全自動(dòng)取制樣系統(tǒng)在原燃料進(jìn)廠檢驗(yàn)中的應(yīng)用

李鵬蕓

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東 日照276800）

1 前 言

山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司（以下簡(jiǎn)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(zhǎng)流程鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，每年進(jìn)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(yùn)輸方式進(jìn)入廠內(nèi)。進(jìn)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(yàn)準(zhǔn)確性，日照公司設(shè)計(jì)建設(shè)多套全自動(dòng)取制樣系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)廠原燃料實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采樣和制樣，連接后續(xù)的檢驗(yàn)系統(tǒng)，達(dá)到進(jìn)廠原燃料物理性能、化學(xué)成分的全自動(dòng)取制樣和檢測(cè)，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(dòng)取樣系統(tǒng)

日照公司的全自動(dòng)取樣系統(tǒng)按照來料方式分別在原料場(chǎng)建設(shè)兩套汽車全自動(dòng)取樣設(shè)備和在翻車機(jī)區(qū)域建設(shè)1套火車全自動(dòng)取樣設(shè)備，對(duì)入廠動(dòng)力煤、煉焦煤、鐵礦粉、燒結(jié)用石灰石、白云石等進(jìn)行自動(dòng)采樣。以汽車全自動(dòng)取樣系統(tǒng)為例，其工作流程見圖1。

圖1 汽車全自動(dòng)取樣系統(tǒng)工作流程

汽車全自動(dòng)取樣可自動(dòng)采集不同類型物料:煤、鐵礦粉、石灰粉、白云石，為避免混樣，設(shè)計(jì)使用不同的采樣頭分別對(duì)應(yīng)各種物料，滿足不同類型物料的采樣要求。設(shè)備采樣機(jī)構(gòu)升降采用鏈傳動(dòng)方式，雙螺旋平底采樣頭，可進(jìn)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(dòng)隨機(jī)選取采樣點(diǎn)，采樣深度按全深度（遇車底能自動(dòng)停止）選??；采樣頭具有觸底反彈功能，能夠自動(dòng)避開車廂拉筋。采樣頭在采樣的同時(shí)頂部進(jìn)行初級(jí)縮分，樣料進(jìn)入接料斗，棄料直接返回車廂。接料斗容量滿足＞3 個(gè)子樣，實(shí)現(xiàn)每車x個(gè)采樣點(diǎn)自動(dòng)采樣，混勻集合成一個(gè)試樣。兩類取樣設(shè)備均由大小車行走機(jī)構(gòu)、采樣機(jī)構(gòu)、溜管、智能遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)等組成。

2.2 全自動(dòng)制樣系統(tǒng)

試樣通過皮帶進(jìn)入制樣步驟，日照公司采用的是全自動(dòng)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(cè)定、制備樣品（包括化學(xué)樣和備查樣）自動(dòng)裝入、自動(dòng)噴碼等功能都是利用機(jī)械手在同一平面上實(shí)現(xiàn)的，最終所有試樣通過風(fēng)動(dòng)送樣自動(dòng)發(fā)送至化驗(yàn)室。以汽車制樣間為例，其動(dòng)力煤工作流程為見圖2。

自動(dòng)制樣系統(tǒng)主要包含皮帶機(jī)、制樣設(shè)備、機(jī)械手、風(fēng)動(dòng)送樣以及棄料設(shè)備，重點(diǎn)設(shè)備是ABBIRB 系列機(jī)械手、SHL-2S 二采機(jī)、MD0900 型全水分自動(dòng)分析設(shè)備、風(fēng)動(dòng)送樣等。

3 全自動(dòng)取制樣系統(tǒng)的應(yīng)用及效果

圖2 動(dòng)力煤自動(dòng)制樣工作流程

自日照公司原燃料全自動(dòng)取制樣系統(tǒng)投用以來，自動(dòng)化程度高，故障率低，較好地滿足了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)大批量原燃料檢驗(yàn)的需求，但也存在設(shè)備零配件價(jià)格昂貴，維保壓力大等制約系統(tǒng)高效率運(yùn)行的因素，對(duì)制約實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)制樣的設(shè)備難點(diǎn)進(jìn)行梳理攻關(guān)。

1）物料水分檢測(cè)設(shè)備:前期開展物料烘干溫度試驗(yàn)，確定物料干燥溫度范圍及干燥順序等，避免物料因?yàn)樗指叨l(fā)生堵料或因水分低發(fā)生粘料，還要避免干燥時(shí)間過長(zhǎng)而影響檢驗(yàn)效率。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)水分檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行了適應(yīng)性改造，確保其符合自動(dòng)化流程和工藝需求。目前采用的MD0900型全水分自動(dòng)分析儀器包括烘箱、稱量天平等設(shè)備，能自動(dòng)完成物料水分含量的檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)上傳和異常數(shù)據(jù)檢測(cè)。

2）物料破碎粒度設(shè)備:因檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物料粒度有不同要求，因此需選擇不同的破碎和研磨設(shè)備，包括單輥破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)、研磨機(jī)等。其中單輥破碎機(jī)破碎后的物料粒度在13 mm，顎式破碎機(jī)JC2000 物料粒度可達(dá)6 mm 以內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)13 ～0.074 mm的全覆蓋。

3）機(jī)械手采用ABB-IRB 系列，最大負(fù)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(shí)現(xiàn)進(jìn)廠石灰石的機(jī)械化采樣，正對(duì)全自動(dòng)取樣系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，包括取樣桿換型以適應(yīng)大塊物料的螺旋取樣和電氣及控制系統(tǒng)的適應(yīng)性改造，以達(dá)到完全替代人工［1］。

全自動(dòng)取制樣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了原燃料取制樣的全自動(dòng)操作，具有以下優(yōu)點(diǎn):

1）采用機(jī)器手技術(shù)的全自動(dòng)取制樣系統(tǒng)，物料采集、樣品制備、粒度分析、全水分檢測(cè)都在一個(gè)空間內(nèi)進(jìn)行，靈活機(jī)動(dòng)性能好，在機(jī)器手活動(dòng)范圍內(nèi)可以根據(jù)工作需要增改系統(tǒng)設(shè)備，并通過模塊化編程實(shí)現(xiàn)采制樣功能的變更［2］。

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

3）機(jī)器手嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的流程進(jìn)行在線粒度和水分測(cè)定，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)相比人工檢測(cè)準(zhǔn)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(yùn)皮帶的布置、降低了取樣過程的水分損失，提高了水分檢測(cè)的準(zhǔn)確度。

4）原燃料全自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)投用以來，每年檢驗(yàn)結(jié)算煤、礦石等原燃料2 000 余萬t，系統(tǒng)運(yùn)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(dòng)取制樣系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的機(jī)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(shè)備之間的流動(dòng)，因此，采制樣塔必須有較高的高度（一般都在10 m 以上），設(shè)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(yùn)輸方式，遇到粘度大或物料中水分大的情況都會(huì)影響物料的流動(dòng)性，造成管道的粘結(jié)堵塞、中斷料流，直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行和采樣的代表性，無法實(shí)現(xiàn)水分的在線測(cè)定，也無法對(duì)大多數(shù)的粉礦、粒級(jí)多的塊礦和水分含量高的礦類進(jìn)行粒度自動(dòng)檢測(cè)。日照公司采用的全自動(dòng)取制樣系統(tǒng)布局平面化、緊湊合理，其制樣、篩分試驗(yàn)、水分檢測(cè)都在一個(gè)平面上進(jìn)行，物料運(yùn)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(shì)是可以根據(jù)機(jī)械手活動(dòng)范圍對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)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(yīng)用機(jī)械手單元來替代傳統(tǒng)的取制樣系統(tǒng)，我國也有一些機(jī)械化采制樣系統(tǒng)中開始應(yīng)用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能，多應(yīng)用于出入境檢驗(yàn)檢疫機(jī)構(gòu)。國內(nèi)煤炭檢驗(yàn)設(shè)備廠家也已開始研究全自動(dòng)制樣技術(shù)。但尚未有鋼鐵企業(yè)全物料全流程的實(shí)現(xiàn)采樣、制樣、送樣自動(dòng)化的功能［4］。