试论冶金企业金属矿石自动取制样技术

孙 炜

（江苏省南京钢铁股份有限公司科技质量部，江苏 南京 210035）

我国对金属矿石依存度达60%上，不合格金属矿石进入国内市场会影响国内冶炼厂利润，为工艺生产建设带来很大安全隐患。进口计费以金属矿石到港地检验结果为准，检验结果对贸易双方利益产生重大影响，矿石取制样分为机械化与人工取样，金属矿石机械化取制样系统更具有代表性，能有效消除人工取样误差。研究介绍金属矿石在线检测系统设计要求，分析国内外港口金属矿石自动检测系统应用现状，将国内外金属矿石自动检测系统分为传统皮带运输与机械手转运输，从工艺流程，系统特点等方面对自动在线检测系统进行介绍，从技术成熟性，准确性及操作维护等方面进行综合比较，对冶金企业金属矿石在线检测系统发展趋势进行探索。

1 金属矿石自动取样系统特点需求

随着国内金属矿石取制样系统建成投产，自动化取制样技术日趋成熟，系统特点呈现出向模块化，高度自动化方向发展，模块化组织结构使得系统功能更加全面化，取制样系统为实验室化验检测提供水分样，样品检测结果即时化，自动系统可实现在线快速检测[1]。

取制样工艺以定量取样为基础，系统中设备工作方式满足工作要求，个单机能力满足总制样时间要求，样品在系统中不能混样。洗运模式外其他模式时设备在无矿流通过处于待机状态。破碎机应设置校验出口，校验出口可在溜管系统中设置手动切换闸门。系统取样中不存在使样品受污染导致粒度碎化环节。封闭避免设备间产生大气流，防止水分损失。设计考虑物料通畅，避免粘附阻塞。

金属矿石自动检测系统要求偏差最小化，颗粒破损最小，份样质量满足要求，采样具有代表性。取样偏差最小化很重要，可通过更多份样改善精密度，偏差不能用重复测定降低。使可能产生偏差最小化，比改善紧密度更重要。取制样系统是否存在不可接受偏差，需通过偏差校验进行验证。有些偏差源通过正确取样设计消除，包括样品混杂采取，有些偏差源不能完全消除，包括粉尘损失与颗粒破损。用作力度测定样品颗粒破损最小有利于降低粒度测定偏差。无论颗粒大小，形状，必须使所有部位矿石有同等机会采取。

2 金属矿石自动在线检测系统现状

2.1 传统在线检测系统

目前使用广泛的是通过皮带机输送矿物试样，分层实现物料收集，破碎等。采样定量周期系统取样，流量信号达到取制样设定值，全横幅截取从码头运输皮带及头部落下矿石流，输送皮带机输送金属矿石流将矿石流落入返矿皮带，摆动溜槽转向料斗称一端，料斗称量质量达到程序设定取样总量，输送皮带停止运转。通过输送皮带机输送至厂房控制系统、出采机下端输送皮带将预料返回码头主输送皮带，块矿根据程序设定时间，输送皮带启动输送至料斗称采取粒度样品。剩余金属矿石通过返矿皮带输送至主输送皮带。粒度筛分单元针对块矿，满足不同矿种粒级测定要求，筛分中各粒级试样存放在缓存料斗中，缓存料斗依次打开，数据自动保存在终端机。系统进行块矿取制样，根据终端机选定矿石种类，自动选择需要测定项目，经过输送皮带到达辅助筛，20mm以下粒度金属矿石颗粒落到提升斗，破碎至20mm以下进入破碎机二次破碎，破碎至10mm以下落入提升机，将试样输送到后输送皮带。

输送皮带经过一次缩分机，部分通过排矿皮带排出，部分试样进入水分测定单元。部分试样被缩分进入可逆输送皮带A，人口制样试样通过摆动溜槽下落缓存斗，被输送到收集槽人工收集。自动调制试样收集份样存放在可逆输送皮带A，皮带运输试样到混料机混合式样，输送皮带B进入二次缩分机。块矿缩分试样分为3部分，部分通过提升机进入试样调制单元，部分进入旋转收集器，剩余部分通过排矿皮带排出。粉矿试样部分通过提升机进入试样调制单元，部分通过排矿皮带排出。

2.2 机械手在线检测系统

机械手在线监测系统是将采样后试样采用机械手操作实现缩分，水分含量测定自动分析系统。采用等质量间隔法采取份样，流量信号达到取样制定设定值，由初采机启动，截取码头运输皮带机落下金属矿石流，落入输送皮带经称量皮带确认采样分量，份样质量与设定值差大于20%，试样进入返矿皮带，份样质量与设定值小于20%，试样进入儿采机。缩分后试样通过返矿皮带进入码头输送主皮带。正转试样进入机械手单元工位试样收集桶。

机械手抓取工位试样收集器下试样桶，将试样倒入缩分级得到粒度试样，机械手抓取试样桶倒入收集车中。试样为块矿时，机械手取存装试样收集桶，缩分后取15kg粒度试样，收集到30kg试样，机械手夹取粒度试样桶倒入振动筛筛分。机械手逐层夹取筛网称重。装试样筛网称重后，将试样倒入弃料提升斗。倒完试样空筛网称重，称重数据上传至上位机系统。交货批粒度测定后，上位机系统计算形成最终测定报告。

机械手抓取旋转缩分级水分试样罐，倒入破碎机破碎，收集在下放样品桶中，抓取试样桶倒入旋转缩分机，取水分试样倒入经称量空盘中，抓取试样盘至振动装置，使试样铺平，称重后放入烘箱干燥。达到设定时间后烘箱打开，机械手夹取水分试样盘干燥后称重，将试样盘放入烘箱干燥1h二次称重。至试样2次称量质量差小于初始质量0.05%。交货批水分测定后，上位机系统计算形成水分含量测定报告。

水分测定后试验样由机械手抓取导入收集器中，另一试样导入缩分破碎记忆体积缩分破碎3mm以下，将150g样导入盘式研磨仪研磨，试样流成分试样缩分收集器中。收集后成分试样由机械手抓取放入试样发东站，成分分析单元机械手抓取试样送至熔融炉，采用高精度天平试样，氧化剂配料，溶液在室温下冷却固化采用压缩孔融过去冷区。自动称重确保清洗效果，将完整熔片送至X射线荧光分析仪分析成分，熔片试样传送至打靶机封装标识。

3 金属矿石自动检测系统功能设计

全自动金属矿石取制样系统基于物料参数设计。取样系统取样机制以定量取样为主，取样机制为定量取样，主系统质量脉冲信号消失转变为定时采样。主系统流量为1000t/h～6250t/h，系统基于定量取样原理设计，在主传送带运行下，采样器截取500kg初级样品，以定量取样为基准，通过变频器控制取样机横移截取速度，通过监测皮带秤信号对取样机无极调速。

截取粒度为50mm块矿时，取样机截取口径150mm，截取最大粒度小于50mm矿种，截取速度按Vc=0.3×（1+L/3d）修正，Vc为修正后截取速度m/s，d为金属矿石最大粒度mm，L为截取开口150mm。定时取样基制下，全机横移截取速度为矿种对应速度。根据ISO03082要求，需在取样前向操作系统输入矿样批量大小，主皮带秤出现故障下，取样系统按主皮带额定流量计算时间取样间隔运行。取样系统是基于定量原理设计，移动斗式初级采样机取到434kg初样，初级份样CV值低于15%，移动斗式初级采样机由变速控制器执行，运行速度根据主皮带流量1000t/h～6250t/h调控。

自动化粒度测定针对块矿，粉矿由人工测定，394kg块矿样品可筛分粉矿样品给入3台振动筛，振动筛允许分矿石3个粒级，物料筛分后，不同粒级物料贮存缓存斗。称量取值后第二粒级物料抛如称量斗，物料通过皮带机输送回主皮带。

40kg块矿样品输送至可逆皮带输送机，块矿输送至一级破碎机，采粉矿时物料不通过破碎机。破碎物料被输送到带样品口缩分器，缩分比可调节。物理样1:25，第一取样口取出1.6kg样品，第二取样口取出6.7kg输送至二级破碎机。6.7kg样品被WS40/20型对辊破碎机破碎，由电动样品出口转台式缩分器缩分样品，A出口缩分比为1:13，B出口缩分比为1:30，缩分出0.2kg样品贮存在样品收集器中，用于水分分析。收集器使用可逆转模式，第一最终样品收集到瓶一。

4 自动检测系统软硬件设计

控制系统设备包括PLC控制器，现场设备机旁操作箱，计算机，警报装置等。控制系统是具有中央自动控制能力的集成系统，提供系统运行所需联锁，运行程序。取样机与主皮带机联锁，皮带秤与系统PLC进行数据通讯，数据为取样机运行定量控制依据。主皮带机运行信号等信息为流程运行条件。取样中故障不能退出料流时向港区中控室发出信号。外部输入能量包括累计流浪，设备速度信号，堵塞信号等I/O变量，来自以太网总线信号，外部输出变量包括调速信号，报警提示等。PLC选用ABL61系列，逻辑控制软件采用RSLogix5000，输入输出点数统计，确定PLC模块配置。3块1756-PB75电源模块，1756-IF16模拟量输入模块，3块1756-CNB通讯模块，8块1756-OW16I数字量输出模块。

金属矿石取制样软件包括采样中数据与采样报告数据，数据库满足当地查询需要，软件结构及组成针对系统维护工程师使用对象，软件划分为PLC程序控制软件，数据管理软件。电控系统PLC程序采用梯形图语言编程，包括组织程序，部分自动流程，单纯化学取样7个流程。主程序根据流程功能需要调用CMD控制，锤式取样控制，收集器控制，偏差实验工艺控制程块。

5 结语

本文对金属矿石自动取样技术进行研究，首先对检测取样系统进行介绍，论述金属矿石自动检测系统设计，阐述自动检测系统硬件设计。冶金企业金属矿石自动检测技术：①实现了金属矿石远程控制自动取样；②配合视频监控系统实现了全流程无死角监督；③取样部分可与自动制样部分无缝连接；④杜绝不同品种间的成分污染。对提高我国冶金企业金属矿石生产与销售管理水平，提供可靠检验数据具有重要现实意义。