鞍鋼燒結(jié)成品自動(dòng)取樣化檢驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐

于明珠，夏鐵玉，曹炳發(fā)，張崇

（1.鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山114021；2.鞍鋼股份有限公司投資規(guī)劃部，遼寧 鞍山114021）

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠二燒、三燒成品自動(dòng)取樣化檢驗(yàn)系統(tǒng)包含二燒和三燒作業(yè)區(qū)的燒結(jié)礦全自動(dòng)采制樣系統(tǒng)和全自動(dòng)樣品風(fēng)送系統(tǒng)，鐵化化驗(yàn)室全自動(dòng)檢驗(yàn)分析系統(tǒng)。該套自動(dòng)取樣化檢驗(yàn)設(shè)備由上海寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司與上海冬暄赫爾斯測(cè)控技術(shù)有限公司聯(lián)合開發(fā)，在傳統(tǒng)取樣分析設(shè)備基礎(chǔ)上，利用風(fēng)力送樣、機(jī)械手操作、一體化化檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了全程智能化作業(yè)，是國(guó)內(nèi)燒結(jié)取樣制樣自動(dòng)化檢驗(yàn)唯一成功實(shí)施案例。本文對(duì)此系統(tǒng)的工作流程、系統(tǒng)特點(diǎn)及鞍鋼二燒的應(yīng)用效果進(jìn)行了介紹。

1 工藝簡(jiǎn)介

燒結(jié)成品自動(dòng)取樣化檢驗(yàn)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)燒結(jié)礦化檢驗(yàn)過(guò)程采樣、制樣、送樣、分析和數(shù)據(jù)上傳的全流程自動(dòng)控制，具有在線提供燒結(jié)成品礦粒度分級(jí)、自動(dòng)配鼓并自動(dòng)計(jì)算轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、低溫還原樣制備、化學(xué)樣制備、自動(dòng)樣品風(fēng)送至800 m以外煉鐵實(shí)驗(yàn)室、自動(dòng)制成X熒光分析所需的樣品、自動(dòng)分析燒結(jié)礦各種化學(xué)成分并上傳至上級(jí)管理部門的功能。該設(shè)備現(xiàn)代化水平顯著提升，縮短了燒結(jié)礦分析時(shí)間，能及時(shí)為管理部門提供相關(guān)數(shù)據(jù)，為調(diào)整配礦提供有效數(shù)據(jù)支撐，有助于提高燒結(jié)礦指標(biāo)的穩(wěn)定性。

2 燒結(jié)成品自動(dòng)取樣化檢驗(yàn)系統(tǒng)

2.1 燒結(jié)成品自動(dòng)取制樣系統(tǒng)

燒結(jié)成品自動(dòng)取樣系統(tǒng)工作流程為采樣→配樣→破碎→縮分→篩分→微粉碎→轉(zhuǎn)鼓→篩分→全自動(dòng)風(fēng)送系統(tǒng)→全自動(dòng)檢驗(yàn)分析系統(tǒng)。鞍鋼二燒作業(yè)區(qū)全自動(dòng)取制樣系統(tǒng)流程如圖1所示。

2.1.1 采樣方式

每臺(tái)燒結(jié)機(jī)每2 h取一次樣，所采集的樣品進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)制樣及相關(guān)試驗(yàn)。

2.1.2 一次采樣

2臺(tái)一次采樣機(jī)分別布置在燒結(jié)篩分樓后出廠皮帶機(jī)的落料口處，從帶式輸送機(jī)的頭部滾筒落料處取得樣品，根據(jù)顆粒大小將樣品分為大于12 mm和小于12 mm兩部分，按照質(zhì)量比例配置成分樣和粒度樣，將試樣通過(guò)送樣皮帶機(jī)和提升裝置送到制樣樓內(nèi)。根據(jù)皮帶稱上稱量信號(hào)自動(dòng)跟蹤，采用變頻無(wú)級(jí)調(diào)速方式調(diào)整采樣機(jī)旋轉(zhuǎn)截取速度，確保每次截取的質(zhì)量相同。

2.1.3 成分試樣調(diào)制單元

樣品通過(guò)皮帶輸送機(jī)進(jìn)入試驗(yàn)樓內(nèi)，以均勻的速度經(jīng)過(guò)單斗提升機(jī)、皮帶給料機(jī)、送樣皮帶給料機(jī)后到達(dá)破碎機(jī)破碎到13 mm以下，然后通過(guò)可逆皮帶輸送機(jī)（變頻調(diào)速）正轉(zhuǎn)進(jìn)入直線縮分機(jī)縮分，進(jìn)入破碎機(jī)破碎到6.3 mm以下后，再進(jìn)入可逆皮帶輸送機(jī)（變頻調(diào)速）按所設(shè)速度均勻送入立式旋轉(zhuǎn)縮分機(jī)進(jìn)行縮分，縮分后其中1.2 kg樣品通過(guò)微型電磁振動(dòng)給料器進(jìn)入微粉碎機(jī)粉碎至0.15 mm以下，另一部分樣品返回主系統(tǒng)皮帶機(jī)。

2.1.4 粒度篩分單元

篩分粒級(jí)分別為40、25、16、10、5、-5 mm。樣品通過(guò)皮帶輸送機(jī)進(jìn)入試驗(yàn)樓內(nèi)，以均勻的速度經(jīng)過(guò)單斗提升機(jī)、皮帶給料機(jī)、調(diào)速皮帶給料機(jī)進(jìn)入振幅和頻率可調(diào)的直線振篩機(jī)，并保證樣品經(jīng)過(guò)篩分后粒級(jí)無(wú)損傷，按規(guī)定程序進(jìn)行粒度篩分考核。經(jīng)過(guò)篩分后，根據(jù)樣品各自重量自動(dòng)計(jì)算出各粒級(jí)的百分含量，并根據(jù)百分含量計(jì)算出樣品的平均粒度（MS）。

2.1.5 轉(zhuǎn)鼓指數(shù)測(cè)定單元

篩分后將10～16 mm、16～25 mm、25～40 mm粒級(jí)的樣品通過(guò)減量稱按比例配成（15±0.15）kg的樣品，經(jīng)皮帶給料機(jī)進(jìn)入全自動(dòng)轉(zhuǎn)鼓，進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓指數(shù)試驗(yàn)，并防止試樣損失和污染環(huán)境。轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)完成后需靜鼓2 min，并將試樣全部送入鼓下機(jī)械篩，將試樣篩分成≥6.3 mm和＜6.3 mm兩個(gè)部分。然后依次進(jìn)入料斗稱出重量，系統(tǒng)據(jù)此計(jì)算出試樣的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)。

2.1.6 物理冶金性能試樣收集單元

直線縮分機(jī)按一定比例縮分得到10 kg樣品（13 mm粒級(jí)）送入單層雙網(wǎng)篩（篩孔10 mm、12.5 mm），篩分出＞12.5 mm、10～12.5 mm、＜10 mm三個(gè)粒級(jí)的樣品。其中10～12.5 mm粒級(jí)的樣品通過(guò)溜管進(jìn)入低溫還原樣收集器（不少于2 kg），人工拿取。

2.1.7 還原試驗(yàn)樣品的后續(xù)處理

試驗(yàn)室得到2個(gè)10～12.5 mm粒級(jí)的約4 kg樣品后，將其分成2份各2kg，一份作為低溫粉化樣品（500 g,每24 h做一次，其余保管）；一份用10 mm小方孔篩得到10～12.5 mm樣品與第二個(gè)周期的樣品合并，每24 h做一次還原樣。還原樣品的制備在控制上設(shè)計(jì)成可選模式。

2.2 全自動(dòng)樣品風(fēng)送系統(tǒng)和全自動(dòng)化檢驗(yàn)分析系統(tǒng)

（1）機(jī)械手將0.147 mm（100目）約100 g的樣品倒入在等待位上的試樣盒（俗稱炮彈）中，試樣盒自動(dòng)閉蓋，通過(guò)發(fā)送站發(fā)送至分析試驗(yàn)室的接收站，試驗(yàn)室接收站接收到試樣盒后，樣盒蓋自動(dòng)打開。

（2）化驗(yàn)室機(jī)械手拿出樣盒，將樣盒中的樣品倒入等待位上的試樣杯中，樣盒放回到接收站，盒蓋自動(dòng)蓋上，樣盒自動(dòng)返回發(fā)送站，自動(dòng)開蓋，對(duì)樣盒進(jìn)行清洗后，放回等待位。

（3）試樣杯由機(jī)械手送入自動(dòng)縮分機(jī)，一部分約50 g自動(dòng)備樣保存，一部分50 g進(jìn)入全自動(dòng)制樣裝置，樣品通過(guò)定量、自動(dòng)加入粘結(jié)劑、細(xì)磨、壓塊（試樣杯由機(jī)械手返回到等待位上），加工后的樣品由機(jī)械手自動(dòng)送入出料皮帶。

（4）人工在出料皮帶的出料口拿出樣品，進(jìn)行熒光分析，分析結(jié)果上傳至上位機(jī)。

（5）分析后的樣品放回到制樣裝置中，將樣品破碎，破碎的樣品通過(guò)除塵被抽走，壓制樣品的鋼環(huán)被放置在等待位重復(fù)使用。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

燒結(jié)成品自動(dòng)取樣化檢驗(yàn)系統(tǒng)采用集中一體化鋼結(jié)構(gòu)取制樣樓，燒結(jié)機(jī)每2 h自動(dòng)取制樣一次，所有試樣接收、不同工序間的搬運(yùn)、試樣輸出等動(dòng)作均由中央機(jī)器人完成，具有渣樣初碎、吸鐵、定量、研磨、壓片、清掃六大功能，并實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控、試樣遠(yuǎn)程氣力輸送、全自動(dòng)化檢驗(yàn)分析，全程無(wú)需人工干預(yù)。

（1）采用德國(guó)赫爾佐格的氣力管道輸送和接收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程輸送。樣盒的遠(yuǎn)程氣力輸送系統(tǒng)見圖2。

圖2 樣盒的遠(yuǎn)程氣力輸送系統(tǒng)Fig.2 Long-distance Sample-sending System by Pneumatic Power

（2）應(yīng)用一體化的德國(guó)赫爾佐格化檢驗(yàn)設(shè)備和ABB的機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化檢驗(yàn)分析，全程無(wú)人操作。

（3）取樣樓采用六層鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)和格柵板平臺(tái)，采光、通風(fēng)、采暖、照明以及清掃都非常便利。

4 運(yùn)行效果

鞍鋼二、三燒作業(yè)區(qū)成品自動(dòng)取樣化檢驗(yàn)系統(tǒng)自應(yīng)用以來(lái)運(yùn)行狀況良好，實(shí)現(xiàn)了二燒、三燒作業(yè)區(qū)全自動(dòng)取樣，全自動(dòng)冷態(tài)性能物理檢驗(yàn)，全自動(dòng)化學(xué)分析試樣的制樣，全自動(dòng)樣品風(fēng)動(dòng)送樣，全自動(dòng)粉末壓片的制備。全過(guò)程實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守的全自動(dòng)控制完成，既解決了燒結(jié)礦取樣偏析和試樣代表性不強(qiáng)的問(wèn)題，又解決了人工試樣制備標(biāo)準(zhǔn)化操作程度低、人為因素干擾等問(wèn)題。對(duì)2018年1～12月（該項(xiàng)目運(yùn)行前）和2019年1～10月二燒作業(yè)區(qū)燒結(jié)礦檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 二燒作業(yè)區(qū)燒結(jié)礦檢驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1 Test Data of Sintered Ore at No.2 Sintering Area%

由表1可以看出，燒結(jié)礦的各項(xiàng)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)指標(biāo)均得到提高，該系統(tǒng)投入使用后得到的樣品更具有代表性，冷態(tài)性能檢驗(yàn)和化學(xué)成分檢驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠真實(shí)準(zhǔn)確地反映實(shí)物質(zhì)量，為燒結(jié)和高爐的生產(chǎn)操作提供了及時(shí)、準(zhǔn)確、有效的指導(dǎo)，通過(guò)精準(zhǔn)的調(diào)整，燒結(jié)礦的品質(zhì)得到不斷提高。

5 結(jié)語(yǔ)

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠二、三燒作業(yè)區(qū)燒結(jié)成品自動(dòng)取樣化檢驗(yàn)系統(tǒng)包括全自動(dòng)采制樣系統(tǒng)、全自動(dòng)風(fēng)送系統(tǒng)和全自動(dòng)檢驗(yàn)分析系統(tǒng)，將傳統(tǒng)取樣分析設(shè)備與風(fēng)力送樣、機(jī)械手操作和一體化化檢驗(yàn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了全程智能化作業(yè)。應(yīng)用該系統(tǒng)得到的樣品代表性強(qiáng)，冷態(tài)性能檢驗(yàn)和化學(xué)成分檢驗(yàn)數(shù)據(jù)更加真實(shí)、準(zhǔn)確，解決了燒結(jié)礦取樣偏析、試樣代表性不強(qiáng)及人工試樣制備標(biāo)準(zhǔn)化操作程度低、人為因素干擾等問(wèn)題，為燒結(jié)和高爐生產(chǎn)操作提供了及時(shí)、準(zhǔn)確、有效的指導(dǎo)。目前，設(shè)備運(yùn)行較穩(wěn)定，是煉鐵廠實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造的有益探索。