黃 堃

〔江西銅業(yè)集團(tuán)（貴溪）冶金化工工程有限公司，江西 貴溪 335424〕

1 引言

銅精礦屬于高價原料，是低品位的含銅原礦石經(jīng)過選礦工藝處理后達(dá)到一定質(zhì)量指標(biāo)的精礦。銅精礦是冶煉廠煉銅的主要原料，通過汽車或火車運(yùn)輸?shù)揭睙拸S后，需要相關(guān)部門對銅精礦進(jìn)行取樣、制樣、化驗等一系列作業(yè)流程得出銅的品位，并以此為依據(jù)結(jié)算價格[1］。

為了避免冶煉廠因品位化驗不準(zhǔn)確而產(chǎn)生不同程度的經(jīng)濟(jì)損失，也為保障供需雙方的合法利益，在各地產(chǎn)出的銅精礦品質(zhì)參差不齊的情況下，取樣作業(yè)的準(zhǔn)確性、公正性顯得尤為重要[2］。研究自動取樣技術(shù)，不僅能提高作業(yè)效率，規(guī)避作業(yè)風(fēng)險，還能實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)機(jī)制，做到原料檢驗的“公平、公正”。

2 銅精礦原料取樣方法

目前，冶煉廠普遍采用的是人工取樣釬[3］取樣（見圖1）、卸料至帶蓋樣桶的方式。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，每車需取夠相應(yīng)的份數(shù)。當(dāng)一批精礦用火車或汽車交貨時，在車廂內(nèi)均勻布點，扒去表層，用取樣釬從新露出的表面垂直插入底部，旋轉(zhuǎn)后取樣。在采樣過程中，需避免在表層或某一局部進(jìn)行采樣[4］。

圖 1 取樣釬

3 人工取樣與自動取樣技術(shù)

3.1 人工取樣

人工取樣作業(yè)方式主要是由操作工帶著取樣釬和卸料桶通過平臺跨越到車廂物料上，逐個選取點位后進(jìn)行取樣。然后，根據(jù)每批銅精礦需取樣的份數(shù)和取樣時間要求，安排相應(yīng)的作業(yè)人數(shù)。人工取樣作業(yè)方式除了存在人為作假風(fēng)險之外，還有以下弊端：

（1）作業(yè)的勞動強(qiáng)度大；

（2）作業(yè)時揚(yáng)塵較嚴(yán)重，危害工人健康；

（3）作業(yè)現(xiàn)場在車廂上，四周無防護(hù)措施，作業(yè)危險性較高；

（4）純粹靠人工作業(yè)，作業(yè)效率難以提升；

（5）人工選點，取樣代表性不夠。

3.2 自動取樣技術(shù)

研究銅精礦自動取樣技術(shù)的最終目的是通過自動取樣設(shè)備替代人工作業(yè)，從而提高取樣作業(yè)效率、減輕作業(yè)的勞動強(qiáng)度、降低揚(yáng)塵危害和作業(yè)危險、最大限度地規(guī)避人工作假的風(fēng)險。

4 自動取樣技術(shù)的研究過程

目前，自動取樣技術(shù)在煤炭行業(yè)中廣泛應(yīng)用。國內(nèi)很多廠家都有設(shè)計制造煤炭自動取樣設(shè)備的經(jīng)驗，且技術(shù)成熟[5］，但是在銅精礦取樣領(lǐng)域，尚未發(fā)現(xiàn)自動取樣的應(yīng)用實例。原因是銅精礦的價值遠(yuǎn)高于煤炭行業(yè)的原料，對于銅精礦，必須采用份樣數(shù)量多、單量少的取樣方式，才能更準(zhǔn)確地化驗出銅的品位，進(jìn)而確定銅精礦的價值[6］。煤炭行業(yè)的自動取樣設(shè)備取樣量遠(yuǎn)大于銅精礦的取樣量，而且對于不同批次物料，存在交叉污染問題。此外，不同的使用環(huán)境和取樣要求使銅精礦自動取樣技術(shù)需重新設(shè)計開發(fā)，而其研究設(shè)計的關(guān)鍵有以下幾點：

（1）自動取樣機(jī)構(gòu)能模擬人工取樣動作，對不同硬度和不同濕度的物料能從不同深度提取，并能自動卸料至料桶；（2）自動取樣機(jī)構(gòu)的取樣釬不易變形；

（3）隨機(jī)取點，最大限度地代表整車銅精礦的品質(zhì)；

（4）在安全位置點，自動取樣機(jī)構(gòu)能自動更換取樣釬（一車一換，避免交叉污染）；

（5）在設(shè)備插取頭部機(jī)構(gòu)處設(shè)置壓力傳感器，使樣釬插到位后自動停止，設(shè)備從第一點設(shè)置好后，工作時無需工作人員進(jìn)入工作區(qū)域，保障人員安全。

4.1 取樣機(jī)構(gòu)的研制

要實現(xiàn)以上幾點要求，最為關(guān)鍵和困難的是自動取樣機(jī)構(gòu)的研制。人的動作是靈活的，能直接感受到作業(yè)過程中的阻力、直接觀察卸料是否干凈等情況，即使最先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)也無法比人做得更好。因此，需要轉(zhuǎn)換思路，設(shè)計不一樣的樣釬，通過設(shè)備來實現(xiàn)自動取樣功能。為此，本文研制了四種取樣釬：螺紋圓鋼取樣釬、梯形螺紋管取樣釬、內(nèi)外套管式取樣釬和梯形螺紋套管式取樣釬，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 多種樣釬圖

通過多次帶料測試，幾種取樣釬在帶料、卸料方面都存在一些問題，無法通過設(shè)計的機(jī)構(gòu)實現(xiàn)自動取樣、卸料作業(yè)。此外，在多次試驗過程中，研發(fā)人員嘗試使用S型取樣釬，轉(zhuǎn)變?nèi)幼鳂I(yè)的形式，采用直上、直下旋轉(zhuǎn)取樣新模式，如圖3所示。反復(fù)測試后，成功實現(xiàn)了自動帶料。

圖3 新模式取樣示意圖

初步的S型取樣釬試驗成功后，我們研制了簡易的自動取樣機(jī)構(gòu)（見圖4），并將其安裝在作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行試驗，測試效果良好，數(shù)據(jù)見表1。

圖4 S型取樣釬帶料效果

表1 取樣測試結(jié)果

4.2 自動取樣的應(yīng)用

自動取樣技術(shù)研發(fā)測試成功后，將這項技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)場對運(yùn)礦汽車取礦樣。結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，選用機(jī)器人作為取樣驅(qū)動機(jī)構(gòu)，并確定自動取樣機(jī)整機(jī)作業(yè)流程：汽車到達(dá)限位桿→自動識別車牌→汽車進(jìn)入取樣工位→視覺識別取樣車廂尺寸及高度→程序隨機(jī)布點→機(jī)器人接受位置信號開始取樣→機(jī)器人自動卸料、換樣釬→取樣作業(yè)完成。

裝置應(yīng)用在江西某冶煉廠，整機(jī)全程自動作業(yè)，安全配置完善，現(xiàn)場無需專人值守，配置見圖5。

圖5 汽車礦自動取樣機(jī)

5 結(jié)語

研制的銅精礦汽車自動取樣機(jī)具備隨機(jī)布點、自動取樣、卸料、打包等功能，并成功應(yīng)用在某大型冶煉廠現(xiàn)場，大幅減少了現(xiàn)場取樣工序的作業(yè)人員，提高了作業(yè)效率。此外，將自動取樣的樣品化驗結(jié)果與人工取樣的結(jié)果進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)自動取樣的結(jié)果更具有代表性；并且該設(shè)備實現(xiàn)了智能化的拓展，符合智慧工廠的發(fā)展要求。銅精礦自動取樣技術(shù)的研究和成功應(yīng)用，填補(bǔ)了目前市場上該類設(shè)備的空白，是一次行業(yè)內(nèi)的技術(shù)創(chuàng)新，并且可以靈活運(yùn)用在火車、船舶等原料運(yùn)輸?shù)娜宇I(lǐng)域。