炼焦煤试样采制送一体化系统的可行性研究

炼焦煤试样采制送一体化系统的可行性研究

陈中亮马俊生张士齐

陈中亮马俊生张士齐

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101）

摘要：试样采制送一体化系统利用已经成熟的机械化采样装置结合机器人制样系统和风动送样装置，组成一套集煤炭采样、制样、送样于一体的系统，在提高采制样的精密度、减轻工人的劳动强度、减少在采制样过程中的人为因素等方面具有明显的技术优势，通过将各装置进行合理搭配，完全可以实现试样的采样制样送样一体化，全程无人值守。

关键词：炼焦煤；机械化采样；机器人制样；风动送样

长期以来我国炼焦煤的采制样多是以人工+辅助设备的方式为主，这种方式操作过程中安全隐患大，效率低,样品的人为误差大，代表性不强，这些都是影响检化验的时效性及精密性的重要因素。随着焦炉的大型化发展，对炼焦煤煤质检验结果的准确度、精密度和时效性提出了更高的要求，伴随着自动化程度的提高，采用“采制送一体化系统”可完成来煤的自动采样、自动制样及自动送样到化验室的全过程。本文以炼焦煤试样的采制送为例介绍试样采制送一体化系统。

1试样采制送一体化系统的组成

炼焦煤试样采制送一体化系统主要由机械化采样装置、机器人制样系统和风动送样装置三部分组成。

1.1机械化采样装置

机械化采样装置国内已有很多家在用，主要是大型钢铁企业对原料煤的自动采样装置。采样的基本要求，是被采样批煤的所有颗粒都可能进入采样设备，每一个颗粒都有相等的机率被采入试样中［1］。

机械化采样包括移动煤流采样和静止煤采样。移动煤流采样以时间基或质量基系统采样方式或分层随机采样方式进行。移动煤流采样机械主要有落流采样器和横过皮带采样器及相应辅助的设施组成。

静止煤采样只用质量基采样方式，主要适用于火车、汽车和浅驳船载煤的全深度和深部分层采样。静止煤机械化采样设备的形式有门式、桥式、悬臂式、车载式等，以桥式、悬臂式、门式运用最为广泛，采样器的形式有插入式、旋入抓取式、螺旋提升式、螺旋切割钻取式等［2］。

采制送一体化装置利用机械化采样装置的采样部分，将采集的试样经给料皮带送到机械人制样系统。以大型钢厂配套的焦化厂为例，火车、汽车来煤进入原料厂可采用门式或桥式机械化采样装置。

1.2机器人制样系统

机器人制样系统国内已有多家在用，主要为港口码头检验检疫局等单位。机器人制样系统接收机械化采样装置送来的试样，机器人根据PLC编程命令要求抓取样品在各配套设备之间移动，可以完成破碎、缩分、筛分分析、水分测定、分析试样制备等工作。

机器人制样系统主要由缩分机、破碎机、筛分机、输送机（给、弃料机）、样品收集器、机器人单元、电气控制等组成。机器人单元是由一台机器人和周边设备组成，能够完成水分的在线测定、分析试样的制备。针对煤炭制样，机器人周边的设备主要有用于水分在线测定的烘箱、可完成对试样的称量并能将数据传至计算机的电子秤、防止试样被污染对样品盘进行清扫的清扫器、自动给料式缩分器、二分器、破碎机和磨样机等。

电气控制对全系统的工作情况进行全自动控制，包括系统自起动、自检测、自诊断、自保护、自动报警等智能化功能。它可以动态地显示系统的工作情况，并具有实时监控、数据采集、设定制样方案、历史记录存档、报表和打印等功能［3］。

1.3风动送样装置

风动送样是借助管道中气体的能量，使样品按指定的路线运行的一种输送方式。风动送样技术已广泛应用于冶金、机械、汽车制造等多个行业中。风动送样按照操作的自动化程度分为手动风动送样和全自动风动送样两种。

全自动风动送样系统主要由现场分站收发柜、实验室收发柜（终端）、贮气罐、排气装置、泄气装置、光电检测装置、输送管道、风量调节装置、油水分离器、自动取样装置、输送机通信电缆、光缆等组成。

全自动风动送样对输送试样的形状、大小和材质的种类限制比较小，可以输送钢样、铁样、渣样、液体样、片样等试样。针对煤样制备好后为粉末状的情况，可以借鉴水泥厂使用风动送样输送试样的经验。

2炼焦煤试样采制送一体化系统的实现方式

现以大型钢铁企业焦化厂火车来煤为例进行分析说明，研究其可行性。

2.1来煤自动采样

火车来煤到火车编组站，在编组站设置火车门式自动取样装置。门式采样设备主要由行走大车、行走小车以及能垂直升降的采样器组成。行走大车在轨道上行走以实现对不同车厢的采样，行走小车在行走大车上行走以实现对车皮不同位置的煤样进行随机自动采样，垂直升降的采样器可实现对煤的全深度和深部分层采样，采样过程可以通过PLC编程随机选取，也可以通过工业电视在控制室远程控制。

其采样方式可依据国家标准GB/T19494-2004《煤炭机械化采样》里的相关规定和具体试验要求进行采样，采取试样后由给料皮带机将煤样输送到机器人制样系统，给料皮带机设清扫装置，防止试样相互污染。

2.2煤炭自动制样

在火车编组站附近设置机器人制样系统，该系统集破碎、缩分、在线水分分析、理化分析试样制备及样品打包编码为一体，其流程为：来煤试样经皮带输送到来样储存斗，经进样皮带到样品收集器，由机器人根据预先设定好的程序依次进行一次破碎、旋转缩分、二次破碎、缩分、称量记录等，完成粒度<13mm的全水分分析试样的制备后由机器人将全水分测定试样送到烘箱中进行全水分测定，按照国标规定的时间进行减量法称量记录，全水分分析结果连同相关数据通过配套计算机通讯系统上传到对应的信息化系统。

做完全水分测定的试样进入理化样品收集器，由机器人根据预先设定好的程序依次进行破碎、缩分、研磨、称量记录等，制备出理化分析试样并将试样自动封装到不同样品瓶中并进行编码，再将编码打包后的样品瓶送到风动送样装置的样盒中。

机器人制样系统每完成一个样品的制备都对相应设备进行清扫，防止试样相互污染。系统中产生的废料经废料皮带输送到废料仓，定期送走。

2.3试样自动输送

试样自动输送可采用全自动单管正压送样系统，包含由风送分站向风送总站发送装有试样的样盒和由风送总站向风送分站返回空样盒两部分。

风送分站向风送总站风送装有试样的样盒。风动送样装置先打开收发柜的门，自动打开样盒盖，由机器人将样品瓶送到样盒中，装有样品瓶的样盒合上盖后进入发送装置，系统自动检测样盒发送条件，当条件满足后，待机阀打开，样盒落入输送管道内，供气阀门自动打开，供给压缩空气，样盒运行，经减速、光电检测后，阀门打开，样盒落入接受槽，送样过程结束。在实验室取出试样进行化验分析。

风送总站向风送分站返回空样盒。在风送分站向风送总站发出“请求”信号，要求返回空样盒后，由风送总站沿着送样的相反路径返回空样盒。装理化分析试样用的样品瓶为塑料瓶，采用塑料瓶可防止在试样输送过程中由于碰撞而造成的损坏。

炼焦煤试样采制送一体化系统由一个总的控制系统来实现全过程的控制，人员只需在控制室对整个系统进行操控。通过一体化系统可以为化验室提供一般分析试样和专用分析试样，化验室对试样进行分析并将理化分析结果上传到信息化系统，连同机器人制样系统测定的全水分分析结果组成火车来煤的煤质信息。

3结论

炼焦煤试样采制送一体化系统在实现来煤试样采制送的时效性和精密性上、在实现试样采制送现场全过程的无人值守上、在分析试样的批量制备和试样自动输送上具有显著的优势。它提高了试样采制送的工作效率，降低了工人的劳动强度，消除了人工采制样过程中的安全隐患，避免了采制送样过程中的人为因素和廉政风险。

参考文献

[1]GB/T19494-2004，煤炭机械化采样[S]

[2]赵俊.关于商品煤机械化采样方式的探讨[J].煤质分析与仪器，2009.7

[3]鞠溯，于镭，袁晓鹰.机器人在煤炭采制样系统中的应用探讨[J].山东煤炭科技，2010.1

[4]GB474-2008，煤样的制备方法[S]