港口进口铁矿机械取制样系统间多功能优化组合研究_张彩丽.pdf

工程设备与材料 87工程技术研究 第 8 卷 总第 130 期 2023 年 1 月港口进口铁矿机械取制样系统间多功能优化组合研究*张彩丽1，陈 哲2，林 晏3，卜晓雪41.日照海关，山东 日照 2768262.黄岛海关，山东 青岛 2665553.日照检验认证有限公司，山东 日照 2768264.青岛西海岸文化旅游集团有限公司，山东 青岛 266555摘要：文章针对国内部分矿石码头拥有的两套机械取制样设备的系统进行研究，通过对两套不同工艺流程的取样设备系统进行优缺点比较，得出对其进行多功能优化组合的设想，并研究通过优化组合和技术改造，实现技术升级，以期提升系统在线快速检测水平，提高检验效率，降低运营成本。关键词：铁矿石；机械取制样；多功能优化组合Abstract:This paper studies two set of mechanical sampling and preparing device systems owned by some ore terminals in China.By comparing the advantages and disadvantages of two sets of sampling and preparing device systems with different technological processes,it comes to the idea of multi-function optimization combination,and studies the realization of technical upgrading through optimization combination and technical transformation,with a view to improving the online rapid detection level of the system,improving the detection efficiency and reducing the operating cost.Key Words:iron ore;mechanical sampling and preparing;multi-function optimization combinationResearch on Multi-function Optimization Combination of Mechanical Sampling and Preparing Systems for Port Imported Iron Ore*ZHANG Caili1,CHEN Zhe2,LIN Yan3,BU Xiaoxue41.Rizhao Customs,Rizhao 276826,Shandong,China2.Huangdao Customs,Qingdao 266555,Shandong,China3.Rizhao Certification and Inspection Co.,Ltd.,Rizhao 276826,Shandong,China 4.Qingdao West Coast Culture and Tourism Group Co.,Ltd.,Qingdao 266555,Shandong028.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.02.*基金项目：青岛海关科研项目“基于二维码技术的进口矿产品查验系统的开发与应用”（QK202034）作者简介：张彩丽，女，硕士，高级工程师，研究方向为大宗矿产品检验监管。目前国内有部分港口的泊位同时拥有传统机械化取制样系统与机械手取制样系统，上述系统均为一次建成后使用，对多套铁矿石机械化取制样系统进行多功能优化组合和技术升级，目前没有先例，也未见有多套机械化取制样系统流程相互转换的研究1-2。现有机械化取制样系统或者不能够同时实现水分在线测定和化学成分样在线制备，技术优化空间较大。因此，对多套铁矿石机械化取制样系统进行多功能优化组合实现技术升级，可以充分利用机械手单元的功能，并发挥两套系统流程的组合优势，使系统设计更加合理、高效、先进，具有可观的经济价值和现实意义。1 两种铁矿机械取制样系统对比1.1 传统机械化取制样系统常规工艺流程的机械化取制样系统技术成熟，性能稳定可靠，能够实现在线粒度分析和样品初步制备。样品在系统各设备之间的流动依靠自身重力，使得系统结构必须庞大；遇到水分较大的矿石，还易造成溜槽的堵塞。成分样品还需送手工制样间进一步制备，分类号：TH181工程设备与材料 882023 年 第 02 期 总第 130 期 工程技术研究检验周期较长。传统机械化取制样系统工艺流程图如图 1 所示。二次破碎机摆动溜槽摆动溜槽摆动溜槽一次缩分器一次破碎二采机一采机港口主皮带来样皮带弃样皮带斗提机皮带机粉矿粒度样品球团粒度样品化学样品水分样品缓存斗 A二次缩分器斗秤缓存斗 A缓存斗缓存斗缓存斗振动筛 1振动筛 2振动筛 3图 1 传统机械化取制样系统工艺流程图1.2 机械手取制样系统机械手取制样系统可根据取样实际需求利用模块化编程，对取制样流程进行设定。该系统性能（样品量 CV 值、水分损失率、破碎率、筛分率）、系统偏差、系统精密度全部符合 ISO 3082 相关标准。该系统用于港区矿石码头，对进口铁矿石在卸船过程中进行机械取制样，制备出所需的各种样品，实施在线水分测定，并对大多数矿种块矿、球团矿，以及在条件许可时对粉矿进行在线粒度分析。但是，由于机械手最初应用于铁矿石机械化取制样系统，仅仅是为了在线测定水分，对化学成分样的在线制备要求不高，甚至不能在线制备。机械手取制样系统工艺流程图如图 2 所示。2 两种铁矿机械取制样系统间多功能优化组合及改造2.1 设计思路当两套机械取样设备对应的两条作业线同时运行且输送的是不同矿种时，两套系统可独立运行。当两条作业线同时输送相同矿种时，需同时运行两套系统，并且检验结果需人工加权平均，费时费力且运行成本较高。当某一套系统故障而恰好只有对应的该条作业线运行时，则无法取到样品。为提高实际运营时的经济性、适用性和灵活性，对上述码头配备的两套机械取制样系统流程进行整合、优化和改造，使两套机械化取制样系统与港口的两条皮带机作业线可根据需要随意组合，既可合并取制样又可分别独立取制样，又能互为备份。为进一步提升传统机械取制样系统的在线快速检测水平，充分利用机械手的能力，对传统机械取样系统流程进行升级，将现有传统机械化取制样系统取得的样品送至机械手取制样系统的机械手单元，由机械手操作烘箱、天平、缩分机、研磨机组等外围设备，实现铁矿石水分、粒度在线测定和化学成分样的在线制备（将化学成分样品研磨到 100 目以下），使传统工艺也能实现在线检测和制样。2.2 优化改造内容2.2.1 初采机的改造对传统模式下的初采头进行相关改造，传统模式下的两条皮带机作业线上的两台初采机均为溜槽截取式，其港口皮带机头部溜槽上开有初采机的溜槽出口和运行通道，容易使物料撒落，而现场条件又不便于清理，非常容易引起停机事故，影响正常采样流程3。因此，对此进行优化改造，调整溜槽截取式为接斗式，截取接斗完全设置在港口皮带机溜槽内部，可有效避免物料不间断抛撒的现象，在空间布置上更有效于日常维护和检修。2.2.2 系统间模式的切换（1）只有一条皮带机作业线作业时，只需一套取制样系统工作，在此可选择将份样送入任一取制样系统。（2）两条皮带机作业线同时工作并且输送的是不同矿种时，在此可按预设指令将两种不同份样分别送入两个系统。（3）两条皮带机作业线同时工作并且输图 2 机械手取制样系统工艺流程图二次破碎机副样储存斗 A副样储存斗 B一次破碎机一次缩分机二次缩分机筛网储存架称量天平振动筛研磨机斗提机机械手皮带机皮带机摆动溜槽二采机一采机来样皮带弃样皮带港口主皮带烘箱工程设备与材料 89工程技术研究 第 8 卷 总第 130 期 2023 年 1 月送的是同一矿种时，两部分份样在此合二为一并可选择进入任一取制样系统。2.2.3 电气控制部分将 PLC 的部分远程 I/O 模块放在密封性良好的现场操作箱内，操作箱就在设备旁边，设备的限位开关等信号直接接入现场操作箱的 I/O 模块，不需要再将限位开关的信号线引入控制室，接线更简洁。维护人员在现场操作箱的 I/O 模块上就可以看到设备的接近开关、限位开关、电磁阀等的信号状态，便于查找故障原因。PLC 的通信传输介质仅需一根同轴。通过智能通信卡，将变频器接入 PLC 的 ControlNet 通信网络，不需要再采用继电器的方式控制变频器的起停、正反转等操作。每次取样结束之前，粒度、水分测定数据自动存储在 PLC 内存，PLC 或工控机发生掉电时，粒度、水分数据不丢失，系统性能更稳定。机器人单元处有连接至 PLC 的以太网交换机，方便在现场通过编程器对 PLC 进行监控，查找故障源。2.3 优化改造重点解决的问题（1）解决多项传统工艺在线测定的瓶颈与不足。对于传统工艺的在线粒度测定工艺，此课题解决了黏性矿与水分含量较大矿种的在线测定问题。通过改变筛分系统结构，优化筛分工艺流程，解决了水分含量大、黏性矿等难筛分矿种的筛分难题，这是传统工艺无法实现的大难题。传统机械化取制样系统结合机械手取制样系统后，从节能减排与环保的角度来考虑，相对传统取制样项目，整体钢结构楼由 30 m 优化为 10 m，节省了空间，减少了其他传统机械设备的使用，从而避免了因落差较大和物料周转而导致的扬尘。二采机设置在传统机械取制样系统制样楼内，通过安装在送样皮带机上的料流探测装置，测出料流的通过时间用于计算二采机的截取间隔及发出信号启动二采机。二次取样取出的样品量既要满足标准规定的最低要求，又要避免取出量过多给后续的制样设备增大负担。水分测试设计采用在线自动测定，准确及时，机械手完成水分测定过程中的取样称量、向烘箱内放取样品、样品倾倒、样品盘清扫等操作任务。（2）实现人工取样样品与机械自动化有机结合。对于任何一个港口，考虑设备投资、空间占用及可操作性等原因，无法实现机械化取制样系统对作业的全覆盖，需要部分样品进行人工取样，这也就需要人工制样这项费事、费力又缺乏代表性的工作。经过研究，开发机械手机械化取制样系统的定点投样系统，可有效解决上述难题。为此，在该系统中增加了手工样品投放点，实现了手工样品的在线检测及在线样品制备，提高了样品检测结果的可信性及权威性4-5。（3）解决了小批量短间隔样品及时性处理问题。在实际工作中，由于港口作业工艺的要求，经常会遇到小批量矿种的作业及减载作业的情况，这就增加了取制样工作的难度。在满足 ISO 3082 标准的前提下，实现取制样工艺流程，增加了来样多样品缓冲系统，目的是当样品采样间隔小于系统工艺处理时间时，使系统通过缓冲系统既满足港口作业要求，又满足 ISO 3082 标准要求，从而实现工艺流程的连续作业。（4）对原有初采机进行有效改造，防止样品采样过程中出现污染。在以往的样品清洗工艺中，大多采用使用样品进行清洗，缺点是关键设备样品清洗不彻底，易造成样品交叉污染。为此，使用了高效高压空气清洗系统，充分发挥了该系统清洗速度快、清洗效率高、清洗彻底等优势，最大限度地避免了样品的污染。原有系统采用溜管采样系统，当采样机进行采样时，须打开防落料闸板，采样机取样结束后关闭。这就存在样品迸溅、掉落等问题，并且存在污染环境、增加人工工作强度等缺点。此次改造使用了箕斗式采样系统，结构简单、操作方便，并且解决了上述问题。除此之外，方案在原制样楼内增设废料清扫通道，在每层均设置弃料口，通道底端设置废料桶，在废料入桶处采取防止粉尘扩散措施。3 结束语此课题是基于 ISO 3082 相关标准对机械化取制样系统进行研究，通过对传统矿石机械化取制样系统和机械手取制样系统进行多功能优化组合实现整体的技术升级。此次优化在提升系统在线快速检测水平的同时，整合了系统流程，提高了检验效