軒紅鐘，邵明軍，徐寅生，蔡盛強(qiáng)

（安徽海螺建材設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 安徽 蕪湖 241070）

0 引言

近年來，隨著工業(yè)4.0 智能化概念的提出，中國國內(nèi)各大水泥生產(chǎn)企業(yè)紛紛推出生產(chǎn)線智能化質(zhì)量控制系統(tǒng)。按照《海螺集團(tuán)智能工廠建設(shè)方案》的規(guī)劃，海螺集團(tuán)首套智能質(zhì)量控制系統(tǒng)于2018 年5 月在海螺某子公司正式投入生產(chǎn)運(yùn)行。該系統(tǒng)實現(xiàn)了水泥生產(chǎn)從原、燃材料進(jìn)廠——生產(chǎn)過程質(zhì)量控制——熟料、水泥出廠整個過程的智能化、數(shù)據(jù)化控制[1]。

水泥生產(chǎn)線智能實驗室系統(tǒng)主要由4 個部分組成：分布于現(xiàn)場各取樣點的自動取樣——發(fā)送站；含有接收站、制樣系統(tǒng)、機(jī)械手、X-熒光/衍射儀組成的樣品處理與分析系統(tǒng)——中央實驗室；炮彈（樣品載體）自動輸送管網(wǎng)； 海螺自主開發(fā)的先進(jìn)配料系統(tǒng)。智能實驗室系統(tǒng)圖如圖1，各部分組成及功能介紹如圖1：

圖1 智能實驗室系統(tǒng)圖

1 自動取樣——發(fā)送站

自動取樣——發(fā)送站分布于現(xiàn)場各取樣點，是水泥質(zhì)量控制的源頭，主要由取樣器、制樣、縮分單元以及發(fā)送站組成。取樣及發(fā)送的規(guī)范性決定著后續(xù)水泥樣品的分析與配料的準(zhǔn)確性。其中取樣器根據(jù)物料性質(zhì)可分為粉料取樣器和塊狀物料取樣器兩種，由于樣品輸送為炮彈載體輸送，以及實驗室樣品處理設(shè)備的特殊性，塊狀物料取樣后在發(fā)送前，需要經(jīng)過破碎處理方可封裝發(fā)送。海螺某項目根據(jù)智能實驗室系統(tǒng)的控制思想，配置了10 臺自動取樣器：其中生料、水泥粉料取樣器共計8 臺、熟料取樣器2 臺，取樣、發(fā)送站配置如表1。該項目在發(fā)送站配置上結(jié)合現(xiàn)場實際情況做了如下優(yōu)化，1#、2# 水泥磨取樣器和3#、4# 水泥磨取樣器分別共用了發(fā)送站，其它各取樣點分別共6 臺發(fā)送站，另考慮水泥出廠發(fā)運(yùn)量大，取樣分散的特點，在散裝廣場水泥庫側(cè)配置了一臺手動發(fā)送站，大幅降低取樣勞動強(qiáng)度。

在實際生產(chǎn)運(yùn)行過程中，多余的樣品需通過壓縮空氣回收至原輸送系統(tǒng)，由于該樣品已經(jīng)過縮分，為保證生產(chǎn)出水泥的質(zhì)量，對壓縮空氣的品質(zhì)要求較高。其中壓力露點溫度要求≤-20℃，而水泥工廠空壓機(jī)站配置的冷凍式干燥機(jī)出口露點最多只能做到≤10℃，無法滿足該系統(tǒng)用氣，因此該項目在取樣及發(fā)送時采用就近取氣的方式，并額外配置了吸附式干燥器對壓縮空氣進(jìn)行預(yù)處理，從而有效降低了壓縮空氣溫度對回收樣品質(zhì)量的影響。

2 中央實驗室

表1 取樣、發(fā)送站配置表

經(jīng)取樣器取出的樣品需送至中央實驗室進(jìn)行檢測分析，中央實驗室主要是由全自動實驗室、操作室、除塵室、空壓機(jī)房、輔助間及配套電力室組成，其中全自動實驗室由一套樣品接收、準(zhǔn)備單元和若干分析設(shè)備組成。樣品接收、準(zhǔn)備單元主要集成了樣品接收站、粉磨壓片一體機(jī)、留樣單元等設(shè)備間，這些設(shè)備間的工作銜接由一臺定制的機(jī)械手完成。中央實驗室工作原理圖如圖2。

圖2 中央實驗室工作原理

中央實驗室主要承擔(dān)著水泥生產(chǎn)中的分析環(huán)節(jié)，是控制水泥質(zhì)量的核心，該實驗室從功能性上替代了傳統(tǒng)實驗室里的控制室、熒光制樣室和熒光分析室，其中分析設(shè)備主要有激光粒度儀、熒光儀、衍射儀等，可以對樣品的粒度，化學(xué)成分以及物相組成進(jìn)行全面的分析，評價其質(zhì)量的優(yōu)劣。中央實驗室如圖3。若全自動實驗室與生產(chǎn)線同步實施，可將中控室、實驗室統(tǒng)籌考慮。

3 自動送樣管網(wǎng)

圖3 中央實驗室（中控視角）及機(jī)械手

自動送樣管網(wǎng)則是將現(xiàn)場各取樣發(fā)送站以及中央實驗室接收站連接的管道系統(tǒng)，是決定整個智能系統(tǒng)能否實現(xiàn)自動化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該管道系統(tǒng)是通過氣力負(fù)壓輸送將載有試樣的炮彈輸送至實驗室，經(jīng)機(jī)械手完成卸樣后，炮彈原路正壓返回至發(fā)送站準(zhǔn)備下一次送樣。組成管網(wǎng)的主要設(shè)備、管件有：輸送風(fēng)機(jī)、管道換向器（站）、φ80×2.5mm 無縫管道、R1000 彎頭、T 型閥、連接抱箍和管卡等。詳見圖4。

自動送樣管道雖與常見的煤粉輸送管道、壓縮空氣管道同為管道式氣力輸送，但要確保整個智能實驗室系統(tǒng)安全且高效運(yùn)行，則需對管道系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)一步改進(jìn)，同時在安裝過程中應(yīng)盡量避免客觀因素造成的調(diào)整。在管網(wǎng)的實際設(shè)計過程中，為滿足炮彈的順利輸送與返回，該系統(tǒng)重點從以下幾方面進(jìn)行了考慮：

圖4 自動送樣管道組件

首先需要考慮的是輸送方式，與普通的正壓氣力輸送相比，由于該系統(tǒng)炮彈需要原路返回，所以設(shè)計上可以通過改變氣體去向來控制炮彈在管道中的運(yùn)行方向，負(fù)壓輸送時氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)外排，正壓輸送時通過T 型三通外排；其次在管道連接方式上應(yīng)盡量減少輸送阻力的影響，管道對接通過抱箍緊固，管道內(nèi)壁光潔度要求很高，不允許焊接，由于現(xiàn)場管網(wǎng)覆蓋范圍大，輸送距離長，取樣點分散的特點，必要時可采用帶坡度設(shè)計；最后考慮到輸送過程中的變向方式的設(shè)計，一方面由于炮彈區(qū)別于氣體和物料不具有流動性的特點，在輸送時遇到變向過程則需考慮將彎頭曲率相應(yīng)提高，受炮彈尺寸影響，管徑一般不低于1000mm，在管道平面/豎向布置盡量橫平豎直，以減少彎頭數(shù)量。另一方面結(jié)合現(xiàn)場實際采用了雙路管道進(jìn)中央試驗室的設(shè)計方案：兩條熟料線出磨和入窯生料匯總一路，另外出窯熟料×2、出磨水泥×4 樣和出廠手動樣匯總一路，兩路管道匯合并行，考慮兩邊樣品數(shù)量的不平衡性，在匯總之后需設(shè)置一個兩進(jìn)兩出的換路站，解決兩路樣品數(shù)量的不平衡問題。

4 結(jié)語

智能實驗室系統(tǒng)的應(yīng)用提高了生產(chǎn)檢驗的及時性和準(zhǔn)確性，在大幅降低員工勞動強(qiáng)度同時，也有效提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性[2]。質(zhì)量控制系統(tǒng)的智能化、數(shù)據(jù)化控制，一方面指導(dǎo)著數(shù)字化智能礦山系統(tǒng)進(jìn)行石灰石的合理開采與搭配，以提高資源利用率；另一方面也幫助專家優(yōu)化控制系統(tǒng)和工藝參數(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)中的節(jié)能降耗目標(biāo)。智能實驗室在水泥工廠中的成功應(yīng)用，將成為未來水泥工廠的發(fā)展趨勢。