镍矿装卸工艺研究与应用

甄红妹

(天津港第四港埠有限公司 天津300450)

镍矿装卸工艺研究与应用

甄红妹

(天津港第四港埠有限公司 天津300450)

目前，镍矿的装卸量已达到天津港第四港埠有限公司生产任务总量的 60%,以上，在货源种类中占绝对主导地位。因此，必须改变镍矿装卸作业的落后现状，在装卸工艺及装卸工属具方面进行大胆创新，建立适合公司实际的镍矿装卸作业工艺，同时逐步提升公司在该货类的装卸服务品牌形象及市场核心竞争力。分析了镍矿装卸工艺，提出了镍矿装卸工艺的创新设计方案。

镍矿作业 粘附 “V”形沟 安全隔离 减载抓斗

0 引 言

国内进口的镍矿大多产自东南亚一带，如印尼、菲律宾、马来西亚等地。由于该地区属亚热带地区，常年雨量较多，出产的镍矿含水量比较大，货物湿粘严重。目前，国内港口在镍矿装卸工艺方面仍沿袭铁矿装卸作业工艺，即门机配抓斗进行抓取，至收尾阶段下装载机清舱收底。由于镍矿对装卸工属具具有湿粘严重的特殊属性，相比其他干散货类，镍矿作业效率偏低、装卸安全方面也存在较大的安全隐患。

近年来，四公司作为天津港集团进口镍矿装卸的主要单位，每年承接全港镍矿总量的60%,以上，镍矿已成为公司最主要的货源。据统计，普通干散矿石(如铁矿、锰矿等)的船舶平均作业效率为 1,400,t/h，镍矿船舶平均作业效率只有 965,t/h，相对偏低。为改变镍矿装卸作业的落后现状，公司提出大力创建镍矿装卸质量品牌作业，提升公司在该货类的装卸服务品牌形象，打造公司该货类的市场核心竞争力。改进原有的装卸工艺及工属具，在装卸工艺及装卸工属具方面全方位进行大胆创新，逐步形成多项具有自主知识产权的项目，力求最大限度地提高卸船效率，对提高天津港镍矿装卸工艺水平，建立适合镍矿作业的装卸工艺具有重要意义。

1 镍矿装卸工艺分析及创新方案设计

1.1 整体作业环节分析及创新设计方案

镍矿整体作业环节分为 3部分：①舱内作业(下舱挖掘机和下舱装载机)—→②船面作业(门机抓斗卸船)—→③地面作业(装载机装车输运)，如图1所示。

图1 镍矿作业环节Fig.1 Nickel ore hand ling operation steps

1.1.1 舱内作业

挖掘机将货物挖松散和堆高，利于抓斗尽可能地多抓货、抓满货；装载机用于清舱收尾。

1.1.2 船面作业

门机按照舱口指挥手的指挥，用抓斗将货物由舱内抓出，再卸于码头。

1.1.3 地面作业

由装载机将码头的货物装在运输车辆上输运出港。

针对影响镍矿装卸质量和效率的 3个装卸工艺关键环节(舱内作业、船面作业、地面作业)与镍矿抓斗的防粘性，对操作方法及抓斗结构进行改进创新与科学规范，在保证货物装卸质量的基础上，提高装卸效率。

1.2 舱内作业分析及创新设计方案

1.2.1 原镍矿舱内挖掘机作业方式

经现场核实，原挖掘机下舱作业，是用挖掘机不断地挖去舱内四周的货物向门机抓取的位置堆高，满足抓斗满负荷作业需要。此种作业方法操作工作量大，而且由于挖掘机在舱下作业时，门机不能同时作业，延长了作业时间，降低了装卸作业效率。

1.2.2 挖掘“V”形沟方式

挖掘机在船舱前头(或后头)横船方向由里橄向外橄开两道“V”形沟，沟的上口宽约 1.5,m，沟深约 1.5,m，沟的长度在门机作业面旋转半径以内为宜，挖掘出的松散镍矿堆放在垄上，两条沟之间垄的宽度以抓斗张开时能够覆盖为宜。此方式的积极效果是：抓斗可有效骑放在两沟之间的垄上，较好地创造抓斗满负荷抓取镍矿的条件，达到了提高镍矿装卸效率的目的(公司目前门机负荷分为 10,t、16,t、25,t，配备相应等级的镍矿抓斗)。通过长期实践积累，挖掘机开沟间距大致如下：①对于10,t镍矿抓斗，开沟间距为3.5,m左右；②对于16,t镍矿抓斗，开沟间距为 4.2,m左右；③对于 25,t镍矿抓斗，开沟间距为4.9,m左右。

通过此项改进，挖掘机的工作量较未改进前减少了30%,，同时提高了挖掘机的工作效率，完全满足了抓斗抓货满斗出舱的要求，装卸效率得到大幅提高。

1.3 船面作业分析研究及创新设计方案

1.3.1 船面作业挖掘机和门机作业特点分析

按照以往的工艺技术要求和安全操作规程，门机勾走路线下不能有施工机械及操作人员，当挖掘机舱内作业时，门机不能同时作业，导致挖掘机和门机抓斗相互妨碍，只能在抓斗抓取镍矿后等待舱内挖掘机作业疏松镍矿后再抓货，此时挖掘机再躲到舱内四角处，相互影响了对方作业，作业时间受到极大的限制，作业效率明显降低。

1.3.2 安全隔离标志绳方式

为了消除舱内门机与挖掘机不能同时作业的瓶颈，四公司科技人员研制了安全隔离标志绳，此方法是用警示黄色的尼龙绳上绑缚反光红彩条标识，形成作业禁止线，悬挂于舱口处，将舱口人为分成 A区和 B区，合理满足了抓斗与舱内挖掘机分开并可同时作业的需求。两种机械在舱内两个区域交替作业，互不干涉，保证了门机与挖掘机的不间断连续作业，同时避免了作业交叉的安全隐患，见图2。

图2 安全隔离标志绳示意图Fig.2 Operation under the signaling of a security isolation rope

通过此项改进，交叉作业方式机损事故降至零，实现了挖掘机和门机作业的连续运行，停机等待情况基本消除，极大地提高了镍矿装卸时间及效率。

此作业实际方式是挖掘机开沟时，门机可同时在舱的另一隔离区域进行抓取货物作业(见图3a)。沟开好后，挖掘机与门机交替换位并重复进行上述作业，即：门机抓取两条沟之间“垄”处货物，挖掘机同时在另一区域进行开沟作业(见图3b)。

图3 作业示意图Fig.3 Schematic diagram of the operation

1.4 路面作业分析研究及创新设计方案

1.4.1 路面作业汽车运输的分析

镍矿是公司的主要装卸货类，镍矿路面倒运方式有火车运输和汽车运输两种。汽车运输超载严重、交通秩序混乱，其原因是提运镍矿的运输车不允许超载，一旦称重超载后提运汽车需返回装卸现场自行减载。由于作业现场较小，车辆容易集中，形成运输车辆交叉运行，汽车拥堵现象严重，形成倒运效率低。

1.4.2 大屏幕显示过磅车辆信息及减载

在方便运输司机看到的位置安装了大屏幕数字显示屏。该显示屏可以显示船名、载重重量信息，提示车辆是否超载，以便及时就地卸载超重货物。

超载车辆就地卸载超重货物应用了一款国家实用新型专利产品。该挖掘机减载抓斗包括颚板和下颚板，结构简单，加工和拆装方便，具有一定的强度和抗变形能力。采用该装置可根据电子显示屏的读数随时增补或减少矿石装载量，达到车辆满载运输，减少车辆往返于货场与地泵之间的频次，提高矿石的倒运效率。

1.5 抓斗分析研究及创新设计方案

1.5.1 原镍矿抓斗存在缺陷

镍矿抓斗抓取性能直接关系到全船的作业速度，对 16,t镍矿抓斗的抓取情况进行统计，结果如表1所示。

通过表1可以看出，镍矿粘黏抓斗情况相当严重，平均粘附达到 3,t，约有 35%,的货物一直粘黏在抓斗斗瓣内，无法顺利卸出，占用抓斗承载空间，严重影响镍矿的作业效率。

1.5.2 抓斗的改进及效果

先后研制试验了 4种不同形式的舱内装卸抓斗，取得了明显效果，极大地提高了镍矿装卸效率，同时取得了多项国家专利。

①透孔式抓斗。针对抓斗镍矿粘附严重问题，现场科技人员根据镍矿抓斗实际装卸操作提出，在原 10,t、16,t镍矿抓斗斗瓣上进行透孔改造。用气焊在斗瓣勾板两侧的平板处，随着板型由上到下对称切割出近似椭圆的透孔。透孔面积：总透孔面积不大于斗容面积的50%,，可以保持抓斗负载强度，同时起到抓斗接触货物面积最少，粘附率降低作用明显，保证作业负载对主体结构不会产生破坏。透孔形状：按照抓斗龙骨主体切割四边形孔洞，从斗尖部保留 60,cm后逐距切割，可以保持斗尖强度和掘进力量，破坏斗面与货物之间的真空效应，减少粘附。旧抓斗改造共实施了 9台，此透孔方案具有以下优点：对镍矿抓斗透孔处理，有效减少货物粘附，抓斗结构没有发生损坏变形等情况，抓取能力明显增加，见图4。

表1 镍矿作业抓斗抓取情况记录表(船名：威武)Tab.1 List of grabbing results of the grab bucket,(Ship Name：WEIWU)

图4 透孔式抓斗Fig.4 Thru Hole grab bucket

②可运动的刮板式抓斗。针对抓斗镍矿粘附严重问题，研制了一种装卸抓斗的防粘附装置，由多个对称安装在抓斗下承梁上的推压臂和与推压臂一端连接的刮板构成，所述推压臂的一端部设有呈多边形的限位端。其优点包括：抓斗抓取镍矿的过程中，通过防粘附装置的刮板将粘附在装卸抓斗内壁上的镍矿清理干净，保证抓斗在装卸过程中实现满负荷作业，大幅度提高装卸作业效率；此外，还可防止抓斗运动过程中粘附在抓斗内壁上的镍矿随机坠落，进而避免发生人机损伤的安全隐患，见图5。

③变容式抓斗。针对镍矿比重差异大的问题，研制了一种装卸用平颚变容新技术抓斗，包括上撑梁、下撑梁、与上撑梁铰接的撑杆、与撑杆铰接的颚板以及钢丝绳，其特征包括：平板式颚板设有用于增加抓斗整体抓货容积的变容装置。其优点包括：颚板采用平板式结构，可有效防止矿石受挤压后粘挂在颚板内；防止抓斗在回返过程中附着于其上的矿石随机坠落，避免出现损伤人机的安全隐患。在颚板上设有变容装置，操作人员可根据实际作业情况，将变容装置放下与平板对接，增大抓斗整体的抓货容积，达到装载满负荷效果(见图6)。

图5 可运动的刮板式抓斗Fig.5 M ovable Scraper Blade style grab bucket

图6 变容式抓斗Fig.6 Storage-variable grab bucket

④平板式多用途抓斗。通过借鉴周边港口镍矿抓斗使用的经验以及对原有的六瓣镍矿抓斗长期跟踪的基础上，引进了一种平板式25,t镍矿抓斗。此抓斗除了适于装卸镍矿外，还可以适用于其他物料，例如矿石、煤炭。该抓斗投入使用后，基本解决了货物粘挂洒落的问题。与多瓣抓斗装卸镍矿相比，不但自重轻，每斗抓取较多，而且在最后清仓时不用更换抓斗。同时，可以一斗多用，兼做多种物料，省去了不同物料更换抓斗的麻烦。

2 镍矿装卸工艺的创新点

主要在舱内、船面、路面镍矿作业等方面全方位进行了创新。舱内作业采用挖掘机挖掘“V”形沟方式，抓斗可有效骑放于两沟之间的垄上，使抓斗满负荷抓取镍矿，达到了提高镍矿装卸效率的目的。船面作业采用安全隔离标志绳方式，将舱口分成 A、B区域，避免了交叉作业，保证了门机与挖掘机联合作业时间，装卸效率明显提高。路面作业采用大屏幕显示过磅车辆信息及使用减载抓斗减载超载车辆的方式，大屏幕数字显示屏可将船名、载重重量信息显示出来，提示车辆是否超载。通过减载抓斗可就地增补或减少货物，从而减少车辆往返于货场与地泵之间的频次，提高镍矿的倒运效率。

装卸工属具方面的创新改进了 4种不同形式的舱内装卸抓斗，取得了积极效果，极大地提高了镍矿装卸效率，同时取得了多项国家专利。

3 镍矿装卸工艺技术水平及推广应用情况

综上所述，镍矿装卸工艺中舱内挖掘机采用挖掘“V”形沟方式作业、船面采用安全隔离标志绳方式作业、路面采用大屏幕显示过磅车辆信息及挖掘机减载方式作业等在集团乃至全国港口中处于领先水平，在集团范围内具有广泛的推广应用前景。此工艺的创新及工属具的改进不仅得到了货主和相关业务部门的好评，也为公司稳固、争揽货源提供了技术上的支持。■

［1］ 李宝元. 装卸工艺技术要求汇编[Z]. 天津港务局，2004.

［2］ 王文斌. 机械设计手册表 19. 3-2[M]. 北京：机械工业出版社，2006.

［3］ 沈鸿. 机械工程手册表 68. 2-7[M]. 北京：机械工业出版社，1992.

Research and Application of Nickel Ore Hand ling Processes

ZHEN Hongmei
(Tianjin Port Fourth Stevedoring Co.，Ltd.，Tianjin 300450，China)

At present，nickel ore handling capacity has taken more than 60%, of the total production task of the fourth stevedoring company，occupying an absolute dominant position among various goods．Therefore，it is necessary to change the lagging behind situation of nickel ore handling capacity and innovate in handling process to find suitable operation techniques and gradually improve the company’s image and core competitive power in the market．This paper analyzes different nickel handling processes and puts forward innovative design schemes for the handling process.

nickel ore operation；adhesion；“V” shape ditch；security isolation；deloading grab bucket

U653.929

：A

：1006-8945(2015)10-0049-03

2015-09-08