試論冶金企業金屬礦石自動取制樣技術

孫 煒

（江蘇省南京鋼鐵股份有限公司科技質量部，江蘇 南京 210035）

我國對金屬礦石依存度達60%上，不合格金屬礦石進入國內市場會影響國內冶煉廠利潤，為工藝生產建設帶來很大安全隱患。進口計費以金屬礦石到港地檢驗結果為準，檢驗結果對貿易雙方利益產生重大影響，礦石取制樣分為機械化與人工取樣，金屬礦石機械化取制樣系統更具有代表性，能有效消除人工取樣誤差。研究介紹金屬礦石在線檢測系統設計要求，分析國內外港口金屬礦石自動檢測系統應用現狀，將國內外金屬礦石自動檢測系統分為傳統皮帶運輸與機械手轉運輸，從工藝流程，系統特點等方面對自動在線檢測系統進行介紹，從技術成熟性，準確性及操作維護等方面進行綜合比較，對冶金企業金屬礦石在線檢測系統發展趨勢進行探索。

1 金屬礦石自動取樣系統特點需求

隨著國內金屬礦石取制樣系統建成投產，自動化取制樣技術日趨成熟，系統特點呈現出向模塊化，高度自動化方向發展，模塊化組織結構使得系統功能更加全面化，取制樣系統為實驗室化驗檢測提供水分樣，樣品檢測結果即時化，自動系統可實現在線快速檢測[1]。

取制樣工藝以定量取樣為基礎，系統中設備工作方式滿足工作要求，個單機能力滿足總制樣時間要求，樣品在系統中不能混樣。洗運模式外其他模式時設備在無礦流通過處于待機狀態。破碎機應設置校驗出口，校驗出口可在溜管系統中設置手動切換閘門。系統取樣中不存在使樣品受污染導致粒度碎化環節。封閉避免設備間產生大氣流，防止水分損失。設計考慮物料通暢，避免粘附阻塞。

金屬礦石自動檢測系統要求偏差最小化，顆粒破損最小，份樣質量滿足要求，采樣具有代表性。取樣偏差最小化很重要，可通過更多份樣改善精密度，偏差不能用重復測定降低。使可能產生偏差最小化，比改善緊密度更重要。取制樣系統是否存在不可接受偏差，需通過偏差校驗進行驗證。有些偏差源通過正確取樣設計消除，包括樣品混雜采取，有些偏差源不能完全消除，包括粉塵損失與顆粒破損。用作力度測定樣品顆粒破損最小有利于降低粒度測定偏差。無論顆粒大小，形狀，必須使所有部位礦石有同等機會采取。

2 金屬礦石自動在線檢測系統現狀

2.1 傳統在線檢測系統

目前使用廣泛的是通過皮帶機輸送礦物試樣，分層實現物料收集，破碎等。采樣定量周期系統取樣，流量信號達到取制樣設定值，全橫幅截取從碼頭運輸皮帶及頭部落下礦石流，輸送皮帶機輸送金屬礦石流將礦石流落入返礦皮帶，擺動溜槽轉向料斗稱一端，料斗稱量質量達到程序設定取樣總量，輸送皮帶停止運轉。通過輸送皮帶機輸送至廠房控制系統、出采機下端輸送皮帶將預料返回碼頭主輸送皮帶，塊礦根據程序設定時間，輸送皮帶啟動輸送至料斗稱采取粒度樣品。剩余金屬礦石通過返礦皮帶輸送至主輸送皮帶。粒度篩分單元針對塊礦，滿足不同礦種粒級測定要求，篩分中各粒級試樣存放在緩存料斗中，緩存料斗依次打開，數據自動保存在終端機。系統進行塊礦取制樣，根據終端機選定礦石種類，自動選擇需要測定項目，經過輸送皮帶到達輔助篩，20mm以下粒度金屬礦石顆粒落到提升斗，破碎至20mm以下進入破碎機二次破碎，破碎至10mm以下落入提升機，將試樣輸送到后輸送皮帶。

輸送皮帶經過一次縮分機，部分通過排礦皮帶排出，部分試樣進入水分測定單元。部分試樣被縮分進入可逆輸送皮帶A，人口制樣試樣通過擺動溜槽下落緩存斗，被輸送到收集槽人工收集。自動調制試樣收集份樣存放在可逆輸送皮帶A，皮帶運輸試樣到混料機混合式樣，輸送皮帶B進入二次縮分機。塊礦縮分試樣分為3部分，部分通過提升機進入試樣調制單元，部分進入旋轉收集器，剩余部分通過排礦皮帶排出。粉礦試樣部分通過提升機進入試樣調制單元，部分通過排礦皮帶排出。

2.2 機械手在線檢測系統

機械手在線監測系統是將采樣后試樣采用機械手操作實現縮分，水分含量測定自動分析系統。采用等質量間隔法采取份樣，流量信號達到取樣制定設定值，由初采機啟動，截取碼頭運輸皮帶機落下金屬礦石流，落入輸送皮帶經稱量皮帶確認采樣分量，份樣質量與設定值差大于20%，試樣進入返礦皮帶，份樣質量與設定值小于20%，試樣進入兒采機。縮分后試樣通過返礦皮帶進入碼頭輸送主皮帶。正轉試樣進入機械手單元工位試樣收集桶。

機械手抓取工位試樣收集器下試樣桶，將試樣倒入縮分級得到粒度試樣，機械手抓取試樣桶倒入收集車中。試樣為塊礦時，機械手取存裝試樣收集桶，縮分后取15kg粒度試樣，收集到30kg試樣，機械手夾取粒度試樣桶倒入振動篩篩分。機械手逐層夾取篩網稱重。裝試樣篩網稱重后，將試樣倒入棄料提升斗。倒完試樣空篩網稱重，稱重數據上傳至上位機系統。交貨批粒度測定后，上位機系統計算形成最終測定報告。

機械手抓取旋轉縮分級水分試樣罐，倒入破碎機破碎，收集在下放樣品桶中，抓取試樣桶倒入旋轉縮分機，取水分試樣倒入經稱量空盤中，抓取試樣盤至振動裝置，使試樣鋪平，稱重后放入烘箱干燥。達到設定時間后烘箱打開，機械手夾取水分試樣盤干燥后稱重，將試樣盤放入烘箱干燥1h二次稱重。至試樣2次稱量質量差小于初始質量0.05%。交貨批水分測定后，上位機系統計算形成水分含量測定報告。

水分測定后試驗樣由機械手抓取導入收集器中，另一試樣導入縮分破碎記憶體積縮分破碎3mm以下，將150g樣導入盤式研磨儀研磨，試樣流成分試樣縮分收集器中。收集后成分試樣由機械手抓取放入試樣發東站，成分分析單元機械手抓取試樣送至熔融爐，采用高精度天平試樣，氧化劑配料，溶液在室溫下冷卻固化采用壓縮孔融過去冷區。自動稱重確保清洗效果，將完整熔片送至X射線熒光分析儀分析成分，熔片試樣傳送至打靶機封裝標識。

3 金屬礦石自動檢測系統功能設計

全自動金屬礦石取制樣系統基于物料參數設計。取樣系統取樣機制以定量取樣為主，取樣機制為定量取樣，主系統質量脈沖信號消失轉變為定時采樣。主系統流量為1000t/h～6250t/h，系統基于定量取樣原理設計，在主傳送帶運行下，采樣器截取500kg初級樣品，以定量取樣為基準，通過變頻器控制取樣機橫移截取速度，通過監測皮帶秤信號對取樣機無極調速。

截取粒度為50mm塊礦時，取樣機截取口徑150mm，截取最大粒度小于50mm礦種，截取速度按Vc=0.3×（1+L/3d）修正，Vc為修正后截取速度m/s，d為金屬礦石最大粒度mm，L為截取開口150mm。定時取樣基制下，全機橫移截取速度為礦種對應速度。根據ISO03082要求，需在取樣前向操作系統輸入礦樣批量大小，主皮帶秤出現故障下，取樣系統按主皮帶額定流量計算時間取樣間隔運行。取樣系統是基于定量原理設計，移動斗式初級采樣機取到434kg初樣，初級份樣CV值低于15%，移動斗式初級采樣機由變速控制器執行，運行速度根據主皮帶流量1000t/h～6250t/h調控。

自動化粒度測定針對塊礦，粉礦由人工測定，394kg塊礦樣品可篩分粉礦樣品給入3臺振動篩，振動篩允許分礦石3個粒級，物料篩分后，不同粒級物料貯存緩存斗。稱量取值后第二粒級物料拋如稱量斗，物料通過皮帶機輸送回主皮帶。

40kg塊礦樣品輸送至可逆皮帶輸送機，塊礦輸送至一級破碎機，采粉礦時物料不通過破碎機。破碎物料被輸送到帶樣品口縮分器，縮分比可調節。物理樣1:25，第一取樣口取出1.6kg樣品，第二取樣口取出6.7kg輸送至二級破碎機。6.7kg樣品被WS40/20型對輥破碎機破碎，由電動樣品出口轉臺式縮分器縮分樣品，A出口縮分比為1:13，B出口縮分比為1:30，縮分出0.2kg樣品貯存在樣品收集器中，用于水分分析。收集器使用可逆轉模式，第一最終樣品收集到瓶一。

4 自動檢測系統軟硬件設計

控制系統設備包括PLC控制器，現場設備機旁操作箱，計算機，警報裝置等。控制系統是具有中央自動控制能力的集成系統，提供系統運行所需聯鎖，運行程序。取樣機與主皮帶機聯鎖，皮帶秤與系統PLC進行數據通訊，數據為取樣機運行定量控制依據。主皮帶機運行信號等信息為流程運行條件。取樣中故障不能退出料流時向港區中控室發出信號。外部輸入能量包括累計流浪，設備速度信號，堵塞信號等I/O變量，來自以太網總線信號，外部輸出變量包括調速信號，報警提示等。PLC選用ABL61系列，邏輯控制軟件采用RSLogix5000，輸入輸出點數統計，確定PLC模塊配置。3塊1756-PB75電源模塊，1756-IF16模擬量輸入模塊，3塊1756-CNB通訊模塊，8塊1756-OW16I數字量輸出模塊。

金屬礦石取制樣軟件包括采樣中數據與采樣報告數據，數據庫滿足當地查詢需要，軟件結構及組成針對系統維護工程師使用對象，軟件劃分為PLC程序控制軟件，數據管理軟件。電控系統PLC程序采用梯形圖語言編程，包括組織程序，部分自動流程，單純化學取樣7個流程。主程序根據流程功能需要調用CMD控制，錘式取樣控制，收集器控制，偏差實驗工藝控制程塊。

5 結語

本文對金屬礦石自動取樣技術進行研究，首先對檢測取樣系統進行介紹，論述金屬礦石自動檢測系統設計，闡述自動檢測系統硬件設計。冶金企業金屬礦石自動檢測技術：①實現了金屬礦石遠程控制自動取樣；②配合視頻監控系統實現了全流程無死角監督；③取樣部分可與自動制樣部分無縫連接；④杜絕不同品種間的成分污染。對提高我國冶金企業金屬礦石生產與銷售管理水平，提供可靠檢驗數據具有重要現實意義。