CN112304817B - 一种全自动物料粒度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全自动物料粒度检测方法，包括：料流检测，取样，选取筛分模式，筛分，称重，计算等步骤。本发明提供的全自动物料粒度检测方法，所使用设备结构简单，易实现，制造成本较低，使用效果好。同时，该系统制造参照国标要求，料流全截面取样、代表性好，筛分效果、称量精准、计算方法合理、检测数据准确，不仅可以用于钢铁企业生产过程样品的粒度检测，还可用于进厂物料（粒度数据）的结算；同时也可用于其它行业的物料粒度检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种全自动物料粒度检测方法，属于冶金铁矿石检测技术领域。
背景技术
铁矿石、烧结矿、球团矿是高炉冶炼铁水的主要原料，除成分外，其物理性能指标如转鼓指数、粒度等也是重要的指标之一。这些指标的好坏会直接影响高炉透气性，从而对高炉的稳定生产和炉况影响较大。通常情况下，铁矿石块矿、球团矿、烧结矿加入高炉前都必须经过筛分(一般铁矿石块矿＞5mm，球团矿＞6.3mm)，才可使用；对于外购进厂含铁物料的筛分地点往往在码头(水运)或料场附近(车运)，其物料水分特性、筛分设备条件对筛分作业影响较大，因此许多企业对工业筛分后的物料进行粒度检测，以确保入炉含铁物料的粒度质量。以铁矿石块矿(5mm筛分)为例，由于含铁物料先经过8mm工业筛分，然后再对筛分后铁矿石进行粒度检测(正常情况下，其实际＜5mm的粒级试料比例集中在 2-5％，两粒级试料质量相差很大)，因此粒度检测时对称量、筛分两个环节要求很高。根据GB/T 10322.7-2016铁矿石和直接还原铁粒度分布的筛分测定要求，“任何一个筛子装载的样品质量，受筛上残留质量有关条件的限制并避免不应有的破碎。必要时，可将一份样品分几次进行筛分，结果应综合计算”。
现有技术存在取样量大、筛分效率不高、水分含量的影响未能去除，从而导致粒度数据偏差的问题，这与国标的要求相去甚远，使用效果很难完全达到检测要求。
发明内容
本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种采用了干湿料两种粒度计算方法、控制单次筛分试料量及科学的称量计算方式的全自动物料粒度检测方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：采用一种大粒级比试料全自动在线粒度检测装置，该装置包括：采样机、承接所述采样机取样的试样总量斗称、布置在所述试样总量斗称的阀门下方的可逆皮带机、布置在所述可逆皮带机两端的干筛筛分器和湿筛筛分器；所述干筛筛分器包括布置在所述可逆皮带机一端下方的干筛筛分装置、分别布置在所述干筛筛分装置两端下方的干筛大粒级斗称和干筛小粒级斗称，以及连接所述干筛大粒级斗称和干筛小粒级斗称的卸料管道；所述湿筛筛分器包括布置在所述可逆皮带机另一端下方的湿筛筛分装置、分别布置在所述湿筛筛分装置两端下方的湿筛大粒级斗称和湿筛小粒级通道，以及连接所述湿筛大粒级斗称和湿筛小粒级通道的卸料管道；所述可逆皮带机的两端均装有皮带机称重传感器；所述采样机布置在上料主皮带的前端，并能够在上料主皮带所运载的物料中进行取样，该方法包括如下步骤：
(1)所述上料主皮带机开展生产作业，运输工业筛分后块矿；
(2)所述上料主皮带将所述块矿运至所述采样机，所述采样机取样作业采取试料，并投入所述试样总量斗称，所述试样总量斗称测量试料的质量；测量完成后，通过阀门将试料投放至所述可逆皮带机；
(3)根据试料含水情况采用干筛模式或湿筛模式；
干筛模式时，所述可逆皮带机正转，将试料送至干筛模式筛分器；所述干筛模式筛分器运行，对试料进行筛分，并分别通过干筛大粒级斗称和干筛小粒级斗称测量大粒级试料质量和小料级试料质量；
湿筛模式时，所述可逆皮带机反转，将试料送至湿筛模式筛分器；所述湿筛模式筛分器运行，对试料进行筛分，大粒级试料通过湿筛大粒级斗称测量大粒级试料质量，小粒级试料通过湿筛小粒级通道以及卸料管道卸料；
(4)当斗称上物料质量达到称的称量上限时，干筛大粒级斗称、干筛小粒级斗称，湿筛大粒级斗称均通过卸料管道卸载其中所容纳的试料；
(5)将试料筛分、称量完成后，计算小粒级物料粒度；
其中干筛模式采用计算公式为：
小粒级试料粒度＝小粒级试料质量/(小粒级试料质量+大粒级试料质量)；
湿筛模式采用计算公式为：
小粒级试料粒度＝(试料质量-大粒级试料质量)/试料质量。
上述方案进一步的改进在于：所述小粒级试料粒度是颗粒小于5mm粒级试料粒度；所述大粒级试料粒度是颗粒大于5mm粒级试料粒度。
上述方案进一步的改进在于：所述试样总量斗称、小粒级斗称和筛分装置上均装有振动器。
上述方案进一步的改进在于：所述可逆皮带机上，在所述试样总量斗称对应位置两旁具有整形装置。
上述方案进一步的改进在于：所述采样机实施料流全截面采样作业。
上述方案进一步的改进在于：所述试料的含水量大于4％或物料表面有明水现象，采用湿筛模式；否则采用干筛模式。
上述方案进一步的改进在于：称量和计算的详细步骤和方法包括：
(1)所述的称量筛分后试样质量时采用尽少次数称量方式和合量称量法，即每次筛分后分别称量本次筛分的大、小粒级试样质量，试样质量为本次筛分和前n次筛分试样的总质量。当试样质量接近称的有效量程范围上限时，需将称上的试样卸掉，再进行下一次筛分后试样的称量；
(2)所述的计算试样粒度时采用差减法分别计算单次筛分的各粒级的重量、累计总重量、单次粒级百分比和累计粒级质量百分比(即该次取样试料的粒级百分比)。第一次筛分的试样粒级为：W1小/(W1小+W1大′)；第二次筛分的试样粒级为： (W2小-W1小)/[(W2小+W2大′)-(W1小+W1大′)]′)，2次筛分累计的试样粒级为：W2小/(W2小+W2大′)；依此类推最后一次筛分(n次)的试样粒级为(Wn小-Wn-1小)/[(Wn小+Wn大′) -(Wn-1小+Wn-1大′)]，第n次筛分累计的试样粒级为：Wn小/(Wn小+Wn大′)；倘若中间有卸料，计算时需将同粒级卸料前的总质量和再次接料后的质量相加。
本发明提供的全自动物料粒度检测方法，所使用设备结构简单，易实现，制造成本较低，使用效果好。同时，该系统制造参照国标要求，料流全截面取样、代表性好，筛分效果、称量精准、检测数据准确，不仅可以用于钢铁企业生产过程样品的粒度检测，还可用于进厂物料(粒度数据)的结算。本发明提供的全自动物料粒度检测方法可适用于其它行业的相关物料的粒度检测，如矿石、耐火材料、合金等，具有很好的实用价值和推广价值。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明一个优选的实施例所使用大粒级比试料全自动在线粒度检测装置结构示意图。
图2是普通称量计算方式与尽少数称量方式和合量称量法方式系统偏差比较表。
图3是单次粒级百分比和累计粒级质量百分比计算公式。
具体实施方式
实施例
本实施例的全自动物料粒度检测方法，采用一种如图1所示的大粒级比试料全自动在线粒度检测装置，该装置包括：采样机2、承接采样机2取样的试样总量斗称3、布置在试样总量斗称3的阀门下方的可逆皮带机4、布置在可逆皮带机4两端的两套筛分器。采样机2布置在在上料主皮带头轮的前端，并能够在上料主皮带所运载的物料中进行取样。
筛分器分为干筛筛分器和湿筛山筛分器，两者结构大体相同，其中干干筛筛分器包括布置在可逆皮带机一端下方的筛分装置7、分别布置在筛分装置7两端下方的干筛大粒级斗称8和干筛小粒级斗称9，以及连接干筛大粒级斗称8和干筛小粒级斗称9的卸料管道14；湿筛筛分器包括布置在可逆皮带机另一端下方的筛分装置7、分别布置在筛分装置7两端下方的湿筛大粒级斗称10和湿筛小粒级通道11，以及连接湿筛大粒级斗称10和湿筛小粒级通道11的卸料管道14。
可逆皮带机4的两端均装有皮带机称重传感器6，在试样总量斗称3对应位置两旁具有整形装置5。
上料主皮带上安装有超声波料流检测器1；且上述部件均由控制系统15控制。
试样总量斗称3、干筛小粒级斗称9、湿筛小粒级通道11和筛分装置7上均装有振动器13。
为了避免洒落，筛分装置7与可逆皮带机4之间以管道12连接，更进一步的，为了避免湿试料粘在管壁上，湿筛所用的筛分装置7所使用的管道12上也装有振动器13，同样的，湿筛小粒级通道11所使用的卸料管道14上也装有振动器13，筛小粒级通道11也装有振动器13。
本实施例以铁矿石为例，根据工艺要求，以5mm为界，颗粒小于5mm的为小粒，大于5mm的则为大粒，该方法包括如下步骤：
(1)在上料主皮带运输工业筛分后铁矿石时；超声波料流检测器1检测到上料主皮带有稳定的试料高度信号30秒后，并将信号传给控制系统15，控制系统15根据已设好程序控制各部件；
(2)上料主皮带将铁矿石运至采样机2，采样机2实施取样取得试料，本实施例中，采样机2施料流全截面采样作业；而后并卸至试样总量斗称3，试料总量斗称3测量试料的质量；测量完成后，通过阀门将试料投放至可逆皮带机4；在投放过程中，振动器13运行，从而避免粉状试料粘在试料总量斗称3内壁；
(3)根据筛分作业物料含水情况，采用干筛模式或湿筛模式；本实施例中以矿石含水量4％为界线，也即是说，含水量大于4％则采用湿筛模式，否则采用干筛模式，或者试料表面能观察的明水，同样采用湿筛模式；
干筛模式时，可逆皮带机4正转，将试料送至干筛模式筛分器，过程中经过整形装置5，由整形装置5将试料整理成相对固定的料形；干筛模式筛分器运行，对试料进行筛分，并分别通过干筛大粒级斗称8和干筛小粒级斗称9测量大粒级试料质量和小料级质量；
湿筛模式时，可逆皮带机反转，将试料送至湿筛模式筛分器，过程中经过整形装置5，由整形装置5将试料整理成相对固定的料形；湿筛模式筛分器运行，对试料进行筛分，并通过湿筛大粒级斗称10测量大粒级试料质量；
(4)称重完成后；干筛大粒级斗称8和干筛小粒级斗称9，湿筛大粒级斗称 10和湿筛小粒级通道11分别通过卸料管道将物料卸载；
以上步骤上，根据试料所在位置，启动对应位置的振动器13，以保证筛分效率和卸料干净；
(5)将试料筛分、称重完成后，计算小粒级物料粒度；
其中干筛模式采用计算公式为：
小粒级试料粒度＝小粒级试料质量/(小粒级试料质量+大粒级试料质量)；
湿筛模式采用计算公式为：
小粒级试料粒度＝(试料质量-大粒级试料质量)/试料质量。
以上方案中，如果采用湿筛模式，则试料需要在试样总量斗称3中静至5到 15分钟，这样，可以让明水排出，减小明水的测量结果的影响。
振动器13的设置可以有效解决以下问题，1、筛下物粒度小，粉率高，吸水性强，因此，计算出的粒度值会偏大；2、小粒容易沾在筛体结构、筛下通道或物料通道上，无法全部进入小粒级称上，从而无法得到准确的质量，导致粒度结果的偏差。
本实施例采用称重皮带机通过减量法控制一次入筛试样量，也可采用料流整型+控制皮带机运行时间来控制单次筛分试样量(估算)。其目的是为了保证筛分效率，满足国标中规定的不同筛网面积的一次筛分的最大试样量。若将一次所取试样量进行一次筛分，那么筛分设备将非常大，现场条件很难满足。
在线粒度检测系统若采用皮带头部取样，且一次取样量在30kg以上，最多时可达80kg。由于现场筛子面积有限(本实施例的筛网面积一般在0.8平方米)，需分多次筛分才可完成。
如果采用称重皮带机通过减量法控制一次入筛试样量，即取样后样品落在称重皮带机上，并称出总试样量，然后称重皮带机运行，试料随皮带运行并落入摇筛，此时皮带秤显示质量不断减少，当显示质量接近目标质量时，皮带机停止运行，装料完成。
如果采用料流整型+控制皮带机运行时间来估算单次筛分试样量为取样后样品落在皮带机上经过整型，获得料型基本一致的试料(即皮带上单位长度的试料质量大致相等)，然后皮带机匀速缓慢运行，控制皮带机运行时间(距离)来控制一次筛分试样量。
更进一步的，为了测量准确，必须采用科学的设备配置和称量计算方法：采用最小合适量程称、尽少次数称量、累计称量和差减法，可获得准确的单次筛分数据和总的试料粒级值。
由于每台称本身都有一定的精度特性，称量数据会有一定波动。假设称的精度都为1％，如果采样20kg、50kg和100kg，则理论上各称的称量精度为±0.2kg，±0.5kg，±1kg，因此，选择合适量程的称(本案中小粒级物料称选21kg，大粒级选60kg)，特别是大粒级比中占比少的试料，这样可以减小称本身的称量精度带来的误差，提高检测准确度。
采用尽少次数称量方式、采用合量称量法和差减法分别计算单次筛分的各粒级的重量、累计总重量、单次粒级百分比和累计粒级质量百分比(即该次取样试料的粒级百分比)。
采用尽少次数称量方式和合量称量法：由于国标对不同筛网面积的一次筛分质量要求，现有皮带头部一次采样量远大于一次筛分量，因此必须采用一次取样多次筛分、称量作业流程。为了减少多次称量时称的系统偏差(单向偏差)累加，根据现场情况，采用尽少称量次数原则和合量称量法，即在筛分称量一次所取取样试料时，筛分后的大、小两粒级应尽可能一次称量，若超出称的量程，再采用 2次或3次称量，这样可减少称的系统差的累加，提高称量的准确性；单次筛分称量仍采用2次称量值相减。本案中最终数据中小粒级物料量少(一般只有1-3kg) 采用一次称量；大粒级料量多，采用两次称量+中间一次弃料(主要是超出称的量程)。
参照图2，其中，称的系统偏差是称的基本特性，若未做调整，期间其系统误差基本一致。n为一次取样分几次筛分的次数。
普通称量方式就是每次筛分后称重、弃料或者每次称重前清零再称量，并记录单次大、小粒级质量mn大、mn小，、一次取样n次筛分后大、小粒级质量分别为M大(m1大+m2大+...mn大)和M小(m1小+m2小+...mn小)。
以此类推，小粒级称的称量误差与大粒级称原理一致。
采用差减法分别计算单次筛分的各粒级的重量、累计总重量、单次粒级百分比和累计粒级质量百分比(即该次取样试料的粒级百分比)，计算公式如图3。
第n次的累计值即为本次取样＜5mm试料的质量百分比。
W1＝m1小+Δm小,W1′1＝m1大+Δm大；其余以此类推；W1p＝m1p小+Δm小,W1′＝m1p大+Δm大，其余以此类推。
W1、W2、...Wn为第1次、累计2次...累计n次筛分＜5mm物料合量重量；W1′、W2′、...Wn′为第1次、累计2次...累计n次筛分＞5mm物料合量重量；W1p、 W2p、...Wnp分别为第1次、第2次....第n次筛分＜5mm物料单次重量；W1p′、W2p′、...Wnp′分别为第1次、第2次....第n次筛分＞5mm物料单次重量。
由图2、图3可知，对于整批物料而言，本实施例中小粒级称的系统偏差仅为Δm小；大粒级称的系统偏差仅为2倍的Δm大；而在计算单次筛分数据时，单粒级物料采用差减法计算[(m2′+Δm-m1′-Δm)]，此时，单粒级称量系统误差为0；而一次取样筛分后大小粒级物料质量分别为M小(mn小+Δm小)和M大(mn大+2Δm大)，小粒级粒度值为mn小+Δm小)/(mn大+2Δm大)。而采用普通称量计算方式，一次取样筛分后大小粒级物料质量分别为M大(m1大+m2大+...mn大+n×Δm大)M小(m1小++m2小+...mn小+n×Δm小)和M小(m1小++m2小+...mn小+n×Δm小)，因此采用普通称量计算方式的小粒级粒度值为(m1p小++m2p小+...mnp小+n×Δm小)/[(m1p小++m2p小+...mnp小+n×Δ m小)+(m1p大+m2p大+...mnp大+n×Δm大)],所以本案采用计算方法比普通算法的结果与真值偏差更小。
本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种全自动物料粒度检测方法，其特征在于，采用一种大粒级比试料全自动在线粒度检测装置，该装置包括：采样机、承接所述采样机取样的试样总量斗称、布置在所述试样总量斗称的阀门下方的可逆皮带机、布置在所述可逆皮带机两端的干筛筛分器和湿筛筛分器；所述干筛筛分器包括布置在所述可逆皮带机一端下方的干筛筛分装置、分别布置在所述干筛筛分装置两端下方的干筛大粒级斗称和干筛小粒级斗称，以及连接所述干筛大粒级斗称和干筛小粒级斗称的卸料管道；所述湿筛筛分器包括布置在所述可逆皮带机另一端下方的湿筛筛分装置、分别布置在所述湿筛筛分装置两端下方的湿筛大粒级斗称和湿筛小粒级通道，以及连接所述湿筛大粒级斗称和湿筛小粒级通道的卸料管道；所述可逆皮带机的两端均装有皮带机称重传感器；所述采样机布置在上料主皮带的前端，并能够在上料主皮带所运载的物料中进行取样，该方法包括如下步骤：
（1）所述上料主皮带开展生产作业，运输工业筛分后的块矿；
（2）所述上料主皮带将所述块矿运至所述采样机，所述采样机取样作业采取试料，并投入所述试样总量斗称，所述试样总量斗称测量试料的质量；测量完成后，通过阀门将试料投放至所述可逆皮带机；
（3）根据试料含水情况采用干筛模式或湿筛模式；
干筛模式时，所述可逆皮带机正转，将试料送至干筛模式筛分器；所述干筛模式筛分器运行，对试料进行筛分，并分别通过干筛大粒级斗称和干筛小粒级斗称测量大粒级试料质量和小料级试料质量；
湿筛模式时，所述可逆皮带机反转，将试料送至湿筛模式筛分器；所述湿筛模式筛分器运行，对试料进行筛分，大粒级试料通过湿筛大粒级斗称测量大粒级试料质量，小粒级试料通过湿筛小粒级通道以及卸料管道卸料；
（4）当斗称上物料质量达到称的称量上限时，干筛大粒级斗称、干筛小粒级斗称，湿筛大粒级斗称均通过卸料管道卸载其中所容纳的试料；
（5）将试料筛分、称量完成后，计算小粒级试料粒度；
其中干筛模式采用计算公式为：
小粒级试料粒度分布=小粒级试料质量/（小粒级试料质量+大粒级试料质量）；
湿筛模式采用计算公式为：
小粒级试料粒度分布=（试料质量-大粒级试料质量）/试料质量；
称量和计算的详细步骤和方法包括：
（1）称量筛分后试样质量时采用尽少次数称量方式和合量称量法，即每次筛分后分别称量本次筛分的大、小粒级试样质量，试样质量为本次筛分和前n次筛分试样的总质量；当试样质量接近称的有效量程范围上限时，需将称上的试样卸掉，再进行下一次筛分后试样的称量；
（2）计算试样粒度时采用差减法分别计算单次筛分的各粒级的重量、累计总重量、单次粒级百分比和累计粒级质量百分比；第一次筛分的试样粒级为：W1小/（W1小+W1大´）；第二次筛分的试样粒级为：（W2小-W1小）/[（W2小+W2大´）-（W1小+W1大´）]´），2次筛分累计的试样粒级为：W2小/（W2小+W2大´）；依此类推第n次筛分的试样粒级为（Wn小-Wn-1小）/[（Wn小+Wn大´）-（Wn-1小+Wn-1大´）]，第n次筛分累计的试样粒级为：Wn小/（Wn小+Wn大´）；倘若中间有卸料，计算时需将同粒级卸料前的总质量和再次接料后的质量相加；Wn小是累计n次筛分＜5mm物料合量重，Wn大´是累计n次筛分＞5mm物料合量重量。
2.根据权利要求1所述的全自动物料粒度检测方法，其特征在于：所述小粒级试料粒度分布是颗粒小于5mm粒级试料质量百分比。
3.根据权利要求1所述的全自动物料粒度检测方法，其特征在于：所述试样总量斗称、小粒级斗称和筛分装置上均装有振动器。
4.根据权利要求1所述的全自动物料粒度检测方法，其特征在于：所述可逆皮带机上，在所述试样总量斗称对应位置两旁具有整形装置。
5.根据权利要求1所述的全自动物料粒度检测方法，其特征在于：所述采样机施料流全截面采样作业。
6.根据权利要求1所述的全自动物料粒度检测方法，其特征在于：所述试料的含水量大于4%或物料表面有明水现象，采用湿筛模式；否则采用干筛模式。
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