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 1 引言

冶金閃速熔煉技術(shù)是一種新型強(qiáng)化冶煉技術(shù)。它是指把經(jīng)過(guò)深度干燥的粉狀硫化精礦和預(yù)熱空氣、富氧空氣、熔劑、煙塵等物質(zhì)的混合物在閃速爐懸浮熔煉成液態(tài)硫的火法冶金過(guò)程［1］。失重秤是某冶煉廠 閃速爐的重要設(shè)備，它用于連續(xù)精礦計(jì)量輸送。失重秤是一種配料裝置，它把銅精礦輸送到閃速爐反應(yīng)塔內(nèi)與工藝風(fēng)混合后反應(yīng)形成冰銅和渣的混合物。配料是化工、冶金、水泥等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要組成部分。由于配料現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差，生產(chǎn)線長(zhǎng)，控制過(guò)程復(fù)雜，配料要求精確、及時(shí)［2］。某廠新三十萬(wàn) t 銅冶煉工程閃速爐系統(tǒng)使用了兩臺(tái)失重秤，單臺(tái)失重秤輸送精礦最大能力為 80t /h。二系統(tǒng)閃速爐滿負(fù)荷投料量一般在 110 ～ 120t /h 之間，這就要求單臺(tái)失重秤的物料流量在 55 ～ 60t /h 之間。流量波動(dòng)大小是衡量流量測(cè)量值與設(shè)定值之間偏差大小的量，生產(chǎn)要求流量偏差在設(shè)定值的 ± 8% 以內(nèi)，超過(guò) ± 10% 對(duì)工藝生產(chǎn)不利。在實(shí)際生產(chǎn)中，會(huì)出現(xiàn)單臺(tái)或兩臺(tái)失重秤同時(shí)波動(dòng)較大的情況，測(cè)量值甚至?xí)^(guò)設(shè)定值的 ± 30% 。在風(fēng)、油、氧用量一定的情況下，精礦流量大幅波動(dòng)將對(duì)爐況帶來(lái)很不利的影響，因而我們需要盡快掌握失重秤波動(dòng)因素，進(jìn)而解決失重秤波動(dòng)大的問(wèn)題。 

2 失重秤介紹

失重秤是一套流量控制系統(tǒng)，它由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制器( WB － 930) 組成。它通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋給料機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到質(zhì)量流量的設(shè)定值。

失重秤控制器( WB － 930) 控制以下設(shè)備: 給料螺旋( 1 臺(tái)) ，加料閥( 2 臺(tái)) ，攪拌器( 2 臺(tái)) ，流態(tài)化閥( 3 臺(tái)) ，吸氣放空閥( 2 臺(tái)) ，計(jì)量倉(cāng)( 1 個(gè)) 。

2． 1 失重秤控制時(shí)段

失重秤控制時(shí)段計(jì)量倉(cāng)總重量變化過(guò)程曲線如圖 2 所示。當(dāng)計(jì)量倉(cāng)總重量大于加料下限時(shí)，系統(tǒng)處于排料階段。排料階段。加料閥關(guān)閉，流態(tài)化閥關(guān)閉，吸氣閥打開(kāi)，通入大氣，螺旋給料機(jī)和攪拌器運(yùn)行，失重給料控制器檢測(cè)計(jì)量倉(cāng)的排料量，通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，來(lái)控制給料量。失重給料控制器處于重量檢測(cè)狀態(tài)( 檢測(cè)負(fù)載傳感器的壓頭信號(hào)差，該傳感器是由芬蘭的勞特精密有限公司生產(chǎn)的 RC － 22T － C3 型壓力傳感器，它的具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短、機(jī)械損失小等特點(diǎn)［3］。) ，失重給料控制器檢測(cè)并計(jì)算計(jì)量倉(cāng)的排料量，通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋給料機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制物料流量。當(dāng)計(jì)量倉(cāng)總重量小于加料下限時(shí)，排料階段轉(zhuǎn)到加料階段。此時(shí)加料閥打開(kāi)，放空閥打開(kāi)，含塵氣體導(dǎo)入布袋收塵器，如流態(tài)化閥選擇“自動(dòng)”模式，則控制器給出流態(tài)化閥門打開(kāi)的脈沖信號(hào)，直到失重倉(cāng)總重量大于加料上限為止。在加料期間，螺旋給料機(jī)和攪拌器運(yùn)行，加料閥打開(kāi)，失重給料控制器處于容積檢測(cè)狀態(tài)，因?yàn)橛?jì)量倉(cāng)同時(shí)處于加料和排料狀態(tài)，無(wú)法檢測(cè)負(fù)載傳感器的壓頭信號(hào)差值。當(dāng)計(jì)量倉(cāng)總重大于加料上限時(shí)，加料階段轉(zhuǎn)到排料階段。系統(tǒng)在加料完成后，由于加料設(shè)備有余流，需要等待一預(yù)設(shè)的時(shí)間，直到容積檢測(cè)狀態(tài)過(guò)渡到重量檢測(cè)狀態(tài)。

2． 2 排料期間控制器的操作

WB － 930 控制回路若直接采用基本 PID 控制，難以滿足對(duì)系統(tǒng)的控制要求。而采用改進(jìn)的 PID 控制策略，一般可以獲得較為滿意的控制效果。微分先行 PID 控制是將微分作用提前，即包含了一個(gè)先行的微分環(huán)節(jié)。微分環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)包含了被控參數(shù)及其變化速度值，將其作為測(cè)量值輸入到比例積分控制器中，可使系統(tǒng)克服超調(diào)的作用加強(qiáng)，從而補(bǔ)償過(guò)程滯后，達(dá)到改善系統(tǒng)控制品質(zhì)的目的。采用PI 的微分先行控制方案，可較好地抑制滯后系統(tǒng)的超調(diào)量，控制性能良好，且不需要進(jìn)行模型識(shí)別，所以微分先行 PID 控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、易于工業(yè)實(shí)現(xiàn)等諸多優(yōu)點(diǎn)［4］。內(nèi)部 PID 控制器功能是盡可能地維持瞬間的物料流量的精確，其控制間隔為 1 秒( 或幾秒) ，用參數(shù)定義。瞬間測(cè)定值( y ) 輸入到最新測(cè)定結(jié)果的環(huán)形緩沖器內(nèi)，并計(jì)算其和( －y ) ，此( －y ) 作為當(dāng)前的檢測(cè)值并用此值計(jì)算設(shè)定值( u ) 和測(cè)量值( －y )之間的差( e ) 。外部 PI 控制器的功能維持長(zhǎng)期的精確。PI 控制器控制時(shí)間比 PID 控制器的控制時(shí)間長(zhǎng)，其間隔一般為一分鐘。外部 PI 控制器控制內(nèi)部 PID 控制器的設(shè)定值。前饋控制回路 f( u 1) 是通過(guò)插入法螺旋性能曲線獲得，該螺旋性能曲線是分段線性，隨物料量而增加。數(shù)字型 PID 和 PI 控制器工作原理如下: 控制器的輸入是設(shè)定值與檢測(cè)值之差( 用△ d 表示) ，控制器的積分部分是∑△ d ，偏差部分是兩個(gè)連續(xù)△ d之差，新的控制計(jì)算如下:控制輸出 CTRL = P × △d + I × ∑△d + D ×△d'［5］ 這里: △d = 設(shè)定值 － 測(cè)量值∑△d = △d 之和△d' = △d( n) － △d( n － 1)

2． 3 加料期間控制器的操作

加料控制參數(shù)定義為失重給料控制器在加料時(shí)的控制。有三種不同的方式:

( 1) 恒定控制方式: 加料時(shí)，給料螺旋速度恒定控制。

( 2) 加速控制方式: 加料時(shí)，給料螺旋速度增加控制。

( 3) 減速控制方式: 加料時(shí)，給料螺旋速度降低控制。
二系統(tǒng)失重秤在加料期間使用虛線 1 － 恒定控制方案。通過(guò)對(duì)失重秤控制原理的了解，我們了解到失重秤的控制方案是先進(jìn)的、控制精度是很高的。但是要使失重秤高精度的平穩(wěn)運(yùn)行，就必使它工作在符合控制、測(cè)量原理的條件下。從這面入手，我們通過(guò)將近半年的時(shí)間，總結(jié)歸納了失重秤波動(dòng)的若干原因。

3 影響失重秤波動(dòng)的原因歸納

3． 1 機(jī)械電器方面

( 1) 變頻器工作是否正常: 確認(rèn)變頻器控制參數(shù)，事件記錄，報(bào)警信息，檢查變頻器輸入輸出是否實(shí)時(shí)跟蹤。

( 2) 給料電機(jī)和螺旋工作是否平穩(wěn): 檢查其震動(dòng)和噪音的大小。

( 3) 螺旋檢修用固定平臺(tái)和螺旋殼體之間是否完全脫離，稱重系統(tǒng)與周邊物件是否有觸碰和粘連。

( 4) 給料螺旋葉輪是否有缺損，如果有會(huì)影響給料的均勻性。我們發(fā)現(xiàn)其螺旋葉片有時(shí)候磨損較快，偶爾還會(huì)出現(xiàn)缺片的現(xiàn)象，影響螺旋給料的穩(wěn)定性         ［6］。出現(xiàn)這種情況，我們就必須要停車進(jìn)行檢修。

( 5) 失重倉(cāng)和干礦倉(cāng)之間的軟連接，失重倉(cāng)和呼吸管之間的軟連接，螺旋和集料斗之間的軟連接保溫是否正常。

3． 2 工藝方面

( 1) 失重倉(cāng)和干礦倉(cāng)之間的軟連接，失重倉(cāng)和呼吸管之間的軟連接，螺旋和集料斗之間的軟連接是否有粘結(jié)，如有粘結(jié)會(huì)影響稱重計(jì)量。如有此種情況發(fā)生，需停車檢修。

( 2) 呼吸管是否有粘結(jié)或堵塞，如有粘結(jié)或堵塞，失重倉(cāng)壓力不能和大氣壓保持平衡，影響稱重計(jì)量的準(zhǔn)確性，影響加料周期，影響排料的均勻性。如有此種情況發(fā)生，需停車檢修。

( 3) 干礦倉(cāng)料位低。

3． 3 儀表方面

( 1) WB － 930 工作是否正常: 確認(rèn)組態(tài)參數(shù)，控制參數(shù)和報(bào)警信息。

( 2) 稱重傳感器是否有偏移，如有偏移，會(huì)影響稱重計(jì)量的準(zhǔn)確性。如有此現(xiàn)象，需停車糾偏。

( 3) 失重倉(cāng)和固定平臺(tái)之間的連桿是否保持松弛靈活，如果連桿受力，會(huì)影響稱重計(jì)量。

( 4) 加料閥運(yùn)行是否正常: 檢查加料閥開(kāi)、關(guān)是否到位，確認(rèn)加料閥動(dòng)作時(shí)間，如果加料閥開(kāi)、關(guān)不到位或加料閥開(kāi)、關(guān)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)影響稱重計(jì)量。

( 5) 螺旋流態(tài)化閥門動(dòng)作是否正常，螺旋流態(tài)化壓力是否正常。

( 6) 倉(cāng)流態(tài)化閥門動(dòng)作是否正常，倉(cāng)流態(tài)化壓力和流量是否正常。 

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，影響失重秤投料量波動(dòng)原因有很多，當(dāng)給料量波動(dòng)時(shí)，我們依據(jù)失重秤原理，從原料及測(cè)量原理上進(jìn)行分析、查找原因，找出解決方法。2009 年二系統(tǒng)失重秤投料量出現(xiàn)了 1 次較大波動(dòng)( 超過(guò)設(shè)定值的 30% ) 。失重秤波動(dòng)后，我們首先檢查儀表方面可能出現(xiàn)的原因，我們核對(duì) WB － 930 控制器中的參數(shù)是否改變，檢查壓力傳感器的位置是否正常等等，發(fā)現(xiàn)儀表方面沒(méi)有問(wèn)題，然后我們配合電氣人員逐一檢查電氣設(shè)備，也沒(méi)有問(wèn)題，最后我們我們把目標(biāo)鎖定在給料螺旋葉片有缺片上。正常生產(chǎn)時(shí)，我們不能檢查螺旋是否缺片，只有等待停車時(shí)才能夠檢查，在安排好的停車檢修時(shí)間中我們打開(kāi)螺旋的觀察口，發(fā)現(xiàn)螺旋有 2 處缺片，工藝人員安排更換螺旋后，失重秤波動(dòng)消失。在處理過(guò)程中，我們積累了一定的經(jīng)驗(yàn): 利用排查法，先排查螺旋運(yùn)行時(shí)可以檢查處理的因素，如果故障依然存在，只能在停車或定修時(shí)對(duì)其余因素進(jìn)行排查處理。實(shí)踐證明，這種思路和方法是行之有效的。

參考文獻(xiàn)

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