鋼鐵企業散料鐵路集裝箱轉運技術及應用探討

汪 勇，夏光勇

(中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶 401122)

鋼鐵企業對于散狀原燃料的鐵路運輸一般采用火車敞車，由于敞車的結構特點，很難做到密封輸送，故運輸途中易產生原料灑落、揚塵污染，此外中間轉運過程中也會產生一定的原料損耗。集裝箱密閉性好，且為整體吊運，其裝運散料具有粉塵少、損耗低、污染輕的特點。鐵路運輸集裝箱，可以減少物流中間環節，實現各種交通運輸方式無縫銜接，降低物流運輸成本，具備高效、綠色、節能的特點。

鋼企原燃料來源復雜、品種多，物料大多具有黏性、腐蝕性和磨損性，且受外圍運輸條件、運輸成本等多重因素影響，散料集裝箱運輸工程推廣應用還有很多課題亟須探討和研究。2014年底，為鼓勵集裝箱運輸發展，中國鐵路總公司批準塊煤、焦炭入箱通過鐵路運輸[1]。2018年7月，中國鐵路總公司批準允許20英尺鐵路干散貨集裝箱運煤、焦炭。政策層面，散改集將成為“打贏藍天保衛戰”的一項新舉措和技術趨勢。

本文擬對鋼鐵企業大宗散料采用集裝箱鐵路運輸和裝卸的工藝進行探討，對集裝箱轉運過程中涉及的相關設備、技術進行分析和介紹，并結合工程實例對鋼企散改集鐵路運輸的技術可行性和配套要求進行了分析，供鋼企在散改集方案設計時參考借鑒。

1 散料集裝箱裝卸設施

結合鋼鐵企業散料的特點，散改集鐵路運輸過程中使用的集裝箱結構形式、裝箱設施、卸車和卸料設施等梳理如下。

1.1 集裝箱結構形式

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，裝運時用防水布覆蓋頂部，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 散料裝箱設施

根據原料供應商的生產條件，可采用裝載機或裝車槽裝箱。裝載機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，裝箱后還需吊裝設備將其轉運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)或專用裝置上移動裝車。

1.3 集裝箱鐵路運輸車

鐵路集裝箱運輸可采用X6k、X4k、X70型等專用平車，可載運國際標準20、40英尺箱，裝箱重量及尺寸需滿足國家相關標準。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。對于非標箱還可以采用火車敞車進行運輸。

1.4 集裝箱吊運設施

可用于集裝箱吊運的設備較多，針對鋼企火車卸箱場地受限、來箱集中、卸箱時間受限的特點，適用設備有集裝箱正面吊、集裝箱叉車、集裝箱門式起重機等，相關設備特點如下：

(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機械。其結構特點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的集裝箱專用吊具，能在整車荷載并行進中進行臂架伸縮、俯仰和吊具回轉。

(2)集裝箱叉車是用來對集裝箱進行裝卸、堆碼及短距離搬運的專用叉車，是集裝箱碼頭和貨場常用的裝卸設備。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面集裝箱叉車。

(3)集裝箱門式起重機有軌道式、輪胎式兩種。軌道式主要用于鐵路轉運場和大型集裝箱儲運場的集裝箱裝卸、搬運和堆放，其在固定的軌道范圍內走行。輪胎式采用輪胎行走機構在集裝箱貨場上走行，可作90°角轉向，能從一個貨場轉移到另一貨場，作業靈活。

1.5 集裝箱卸料設施

散料卸箱常規設備有地面固定式翻轉機和吊運一體翻轉機。地面固定式翻轉機如圖3所示，該設施通過舉升液壓缸的伸縮實現集裝箱翻轉，翻轉角度可達90°，可實現從端部卸料，操作方便，但卸箱效率偏低，且需集裝箱吊運設備配合。吊運一體翻轉機如圖4所示，該設施集成了集裝箱吊運和翻轉卸箱功能，可實現從頂部卸料，翻卸效率稍高。

圖3 固定式集裝箱翻轉機

圖4 吊機式集裝箱翻轉機

近年，根據卸箱技術的發展，已有設備廠在研發敞車和集裝箱一體化火車翻車機，以減少中間吊運環節，提升卸箱效率。該設備靠板裝置設計為2層折疊式結構，分為主靠板和輔助靠板。主靠板通過平行連桿鉸接在轉子上，由主靠板油缸驅動。輔助靠板通過連桿機構鉸接在主靠板上，由輔助靠板油缸驅動。翻卸普通鐵路敞車時，輔助靠板處于縮回狀態，由主靠板油缸驅動主靠板和車輛接觸，輔助靠板不動作。翻卸集裝箱車時，先由主靠板油缸驅動主靠板和車輛接觸，主靠板到位后，再驅動輔助靠板與車輛接觸。靠車到位后，再由頂部壓板裝置壓車，然后進行箱體的翻轉卸料。

2 鋼企散料集裝箱運輸實例

鋼鐵行業采用集裝箱鐵路運輸大宗散料的企業不多，據了解酒鋼和馬鋼進行了應用嘗試。

2.1 酒鋼球團集裝箱卸料

2010年，酒鋼為解決哈密昕昊達球團礦受鐵路運力緊張、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輸球團礦。集裝箱采用平車運輸，每車放置2個20英尺集裝箱，卸車時采用正面吊將重箱從平車上吊至卸箱汽車上，再由卸箱汽車運至料場后通過液壓頂升將球團從箱尾卸出，空箱再返回吊至火車平車上，卸車工藝和設備較簡易。

2.2 馬鋼焦炭集裝箱卸料

2016年馬鋼為解決焦炭產能不足的問題，與淮北礦業臨渙焦化合作，外購焦炭由臨渙至馬鞍山間鐵路運輸，運距約390 km，年均運量115萬t，日均3 200 t。馬鋼與路局經過磋商在臨渙—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。每車平板上兩個箱，頂部為移動式篷布，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 節平板，配備三臺行車，兩用一備，四個卸車臺位、可同時運行，卸車線日卸車能力最大可達100 節[3]。一個專列裝卸循環周期按臨渙裝車發運、鐵路重車送達、馬鋼重車接卸及鐵路空車返回劃分為四個主要環節，總周轉時間為72 小時，其單箱卸箱時間約15 min。

3 散料集裝箱鐵路轉運技術分析

3.1 廠外轉運條件

對于鐵路進廠的散狀原燃料，根據鋼企的運輸條件，一種由廠間鐵路(或公路轉鐵路)運輸進廠，一種由海運(或水運)轉鐵路進廠，或兩種方式相結合。

對于廠間鐵路運輸進廠的模式，如由敞車改為集裝箱運輸，受火車平車和集裝箱使用的相關要求限制，為保障原料來料的穩定性，保證火車調度和卸箱作業的計劃性和連續性，建議配套建設鐵路專用線或專用鐵路，并對鐵路線建設方案、運輸管理、轉運成本等課題進行專題研究，論證集裝箱“門”對“門”廠外轉運的可行性，建立與上游原料供應企業間的無縫輸送環節。

對于采用海鐵聯運的散料，如改為集裝箱運輸模式，除考慮鐵路建設因素外，還需與港口、鐵路運營部門、船公司、原料上游企業等共同研究散改集的可行性，確保上游企業供應的原料從集裝箱裝箱——轉運——裝船——海運(水運)——卸船——轉鐵路——進廠卸料——空箱返回的整個環節，技術上、管理上能實現無縫銜接，同時還需與船公司、港口、原料供應企業等共同分析轉運方式調整后物流成本變化，確保相關企業與鋼企能實現共贏，并樂于采用集裝箱長期穩定供應原料。

3.2 廠內轉運技術方案分析

某鋼企提出，因料場改造需要其粉礦、球團礦擬采用火車集裝箱進行轉運，兩種原料年耗量約1 090萬t(約3.1萬t/天)，廠內貯存時間10天，來料約25%可直撥用戶。集裝箱按20英尺干散貨箱標準裝載，單箱載質量約27 t。擬按兩個方案考慮廠內集裝箱轉運的設施配置，方案一：在廠內部建設常規散料堆場，采用集裝箱一體化運輸、廠內貯存和卸料；方案二：在廠內建設常規散料堆場，集裝箱來車后直接卸料。

3.2.1 不建設常規散料堆場

1)集裝箱貯料

該方案采用集裝箱貯料，重箱平均貯存時間約10天，空箱平均堆存時間約2天。堆垛高度參考《海港集裝箱碼頭設計規范》的相關要求，軌道式龍門吊堆箱層數可達5～8層，考慮到單箱載重量較大，為增加吊運的安全及可靠性，以及減少地坪處理的相關成本，最大堆箱層數取5，平均層數取4。

對于堆場面積的計算，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，計算參考聯合國貿易發展會議出版的《發展中國家港口規劃手冊》中對于堆場所需容量的計算公式，計算公式如下[4]：

(1)

式中：E為堆場所需容量，TUE數；Qh為年貨運量，TUE數；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/平均堆高層數；K為堆存儲備系數，取值為0.25～0.5，考慮需分品種堆存，火車運輸的波動性，該系數按0.5取值；Tyk為堆場年運營天數，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。

將式(2)和式(3)的計算結果代入式(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濟性，卸箱設備采用集裝箱行車，參考馬鋼焦炭的卸箱經驗，重箱由吊車從平車吊離，經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行碼垛，單臺軌道式龍門吊卸箱能力一般可達14～21箱/h[5]。

粉礦和球團輸入量平均每天約1 149箱，25%物料卸箱后直撥用戶所需吊運時間約72 h，剩余直接堆垛集裝箱所需吊運時間約43 h，卸車總吊運時間115 h。按每臺吊車每天作業15 h，需配置8臺吊車，16個卸車臺。考慮吊車檢修備用，按10臺配置。

3)集裝箱卸料

粉礦和球團每天耗量中約25%已通過平車卸箱后直撥用戶，不足部分通過場內貯存集裝箱卸料后供用戶，約862箱。集裝箱卸料每天吊運時間約216 h，需配置15臺吊車，30個卸車臺。考慮吊車檢修備用，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長時間存貯后易在箱內粘料和板結，增加了卸箱清料作業難度和清料量，卸車臺配置數量根據原料條件還需適當富裕。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行集中存放，輔助設備較多，空重箱交叉作業多，影響作業效率。

集裝箱火車來料約為575車/天，按每股道一次可停靠50車，每股道每天平均卸4列重箱測算，則需布置3股道。考慮重箱卸料作業區與重箱卸車區不干涉，重箱卸料作業區(即貯料區)也按3股道配置。

3.2.2 建設常規散料堆場

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，每天卸箱吊運時間約287 h，需配置20臺吊車，40個卸車臺。吊車考慮備用，按24臺配置。

2)鐵路卸車線測算

按每股道一次可停靠50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，要實現鋼企大宗散料的運輸、廠內貯存、卸料等全流程集裝箱化，其吊裝設備、集裝箱堆垛場地、卸料設備、鐵路站線的設置、建設用地都提出了新要求。

按不建設常規散料堆場方案需配置28臺重箱吊車、46個卸車臺、約14萬m2集裝箱堆垛場地，6股道重箱進車線(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輔助吊運機具。該方案從場地布置上、生產管理上、集裝箱進出站調度管理上都存在較大難度，且需配套大量吊運操作工，勞動強度大、自動化水平低。廠內大量的貯料集裝箱還將產生較高制造成本或租借費用，長期維護成本和運行成本高。

按建設常規散料堆場方案需配置24臺重箱吊車、40個卸車臺、3股道重箱進車線，配置少量移動輔助吊運機具即可，不需單獨設空箱裝車線。該方案從場地布置上、生產管理上難度偏小，集裝箱使用和維護成本較低，但需另外建設散料堆場。

方案選擇上需綜合權衡總圖用地、運行及管理成本、物料適應性、以及一次性投資等相關因素，選擇合適的集裝箱轉運方案。另外隨著吊車卸箱自動化水平提升，其數量有一定優化空間。

4 結 語

鋼企大宗散料集裝箱鐵路運輸是今后技術發展趨勢，根據集裝箱運輸的廠外條件和已有經驗，鋼企可針對部分干料和塊狀料，如球團、熔劑、焦炭等進行散改集專題研究，綜合權衡總圖用地、運行及管理成本、物料適應性、以及一次性投資等因素，逐步推進散料鐵路集裝箱技術的應用。