鄧聞波，林小群，唐上力，冷愛芬

（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集成樣品破碎、縮分、研磨、水分和粒度檢測于一體的全自動檢驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)避免了手工取制樣帶來的誤差，在減少勞動強(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、降低勞動強(qiáng)度，提高取樣代表性等問題。

為快速、準(zhǔn)確、智能完成20萬噸、10萬噸碼頭船運(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，用于對進(jìn)口鐵礦石、煤炭在卸料過程中進(jìn)行機(jī)械取制樣，該系統(tǒng)將采用扁平化設(shè)計(jì)理念，制樣單元集成了國外先進(jìn)制樣設(shè)備和自動控制技術(shù)，具備智能化完成樣品水分、粒度等規(guī)定物理項(xiàng)目的檢測和成分試樣制備功能，檢測結(jié)果用于貿(mào)易結(jié)算及指導(dǎo)生產(chǎn)。

1 自動檢驗(yàn)系統(tǒng)工藝

自動檢驗(yàn)系統(tǒng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抽樣方法，自動取出并按標(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)的自動檢測和化驗(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)

自動檢驗(yàn)系統(tǒng)將針對碼頭的4條皮帶來料建設(shè)4套大型皮帶頭部自動取制樣系統(tǒng)，并匹配2礦2煤共四套智能化機(jī)器人制樣單元。自動檢驗(yàn)系統(tǒng)工藝流程見圖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，對碼頭來的鐵礦石和煤炭在卸料過程通過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進(jìn)行粒度和水分在線檢測，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強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率。

圖1 鐵礦石和煤炭自動系統(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，對瞬時(shí)過高過低的物料流暫時(shí)停采，當(dāng)流量恢復(fù)到上述范圍內(nèi)，立即自動補(bǔ)樣。

每次取樣時(shí)，布置在A1轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)的移動斗截取型采樣機(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級調(diào)速方式，可根據(jù)皮帶秤的信號來自動跟蹤系統(tǒng)皮帶秤的脈沖信號和瞬時(shí)流量，計(jì)算出平均流量，相應(yīng)改變移動截取的速度，確保每次截取相同的質(zhì)量?？s分后的樣品經(jīng)輸送皮帶機(jī)輸送至機(jī)械手全自動制樣系統(tǒng)，余料直接通過溜管返回主皮帶處。

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，結(jié)果出來后自動上傳。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左右樣品自動裝瓶。5個(gè)粒度樣經(jīng)縮分至5.66 kg干燥后檢測粒度。

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過程樣和20.25 kg粒度樣，粒度樣直接篩分檢測；3個(gè)過程樣經(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)行研磨及自動裝瓶。縮分過程，不需要的樣品均做棄樣處理。

2 自動檢驗(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)。通過對總精密度、取樣偏差、質(zhì)量變動系數(shù)等項(xiàng)目對設(shè)備進(jìn)行鑒定。

2.1 煤炭自動取制樣系統(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

對移動煤流按照時(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，作為一對雙份樣，共采購11對雙份試樣。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標(biāo)要求。

2.1.2 系統(tǒng)偏倚試驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場采集的38對試樣（參比樣A、系統(tǒng)樣B），根據(jù)試驗(yàn)過程中系統(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 礦石自動取制樣系統(tǒng)性能鑒定

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

2.2.1 質(zhì)量變動系數(shù)（CV值）

啟動采制樣系統(tǒng)設(shè)備，由初采采樣完成后，樣品通過給料皮帶機(jī)到達(dá)恒容縮分器后，稱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)果表明初級采樣機(jī)份樣質(zhì)量的質(zhì)量變動系數(shù)CV為17.29%，小于20%。

啟動采制樣系統(tǒng)設(shè)備，由初采采樣完成后，樣品通過給料皮帶機(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)果表明初級采樣機(jī)份樣質(zhì)量的質(zhì)量變動系數(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、制樣精密度和測定精密度的估計(jì)值進(jìn)行評價(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、制樣和測定都在受控狀態(tài)。

2.2.3 偏差試驗(yàn)

通過機(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，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家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語

自動檢驗(yàn)系統(tǒng)集成自動化的鐵礦石、煤炭取、制樣系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行檢驗(yàn)過程通過機(jī)構(gòu)正式驗(yàn)收，符合國標(biāo)，檢測結(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強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率和減少粉塵對人體的危害等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)由于進(jìn)廠物料性狀的不確定性，試樣在自動檢驗(yàn)過程中，容易產(chǎn)生粘料、堵料等情況而影響系統(tǒng)的自動運(yùn)行和增加工人勞動強(qiáng)度，也可能造成測定、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。