张彩丽 陈哲 纪启永

按照国际贸易惯例，进口铁矿石一般以卸货地海关出具的检验证书作为计价结算依据，因此海关在进口铁矿石检验监管工作中发挥着重要作用。进口铁矿石检验包括取样、制样、化验等一系列活动，其中取样误差约占整个检验误差的80%以上，即取样的代表性直接影响检验结果的准确性，关系到买卖双方的重大经济利益。因此，如何确保进口铁矿石的取样代表性，是一线海关在进口铁矿石检验监管工作中需要考虑的重要问题，也是国际贸易双方关注的焦点^[1-3]。

1 取样方式介绍

进口铁矿石取样工作的核心目标是确保样品的“代表性”，即让每一批铁矿石所有部分都有“同等的机会”被采取到。要实现“同等机会”就要遵循“随机原则”，排除取样时人为因素影响。目前，进口铁矿石的取样方式主要分为机械取样与手工取样。这两种取样方式及所执行的标准分别为GB/T 10322.1—2014《铁矿石 取样和制样方法》与 SN/T 1797.1—2008《铁矿石安全卫生检验技术规范 第1部分：取样 手工法》，其中最核心的区别即是否在料流的全截面采取样品。

铁矿石在震动情况下受重力影响，分层现象不可避免，粒度小的在下，粒度分布规律与重力平行，纵向分布。机械取样是沿着与重力平行的全截面以最少的取样次数实现样品代表性，它使一批几十万吨铁矿的所有部分都有“同等的机会”被采取到，这也是机械取样可以从理论上真正实现样品代表性的根本原因。机械取样设备的设计要求也全部遵循标准GB/T 10322.1—2014，主要限制条件为在有代表性的全截面上采取样品，即取样机垂直于矿石流的一个平面，或沿着矿石流中心轨迹相交的一条弧线横切矿石流。而手工取样及相关标准SN/T 1797.1—2008是从装卸过程露出的新表面采取样品，该取样方式缺点为无法取全截面样品。标准GB/T 10322.1—2014则明确提出，无法对矿石流全截面的取样机所采样品不具有代表性，它们会引入明显的偏差^[4-7]。

2 口岸进口铁矿石机械取样模式

基于对标准GB/T 10322.1—2014的理解以及海关检验监管工作需要，日照海关和黄岛海关分别研究并建成机械手式铁矿石取样系统、跨皮带紧凑型铁矿石机械取样系统和移动式铁矿石机械取样系统。

2.1 机械手式铁矿石取样系统

近年来，国内新建的20万t级及以上的新兴矿石接卸码头大部分都配有大型铁矿石机械化取样系统。该系统采用全自动机械手工艺流程，系统性能（样品量CV值、水分损失率、破碎率、筛分率）、系统偏差、系统精密度全部符合标准GB/T 10322.1—2014。该系统用于对进口铁矿石在卸船过程中进行机械取样，通过操作初采机、二采机、1号缩分机、2号缩分机、破碎机、研磨机、水分烘干机、机械振动筛等一整套设备制备出所需的各种样品，实现在线水分测定，并对大多数块矿以及在条件许可时对粉矿进行在线粒度分析，取样步骤如下。

利用初采机初次采集样品，采集容量约为1000 kg，在此基础上，利用二采机对初采样品进行第二次样品采集，二采机切割采集6次，每次约6 kg，共计约36 kg；利用1号缩分机，从约72 kg样品中缩分出约27 kg（块矿）、18 kg（粉矿）样品。机械手操作机械振动套筛（可放置7层筛网，最多可测得8个粒度级）对矿石进行筛分称重，得到矿石粒度级分布；操作破碎机将大型块矿破碎为粒度小于10 mm的样品；操作2号缩分机，从约20 kg样品（块矿）或13.5 kg样品（粉矿）缩分出各约1.3 kg样品（块矿）或1.7 kg样品（粉矿）；操作水分烘干机烘干水分，测定矿石的水分含量；操作研磨机将破碎后的样品研磨，再将研磨后的样品送至实验室检测。工作流程如图1所示。

2.2 跨皮带紧凑型铁矿石机械取样系统

大量实际应用表明，机械取样系统能够更有效地消除人为采样误差，并在很大程度上保证矿石检验结果的客观性、准确性和及时性。据了解，国内各口岸配置的矿石接卸码头机械化取样系统均为一次建成后使用，国内外尚未有对港口现存较小吨级矿石码头依现有条件改造升级、搭建跨皮带紧凑型铁矿石机械化取样系统的情况，也没有进行多功能优化组合的先例，同时未见大型机械化取样系统和紧凑型取样系统转化、对接的相关研究报道。跨皮带紧凑型铁矿石机械化取样系统的设计方案，可以突破现有大型铁矿石机械化取样系统受制于传统码头空间束缚、投资巨大等因素限制而难以普及的现状，为国内类似机械化取样系统的技术改造与功能实现提供可行性参考方案，有助于港口存量码头推广应用机械化取样设备，进一步提升国内矿石码头自动化、机械化作业水平，也有助于海关实现对进口铁矿石的智慧监管。

本系统主要针对有转运皮带但受客观条件所限，无法安装大型铁矿机械取样配套设施的老码头、小码头，具体设计方案如下：在靠近卸船抓斗的皮带转接塔位置，按照实际尺寸安装切割式一采机，并在其下方安装新型切割式二采设备，通过全截面取样，实现“交货批所有物料被取得的机会均等”的要求。初采份样由缓存斗落料到二采机来样皮带上，采用料流截取式缩分法对每个份样进行定量缩分，保证每个份样缩分质量合成的大样质量符合标准GB/T 10322.1—2014关于水分测定、化学分析和粒度分析要求^[8]。工作流程图如图2所示。

2.2.1 港口转运站采样设施

系统在现有的BJ1-1皮带机作业线上设置GD150型初采机（全截面截取斗式），对一条皮带机作业线进行取样作业。取样控制系统按照定量取样方式为主、定时取样为辅设计。取样过程中，每当皮带机上流经的矿石达到设定的重量或时间间隔，与其对应的初采机就进行一次取样操作。正常情况下，初采机按矿石品质波动为“中”进行取样，也可根据需要按品质波动为“大”或“小”进行取样及样品制备。系统取样速度根据瞬时流量进行自动调节，且每一次取样过程中速度保持恒定，每条作业线的瞬时流量过大或过小时（＞2000 t/h或＜500 t/h），初采机推迟取样。

份样的平均质量为QL/3.6V。其中，Q为港口主皮带机流量；L为初采机开口大小0.15 m；V为初采机截取速度，最大流量时，V = 0.6 m/s。按此条件取样，从一条作业线上取得的份样平均质量约为105 kg。初采机工作时不同批量的铁矿石份样个数与可能的最小取样周期安排见表1。

表1 初采机工作安排表

Table 1 Work schedule of the preliminary mining machine

2.2.2 港口二次取样设施

受港口皮带机流量、初采机截取口开口大小以及截取速度的影响，初采机取得的份样多达数百公斤，因此对样品需进行二次取样。依据标准GB/T 10322.1—2014中的相关要求，需对初采样品进行缩分，仅取出少量部分进行后续样品制备。

二采机设置在港口转运塔内，通过安装在皮带机上的料流探测装置，测出料流的通过时间，用于计算二采机的截取间隔及发出信号启动二采机。二次取样取出的样品量既要满足标准规定的最低要求，又要避免取的过多给后续的制样增加负担。二次取样采用定量取样方式，二次取样后的弃样通过弃样溜槽送回转运站内的港口主皮带机上；缩分后的样品通过溜槽进入转运塔一层样品收集桶中，每3个样品组成一个副样。

2.3 移动式铁矿石取样系统

当前，无论是机械手式铁矿石取样系统，还是跨皮带紧凑型铁矿石机械取样系统，都只能在有转运皮带的码头实现机械化取样，对在码头前沿落地的铁矿石只能采用传统的人工取样方式。为了解决码头前沿落地铁矿石取样的机械化，日照口岸和黄岛口岸业务现场经过充分研究论证，联合装备企业制造出一种移动式铁矿石机械取样系统，从而实现对在码头前沿落地的铁矿进行机械化取样，有效排除铁矿石取样过程中人为因素造成的误差，全面提高所取样品的代表性。

2.3.1 移动式铁矿石取样系统模型

移动式铁矿石机械取样系统是一种车载式散货机械取样设施，与一台铲车配合工作，可以在码头船边卸货现场使用，也可以在货物堆场装卸货时使用。该取样系统能够满足相关标准要求，同时又具有设备构造简易、造价低、移动方便灵活的特点，适用于各种取样现场^[9]。

该系统结构模型为在一个可移动车载平台上搭载铁矿石取样及缩分功能设备，系统自带动力，实现全料流切割取样。移动式铁矿石取样系统以移动式铁矿石取样装置为核心，港口卸船机、接料器、配套铲车及车载记录仪、供电插口、现场取样岗亭及监控设备等设施与其配套，共同组成一个取样系统。在卸货过程中，通过接料器实施取样工作，将每一个卸船抓斗卸货过程中形成的落料流类比作一条卸船皮带料流，多个卸船抓斗同时卸货类比作多条卸船皮带料流。接料器相当于传统取样系统中的一采机。通过移动接料器达到一个接料器覆盖所有落料流的目的，一个接料器可实现多个传统固定式一采机设备的功能，取样步骤如下。

首先，车载平台将铁矿石取样装置移至预设取样位置，当卸货重量满足取样要求时，铲车驾驶员移动接料器至合适位置，卸船抓斗配合在接料器上方卸货，接料器接取初采料流。随后，铲车将接料器中的初采样品倒入接料缓存斗，并由造流皮带进行切割式缩分，取得份样进入样品收集器。最后，弃样由铲车斗或弃样皮带盛接，弃料至大垛，后续采样周期照此循环。工作流程图如图3所示。

2.3.2 标准符合性概述

整个移动式铁矿石取样系统模型以标准GB/T 10322.1—2014为基础设计，在全截面截取、取样间隔、取样个数、份样质量、份样缩分过程、大样质量等方面都满足标准要求。

（1）全截面截取。整个取样系统中使用接料器的一采，使用切割式缩分的二采，均做到了全截面截取，保证了所有物料被取得的机会均等。

（2）取样间隔。采用质量间隔进行取样，开始卸船后，取样间隔由每一台卸船抓斗设备卸货重量累计数触发。取样动作流程由掌握卸船重量的卸船抓斗操作人员启动。

（3）取样个数。取样个数根据输入的货物基本信息，由取样装置控制系统按照标准自动产生，实际取样个数由取样装置存储，车载记录仪录像、取样岗亭监控设备录像也均可验证。

（4）份样质量。初采份样质量参照标准GB/T 10322.1—2014设计，考虑到抓斗料流为脉冲式料流，波动性会大于转运皮带连续料流，为抵消影响，接料器开口设计大于300 mm，接料器尺寸设计满足初采样品容积需求，初采样品质量至300～400 kg。二采份样质量可通过设置二采机切割次数来调节，装置二采机可被设置的最低切割次数也满足份样最小质量要求。

（5）份样缩分过程。初采样品连同接料器由铲车搬运至现场设备进行缩分和制样形成份样，相当于传统取样系统中的二采过程。份样缩分采用定量缩分。缩分和制样过程符合标准GB/T 10322.1—2014中样品缩分和机械缩分法要求，采用料流截取式缩分法对每个份样进行定量缩分，料流切割次数大于4次，具体切割次数可根据货物种类设定在4至10次之间。

3 推广及应用

机械手式铁矿石取样系统自日照、黄岛口岸上线后，多个口岸及港方前来考察，随后国内众多新建的大型矿石接卸码头陆续配套了该类铁矿石机械化取样系统。机械手式铁矿石取样系统大大提高了工作效率，能够有效确保取样工作质量，使国内相关监管部门及港方更直观地认识到机械化取样的优势。

跨皮带紧凑型铁矿石机械取样系统最先在前湾港65号、86/87号泊位投入试运行，取样的代表性受到了参与的国内外收/发货人以及港方的充分肯定，该类取样系统适合在10万t级及以下泊位推广应用。该类系统仅需对原大型取样系统进行简易化改造，便能够满足海关对入境铁矿石取样的科学化管理要求，且能为港口提供机械化取样服务，具有非常好的应用价值和推广前景。目前，董家口港配套机械取样设施将该系统集成到其中，运行良好。

移动式铁矿石机械取样系统在日照口岸、黄岛口岸投入运行并取得良好反响后，装备企业对该设备进行了量产。目前累计有超过22台该类取样系统在日照港、黄岛前湾港、黄岛董家口港、唐山港等矿石码头投入使用。根据各港口使用方的反馈，该设备运行平稳，效果显著，能够作为入境铁矿石机械取样的一种选择，具备较好的实用价值。

4 结论

近些年，日照口岸和黄岛口岸积极推进进口铁矿石机械化取样作业模式，在遵循取样标准要求的基础上，突破单一机械取样方式，结合现场实际，大胆创新机械取样模式。针对皮带转运铁矿，在全国首先研发了跨皮带固定式机械取样设备；针对前沿落地铁矿，在全国首先研发了移动式机械取样设备，并均已投产。根据日照口岸和黄岛口岸的研究实践成果，目前国内部分港口已布局形成以机械手式取样装置为代表的大型设备，以跨皮带紧凑型机械取样装置为代表的中型设备，以移动式机械取样装置为代表的小型设备的铁矿石机械取样作业体系，实现“皮带转运”“前沿落地”等各类铁矿石接卸场景下的机械取样模式全覆盖，进一步提升了现场海关对进口铁矿石的智慧监管水平，为提升港口接卸效率提供了有力保障 ^[10]。

参考文献

[1]李凤贵, 张西春. 铁矿石检验技术[M]. 北京: 中国标准出版社, 2005: 17-19.

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[3]丁仕兵, 胡顺峰, 郭兵. 铁矿石贸易与检验鉴别[M]. 北京: 中国质检出版社, 2013: 63-66.

[4]应海松, 李斐真. 铁矿石取样及物理检验[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2007: 13-74.

[5]国家质量监督检验检疫总局检验监管司. 铁矿石手工取样[M]. 北京: 中国标准出版社, 2009: 55-78.

[6] SN/T 1797.1—2008 铁矿石安全卫生检验技术规范 第1部分:取样 手工法[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.

[7] GB/T 10322.1—2014 铁矿石 取样和制样方法 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2014.

[8]刘梦琳, 张彩丽, 陈哲. 一种用于矿石检测的采样装置: 中国ZL 202022829920.8[P]. 2021-07-20.

[9]陈哲, 管嵩, 刘静洁, 等. 一种车载式矿产品机械取样装置: 中国ZL 202121577878.3[P]. 2022-02-22.

[10]陈哲, 王东. 黄岛口岸探索进口铁矿石检验监管新模式[J]. 工程技术, 2016 (7): 304-305.

图1 机械手式铁矿石取样系统工作流程图

Fig.1 Workflow of the robotic iron ore sampling system

图2 跨皮带紧凑型矿石机械取样系统工作流程图

Fig.2 Workflow of the cross-belt compact ore mechanical sampling system

图3 移动式铁矿石机械取样系统工作流程图

Fig.3 Workflow of the mobile iron ore mechanical sampling system