鄧聞波，林小群，唐上力，冷愛芬

（廣西鋼鐵集團有限公司，廣西 防城港 538000）

0 引言

隨著技術的進步，我國大宗貿(mào)易的鐵礦石和煤炭的取樣檢驗方式，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)方式的機械取樣檢驗、簡單的小機械手方式的水分和成分樣品研磨的檢驗系統(tǒng)，到目前較為先進的由機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，在減少勞動強度、提高效率的同時，使取樣更有代表性，也增強了制樣的可靠性、提高檢驗的精確度，為鐵礦石和煤炭品質檢驗結果提供了精確可靠的數(shù)據(jù)[1-3]。

廣西鋼鐵在進廠大宗原燃料質量檢驗管理方面，也面臨著如何提高進廠檢驗取樣、制樣、化驗三大環(huán)節(jié)的真實性，杜絕人為因素的干擾，保護企業(yè)、職工和供應商利益不受損害，如何提高工作效率、降低勞動強度，提高取樣代表性等問題。

為快速、準確、智能完成20萬噸、10萬噸碼頭船運鐵礦石、煤炭物料的取制樣檢驗工作，廣西鋼鐵計劃引進了4套大型皮帶頭部自動取制樣系統(tǒng)及匹配2礦2煤共四套智能化機器人制樣單元，用于對進口鐵礦石、煤炭在卸料過程中進行機械取制樣，該系統(tǒng)將采用扁平化設計理念，制樣單元集成了國外先進制樣設備和自動控制技術，具備智能化完成樣品水分、粒度等規(guī)定物理項目的檢測和成分試樣制備功能，檢測結果用于貿(mào)易結算及指導生產(chǎn)。

1 自動檢驗系統(tǒng)工藝

自動檢驗系統(tǒng)按照國家標準規(guī)定的抽樣方法，自動取出并按標準制備成具有代表性的樣品，進行水分、粒度物理指標的自動檢測和化驗分析試樣的研磨，為生產(chǎn)使用和貿(mào)易結算提供必要的技術數(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)工藝流程設計

自動檢驗系統(tǒng)將針對碼頭的4條皮帶來料建設4套大型皮帶頭部自動取制樣系統(tǒng)，并匹配2礦2煤共四套智能化機器人制樣單元。自動檢驗系統(tǒng)工藝流程見圖1。系統(tǒng)在距A1轉運站14 m遠的東面建設制樣樓，自動檢驗系統(tǒng)布置在制樣樓內，其控制方式為遠程控制、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械取樣，經(jīng)膠帶機輸送至制樣樓內，在制樣單元制備出所需的各種樣品并自動進行粒度和水分在線檢測，余料經(jīng)棄樣系統(tǒng)返回運輸主系統(tǒng)中。整個取制樣過程均由計算機控制操作，檢驗數(shù)據(jù)直接上傳至公司二級管理系統(tǒng)，不僅確保試驗數(shù)據(jù)的準確，而且減輕工人的勞動強度，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)運行描述

系統(tǒng)的采樣以定量采樣為主，定時采樣為輔，在主系統(tǒng)重量脈沖或信號消失時可轉變?yōu)槎〞r采樣。當主碼頭礦石流量在800 t/h～8250 t/h時采取，煤炭流量在800 t/h～6480 t/h時采取，對瞬時過高過低的物料流暫時停采，當流量恢復到上述范圍內，立即自動補樣。

每次取樣時，布置在A1轉運站內的移動斗截取型采樣機，從主系統(tǒng)帶式輸送機的頭部滾筒落料處取樣，取得的份樣經(jīng)過約5 m的輸送皮帶機給直線縮分機進行縮分取樣。帶式輸送機上設有份樣稱重裝置，可顯示物料的瞬時流量。斗式截取型采樣機橫移截取速度采用變頻無級調速方式，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流量，計算出平均流量，相應改變移動截取的速度，確保每次截取相同的質量。縮分后的樣品經(jīng)輸送皮帶機輸送至機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樣品進入機械手全自動制樣系統(tǒng)，由機械手夾取至定量縮分機，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，機械手夾取15 kg工分樣品倒入一級破碎機，將樣品破碎至＜13 mm；破碎后的樣品由機械手夾取，放入2#縮分機縮分，若來樣樣品＜13 mm，則由機械手直接夾取樣品放入2#縮分機縮分，縮分出1.5 kg工分樣和500 g水分樣，其余棄料，水分樣進烘箱進行水分檢測，結果出來后自動上傳。5個工分子樣經(jīng)2#縮分機縮分兩份2.5 kg的樣品干燥后經(jīng)2#破碎機破碎至3 mm以下后，分別經(jīng)2#縮分機縮分1.2 kg的樣品進行研磨，再經(jīng)3#縮分機留存2份400 g左右樣品自動裝瓶。5個粒度樣經(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個份樣經(jīng)二采縮分后約72 kg樣品進入機械手全自動制樣系統(tǒng)，由機械手夾取至定量縮分機，縮分至27 kg，其余棄料。6個份樣經(jīng)縮分的樣品共81 kg經(jīng)1#縮分機，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。水分樣進烘箱檢測水分后，收集3份試樣經(jīng)2#縮分機縮分至2份500 g成分樣進行研磨及自動裝瓶?？s分過程，不需要的樣品均做棄樣處理。

2 自動檢驗系統(tǒng)的性能鑒定及試驗

在進行性能試驗整體驗收前，自動檢驗系統(tǒng)已完成了空載試驗、重載試驗和試運行，系統(tǒng)運行平穩(wěn)。通過對總精密度、取樣偏差、質量變動系數(shù)等項目對設備進行鑒定。

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參數(shù)進行核驗。評定項目為總精密度和系統(tǒng)偏倚試驗。

2.1.1總精密度

（1）樣品采取

對移動煤流按照時間基進行取樣，采取雙倍子樣數(shù)雙樣法。將一個采樣單元中編號為奇數(shù)的子樣合成一個總樣，偶數(shù)子樣合成一個總樣，作為一對雙份樣，共采購11對雙份試樣。按照標準制成空氣干燥基分析煤樣，送實驗室化驗空氣干燥基水分、干燥基灰分。

（2）計算

經(jīng)計算11對樣品的灰分標準差S=0.199，則單個采樣單元精密度為P=2S=0.398%，整批灰分平

試驗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要求。

2.1.2 系統(tǒng)偏倚試驗

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)試驗過程中系統(tǒng)樣灰分平均值10.27%時，灰分最大允許偏倚確定為0.20%。經(jīng)對數(shù)據(jù)進行計算，參比樣。

（1）參比樣與系統(tǒng)樣B有顯著性差異檢驗

（2）參比樣與0有顯著性差異檢驗

證明被檢系統(tǒng)不存在小于B的偏倚，也不存在實質性偏倚。

2.2 礦石自動取制樣系統(tǒng)性能鑒定

對質量變動系數(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。

2.2.1 質量變動系數(shù)（CV值）

啟動采制樣系統(tǒng)設備，由初采采樣完成后，樣品通過給料皮帶機到達恒容縮分器后，稱量各容器的樣品重量，連續(xù)采取10份試樣，進行統(tǒng)計分析，結果表明初級采樣機份樣質量的質量變動系數(shù)CV為17.29%，小于20%。

啟動采制樣系統(tǒng)設備，由初采采樣完成后，樣品通過給料皮帶機傳送至制樣系統(tǒng)進行縮分，分別收集縮分后留樣進行稱重，連續(xù)采取10份試樣，進行統(tǒng)計分析，結果表明初級采樣機份樣質量的質量變動系數(shù)CV為15.24%，小于20%。

2.2.2 精密度試驗

實驗每一批次按等質量間隔200 t取樣，系統(tǒng)采取50個份樣，依序交替收集各份樣組成A、B兩個大樣，共做10個批次。每個試樣做雙樣試驗，共做8個試驗，測定鐵含量。根據(jù)實驗結果，計算取樣精密度、制樣精密度和測定精密度的估計值進行評價，計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，表明取樣、制樣和測定都在受控狀態(tài)。

2.2.3 偏差試驗

通過機械取樣與停帶取樣法進行鐵含量、水分及粒度分布的比對，經(jīng)統(tǒng)計分析，全鐵、水分和粒度的取樣系統(tǒng)偏差均在預設定的偏差范圍內，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)的質量變異系數(shù)、精密度和取樣偏差符合國家標準要求。

3 結語

自動檢驗系統(tǒng)集成自動化的鐵礦石、煤炭取、制樣系統(tǒng)，系統(tǒng)運行檢驗過程通過機構正式驗收，符合國標，檢測結果精度和準確度均比較高，可為原燃料貿(mào)易結算和生產(chǎn)使用提供強有力的保障。系統(tǒng)具有較高取樣的代表性、制樣的可靠性、檢驗的精確性，有效減輕工人的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率和減少粉塵對人體的危害等優(yōu)點，但同時由于進廠物料性狀的不確定性，試樣在自動檢驗過程中，容易產(chǎn)生粘料、堵料等情況而影響系統(tǒng)的自動運行和增加工人勞動強度，也可能造成測定、分析結果產(chǎn)生偏差的風險，需要提高工人的綜合素質，進行操作、巡檢和維護，確保系統(tǒng)處于正常有效的運作。