碼頭原燃料自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)用

鄧聞波，林小群，唐上力，冷愛(ài)芬

（廣西鋼鐵集團(tuán)有限公司，廣西 防城港 538000）

0 引言

隨著技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)大宗貿(mào)易的鐵礦石和煤炭的取樣檢驗(yàn)方式，已從手工取樣的方式，逐步從依靠礦石和煤炭的自身重力的傳統(tǒng)方式的機(jī)械取樣檢驗(yàn)、簡(jiǎn)單的小機(jī)械手方式的水分和成分樣品研磨的檢驗(yàn)系統(tǒng)，到目前較為先進(jìn)的由機(jī)械手模擬手工操作的全自動(dòng)集成樣品破碎、縮分、研磨、水分和粒度檢測(cè)于一體的全自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)避免了手工取制樣帶來(lái)的誤差，在減少勞動(dòng)強(qiáng)度、提高效率的同時(shí)，使取樣更有代表性，也增強(qiáng)了制樣的可靠性、提高檢驗(yàn)的精確度，為鐵礦石和煤炭品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果提供了精確可靠的數(shù)據(jù)[1-3]。

廣西鋼鐵在進(jìn)廠大宗原燃料質(zhì)量檢驗(yàn)管理方面，也面臨著如何提高進(jìn)廠檢驗(yàn)取樣、制樣、化驗(yàn)三大環(huán)節(jié)的真實(shí)性，杜絕人為因素的干擾，保護(hù)企業(yè)、職工和供應(yīng)商利益不受損害，如何提高工作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高取樣代表性等問(wèn)題。

為快速、準(zhǔn)確、智能完成20萬(wàn)噸、10萬(wàn)噸碼頭船運(yùn)鐵礦石、煤炭物料的取制樣檢驗(yàn)工作，廣西鋼鐵計(jì)劃引進(jìn)了4套大型皮帶頭部自動(dòng)取制樣系統(tǒng)及匹配2礦2煤共四套智能化機(jī)器人制樣單元，用于對(duì)進(jìn)口鐵礦石、煤炭在卸料過(guò)程中進(jìn)行機(jī)械取制樣，該系統(tǒng)將采用扁平化設(shè)計(jì)理念，制樣單元集成了國(guó)外先進(jìn)制樣設(shè)備和自動(dòng)控制技術(shù)，具備智能化完成樣品水分、粒度等規(guī)定物理項(xiàng)目的檢測(cè)和成分試樣制備功能，檢測(cè)結(jié)果用于貿(mào)易結(jié)算及指導(dǎo)生產(chǎn)。

1 自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)工藝

自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抽樣方法，自動(dòng)取出并按標(biāo)準(zhǔn)制備成具有代表性的樣品，進(jìn)行水分、粒度物理指標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)和化驗(yàn)分析試樣的研磨，為生產(chǎn)使用和貿(mào)易結(jié)算提供必要的技術(shù)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)滿足港口受卸系統(tǒng)至少3條皮帶同步混卸不同品種工況下的自動(dòng)取制樣檢驗(yàn)需求，統(tǒng)籌兼顧了煤、礦的聯(lián)合制樣。

1.1 系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)

自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)將針對(duì)碼頭的4條皮帶來(lái)料建設(shè)4套大型皮帶頭部自動(dòng)取制樣系統(tǒng)，并匹配2礦2煤共四套智能化機(jī)器人制樣單元。自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。系統(tǒng)在距A1轉(zhuǎn)運(yùn)站14 m遠(yuǎn)的東面建設(shè)制樣樓，自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)布置在制樣樓內(nèi)，其控制方式為遠(yuǎn)程控制、視頻監(jiān)控，對(duì)碼頭來(lái)的鐵礦石和煤炭在卸料過(guò)程通過(guò)布置在皮帶頭部的取樣器機(jī)械取樣，經(jīng)膠帶機(jī)輸送至制樣樓內(nèi)，在制樣單元制備出所需的各種樣品并自動(dòng)進(jìn)行粒度和水分在線檢測(cè)，余料經(jīng)棄樣系統(tǒng)返回運(yùn)輸主系統(tǒng)中。整個(gè)取制樣過(guò)程均由計(jì)算機(jī)控制操作，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)直接上傳至公司二級(jí)管理系統(tǒng)，不僅確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，而且減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

圖1 鐵礦石和煤炭自動(dòng)系統(tǒng)工藝流程圖

1.2 系統(tǒng)運(yùn)行描述

系統(tǒng)的采樣以定量采樣為主，定時(shí)采樣為輔，在主系統(tǒng)重量脈沖或信號(hào)消失時(shí)可轉(zhuǎn)變?yōu)槎〞r(shí)采樣。當(dāng)主碼頭礦石流量在800 t/h～8250 t/h時(shí)采取，煤炭流量在800 t/h～6480 t/h時(shí)采取，對(duì)瞬時(shí)過(guò)高過(guò)低的物料流暫時(shí)停采，當(dāng)流量恢復(fù)到上述范圍內(nèi)，立即自動(dòng)補(bǔ)樣。

每次取樣時(shí)，布置在A1轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)的移動(dòng)斗截取型采樣機(jī)，從主系統(tǒng)帶式輸送機(jī)的頭部滾筒落料處取樣，取得的份樣經(jīng)過(guò)約5 m的輸送皮帶機(jī)給直線縮分機(jī)進(jìn)行縮分取樣。帶式輸送機(jī)上設(shè)有份樣稱(chēng)重裝置，可顯示物料的瞬時(shí)流量。斗式截取型采樣機(jī)橫移截取速度采用變頻無(wú)級(jí)調(diào)速方式，可根據(jù)皮帶秤的信號(hào)來(lái)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)皮帶秤的脈沖信號(hào)和瞬時(shí)流量，計(jì)算出平均流量，相應(yīng)改變移動(dòng)截取的速度，確保每次截取相同的質(zhì)量。縮分后的樣品經(jīng)輸送皮帶機(jī)輸送至機(jī)械手全自動(dòng)制樣系統(tǒng)，余料直接通過(guò)溜管返回主皮帶處。

1.2.1 煤炭制樣單元工藝流程

約30 kg樣品進(jìn)入機(jī)械手全自動(dòng)制樣系統(tǒng)，由機(jī)械手夾取至定量縮分機(jī)，縮分出1份工分樣15 kg，1份粒度樣5.83 kg，其余棄料。若樣品粒度＞13 mm，機(jī)械手夾取15 kg工分樣品倒入一級(jí)破碎機(jī)，將樣品破碎至＜13 mm；破碎后的樣品由機(jī)械手夾取，放入2#縮分機(jī)縮分，若來(lái)樣樣品＜13 mm，則由機(jī)械手直接夾取樣品放入2#縮分機(jī)縮分，縮分出1.5 kg工分樣和500 g水分樣，其余棄料，水分樣進(jìn)烘箱進(jìn)行水分檢測(cè)，結(jié)果出來(lái)后自動(dòng)上傳。5個(gè)工分子樣經(jīng)2#縮分機(jī)縮分兩份2.5 kg的樣品干燥后經(jīng)2#破碎機(jī)破碎至3 mm以下后，分別經(jīng)2#縮分機(jī)縮分1.2 kg的樣品進(jìn)行研磨，再經(jīng)3#縮分機(jī)留存2份400 g左右樣品自動(dòng)裝瓶。5個(gè)粒度樣經(jīng)縮分至5.66 kg干燥后檢測(cè)粒度。

1.2.2 鐵礦石制樣單元工藝流程

采集的2個(gè)份樣經(jīng)二采縮分后約72 kg樣品進(jìn)入機(jī)械手全自動(dòng)制樣系統(tǒng)，由機(jī)械手夾取至定量縮分機(jī)，縮分至27 kg，其余棄料。6個(gè)份樣經(jīng)縮分的樣品共81 kg經(jīng)1#縮分機(jī)，縮分出20.25 kg過(guò)程樣和20.25 kg粒度樣，粒度樣直接篩分檢測(cè)；3個(gè)過(guò)程樣經(jīng)縮分至10.13 kg后，再次縮分1.26 kg水分樣和1.26 kg留存樣，如果料濕須經(jīng)干燥后再留存。水分樣進(jìn)烘箱檢測(cè)水分后，收集3份試樣經(jīng)2#縮分機(jī)縮分至2份500 g成分樣進(jìn)行研磨及自動(dòng)裝瓶。縮分過(guò)程，不需要的樣品均做棄樣處理。

2 自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)的性能鑒定及試驗(yàn)

在進(jìn)行性能試驗(yàn)整體驗(yàn)收前，自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)已完成了空載試驗(yàn)、重載試驗(yàn)和試運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。通過(guò)對(duì)總精密度、取樣偏差、質(zhì)量變動(dòng)系數(shù)等項(xiàng)目對(duì)設(shè)備進(jìn)行鑒定。

2.1 煤炭自動(dòng)取制樣系統(tǒng)性能鑒定

取煤炭粒度分布最為敏感的灰分作為試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行核驗(yàn)。評(píng)定項(xiàng)目為總精密度和系統(tǒng)偏倚試驗(yàn)。

2.1.1總精密度

（1）樣品采取

對(duì)移動(dòng)煤流按照時(shí)間基進(jìn)行取樣，采取雙倍子樣數(shù)雙樣法。將一個(gè)采樣單元中編號(hào)為奇數(shù)的子樣合成一個(gè)總樣，偶數(shù)子樣合成一個(gè)總樣，作為一對(duì)雙份樣，共采購(gòu)11對(duì)雙份試樣。按照標(biāo)準(zhǔn)制成空氣干燥基分析煤樣，送實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)空氣干燥基水分、干燥基灰分。

（2）計(jì)算

經(jīng)計(jì)算11對(duì)樣品的灰分標(biāo)準(zhǔn)差S=0.199，則單個(gè)采樣單元精密度為P=2S=0.398%，整批灰分平

試驗(yàn)中灰分測(cè)定平均值為9.77%，其總精密度確定為PW=0.98%，因aLP小于PW，所以總精密度符合國(guó)標(biāo)要求。

2.1.2 系統(tǒng)偏倚試驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的38對(duì)試樣（參比樣A、系統(tǒng)樣B），根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中系統(tǒng)樣灰分平均值10.27%時(shí)，灰分最大允許偏倚確定為0.20%。經(jīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，參比樣。

（1）參比樣與系統(tǒng)樣B有顯著性差異檢驗(yàn)

（2）參比樣與0有顯著性差異檢驗(yàn)

證明被檢系統(tǒng)不存在小于B的偏倚，也不存在實(shí)質(zhì)性偏倚。

2.2 礦石自動(dòng)取制樣系統(tǒng)性能鑒定

對(duì)質(zhì)量變動(dòng)系數(shù)（CV值）、取樣精密度和取樣偏差作為礦石自動(dòng)取制樣系統(tǒng)的鑒定指標(biāo)。

2.2.1 質(zhì)量變動(dòng)系數(shù)（CV值）

啟動(dòng)采制樣系統(tǒng)設(shè)備，由初采采樣完成后，樣品通過(guò)給料皮帶機(jī)到達(dá)恒容縮分器后，稱(chēng)量各容器的樣品重量，連續(xù)采取10份試樣，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明初級(jí)采樣機(jī)份樣質(zhì)量的質(zhì)量變動(dòng)系數(shù)CV為17.29%，小于20%。

啟動(dòng)采制樣系統(tǒng)設(shè)備，由初采采樣完成后，樣品通過(guò)給料皮帶機(jī)傳送至制樣系統(tǒng)進(jìn)行縮分，分別收集縮分后留樣進(jìn)行稱(chēng)重，連續(xù)采取10份試樣，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明初級(jí)采樣機(jī)份樣質(zhì)量的質(zhì)量變動(dòng)系數(shù)CV為15.24%，小于20%。

2.2.2 精密度試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)每一批次按等質(zhì)量間隔200 t取樣，系統(tǒng)采取50個(gè)份樣，依序交替收集各份樣組成A、B兩個(gè)大樣，共做10個(gè)批次。每個(gè)試樣做雙樣試驗(yàn)，共做8個(gè)試驗(yàn)，測(cè)定鐵含量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算取樣精密度、制樣精密度和測(cè)定精密度的估計(jì)值進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算出取樣的估算精密度為0.2334，滿足GB/T10322.1-2014規(guī)定的了樣精密度要求，另外R值都在控制上限內(nèi)，表明取樣、制樣和測(cè)定都在受控狀態(tài)。

2.2.3 偏差試驗(yàn)

通過(guò)機(jī)械取樣與停帶取樣法進(jìn)行鐵含量、水分及粒度分布的比對(duì)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，全鐵、水分和粒度的取樣系統(tǒng)偏差均在預(yù)設(shè)定的偏差范圍內(nèi)，表明礦石自動(dòng)取制樣系統(tǒng)不存在顯著性差異，可作為日常采用的方法[4]。

由此表明，礦石自動(dòng)采制樣系統(tǒng)的質(zhì)量變異系數(shù)、精密度和取樣偏差符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)集成自動(dòng)化的鐵礦石、煤炭取、制樣系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行檢驗(yàn)過(guò)程通過(guò)機(jī)構(gòu)正式驗(yàn)收，符合國(guó)標(biāo)，檢測(cè)結(jié)果精度和準(zhǔn)確度均比較高，可為原燃料貿(mào)易結(jié)算和生產(chǎn)使用提供強(qiáng)有力的保障。系統(tǒng)具有較高取樣的代表性、制樣的可靠性、檢驗(yàn)的精確性，有效減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和減少粉塵對(duì)人體的危害等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)由于進(jìn)廠物料性狀的不確定性，試樣在自動(dòng)檢驗(yàn)過(guò)程中，容易產(chǎn)生粘料、堵料等情況而影響系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行和增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度，也可能造成測(cè)定、分析結(jié)果產(chǎn)生偏差的風(fēng)險(xiǎn)，需要提高工人的綜合素質(zhì)，進(jìn)行操作、巡檢和維護(hù)，確保系統(tǒng)處于正常有效的運(yùn)作。