进厂煤采制样及智能化验技术在钢铁企业中的应用探讨

煤炭在整个能源消耗架构中依然占着主导地位， 对于钢铁企业，采购煤的支出在整个成本中占据着很 大的比重。商煤交易的金额巨大，而商品煤结算的依据 便是煤质参数，主要包括煤的发热量、全水分、灰分和 硫分等。

现有的钢铁企业煤炭采制化技术相对成熟，基本 已满足企业需求，但是仍存在以下问题：

(1)燃料采制化设备自动化程度不足：采制样检 验设备不配套，检验结果不稳定，成为制约企业可持续 发展的主要问题。对于此类问题，因化验数据精准度不 足，无法为企业后续战略决策和管理提供可靠依据。

(2)采样方面的问题：在煤炭采样过程中，受人 为操作因素影响，所采样品为非断面，没有很好的代表 性，不能充分反应出燃料的质量；其次采样过程中采样 的样本数目太少、采样点设置不当、采样的容器设备开 口尺寸过小都会造成较大的系统误差。

(3)制样方面的问题：若采样燃料处置不当，就 会改变原来样本的性质和特点，留样的多少也会改变 制样的精度，最终会直接影响煤质的检测结果。

(4)企业管理水平不高：现有系统只是单纯实现 经营管理的手段，仅提供基础的数据来打通上下游信 息交换来提高效率，缺乏必要的经济性、效益性等分析 测算模型，不能很好地利用已有的数据为燃料采购、转 运以及降低整体燃料成本提供辅助决策支持。

总而言之，采制化管理已经占据煤质量的心脏位 置，决定了煤质量的优劣， 一旦商品煤采制化管理出现 问题，就会对企业造成严重的影响。

基于以上需求和有效避免人工化验的弊端，亟待 发展工业机器人智能煤样检测系统，实现燃料化验工 作的自动化和智能化，以替代现有的人工+仪器化验方 式，既改善工人工作环境，降低劳动强度，提高化验数 据的准确性，同时实现企业减员增效，提高企业核心竞 争力，从而实现良好的经济效益和社会效益。

作为钢铁企业的重要原材料，进厂煤的采样、制样、 编解码和煤质分析目前基本上全部由人工完成，存在  运行成本高、检验效率低、人为影响波动大、检验周期  长、职业健康危害大，很难满足现代化钢铁企业的需要。

随着国内外钢铁企业生产规模的不断发展，钢铁  企业的原料场、生产设施逐步实现现代化、大型化，对  原燃料的水分、成分等控制日趋严格。近几年随着工业 机器人的应用技术成熟，自动采制样设备、自动分析设  备、智能化得到了普遍应用，根据太钢智能制造计划，  进厂煤检验需适应生产的快节奏以及太钢高质量发展 要求，实现进厂煤采样、制样、送样、存样、化验全流  程智能化迫在眉睫。2020年太钢开始实施进厂煤采样、 制样、化验技术智能升级项目，项目于2021年开始进  入试生产，目前已经开始投用。

1 方案与过程

1.1 全自动采样方案：

太钢的进厂煤全部通过火车运输进厂，通过运输 皮带进入储罐，各煤种的来料方式与参数如表1所列。

通过对各种采样方式进行多次论证、考察、交流， 结合公司内部实际工艺与设备配套情况，最终确定采 用皮带中部采样机进行采样，具体配套如下：

A、在焦化厂的B202 皮带机、 GM1 管带机展开段、

表1  进厂煤检验物料参数表

Y3-4 皮带机分别设皮带中部采样机通过单皮带自动取 样后通过制样系统制备出13mm、3mm 各两份样品，自 动封装后其中一份13mm、 一 份3mm 煤样通过气动传输 系统收发工作站发送至存样柜接收站： 一份13mm 通过 气动传输系统收发工作站发送至自动化验室的自动化 验接收 A 工作站： 一份3mm 通过气动传输系统收发工 作站发送至智能机器人制样系统进行后续样品制备工 作；进行烘干后继续制样。得到1.0mm 和1.5mm 样品 人工取走测试Y 值和反射率；研磨制备2个0.2mm样 品，1个自动送自动化验工业分析和硫分，1个人工取 走测试G 值。系统样品输送均采用风动送样。

B、炼铁厂单皮带自动取样后通过破碎、缩分后进 入集样归批、制备线，制备出13mm、3mm 各两份样品，

自动封装后，由系统加密后经人工转运化验中心进行 后续制样及全自动化验工作。

C、能动厂双皮带自动取样后通过破碎、缩分、并 入单条集样归批、制样线，并制备出13mm、3mm 各两份 样品，自动封装后，由系统加密后经人工转运化验中心 进行后续制样及全自动化验工作。

1.2 智能机器人制样方案

在化验中心设置一套智能机器人制样系统，完成 工份样的全自动制样，如图1所示。图中：1、智能机 器人包装机(气动传输)2、智能应急平台3、智能环 保型旋转缩分机4、智能干燥箱5、智能清洗系统6、 读写码器7、弃料输送机8、智能粉碎机9、智能煤 炭粉碎机10、智能对辊破碎机11、机器人。

图1 智能机器人制样系统

其工作原理如下：

现场气动传输过来的样瓶从1:智能机器人包装机解包后的样瓶，;或者人工放置在2:智能应急平台 上。通过机器人转运到2:智能应急平台的耙平部分， 进行耙平；耙平结束后，通过机器人转运到4: 智能 干燥箱；干燥结束后，通过机器人转运到3:智能环保 型旋转缩分机进行缩分：缩分结束后，通过机器人转 运到4台破碎机(10:智能对辊破碎机，8:智能粉碎 机，9:智能煤炭粉碎机),分别进行破碎；破碎结束 后，通过机器人转运到1:包装机：包装结束后，通过 气动输送输送到全自动化验设备或全自动存查样柜， 或者通过机器人转运到2:智能应急平台，由人工取 走进行下一步工作。

制样过程产生的弃料通过机器人转运到7:弃料 输送机送至弃料输送系统，经气动传输系统运至其他 运煤皮带返回生产系统。

1.3  全自动化验方案

智能化验系统主要完成煤样的硫分、内水、灰分、 挥发分、发热量及13mm 全水样的全水指标的自动化验 及相关信息管理。采用物联网、工业机器人应用及非标 机械自动化技术配合煤炭行业标准化验仪器，用机器 人及自动化机械直接模拟化验人员的化验操作流程， 从而完成各化验指标的自动化测量，测量结果直接进 入智能化验管理系统。整个化验过程，操作人员不允许 直接接触化验煤样。

煤炭智能化验系统由智能化验管理系统和化验工 作站组成。工作站包括全水分析工作站、工业分析工作 站、硫分分析工作站、量热分析工作站。各工作站的核 心模块包括微量称重系统、拆装盖系统、机器人模块、 分析仪器、煤样输送系统、辅助系统、 RFID 扫码系统、 电气控制系统。

太钢的全自动智能化验系统特点如下：

采用分布式智能化验系统，工作站宽度为2.8m, 化验场地等灵活布置，场地适应性较强，满足设备检修 与日常维护需求：完美解决部分工作站维护而产生的 系统停机问题，单站维修维不影响其余工作站工作

专有的微量称重系统，称量加样的硫分为50mg± 5mg,灰分、内水和发热量为1±0.1g,挥发分1±0.01g, 满足国标称量要求，同时解决了焦煤的粘性大对设备 精度的影响难题；

量热站采用独特的自动挂装点火棉线技术，符合 国标规定的棉线/点火丝的点火方式；

2 实施效果

实现了进厂煤检测过程的自动化，信息化，保证了 物理层面数据的真实性、准确性、实时性，为进厂煤检 测管理和碳资产管理提供了真实有效的数据基础。

所有设备、系统能与智能管控系统建立通讯，实现 数据、状态等信息的交互。所有样品信息及编码均由管 控平台统一生成并下发至相应设备写入煤样瓶。

所有设备具备智能自诊断、故障报警、故障信息存 储、操作日志与故障信息自定义归类查询分析功能，并 具有断电记忆功能，各设备、系统均能在恢复供电后自 动继续完成相应的工作流程。

所有成套设备均满足集中统一监控的要求，各项 功能满足技术规范要求。涉及到的电脑/工控机等均能 防尘、防震、抗静电，控制系统提供标准的通讯接口， 保证可靠、统一的外接数据交互。

采样机、原煤样转运归批系统、全自动制样系统、 智能存样柜、在线测全水系统、全自动化验系统及煤样 转运系统连接通畅，各设备之间的输送连接全密封设 计，设置有专用的煤样容器，可以保证转运容器或皮带 及煤样瓶无煤样残留、混样，能够做到设备本质安全且 美观，实现连续制备煤样。

全自动制样系统要能够在煤样水分较大、湿粘、人 工输入指令、接收管控平台指令后采取相应的措施保 证煤样在全自动制样系统内不产生粘堵，能自动进行 水分补正。

制样、化验、存取样、样品转移过程均可连续获取 输送样品、自动识别读写样品编码、称取煤样质量、倒 料、除铁、样品制备、封装、自动摇匀、取样、样品摊 平、测试、弃料收集清理及器皿自动清理、灼烧烘干、 循环使用等。

各设备系统间的对接，确保燃料验收全过程无人 参与，流程顺畅。

当采样、制样、化验结束后可自动生成采样、制样、 化验报告并上传智能管控平台。相关设备还应能自动  接收管控平台的抽样指令，具备自动采样、自动制备、  各化验项目自动测试、样品重新编码及自动传输的功  能。同时将现有全自动制样系统与相关设备系统进行  集成对接。

煤样桶封装后采用瓶装方式进行气动传输，样瓶 采用电子芯片对煤样进行标识，标识具有唯一性，保证煤样在流转环节能够被正确读取。包装瓶底内置芯片， 瓶盖采用旋盖形式，瓶盖、瓶身可重复使用。

3 结论

整个项目达到以下目标，提升了企业管理水平，具 有在钢铁企业推广价值。

实现企业焦化、炼铁、能动厂所有入厂煤全自动采 样、制样、化验目的。

实现各入厂煤样品的自动制备、流转、储存和化验， 降低工人劳动强度。

实现化验数据自动采集、传递、同源不落地，与企 业ERP 系统对接并实现全过程监控。

满足进厂原料质量管控的高速化、连续化、自动化 要求。

规避了入厂煤采制样、样品流转及化验过程中相 关人员的廉洁风险

参考文献

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