何志明

(上海梅山钢铁股份有限公司,江苏 南京 210039)

为了减少外购入厂的煤和焦炭在堆放和转运过程中粉尘对环境的影响,梅钢于2019年建成26个筒仓,分别用于存贮煤和焦炭。火车运输来的煤和焦炭经过翻车机翻转入皮带机,然后通过多级皮带传输机转运至筒仓。为了严把入厂煤和焦炭的质量关,在离地面25 m高的转运站,从上到下布置共5层,同步建设了筒仓煤和焦炭在线取制样检测系统。

1 系统布置流程及其特点

1.1 系统布置

此系统设备由山东济南中意维尔科技有限公司设计制造和集成,采用梯级布置,见表1。此外在每层的机旁配置有操作控制屏,一楼还配置有计算机控制系统,检测中心中控室还配置有远程控制系统。

表1 筒仓煤焦在线取制样检测设备分布

1.2 系统流程

系统流程见图1。

图1 梅钢筒仓煤和焦炭在线取制样检测流程图

1.3 系统特点

(1)实现了煤的在线取样、试样传输、收集、分配、破碎、缩分、定量收集和封装、标识和弃料返回生产主皮带的连续作业。

(2)实现了焦炭的在线取样,试样传输、收集、分配,粒度检测,机械强度检测,热反应试样收集,大于60 mm试样收集、工业分析样品制备(含破碎、缩分、定量收集和封装、标识)和弃料返回生产主皮带的连续作业。

(3)焦炭粒级组成测定按照GB/T 2005—1994,采用方孔筛;机械强度测定按GB/T 2006—2008,采用圆孔筛。

(4)实现了煤和焦炭共用头部取样机、皮带传感器、料流传感器、接料皮带机、试样可逆皮带机。

(5)极大提高了试样代表性和作业效率,可机旁操作和远程操作控制,实现了现场无人化。

(6)实现了由上一级系统直接下传物料信息给取样系统,由取样系统自动识别运行煤系统还是焦炭系统,并将检测数据上传上一级系统,完全实现了无人化操作。

(7)实现了火车每节车厢自动取样及每次取样量的实时记录,并根据总的取样量来确定缩分间隔或试样分配。

2 功能设计

2.1 头部取样机

按照GB/T 19494.1—2004《煤炭机械化采样 第1部分:采样方法》、GB/T 1997—2008《焦炭试样的采取和制备》标准要求进行设计、制造,满足了分别从M102和M202头部采取煤样和焦炭样的要求。系统与皮带运行、料流量开关联锁,从带式输送机上的煤或焦炭料流中截取全断面试样。取样时间间隔可调,每次取样量为煤40～60 kg,焦炭30～40 kg,取样极具有代表性。该设备采用四连杆运行机构,机构简明,运行可靠,维修方便,满足要求。

2.2 粒级分析

粒级筛分析采用维尔公司的专利产品五级圆筒筛,按GB/T 2005—1994《冶金焦炭的焦末含量及筛分组成的测定方法》的要求设计、制造,筛孔尺寸分别为:80 mm×80 mm、60 mm×60 mm、40 mm×40 mm、25 mm×25 mm,通过现场人工校对、调整,筛分效率达到98%以上,满足要求,符合标准。

2.3 热反应样收集

按GB/T 4000—2017《焦炭反应性及反应后强度试验方法》的要求设计、制造。利用测定粒度后的焦炭,通过振动放料和电动三通翻板控制,收集大于40 mm焦炭进入圆盘收集装置试样桶中,每桶收集约20 kg,供热反应试验用。

2.4 转鼓强度测定

按GB/T 2006—2008《焦炭机械强度的测定方法》方法二设计、制造。鼓体内径1 000 mm、内长1 000 mm、转速25 r/min,可以180°自由倾动,入鼓试样采用皮带给料至鼓前斗秤中,质量为50±0.5 kg。通过现场人工进行校对及振动器的现场调整,设备运行平稳、可靠,定位准确,符合标准要求。对于湿焦,加装了加热鼓风机进行烘干,烘干时间可调节。

2.5 人工转鼓样收集

将试样分配至二级滚筒筛进行筛分,按GB/T 2006—2008《焦炭机械强度的测定方法》方法二,将大于60 mm焦炭收集于转鼓振动称量储料斗中,通过皮带机、溜管、电动三通翻板控制,将试样收集于人工转鼓样于样桶中,质量为55～60 kg。

2.6 试样制备系统

按照GB/T 19494.2—2004《煤炭机械化采样 第2部分:煤样的制备》、GB/T 1997—2008《焦炭试样的采取和制备》设计、制造。试样经锤式破碎机破碎(焦炭先经预破碎机破碎再进入锤式破碎机破碎),试样(煤小于6 mm、焦小于13 mm)通过缩分器(煤采用刮板缩分器,焦采用旋转缩分器)进入试样桶中,并用自动写入试样信息的芯片盖通过推压器自动密封试样桶,煤每桶收集约6 kg,焦每桶收集约8 kg,供水分、挥发分、灰分、全硫等检测用。试样制备系统符合协议要求,运行可靠率达到98%以上,满足要求。

2.7 弃料系统

焦粒级分析、机械强度测定、人工转鼓样收集及试样制备后的弃料集中经带式输送机送入弃料斗,然后经斗式提升机提升至五楼转入带式输送机,再转入到四楼对应的焦炭转运带式输送主皮带上。破碎缩分后多余的煤通过螺旋弃料机、弃料皮带机返回二楼对应的煤炭生产输送主皮带上。

2.8 应急处置

系统设备的设计和布置考虑到了单体设备故障时,可方便地通过人工操作的方式,使工作流程能够继续进行并完成取样、制样和检测;每层楼加装了手动控制箱,均为菜单式触摸操作,便于维护和检修,满足要求。

2.9 系统控制

PLC电气控制、专用软件控制系统运行基本稳定,设计合理,各级所使用的秤控制准确、可靠,满足技术设计要求。

3 试验结果

3.1 运行参数

筒仓煤和焦炭取制样检测系统运行参数见表2。

表2 筒仓煤和焦炭取制样检测系统运行参数

3.2 取样统计分析

每列火车一般由12节车厢组成,每节车厢采1次样,并有质量记录,12次采样统计分析见表3。每次采样质量因皮带上物料厚度的不同有波动,物料厚度越厚,采样量越多。

表3 煤和焦炭采样质量分析

3.3 配鼓精度

配鼓精度(协议规定50±0.5 kg大于95%;总试验数:125;标准偏差:0.22)见表4。大于60 mm焦炭,每粒质量约为0.25 kg,因此在线检测的配鼓质量波动至少0.25 kg。

表4 配鼓精度统计分析

3.4 鼓后损失量

鼓后损失量(±1.0 kg大于95%,总检测数:125)见表5。由于外购焦炭是火车运输,遇下雨天会比较潮湿,当烘干时间不够时,可能会导致转鼓后产生的粉尘粘壁,导致鼓损较大。另外由于产生的粉尘在鼓门打开时有溢出,也可能导致鼓损较大。

表5 鼓后损失量统计分析

3.5 焦炭工业分析结果对照

对同一批焦炭,采用自动系统取出的试样与人工从皮带上取出的试样,分别制样后进行工业分析,结果见表6。

表6 不同取样方式的焦炭工业分析结果

3.6 焦炭机械强度比对结果

对同一批焦炭,采用自动系统配鼓测定的机械强度与收集的大于60 mm由人工配鼓测定的机械强度,结果见表7。

表7 人工配鼓与系统配鼓的焦炭机械强度比对结果

3.7 焦炭粒度

系统取出的焦炭经试样分配器分入五级滚筒筛,测定粒级组成见表8。

表8 焦炭粒级组成测定结果

3.8 生产实绩

对2021年3月生产数据按不同供应商进行统计分析,结果见表9。

表9 2021年3月生产实绩统计分析

4 结论

(1)该系统的设计符合GB/T 2005—1994、GB/T2006—2008要求,实现了煤的在线取样、工业分析制样(缩分、破碎、缩分、封装、标识)和余料返回,同时也实现了焦炭的取样、粒度检测、机械强度测定、热反应样收集、大于60 mm焦样收集、工业分析样品制备及余料返回,全程为PLC程序和计算机专用软件控制,远程操作,现场无人值守。

(2)该系统配鼓精度较好,配鼓平均值为49.9 kg,标准偏差为0.2 kg。

(3)该系统为头部全截面取样,极大提高了取出试样的代表性。与未建此系统前的人工操作相比,煤取样量提高了近10倍,焦取样量提高了4～6倍,检测周期由3 h缩短为50 min,操作人员减少了3人。

(4)自2019年10月投入以来,系统运行稳定、可靠,采样极具代表性,给外购入厂煤和焦炭的质量验收提供了快速、准确的取制样检测系统和方法,给炼焦和炼铁生产工艺控制提供了技术支撑,极大方便了工艺控制。