梅鋼筒倉煤和焦炭取制樣檢測系統(tǒng)在線應(yīng)用

何志明

(上海梅山鋼鐵股份有限公司,江蘇 南京 210039)

為了減少外購入廠的煤和焦炭在堆放和轉(zhuǎn)運過程中粉塵對環(huán)境的影響,梅鋼于2019年建成26個筒倉,分別用于存貯煤和焦炭。火車運輸來的煤和焦炭經(jīng)過翻車機翻轉(zhuǎn)入皮帶機,然后通過多級皮帶傳輸機轉(zhuǎn)運至筒倉。為了嚴把入廠煤和焦炭的質(zhì)量關(guān),在離地面25 m高的轉(zhuǎn)運站,從上到下布置共5層,同步建設(shè)了筒倉煤和焦炭在線取制樣檢測系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)布置流程及其特點

1.1 系統(tǒng)布置

此系統(tǒng)設(shè)備由山東濟南中意維爾科技有限公司設(shè)計制造和集成,采用梯級布置,見表1。此外在每層的機旁配置有操作控制屏,一樓還配置有計算機控制系統(tǒng),檢測中心中控室還配置有遠程控制系統(tǒng)。

表1 筒倉煤焦在線取制樣檢測設(shè)備分布

1.2 系統(tǒng)流程

系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 梅鋼筒倉煤和焦炭在線取制樣檢測流程圖

1.3 系統(tǒng)特點

(1)實現(xiàn)了煤的在線取樣、試樣傳輸、收集、分配、破碎、縮分、定量收集和封裝、標識和棄料返回生產(chǎn)主皮帶的連續(xù)作業(yè)。

(2)實現(xiàn)了焦炭的在線取樣,試樣傳輸、收集、分配,粒度檢測,機械強度檢測,熱反應(yīng)試樣收集,大于60 mm試樣收集、工業(yè)分析樣品制備(含破碎、縮分、定量收集和封裝、標識)和棄料返回生產(chǎn)主皮帶的連續(xù)作業(yè)。

(3)焦炭粒級組成測定按照GB/T 2005—1994,采用方孔篩;機械強度測定按GB/T 2006—2008,采用圓孔篩。

(4)實現(xiàn)了煤和焦炭共用頭部取樣機、皮帶傳感器、料流傳感器、接料皮帶機、試樣可逆皮帶機。

(5)極大提高了試樣代表性和作業(yè)效率,可機旁操作和遠程操作控制,實現(xiàn)了現(xiàn)場無人化。

(6)實現(xiàn)了由上一級系統(tǒng)直接下傳物料信息給取樣系統(tǒng),由取樣系統(tǒng)自動識別運行煤系統(tǒng)還是焦炭系統(tǒng),并將檢測數(shù)據(jù)上傳上一級系統(tǒng),完全實現(xiàn)了無人化操作。

(7)實現(xiàn)了火車每節(jié)車廂自動取樣及每次取樣量的實時記錄,并根據(jù)總的取樣量來確定縮分間隔或試樣分配。

2 功能設(shè)計

2.1 頭部取樣機

按照GB/T 19494.1—2004《煤炭機械化采樣 第1部分:采樣方法》、GB/T 1997—2008《焦炭試樣的采取和制備》標準要求進行設(shè)計、制造,滿足了分別從M102和M202頭部采取煤樣和焦炭樣的要求。系統(tǒng)與皮帶運行、料流量開關(guān)聯(lián)鎖,從帶式輸送機上的煤或焦炭料流中截取全斷面試樣。取樣時間間隔可調(diào),每次取樣量為煤40～60 kg,焦炭30～40 kg,取樣極具有代表性。該設(shè)備采用四連桿運行機構(gòu),機構(gòu)簡明,運行可靠,維修方便,滿足要求。

2.2 粒級分析

粒級篩分析采用維爾公司的專利產(chǎn)品五級圓筒篩,按GB/T 2005—1994《冶金焦炭的焦末含量及篩分組成的測定方法》的要求設(shè)計、制造,篩孔尺寸分別為:80 mm×80 mm、60 mm×60 mm、40 mm×40 mm、25 mm×25 mm,通過現(xiàn)場人工校對、調(diào)整,篩分效率達到98%以上,滿足要求,符合標準。

2.3 熱反應(yīng)樣收集

按GB/T 4000—2017《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強度試驗方法》的要求設(shè)計、制造。利用測定粒度后的焦炭,通過振動放料和電動三通翻板控制,收集大于40 mm焦炭進入圓盤收集裝置試樣桶中,每桶收集約20 kg,供熱反應(yīng)試驗用。

2.4 轉(zhuǎn)鼓強度測定

按GB/T 2006—2008《焦炭機械強度的測定方法》方法二設(shè)計、制造。鼓體內(nèi)徑1 000 mm、內(nèi)長1 000 mm、轉(zhuǎn)速25 r/min,可以180°自由傾動,入鼓試樣采用皮帶給料至鼓前斗秤中,質(zhì)量為50±0.5 kg。通過現(xiàn)場人工進行校對及振動器的現(xiàn)場調(diào)整,設(shè)備運行平穩(wěn)、可靠,定位準確,符合標準要求。對于濕焦,加裝了加熱鼓風機進行烘干,烘干時間可調(diào)節(jié)。

2.5 人工轉(zhuǎn)鼓樣收集

將試樣分配至二級滾筒篩進行篩分,按GB/T 2006—2008《焦炭機械強度的測定方法》方法二,將大于60 mm焦炭收集于轉(zhuǎn)鼓振動稱量儲料斗中,通過皮帶機、溜管、電動三通翻板控制,將試樣收集于人工轉(zhuǎn)鼓樣于樣桶中,質(zhì)量為55～60 kg。

2.6 試樣制備系統(tǒng)

按照GB/T 19494.2—2004《煤炭機械化采樣 第2部分:煤樣的制備》、GB/T 1997—2008《焦炭試樣的采取和制備》設(shè)計、制造。試樣經(jīng)錘式破碎機破碎(焦炭先經(jīng)預(yù)破碎機破碎再進入錘式破碎機破碎),試樣(煤小于6 mm、焦小于13 mm)通過縮分器(煤采用刮板縮分器,焦采用旋轉(zhuǎn)縮分器)進入試樣桶中,并用自動寫入試樣信息的芯片蓋通過推壓器自動密封試樣桶,煤每桶收集約6 kg,焦每桶收集約8 kg,供水分、揮發(fā)分、灰分、全硫等檢測用。試樣制備系統(tǒng)符合協(xié)議要求,運行可靠率達到98%以上,滿足要求。

2.7 棄料系統(tǒng)

焦粒級分析、機械強度測定、人工轉(zhuǎn)鼓樣收集及試樣制備后的棄料集中經(jīng)帶式輸送機送入棄料斗,然后經(jīng)斗式提升機提升至五樓轉(zhuǎn)入帶式輸送機,再轉(zhuǎn)入到四樓對應(yīng)的焦炭轉(zhuǎn)運帶式輸送主皮帶上。破碎縮分后多余的煤通過螺旋棄料機、棄料皮帶機返回二樓對應(yīng)的煤炭生產(chǎn)輸送主皮帶上。

2.8 應(yīng)急處置

系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計和布置考慮到了單體設(shè)備故障時,可方便地通過人工操作的方式,使工作流程能夠繼續(xù)進行并完成取樣、制樣和檢測;每層樓加裝了手動控制箱,均為菜單式觸摸操作,便于維護和檢修,滿足要求。

2.9 系統(tǒng)控制

PLC電氣控制、專用軟件控制系統(tǒng)運行基本穩(wěn)定,設(shè)計合理,各級所使用的秤控制準確、可靠,滿足技術(shù)設(shè)計要求。

3 試驗結(jié)果

3.1 運行參數(shù)

筒倉煤和焦炭取制樣檢測系統(tǒng)運行參數(shù)見表2。

表2 筒倉煤和焦炭取制樣檢測系統(tǒng)運行參數(shù)

3.2 取樣統(tǒng)計分析

每列火車一般由12節(jié)車廂組成,每節(jié)車廂采1次樣,并有質(zhì)量記錄,12次采樣統(tǒng)計分析見表3。每次采樣質(zhì)量因皮帶上物料厚度的不同有波動,物料厚度越厚,采樣量越多。

表3 煤和焦炭采樣質(zhì)量分析

3.3 配鼓精度

配鼓精度(協(xié)議規(guī)定50±0.5 kg大于95%;總試驗數(shù):125;標準偏差:0.22)見表4。大于60 mm焦炭,每粒質(zhì)量約為0.25 kg,因此在線檢測的配鼓質(zhì)量波動至少0.25 kg。

表4 配鼓精度統(tǒng)計分析

3.4 鼓后損失量

鼓后損失量(±1.0 kg大于95%,總檢測數(shù):125)見表5。由于外購焦炭是火車運輸,遇下雨天會比較潮濕,當烘干時間不夠時,可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)鼓后產(chǎn)生的粉塵粘壁,導(dǎo)致鼓損較大。另外由于產(chǎn)生的粉塵在鼓門打開時有溢出,也可能導(dǎo)致鼓損較大。

表5 鼓后損失量統(tǒng)計分析

3.5 焦炭工業(yè)分析結(jié)果對照

對同一批焦炭,采用自動系統(tǒng)取出的試樣與人工從皮帶上取出的試樣,分別制樣后進行工業(yè)分析,結(jié)果見表6。

表6 不同取樣方式的焦炭工業(yè)分析結(jié)果

3.6 焦炭機械強度比對結(jié)果

對同一批焦炭,采用自動系統(tǒng)配鼓測定的機械強度與收集的大于60 mm由人工配鼓測定的機械強度,結(jié)果見表7。

表7 人工配鼓與系統(tǒng)配鼓的焦炭機械強度比對結(jié)果

3.7 焦炭粒度

系統(tǒng)取出的焦炭經(jīng)試樣分配器分入五級滾筒篩,測定粒級組成見表8。

表8 焦炭粒級組成測定結(jié)果

3.8 生產(chǎn)實績

對2021年3月生產(chǎn)數(shù)據(jù)按不同供應(yīng)商進行統(tǒng)計分析,結(jié)果見表9。

表9 2021年3月生產(chǎn)實績統(tǒng)計分析

4 結(jié)論

(1)該系統(tǒng)的設(shè)計符合GB/T 2005—1994、GB/T2006—2008要求,實現(xiàn)了煤的在線取樣、工業(yè)分析制樣(縮分、破碎、縮分、封裝、標識)和余料返回,同時也實現(xiàn)了焦炭的取樣、粒度檢測、機械強度測定、熱反應(yīng)樣收集、大于60 mm焦樣收集、工業(yè)分析樣品制備及余料返回,全程為PLC程序和計算機專用軟件控制,遠程操作,現(xiàn)場無人值守。

(2)該系統(tǒng)配鼓精度較好,配鼓平均值為49.9 kg,標準偏差為0.2 kg。

(3)該系統(tǒng)為頭部全截面取樣,極大提高了取出試樣的代表性。與未建此系統(tǒng)前的人工操作相比,煤取樣量提高了近10倍,焦取樣量提高了4～6倍,檢測周期由3 h縮短為50 min,操作人員減少了3人。

(4)自2019年10月投入以來,系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠,采樣極具代表性,給外購入廠煤和焦炭的質(zhì)量驗收提供了快速、準確的取制樣檢測系統(tǒng)和方法,給煉焦和煉鐵生產(chǎn)工藝控制提供了技術(shù)支撐,極大方便了工藝控制。