李 江1, 2
( 11 中冶赛迪工程技术股份有限公司物流事业部, 重庆 401122; 21 重庆市钢铁冶金工程技术研究中心, 重庆 400013)
摘 要: 针对成品烧结矿质量检验中人工取、制样及试验的传统模式存在代表性差、准确性和及时性低、效率不高等诸多缺点,开发了成品烧结矿自动检验系统。本文介绍了该系统的工作流程、主要设备配置及技术要求等。该系统在重钢、酒钢应用后, 效果良好, 可为今后同类系统建设提供参考。
关键词: 烧结矿; 自动检验系统; 粒度筛分; 转鼓强度
1 前 言
成品烧结矿质量及其稳定性对整个炼铁系统的良好运行影响甚大。一些钢铁企业对成品烧结矿的取样检验仍采用人工方式, 但人工取样存在以下缺点: 1 随着烧结设备的大型化, 成品输送皮带带宽增大、带速提高, 在皮带运行状况下, 人工取样很难做到全断面截取, 样品代表性差, 若停机取样又会影响正常生产; 人工取样环境差, 劳动强度大, 安全隐患大, 影响人体健康[ 1]; 取样点距离检化验室较远, 取制样周期较长(1 h), 检验结果严重滞后, 不能及时指导生产。
随着钢铁企业的大型化、现代化, 生产过程的高速化、连续化、自动化, 以及烧结生产管理科学化和精细化程度的不断提高, 对成品烧结矿质量检验的及时性、准确性、可靠性也提出了更高的要求, 采用自动取制样检验替代人工取制样检验势在必行[2]。
2 成品烧结矿自动检验系统简介
成品烧结矿自动检验系统主要负责烧结矿在线取样、冶金性能和化学分析试样制备、粒度测定和转鼓强度测定等。
2、1 系统的工作流程
自动完成烧结矿的采样、粒度分析、转鼓指数测定、试样制备和自动弃料等作业, 其工作流程见图 1。整套系统和烧结矿供料皮带连锁运行。
2、1、1 采样系统
根椐烧结矿检验分析的需要, 头部取样机定时定量从烧结矿主输送皮带机上采集烧结矿子样, 每 30 min 取样一次, 2 小时共取样四次(总样量为 120 ~ 160 kg) , 四次样为一个批次[3]。试样经初级皮带给料机和电动分料器均匀送至对应的系统中, 其中一路进入粒度分析和强度分析系统; 另一路进入试样制备(冶金性能和化学分析用)系统。
2、1、2 粒度分析系统
电动分料器分出一部分试样( 为 2 小时一个批次样的一部分)给粒度筛分装置, 筛分出六个粒级(> 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 粒级的试样分别进入配鼓减量秤进行自动称量, 其余粒级的试样分别进入料斗秤进行自动称量。系统根据称量结果, 自动计算出六个粒级的百分比和物料的平均粒径。粒度分析完毕, > 40 mm、10~ 5mm、< 5 mm 三个粒级的试样全部经可逆皮带给料机送到弃料收集皮带机上。
2、1、3 强度分析系统
将经配鼓减量秤自动称量后的三个粒级的试样经配鼓皮带给料机(转速可调, 运转方向可控制), 按照国家标准进行自动配鼓, 即: 将 40~25 mm、25~ 16 mm、16~ 10 mm 三个粒级的烧结矿按照各自的比例(配鼓前筛分后得出的比例)配成 15 ? 0115 kg 转鼓试样。然后, 通过配鼓皮带给料机(正转) 进入自动转鼓试验机, 按国家标准在转速(25? 1) r/ min 下工作200 转后停止[5]; 将 15 kg 试样全部送入鼓后自动机械摇筛中, 筛分出 \ 613 mm、< 613 mm 两个粒级,再分别送入料斗秤自动称量; 系统根据称量结果自动计算转鼓强度指数(+ 613 mm 的比例)。\ 613 mm 的试样称量完毕后进入弃料收集皮带, 经弃料提升机和弃料返回皮带返回主输送皮带; < 613 mm 的试样则进入收集罐, 由人工送化验室做抗磨指数测定。
配鼓后的其余余料通过配鼓皮带给料机( 反转) 送至弃料收集皮带机上, 经弃料提升机与弃料返回皮带返回主输送皮带。
2、1、4 试样制备( 冶金性能和化学分析用) 系统
电动分料器分出另一部分子样给试样制备系统。试样进入破碎机破碎到 13 mm 以下, 再经旋转式缩分器缩分为两部分。一部分通过溜管进入三级筛, 筛分出三个粒级的试样( > 1215mm、1215~ 10 mm、< 10 mm) , 其中 1215~ 10mm 粒级试样经缩分处理, 分出 3 kg 左右的试样作为冶金性能试验样品[ 5]; 另一部分通过溜管进入下一级破碎机破碎到 3 mm 以下, 再经缩分处理, 分出不少于 10 kg 的试样作为化学分析样品; 其余部分作为弃料进入弃料收集皮带。
2、1、5 弃料返回系统
在完成粒度测定、强度测定及试样制备后,所有弃料经弃料收集皮带机、斗式提升机、弃料返回皮带机返回到烧结矿主皮带输送机上。
2、1、 应急通道
系统设有试样应急出口, 在做人工对比试验或系统出现故障时, 可启用应急通道, 将试样导入人工取样溜管, 由人工测定粒度、强度及制备试样。这样, 既不影响正常生产, 还能避免料流积压。
2、2 系统构成及主要设备配置
成品烧结矿自动检验系统由采样单元、给料单元、粒度测定单元、强度测定单元、试样调制单元、弃料单元、系统控制单元、设备台架和除尘系统等组成。主要设备及其技术要求简述如下:
2、2、1 采样单元
主体设备为头部取样机, 它布置在成品烧结矿输送主皮带的头部, 用于采样。取样机由制动电机、减速器、采样头、行程开关和带防护罩的钢结构支架构成, 通过 PLC 控制, 按预编采样周期(可调整) 进行采样。采样头位于主皮带机头部滚筒下部, 要求不与皮带接触, 同时保证采到完整的断面试样。
2、2、2 给料单元
该单元包括初级皮带给料机、配鼓皮带给料机、电动分料器等。
初级皮带给料机和配鼓皮带给料机: 均为密封式皮带输送机(入鼓皮带给料机需可逆),皮带宽 650 mm, 输送能力 115 ~ 25 t/ h, 输送速度 0105~ 0125 m/ s。要求在各种条件下起动或制动均不打滑、不跑偏、不粘料、不撒料。电动分料器: 为电动三通管分料器, 用其控制料流分配, 使试样进入不同的单元。技术要求是保证三通管在切换过程中不卡料。
2、2、3 粒度测定单元
主体设备为粒度筛分装置(六级筛、或四级筛与三级筛、或 5 个单层两级筛) 、减量秤、料斗秤等。
粒度筛分装置: 六级筛为六级振筛机或六级圆筒筛, 筛孔尺寸分别为 40 mm、25 mm、16mm、10 mm、5 mm; 四级筛为四级振筛机或四级圆筒筛, 筛孔尺寸分别为 40 mm、25 mm、16mm; 三级筛为三级振筛机或三级圆筒筛, 筛孔尺寸分别为 10 mm、5 mm; 5 个单层两级筛为单层直线振动筛, 筛孔尺寸分别要求为 1#直线振动筛(筛孔 16 mm)、2#直线振动筛( 筛孔 25mm) 、3#直线振动筛(筛孔 10 mm) 、4#直线振动筛 ( 筛 孔 40 mm) 、5#直线 振动 筛 ( 筛 孔5mm) 。以上各级筛均采用试验筛, 满足 ISO 有关试验筛制造、检验和试验等要求, 筛分效率 \90% 。筛板材质: 耐磨钢或高锰合金钢或不锈钢或不粘聚氨酯材质。
减量秤: 为高精度的微动态电子秤, 由支承框体、斗体、称重传感器、称重仪表、电磁振动给料器等组成。称重量程为 0~ 50 kg, 称量精度为 1j 。配置 3 台, 分别称量 40~ 25 mm、25~16 mm、16~ 10 mm 三个粒级的重量。
料斗秤: 为高精度静态电子秤, 由支承框体、料斗体、称重传感器、仪表等组成。称重量程为 0~ 50 kg, 称量精度为 1j 。配置 3 台, 分别称量> 40 mm、10~ 5 mm、< 5 mm 三个粒级的重量。
2、2、4 强度测定单元
主体设备为自动转鼓试验机、自动机械摇筛、料斗秤等。
自动转鼓试验机: 满足 ISO 标准自动转鼓,符合5YB/ T 5166- 1993 烧结矿和球团矿转鼓强度的测定方法6标准要求, 接料、运转、卸料自动完成; 转速为(25 ? 1) r/ min; 需设密封式鼓门,转鼓试验过程中鼓门处于密封状态, 以减少粉尘泄露和环境污染。
自动机械摇筛: 安放在转鼓之下, 用于转鼓试验后样品的粒度分级筛分, 左右摇摆 45b, 筛分的同时卸料。
料斗秤: 配置 2 台, 分别称量 \ 613 mm 和< 613 mm 粒级的重量; 其它要求同粒度测定单元。
2、2、5 试样调制单元
主体设备为一次破碎机、二次破碎机、缩分器、三级振动筛、样品收集罐等。
一次破碎机与二次破碎机: 一次破碎机为颚式破碎机, 进料口尺寸为 150 mm@250 mm,进料粒度 [ 150 mm, 出料粒度 [ 13 mm; 二次破碎机为对辊破碎机, 进料口尺寸为 200 mm @120 mm, 进料粒度 [ 13 mm, 出料粒度: [ 3mm。要求破碎机全体密封且密封良好, 防止细矿粉和水分散失, 破碎效率\ 95% 。
缩分器: 采用旋转接斗式, 主要由罩壳、采样斗、电机、支架等组成。缩分比可调, 缩分精度满足 ISO3082要求。在采样斗钢管上需安装清扫器, 及时清扫机内积尘及物料。
三级振动筛: 采用试验筛, 并满足 ISO 有关试验筛制造、检验和试验等要求。筛孔尺寸分别为 1215 mm、10 mm, 筛分效率 \ 90%。筛板材质可采用耐磨钢或高锰合金钢或不锈钢或不粘聚氨酯。
样品收集罐: 用于物理和化学样的收集, 选用不锈钢材质。
2、2、6 弃料单元
主体设备有弃料收集皮带机、弃料返回皮带机和弃料提升机。
弃料收集皮带机与弃料返回皮带机: 带宽500 mm, 滚筒宽度不小于输送带宽度加 100mm。在各种条件下起动或制动均不出现打滑、撒料。需设置头部和空段清扫器, 以避免湿细物料粘皮带。皮带机为全密封设计, 防护罩自身需具有足够的强度和刚度, 便于安装和拆卸,能防风雨和粉尘泄露。需设置跑偏开关和拉绳开关, 有效防止皮带跑偏, 在意外情况下能紧急制动。
弃料提升机: 采用箕斗钢缆牵引式, 主要由卷扬升降机构、提升斗、机架、头罩、限位装置等构成。要求提升速度为 22 m/ min, 提斗容量为1 000 kg, 确保无粘挂物料现象, 以满足系统要求。
2、2、7 系统控制单元( 见自动控制系统)
2、2、8 设备台架
设备台架包括溜管、设备支架、平台 ( 多层)、扶梯等。
要求溜管的倾斜角> 60b; 溜管内壁应处理光滑, 物料冲刷处均加耐磨衬板; 关键溜管上设检修孔( 检修或堵料时打开捅料) ; 角度较大的溜管均加振动器; 溜管材质为不锈钢。
2、2、9 除尘系统
包括设备除尘罩及管道等。各扬尘点( 主要为采样头、筛分装置和转鼓机) 的含尘气体通过除尘罩或集风管, 由各自的分支除尘管道集合至主除尘风管, 接至各自的除尘器。净化后的烟气通过风机、烟囱排至大气。烟囱出口气体含尘浓度应符合国家现行排放标准之规定。
3 自动控制系统简介
成品烧结矿自动检验系统采取上位工控机和 PLC组成的两级计算机控制系统, 对烧结矿粒度测定、强度测定及试样制备等过程进行自动控制、监视、管理和报警。各项检测数据自动生成、打印, 并可网上传输, 数据具有代表性、准确、及时。
主要设备包括: 电源控制柜、动力柜、仪表柜、PLC 控制柜、操作台、现场控制箱、工控机、打印机、监控系统等。
自动控制系统的功能及特点如下:
( 1) 从取样机启动开始, 整套系统工作过程均由计算机自动控制, 能够实现各项参数设定,各种数据自动采集整理, 报表自动生成打印, 数据储存, 网络传输等功能。
( 2) 设备的运转和控制方法, 根据其运转特点分为控制室流程画面全自动控制和手动控制两种方式。
控制室流程画面全自动控制: 适用于各设备连续运转的情况, 系统运行全部依靠计算机控制, 运行可靠性高, 操作简单, 数据采集更加准确、真实, 具有较好的代表性。
手动控制: 又可分为控制室流程画面手动控制和机旁手动控制两种, 前者适用于根据烧结矿物料的实际情况有重点的采制样, 可实现对单体设备的控制, 单体设备出现故障时, 可以随时停止运行; 后者适用于计算机控制系统或单体设备出现故障时, 通过机旁人工手动操作确保系统继续工作并获得测定结果。
( 3) 系统具有自我检测和自动声光报警功能。当设备发生故障时, 系统会及时发出声光报警信息, 并自动弹出当前故障的故障源和可能的故障原因, 通过故障点闪烁来提示检验人员。
( 4) 系统具有工业监视功能。在取样机、转鼓机、破碎机、减量秤上部最佳位置均安装了摄像头, 在控制室可实时监视各主要设备的工作状态, 直观动态反映采制样全过程。监控系统主要由摄像头、控制器、视频切换器、彩色监视器、图像采集卡、专用电源、防护罩、钢结构支架等组成。
4 应用情况
目前, 本检测系统已在重庆钢铁公司、酒泉钢铁公司等大型企业应用, 据各钢铁公司的反馈信息, 该系统自投运以来, 运行可靠, 性能稳定, 使用情况良好。具体如下:
( 1) 烧结矿粒度分析、转鼓试验和试样制备所用试样既为一个大样, 又能均匀地分配到这两个系统, 保证了试样的代表性和准确性。
( 2) 系统可同时完成粒度分析、转鼓试验及试样制备工作, 也可根据不同要求选择单独完成其中任何一项或几项任务, 提高了检验速度。
( 3) 圆筒筛筛分不堵、不卡, 筛分效果好, 与人工筛分相符, 筛分效率达 95% 以上, 保证了配鼓准确、可靠, 所测指标能真实反映烧结工序的实际情况, 有利于指导生产。而且, 圆筒筛转速慢, 筛板磨损很小, 后期维护费用很低。
( 4) 转鼓设有密封式鼓门, 试验过程中鼓门处于密封状态, 减少了粉尘泄露和环境污染, 分析数据也更真实。
( 5) 取样、物料输送等过程都在皮带机上进行, 系统内各设备连接部位确保密封, 与物料接触的设备全封闭除尘, 避免了粉尘飞扬, 减少了污染, 改善了工作环境。
( 6) 检验人员在控制室内通过计算机进行操作, 降低了检验人员的工作强度, 有效消除了人工取制样的弊端, 同时避免了粉尘、噪声等对人体健康的危害。
参考文献
[ 1] 李江 1 大宗原料试样自动取制样系统工艺设计探讨 1 北京: 第八届(2011)中国钢铁年会论文集, 20111
[ 2] 刘 , 孙一康, 王京, 等 1 冶金过程自动化基础 [ M] 1 北京: 冶金工业出版社, 20061
[ 3] 长沙矿山研究院 1 烧结设计手册 1 北京: 冶金工业出版社, 19981
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[ 5] YB/ T 5166- 1993, 烧结矿和球团矿- 转鼓强度的测定方法[S]1