全自動取制樣系統(tǒng)在原燃料進廠檢驗中的應用

李鵬蕓

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東 日照276800）

1 前 言

山東鋼鐵集團日照有限公司（以下簡稱“日照公司”）是年產(chǎn)鐵 810 萬 t、粗鋼 850 萬 t、商品鋼材790 萬t 的大型長流程鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，每年進廠約898 萬 t 煤炭類原料、1 389 萬 t 鐵礦石類原料，分別采用公路、鐵路及港口運輸方式進入廠內(nèi)。進廠原燃料的質(zhì)量直接關(guān)系到產(chǎn)線的生產(chǎn)效率、中間產(chǎn)品質(zhì)量和成本控制。為提高原燃料檢驗準確性，日照公司設計建設多套全自動取制樣系統(tǒng)，對進廠原燃料實現(xiàn)自動采樣和制樣，連接后續(xù)的檢驗系統(tǒng)，達到進廠原燃料物理性能、化學成分的全自動取制樣和檢測，用于原燃料結(jié)算并為生產(chǎn)提供工藝參數(shù)。

2 系統(tǒng)工作流程及組成

2.1 全自動取樣系統(tǒng)

日照公司的全自動取樣系統(tǒng)按照來料方式分別在原料場建設兩套汽車全自動取樣設備和在翻車機區(qū)域建設1套火車全自動取樣設備，對入廠動力煤、煉焦煤、鐵礦粉、燒結(jié)用石灰石、白云石等進行自動采樣。以汽車全自動取樣系統(tǒng)為例，其工作流程見圖1。

圖1 汽車全自動取樣系統(tǒng)工作流程

汽車全自動取樣可自動采集不同類型物料:煤、鐵礦粉、石灰粉、白云石，為避免混樣，設計使用不同的采樣頭分別對應各種物料，滿足不同類型物料的采樣要求。設備采樣機構(gòu)升降采用鏈傳動方式，雙螺旋平底采樣頭，可進行全斷面采樣:將汽車車廂頂部劃分不少于20 塊區(qū)域，由程序自動隨機選取采樣點，采樣深度按全深度（遇車底能自動停止）選取；采樣頭具有觸底反彈功能，能夠自動避開車廂拉筋。采樣頭在采樣的同時頂部進行初級縮分，樣料進入接料斗，棄料直接返回車廂。接料斗容量滿足＞3 個子樣，實現(xiàn)每車x個采樣點自動采樣，混勻集合成一個試樣。兩類取樣設備均由大小車行走機構(gòu)、采樣機構(gòu)、溜管、智能遠程操控系統(tǒng)等組成。

2.2 全自動制樣系統(tǒng)

試樣通過皮帶進入制樣步驟，日照公司采用的是全自動制樣系統(tǒng)，其原理就是指試樣的縮分、破碎、研磨以及全水分含量測定、制備樣品（包括化學樣和備查樣）自動裝入、自動噴碼等功能都是利用機械手在同一平面上實現(xiàn)的，最終所有試樣通過風動送樣自動發(fā)送至化驗室。以汽車制樣間為例，其動力煤工作流程為見圖2。

自動制樣系統(tǒng)主要包含皮帶機、制樣設備、機械手、風動送樣以及棄料設備，重點設備是ABBIRB 系列機械手、SHL-2S 二采機、MD0900 型全水分自動分析設備、風動送樣等。

3 全自動取制樣系統(tǒng)的應用及效果

圖2 動力煤自動制樣工作流程

自日照公司原燃料全自動取制樣系統(tǒng)投用以來，自動化程度高，故障率低，較好地滿足了生產(chǎn)現(xiàn)場大批量原燃料檢驗的需求，但也存在設備零配件價格昂貴，維保壓力大等制約系統(tǒng)高效率運行的因素，對制約實現(xiàn)全自動制樣的設備難點進行梳理攻關(guān)。

1）物料水分檢測設備:前期開展物料烘干溫度試驗，確定物料干燥溫度范圍及干燥順序等，避免物料因為水分高而發(fā)生堵料或因水分低發(fā)生粘料，還要避免干燥時間過長而影響檢驗效率。依據(jù)試驗結(jié)果對水分檢測設備進行了適應性改造，確保其符合自動化流程和工藝需求。目前采用的MD0900型全水分自動分析儀器包括烘箱、稱量天平等設備，能自動完成物料水分含量的檢驗、數(shù)據(jù)上傳和異常數(shù)據(jù)檢測。

2）物料破碎粒度設備:因檢測標準對物料粒度有不同要求，因此需選擇不同的破碎和研磨設備，包括單輥破碎機、顎式破碎機、研磨機等。其中單輥破碎機破碎后的物料粒度在13 mm，顎式破碎機JC2000 物料粒度可達6 mm 以內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)13 ～0.074 mm的全覆蓋。

3）機械手采用ABB-IRB 系列，最大負荷≮200 kg，最大工作半徑3.3 m，經(jīng)改造優(yōu)化后同一夾具可分別夾取水分樣品盤、樣品桶、篩網(wǎng)等。

4）為實現(xiàn)進廠石灰石的機械化采樣，正對全自動取樣系統(tǒng)進行升級改造，包括取樣桿換型以適應大塊物料的螺旋取樣和電氣及控制系統(tǒng)的適應性改造，以達到完全替代人工［1］。

全自動取制樣系統(tǒng)實現(xiàn)了原燃料取制樣的全自動操作，具有以下優(yōu)點:

1）采用機器手技術(shù)的全自動取制樣系統(tǒng)，物料采集、樣品制備、粒度分析、全水分檢測都在一個空間內(nèi)進行，靈活機動性能好，在機器手活動范圍內(nèi)可以根據(jù)工作需要增改系統(tǒng)設備，并通過模塊化編程實現(xiàn)采制樣功能的變更［2］。

2）系統(tǒng)的機械化、自動化水平高，設備布置緊湊，檢修和日常維護非常方便，可以大大降低維保人員的工作強度和安全隱患。

3）機器手嚴格按照國家標準規(guī)定的流程進行在線粒度和水分測定，檢驗數(shù)據(jù)相比人工檢測準確可靠；并且與傳統(tǒng)塔式采制樣系統(tǒng)相比，減少了溜槽和轉(zhuǎn)運皮帶的布置、降低了取樣過程的水分損失，提高了水分檢測的準確度。

4）原燃料全自動檢驗系統(tǒng)投用以來，每年檢驗結(jié)算煤、礦石等原燃料2 000 余萬t，系統(tǒng)運行基本穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯故障，為日照公司生產(chǎn)組織提供了有力保障。

4 全自動取制樣系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢

傳統(tǒng)的機械化取制樣系統(tǒng)主要采用塔式的工藝布置形式，一般是依靠自身重力來轉(zhuǎn)移樣品和各設備之間的流動，因此，采制樣塔必須有較高的高度（一般都在10 m 以上），設備的疊加布置給維修和操作都帶來極大的不便；物料的傳輸多采用管道運輸方式，遇到粘度大或物料中水分大的情況都會影響物料的流動性，造成管道的粘結(jié)堵塞、中斷料流，直接影響系統(tǒng)的運行和采樣的代表性，無法實現(xiàn)水分的在線測定，也無法對大多數(shù)的粉礦、粒級多的塊礦和水分含量高的礦類進行粒度自動檢測。日照公司采用的全自動取制樣系統(tǒng)布局平面化、緊湊合理，其制樣、篩分試驗、水分檢測都在一個平面上進行，物料運輸距離短、不采用溜槽管道等，有效解決物料堵塞問題。平面化布局更大的優(yōu)勢是可以根據(jù)機械手活動范圍對系統(tǒng)設備進行模塊化組合編程，低成本快速地變更或增加新功能［3］。

目前，國外部分國家已逐漸應用機械手單元來替代傳統(tǒng)的取制樣系統(tǒng)，我國也有一些機械化采制樣系統(tǒng)中開始應用機械手實現(xiàn)自動化功能，多應用于出入境檢驗檢疫機構(gòu)。國內(nèi)煤炭檢驗設備廠家也已開始研究全自動制樣技術(shù)。但尚未有鋼鐵企業(yè)全物料全流程的實現(xiàn)采樣、制樣、送樣自動化的功能［4］。