鞍鋼燒結成品自動取樣化檢驗系統應用實踐

于明珠，夏鐵玉，曹炳發，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、三燒成品自動取樣化檢驗系統包含二燒和三燒作業區的燒結礦全自動采制樣系統和全自動樣品風送系統，鐵化化驗室全自動檢驗分析系統。該套自動取樣化檢驗設備由上海寶鋼工業技術服務有限公司與上海冬暄赫爾斯測控技術有限公司聯合開發，在傳統取樣分析設備基礎上，利用風力送樣、機械手操作、一體化化檢驗，實現了全程智能化作業，是國內燒結取樣制樣自動化檢驗唯一成功實施案例。本文對此系統的工作流程、系統特點及鞍鋼二燒的應用效果進行了介紹。

1 工藝簡介

燒結成品自動取樣化檢驗系統能夠實現燒結礦化檢驗過程采樣、制樣、送樣、分析和數據上傳的全流程自動控制，具有在線提供燒結成品礦粒度分級、自動配鼓并自動計算轉鼓指數、低溫還原樣制備、化學樣制備、自動樣品風送至800 m以外煉鐵實驗室、自動制成X熒光分析所需的樣品、自動分析燒結礦各種化學成分并上傳至上級管理部門的功能。該設備現代化水平顯著提升，縮短了燒結礦分析時間，能及時為管理部門提供相關數據，為調整配礦提供有效數據支撐，有助于提高燒結礦指標的穩定性。

2 燒結成品自動取樣化檢驗系統

2.1 燒結成品自動取制樣系統

燒結成品自動取樣系統工作流程為采樣→配樣→破碎→縮分→篩分→微粉碎→轉鼓→篩分→全自動風送系統→全自動檢驗分析系統。鞍鋼二燒作業區全自動取制樣系統流程如圖1所示。

2.1.1 采樣方式

每臺燒結機每2 h取一次樣，所采集的樣品進入系統進行后續制樣及相關試驗。

2.1.2 一次采樣

2臺一次采樣機分別布置在燒結篩分樓后出廠皮帶機的落料口處，從帶式輸送機的頭部滾筒落料處取得樣品，根據顆粒大小將樣品分為大于12 mm和小于12 mm兩部分，按照質量比例配置成分樣和粒度樣，將試樣通過送樣皮帶機和提升裝置送到制樣樓內。根據皮帶稱上稱量信號自動跟蹤，采用變頻無級調速方式調整采樣機旋轉截取速度，確保每次截取的質量相同。

2.1.3 成分試樣調制單元

樣品通過皮帶輸送機進入試驗樓內，以均勻的速度經過單斗提升機、皮帶給料機、送樣皮帶給料機后到達破碎機破碎到13 mm以下，然后通過可逆皮帶輸送機（變頻調速）正轉進入直線縮分機縮分，進入破碎機破碎到6.3 mm以下后，再進入可逆皮帶輸送機（變頻調速）按所設速度均勻送入立式旋轉縮分機進行縮分，縮分后其中1.2 kg樣品通過微型電磁振動給料器進入微粉碎機粉碎至0.15 mm以下，另一部分樣品返回主系統皮帶機。

2.1.4 粒度篩分單元

篩分粒級分別為40、25、16、10、5、-5 mm。樣品通過皮帶輸送機進入試驗樓內，以均勻的速度經過單斗提升機、皮帶給料機、調速皮帶給料機進入振幅和頻率可調的直線振篩機，并保證樣品經過篩分后粒級無損傷，按規定程序進行粒度篩分考核。經過篩分后，根據樣品各自重量自動計算出各粒級的百分含量，并根據百分含量計算出樣品的平均粒度（MS）。

2.1.5 轉鼓指數測定單元

篩分后將10～16 mm、16～25 mm、25～40 mm粒級的樣品通過減量稱按比例配成（15±0.15）kg的樣品，經皮帶給料機進入全自動轉鼓，進行轉鼓指數試驗，并防止試樣損失和污染環境。轉鼓試驗完成后需靜鼓2 min，并將試樣全部送入鼓下機械篩，將試樣篩分成≥6.3 mm和＜6.3 mm兩個部分。然后依次進入料斗稱出重量，系統據此計算出試樣的轉鼓指數。

2.1.6 物理冶金性能試樣收集單元

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

2.1.7 還原試驗樣品的后續處理

試驗室得到2個10～12.5 mm粒級的約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計成可選模式。

2.2 全自動樣品風送系統和全自動化檢驗分析系統

（1）機械手將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，試樣盒自動閉蓋，通過發送站發送至分析試驗室的接收站，試驗室接收站接收到試樣盒后，樣盒蓋自動打開。

（2）化驗室機械手拿出樣盒，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，盒蓋自動蓋上，樣盒自動返回發送站，自動開蓋，對樣盒進行清洗后，放回等待位。

（3）試樣杯由機械手送入自動縮分機，一部分約50 g自動備樣保存，一部分50 g進入全自動制樣裝置，樣品通過定量、自動加入粘結劑、細磨、壓塊（試樣杯由機械手返回到等待位上），加工后的樣品由機械手自動送入出料皮帶。

（4）人工在出料皮帶的出料口拿出樣品，進行熒光分析，分析結果上傳至上位機。

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

3 系統特點

燒結成品自動取樣化檢驗系統采用集中一體化鋼結構取制樣樓，燒結機每2 h自動取制樣一次，所有試樣接收、不同工序間的搬運、試樣輸出等動作均由中央機器人完成，具有渣樣初碎、吸鐵、定量、研磨、壓片、清掃六大功能，并實現視頻監控、試樣遠程氣力輸送、全自動化檢驗分析，全程無需人工干預。

（1）采用德國赫爾佐格的氣力管道輸送和接收系統實現遠程輸送。樣盒的遠程氣力輸送系統見圖2。

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

（2）應用一體化的德國赫爾佐格化檢驗設備和ABB的機械手，實現全自動化檢驗分析，全程無人操作。

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

4 運行效果

鞍鋼二、三燒作業區成品自動取樣化檢驗系統自應用以來運行狀況良好，實現了二燒、三燒作業區全自動取樣，全自動冷態性能物理檢驗，全自動化學分析試樣的制樣，全自動樣品風動送樣，全自動粉末壓片的制備。全過程實現了無人值守的全自動控制完成，既解決了燒結礦取樣偏析和試樣代表性不強的問題，又解決了人工試樣制備標準化操作程度低、人為因素干擾等問題。對2018年1～12月（該項目運行前）和2019年1～10月二燒作業區燒結礦檢驗數據進行統計，具體數據見表1。

表1 二燒作業區燒結礦檢驗數據Table 1 Test Data of Sintered Ore at No.2 Sintering Area%

由表1可以看出，燒結礦的各項檢驗數據指標均得到提高，該系統投入使用后得到的樣品更具有代表性，冷態性能檢驗和化學成分檢驗數據能夠真實準確地反映實物質量，為燒結和高爐的生產操作提供了及時、準確、有效的指導，通過精準的調整，燒結礦的品質得到不斷提高。

5 結語

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠二、三燒作業區燒結成品自動取樣化檢驗系統包括全自動采制樣系統、全自動風送系統和全自動檢驗分析系統，將傳統取樣分析設備與風力送樣、機械手操作和一體化化檢驗相結合，實現了全程智能化作業。應用該系統得到的樣品代表性強，冷態性能檢驗和化學成分檢驗數據更加真實、準確，解決了燒結礦取樣偏析、試樣代表性不強及人工試樣制備標準化操作程度低、人為因素干擾等問題，為燒結和高爐生產操作提供了及時、準確、有效的指導。目前，設備運行較穩定，是煉鐵廠實現先進制造的有益探索。