利润发挥重要作用。
本项目对矿石混配料工艺系统改造的诸多环节均为传统设计，如分叉溜槽、双向运行皮带机、调偏托辊组等。根据市场变化及港口运营企业需求，运用现有成熟技术，通过付出较小改造代价，对现有工艺系统进行改造，实现新的工艺功能，是对港口设计领域从业人员新的要求。本文通过对本项目工艺改造方案的介绍，希望能够为类似改造项目提供一定的参考作用。
参考文献：
[1] 交通部第一航务工程勘察设计院.海港工程设计手册[M].北京：人民交通出版社.
[2] 运输机械设计选用手册[M].北京：化学工业出版社.
[3] 李海丰,郑丽,郝刚,等.混矿工艺在青岛港董家口码头的应用[J].港口科技,2015,(12)：30-32.
Analysis of Ingredients Process System Modification of Mineral Terminals
Zhang Shuyuan1,Mao Yixiang2,Zhang Wei3,Liu Qingguo4
(1.CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China; 2.Tangshan Caofeidian Ore Terminal Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063200,China; 3.North Heavy Industries Company,Shenyang Liaoning 110000,China; 4.Dalian Huarui Heavy Industry Group Co.,Ltd.,Dalian Liaoning 116000,China)
Abstract:At present,the business involvingmineral ingredients is developing rapidly in China domestic ports.In a project,the original process system has been modified to achieve the high-efficiency,energy conservation and environment protection of ingredients mixing operation,and support the diversification of ports technically.The ideas and experiences accumulated in the design and construction of the project have a certain reference for similar projects.
Key words:mineral terminal; process system modification; mixture of ingredients; port engineerirg
中图分类号：U656.1+34；TF802.65
文献标志码：A
文章编号：1004-9592（2017）05-0020-03
DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20170505
收稿日期：2016-05-09
作者简介：张树元（1984-），男，工程师，主要从事港口工程装卸工艺方面的设计工作。
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