李 江1, 2
( 11 中冶賽迪工程技術股份有限公司物流事業部, 重慶 401122; 21 重慶市鋼鐵冶金工程技術研究中心, 重慶 400013)
摘 要: 針對成品燒結礦質量檢驗中人工取、制樣及試驗的傳統模式存在代表性差、準確性和及時性低、效率不高等諸多缺點,開發了成品燒結礦自動檢驗系統。本文介紹了該系統的工作流程、主要設備配置及技術要求等。該系統在重鋼、酒鋼應用后, 效果良好, 可為今后同類系統建設提供參考。
關鍵詞: 燒結礦; 自動檢驗系統; 粒度篩分; 轉鼓強度
1 前 言
成品燒結礦質量及其穩定性對整個煉鐵系統的良好運行影響甚大。一些鋼鐵企業對成品燒結礦的取樣檢驗仍采用人工方式, 但人工取樣存在以下缺點: 1 隨著燒結設備的大型化, 成品輸送皮帶帶寬增大、帶速提高, 在皮帶運行狀況下, 人工取樣很難做到全斷面截取, 樣品代表性差, 若停機取樣又會影響正常生產; 人工取樣環境差, 勞動強度大, 安全隱患大, 影響人體健康[ 1]; 取樣點距離檢化驗室較遠, 取制樣周期較長(1 h), 檢驗結果嚴重滯后, 不能及時指導生產。
隨著鋼鐵企業的大型化、現代化, 生產過程的高速化、連續化、自動化, 以及燒結生產管理科學化和精細化程度的不斷提高, 對成品燒結礦質量檢驗的及時性、準確性、可靠性也提出了更高的要求, 采用自動取制樣檢驗替代人工取制樣檢驗勢在必行[2]。
2 成品燒結礦自動檢驗系統簡介
成品燒結礦自動檢驗系統主要負責燒結礦在線取樣、冶金性能和化學分析試樣制備、粒度測定和轉鼓強度測定等。
2、1 系統的工作流程
自動完成燒結礦的采樣、粒度分析、轉鼓指數測定、試樣制備和自動棄料等作業, 其工作流程見圖 1。整套系統和燒結礦供料皮帶連鎖運行。
2、1、1 采樣系統
根椐燒結礦檢驗分析的需要, 頭部取樣機定時定量從燒結礦主輸送皮帶機上采集燒結礦子樣, 每 30 min 取樣一次, 2 小時共取樣四次(總樣量為 120 ~ 160 kg) , 四次樣為一個批次[3]。試樣經初級皮帶給料機和電動分料器均勻送至對應的系統中, 其中一路進入粒度分析和強度分析系統; 另一路進入試樣制備(冶金性能和化學分析用)系統。
2、1、2 粒度分析系統
電動分料器分出一部分試樣( 為 2 小時一個批次樣的一部分)給粒度篩分裝置, 篩分出六個粒級(> 40 mm、40~ 25 mm、25~ 16 mm、16~ 10 mm、10~ 5 mm、< 5 mm)[ 4], 其中, 40~ 25mm、25~ 16 mm、16~ 10 mm 粒級的試樣分別進入配鼓減量秤進行自動稱量, 其余粒級的試樣分別進入料斗秤進行自動稱量。系統根據稱量結果, 自動計算出六個粒級的百分比和物料的平均粒徑。粒度分析完畢, > 40 mm、10~ 5mm、< 5 mm 三個粒級的試樣全部經可逆皮帶給料機送到棄料收集皮帶機上。
2、1、3 強度分析系統
將經配鼓減量秤自動稱量后的三個粒級的試樣經配鼓皮帶給料機(轉速可調, 運轉方向可控制), 按照國家標準進行自動配鼓, 即: 將 40~25 mm、25~ 16 mm、16~ 10 mm 三個粒級的燒結礦按照各自的比例(配鼓前篩分后得出的比例)配成 15 ? 0115 kg 轉鼓試樣。然后, 通過配鼓皮帶給料機(正轉) 進入自動轉鼓試驗機, 按國家標準在轉速(25? 1) r/ min 下工作200 轉后停止[5]; 將 15 kg 試樣全部送入鼓后自動機械搖篩中, 篩分出 \ 613 mm、< 613 mm 兩個粒級,再分別送入料斗秤自動稱量; 系統根據稱量結果自動計算轉鼓強度指數(+ 613 mm 的比例)。\ 613 mm 的試樣稱量完畢后進入棄料收集皮帶, 經棄料提升機和棄料返回皮帶返回主輸送皮帶; < 613 mm 的試樣則進入收集罐, 由人工送化驗室做抗磨指數測定。
配鼓后的其余余料通過配鼓皮帶給料機( 反轉) 送至棄料收集皮帶機上, 經棄料提升機與棄料返回皮帶返回主輸送皮帶。
2、1、4 試樣制備( 冶金性能和化學分析用) 系統
電動分料器分出另一部分子樣給試樣制備系統。試樣進入破碎機破碎到 13 mm 以下, 再經旋轉式縮分器縮分為兩部分。一部分通過溜管進入三級篩, 篩分出三個粒級的試樣( > 1215mm、1215~ 10 mm、< 10 mm) , 其中 1215~ 10mm 粒級試樣經縮分處理, 分出 3 kg 左右的試樣作為冶金性能試驗樣品[ 5]; 另一部分通過溜管進入下一級破碎機破碎到 3 mm 以下, 再經縮分處理, 分出不少于 10 kg 的試樣作為化學分析樣品; 其余部分作為棄料進入棄料收集皮帶。
2、1、5 棄料返回系統
在完成粒度測定、強度測定及試樣制備后,所有棄料經棄料收集皮帶機、斗式提升機、棄料返回皮帶機返回到燒結礦主皮帶輸送機上。
2、1、 應急通道
系統設有試樣應急出口, 在做人工對比試驗或系統出現故障時, 可啟用應急通道, 將試樣導入人工取樣溜管, 由人工測定粒度、強度及制備試樣。這樣, 既不影響正常生產, 還能避免料流積壓。
2、2 系統構成及主要設備配置
成品燒結礦自動檢驗系統由采樣單元、給料單元、粒度測定單元、強度測定單元、試樣調制單元、棄料單元、系統控制單元、設備臺架和除塵系統等組成。主要設備及其技術要求簡述如下:
2、2、1 采樣單元
主體設備為頭部取樣機, 它布置在成品燒結礦輸送主皮帶的頭部, 用于采樣。取樣機由制動電機、減速器、采樣頭、行程開關和帶防護罩的鋼結構支架構成, 通過 PLC 控制, 按預編采樣周期(可調整) 進行采樣。采樣頭位于主皮帶機頭部滾筒下部, 要求不與皮帶接觸, 同時保證采到完整的斷面試樣。
2、2、2 給料單元
該單元包括初級皮帶給料機、配鼓皮帶給料機、電動分料器等。
初級皮帶給料機和配鼓皮帶給料機: 均為密封式皮帶輸送機(入鼓皮帶給料機需可逆),皮帶寬 650 mm, 輸送能力 115 ~ 25 t/ h, 輸送速度 0105~ 0125 m/ s。要求在各種條件下起動或制動均不打滑、不跑偏、不粘料、不撒料。電動分料器: 為電動三通管分料器, 用其控制料流分配, 使試樣進入不同的單元。技術要求是保證三通管在切換過程中不卡料。
2、2、3 粒度測定單元
主體設備為粒度篩分裝置(六級篩、或四級篩與三級篩、或 5 個單層兩級篩) 、減量秤、料斗秤等。
粒度篩分裝置: 六級篩為六級振篩機或六級圓筒篩, 篩孔尺寸分別為 40 mm、25 mm、16mm、10 mm、5 mm; 四級篩為四級振篩機或四級圓筒篩, 篩孔尺寸分別為 40 mm、25 mm、16mm; 三級篩為三級振篩機或三級圓筒篩, 篩孔尺寸分別為 10 mm、5 mm; 5 個單層兩級篩為單層直線振動篩, 篩孔尺寸分別要求為 1#直線振動篩(篩孔 16 mm)、2#直線振動篩( 篩孔 25mm) 、3#直線振動篩(篩孔 10 mm) 、4#直線振動篩 ( 篩 孔 40 mm) 、5#直線 振動 篩 ( 篩 孔5mm) 。以上各級篩均采用試驗篩, 滿足 ISO 有關試驗篩制造、檢驗和試驗等要求, 篩分效率 \90% 。篩板材質: 耐磨鋼或高錳合金鋼或不銹鋼或不粘聚氨酯材質。
減量秤: 為高精度的微動態電子秤, 由支承框體、斗體、稱重傳感器、稱重儀表、電磁振動給料器等組成。稱重量程為 0~ 50 kg, 稱量精度為 1j 。配置 3 臺, 分別稱量 40~ 25 mm、25~16 mm、16~ 10 mm 三個粒級的重量。
料斗秤: 為高精度靜態電子秤, 由支承框體、料斗體、稱重傳感器、儀表等組成。稱重量程為 0~ 50 kg, 稱量精度為 1j 。配置 3 臺, 分別稱量> 40 mm、10~ 5 mm、< 5 mm 三個粒級的重量。
2、2、4 強度測定單元
主體設備為自動轉鼓試驗機、自動機械搖篩、料斗秤等。
自動轉鼓試驗機: 滿足 ISO 標準自動轉鼓,符合5YB/ T 5166- 1993 燒結礦和球團礦轉鼓強度的測定方法6標準要求, 接料、運轉、卸料自動完成; 轉速為(25 ? 1) r/ min; 需設密封式鼓門,轉鼓試驗過程中鼓門處于密封狀態, 以減少粉塵泄露和環境污染。
自動機械搖篩: 安放在轉鼓之下, 用于轉鼓試驗后樣品的粒度分級篩分, 左右搖擺 45b, 篩分的同時卸料。
料斗秤: 配置 2 臺, 分別稱量 \ 613 mm 和< 613 mm 粒級的重量; 其它要求同粒度測定單元。
2、2、5 試樣調制單元
主體設備為一次破碎機、二次破碎機、縮分器、三級振動篩、樣品收集罐等。
一次破碎機與二次破碎機: 一次破碎機為顎式破碎機, 進料口尺寸為 150 mm@250 mm,進料粒度 [ 150 mm, 出料粒度 [ 13 mm; 二次破碎機為對輥破碎機, 進料口尺寸為 200 mm @120 mm, 進料粒度 [ 13 mm, 出料粒度: [ 3mm。要求破碎機全體密封且密封良好, 防止細礦粉和水分散失, 破碎效率\ 95% 。
縮分器: 采用旋轉接斗式, 主要由罩殼、采樣斗、電機、支架等組成。縮分比可調, 縮分精度滿足 ISO3082要求。在采樣斗鋼管上需安裝清掃器, 及時清掃機內積塵及物料。
三級振動篩: 采用試驗篩, 并滿足 ISO 有關試驗篩制造、檢驗和試驗等要求。篩孔尺寸分別為 1215 mm、10 mm, 篩分效率 \ 90%。篩板材質可采用耐磨鋼或高錳合金鋼或不銹鋼或不粘聚氨酯。
樣品收集罐: 用于物理和化學樣的收集, 選用不銹鋼材質。
2、2、6 棄料單元
主體設備有棄料收集皮帶機、棄料返回皮帶機和棄料提升機。
棄料收集皮帶機與棄料返回皮帶機: 帶寬500 mm, 滾筒寬度不小于輸送帶寬度加 100mm。在各種條件下起動或制動均不出現打滑、撒料。需設置頭部和空段清掃器, 以避免濕細物料粘皮帶。皮帶機為全密封設計, 防護罩自身需具有足夠的強度和剛度, 便于安裝和拆卸,能防風雨和粉塵泄露。需設置跑偏開關和拉繩開關, 有效防止皮帶跑偏, 在意外情況下能緊急制動。
棄料提升機: 采用箕斗鋼纜牽引式, 主要由卷揚升降機構、提升斗、機架、頭罩、限位裝置等構成。要求提升速度為 22 m/ min, 提斗容量為1 000 kg, 確保無粘掛物料現象, 以滿足系統要求。
2、2、7 系統控制單元( 見自動控制系統)
2、2、8 設備臺架
設備臺架包括溜管、設備支架、平臺 ( 多層)、扶梯等。
要求溜管的傾斜角> 60b; 溜管內壁應處理光滑, 物料沖刷處均加耐磨襯板; 關鍵溜管上設檢修孔( 檢修或堵料時打開捅料) ; 角度較大的溜管均加振動器; 溜管材質為不銹鋼。
2、2、9 除塵系統
包括設備除塵罩及管道等。各揚塵點( 主要為采樣頭、篩分裝置和轉鼓機) 的含塵氣體通過除塵罩或集風管, 由各自的分支除塵管道集合至主除塵風管, 接至各自的除塵器。凈化后的煙氣通過風機、煙囪排至大氣。煙囪出口氣體含塵濃度應符合國家現行排放標準之規定。
3 自動控制系統簡介
成品燒結礦自動檢驗系統采取上位工控機和 PLC組成的兩級計算機控制系統, 對燒結礦粒度測定、強度測定及試樣制備等過程進行自動控制、監視、管理和報警。各項檢測數據自動生成、打印, 并可網上傳輸, 數據具有代表性、準確、及時。
主要設備包括: 電源控制柜、動力柜、儀表柜、PLC 控制柜、操作臺、現場控制箱、工控機、打印機、監控系統等。
自動控制系統的功能及特點如下:
( 1) 從取樣機啟動開始, 整套系統工作過程均由計算機自動控制, 能夠實現各項參數設定,各種數據自動采集整理, 報表自動生成打印, 數據儲存, 網絡傳輸等功能。
( 2) 設備的運轉和控制方法, 根據其運轉特點分為控制室流程畫面全自動控制和手動控制兩種方式。
控制室流程畫面全自動控制: 適用于各設備連續運轉的情況, 系統運行全部依靠計算機控制, 運行可靠性高, 操作簡單, 數據采集更加準確、真實, 具有較好的代表性。
手動控制: 又可分為控制室流程畫面手動控制和機旁手動控制兩種, 前者適用于根據燒結礦物料的實際情況有重點的采制樣, 可實現對單體設備的控制, 單體設備出現故障時, 可以隨時停止運行; 后者適用于計算機控制系統或單體設備出現故障時, 通過機旁人工手動操作確保系統繼續工作并獲得測定結果。
( 3) 系統具有自我檢測和自動聲光報警功能。當設備發生故障時, 系統會及時發出聲光報警信息, 并自動彈出當前故障的故障源和可能的故障原因, 通過故障點閃爍來提示檢驗人員。
( 4) 系統具有工業監視功能。在取樣機、轉鼓機、破碎機、減量秤上部最佳位置均安裝了攝像頭, 在控制室可實時監視各主要設備的工作狀態, 直觀動態反映采制樣全過程。監控系統主要由攝像頭、控制器、視頻切換器、彩色監視器、圖像采集卡、專用電源、防護罩、鋼結構支架等組成。
4 應用情況
目前, 本檢測系統已在重慶鋼鐵公司、酒泉鋼鐵公司等大型企業應用, 據各鋼鐵公司的反饋信息, 該系統自投運以來, 運行可靠, 性能穩定, 使用情況良好。具體如下:
( 1) 燒結礦粒度分析、轉鼓試驗和試樣制備所用試樣既為一個大樣, 又能均勻地分配到這兩個系統, 保證了試樣的代表性和準確性。
( 2) 系統可同時完成粒度分析、轉鼓試驗及試樣制備工作, 也可根據不同要求選擇單獨完成其中任何一項或幾項任務, 提高了檢驗速度。
( 3) 圓筒篩篩分不堵、不卡, 篩分效果好, 與人工篩分相符, 篩分效率達 95% 以上, 保證了配鼓準確、可靠, 所測指標能真實反映燒結工序的實際情況, 有利于指導生產。而且, 圓筒篩轉速慢, 篩板磨損很小, 后期維護費用很低。
( 4) 轉鼓設有密封式鼓門, 試驗過程中鼓門處于密封狀態, 減少了粉塵泄露和環境污染, 分析數據也更真實。
( 5) 取樣、物料輸送等過程都在皮帶機上進行, 系統內各設備連接部位確保密封, 與物料接觸的設備全封閉除塵, 避免了粉塵飛揚, 減少了污染, 改善了工作環境。
( 6) 檢驗人員在控制室內通過計算機進行操作, 降低了檢驗人員的工作強度, 有效消除了人工取制樣的弊端, 同時避免了粉塵、噪聲等對人體健康的危害。
參考文獻
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[ 5] YB/ T 5166- 1993, 燒結礦和球團礦- 轉鼓強度的測定方法[S]1