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1 引言

某公司分公司于 2005 年底建成投產(chǎn)，屬“國(guó)際一流、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先”的鉛、鋅金屬冶煉企業(yè)，年產(chǎn)主產(chǎn)品電鉛、電鋅 20 多萬(wàn)噸。其中鋅冶煉系統(tǒng)的工藝流程是將硫化鋅精礦通過(guò)沸騰爐焙燒脫硫后變成碚砂，利用稀硫酸將碚砂中的鋅浸出進(jìn)入溶液，溶液經(jīng)過(guò)處理后變?yōu)橹薪锨逡?，中浸上清液?jīng)過(guò)凈化工藝除去銅、鎘、鈷、鎳、鍺等有害的雜質(zhì)元素后成為新液，合格的新液經(jīng)過(guò)電解后得到最終產(chǎn)品鋅片。在凈化工藝過(guò)程中是靠向中浸上清液加入鋅粉，利用鋅元素的化學(xué)特性置換出溶液中的其它元素，達(dá)到除去有害的雜質(zhì)元素目的，加入鋅粉的量根據(jù)理論公式計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)修正得到，然后靠定量給料機(jī)進(jìn)行計(jì)量控制。鋅粉加少了達(dá)不到除去有害雜質(zhì)元素的期望值，得不到合格的新液；鋅粉加多了造成浪費(fèi)。因此，定量給料機(jī)的計(jì)量準(zhǔn)確性非常重要。

2 DEL 型定量給料機(jī)的工作原理

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

DEL 型定量給料機(jī)的秤體采用 2 個(gè)十字簧片做支點(diǎn)、一個(gè)懸臂梁式稱重傳感器和帶平衡重的單桿式承載器結(jié)構(gòu)；托輥間距 200mm （槽型角為零的單個(gè)平托輥）；測(cè)速采用接近開關(guān)和變頻電機(jī)上安裝的齒輪盤配合做測(cè)速傳感器；儀表采用德國(guó) SCHENCK PLUS 儀表；動(dòng)力部分采用變頻電機(jī)和西門子 420 變頻器作驅(qū)動(dòng)。

2.2 稱重控制原理

鋅粉的重量通過(guò)皮帶傳遞到稱重托輥，再由杠桿機(jī)構(gòu)傳遞給稱重傳感器。皮帶的速度由接近開關(guān)發(fā)出脈沖電壓頻率確定，每當(dāng)接近開關(guān)與變頻電機(jī)上安裝的齒輪的齒頂接觸一次就發(fā)出一個(gè)脈沖電壓，脈沖電壓頻率越高代表皮帶速度越高。稱重傳感器的毫伏信號(hào)和接近開關(guān)的脈沖電壓信號(hào)經(jīng) SCHENCK PLUS 儀表處理和積分運(yùn)算得出皮帶上鋅粉的瞬時(shí)流量和累積量。

2.3 控制原理

需要定量輸送的鋅粉裝在料倉(cāng)里，料倉(cāng)的底部為圓錐體，在圓錐體的鋅粉輸送方向上有一個(gè)開口，料倉(cāng)里的鋅粉直接壓在定量給料機(jī)的輸送皮帶上，皮帶運(yùn)行時(shí)直接將鋅粉從開口處帶出，也就是說(shuō)一般情況下皮帶的單位長(zhǎng)度載荷是恒定的。定量給料機(jī)運(yùn)行時(shí)儀表將實(shí)際的瞬時(shí)流量與設(shè)定量進(jìn)行比較得出偏差值，根據(jù)此偏差值得出控制輸出值應(yīng)有的變化值控制變頻調(diào)速器，再由變頻調(diào)速器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變皮帶的速度，從而使實(shí)際流量趨近于設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)定量給料的目的。

3 DEL 型定量給料機(jī)的缺陷

3.1 稱量段問(wèn)題

定量給料機(jī)稱量段只有 0.2m，稱量段太短導(dǎo)致計(jì)量精度受皮帶張力影響太大。按廠家對(duì)電子皮帶秤的計(jì)量誤差定義：稱量段長(zhǎng)度 4.8m 的計(jì)量誤差為 0.5%；稱量段長(zhǎng) 度 2.4m 的計(jì)量 誤差為1%，有些廠家自稱誤差 0.25%的，其稱量段長(zhǎng)度大于 10m，由此推論定量給料機(jī)的線性誤差大于10%，我們分別用 20kg/m 和 10kg/m 的鏈碼驗(yàn)證的結(jié)果是線性誤差大于 5%。

3.2 鋅粉潑灑的問(wèn)題

由于鋅粉粒度小 （大于 100 目），流動(dòng)性好，當(dāng)向料倉(cāng)里加鋅粉時(shí)，會(huì)有大量鋅粉從出口處噴灑；在皮帶運(yùn)行過(guò)程中又會(huì)有鋅粉潑灑粘接托輥、平衡重、十字簧片、稱重傳感器；現(xiàn)場(chǎng)有蒸汽導(dǎo)致鋅粉粘接皮帶，這些因素會(huì)使皮重發(fā)生變化。鋅粉粘接托輥導(dǎo)致受力點(diǎn)變化和使托輥轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活或不轉(zhuǎn)動(dòng)；粘接稱重傳感器導(dǎo)致稱重傳感器不能自由形變，皮帶跑偏、糾偏及溫度變化導(dǎo)致皮帶張力改變等都會(huì)帶來(lái)計(jì)量誤差。

3.3 近 3 年的檢定情況

凈化工序共計(jì)使用 7 臺(tái)定量給料機(jī)，每年檢定一次，期間對(duì)使用量大的至少每月校準(zhǔn)一次或工序人員反映誤差大時(shí)就進(jìn)行校準(zhǔn)。2012 年的檢定情況是：零點(diǎn)誤差在 -29.9%～79.1%之間、稱量誤差在 -12.1%～18.5%之間；2013 年的檢定情況是：零點(diǎn)誤差在 -3.6%～28.8%之間、稱量誤差在-20.1%～12.5%之間；2014 年的檢定情況是：零點(diǎn)誤差在 -65.8%～34.7%之間、稱量誤差在 -24.2%～18.7%之間。這樣大的誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了工藝控制的允許范圍，給工藝控制和生產(chǎn)成本帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。

4 不利影響

4.1 對(duì)工藝控制的影響

鋅粉投多了是浪費(fèi)，投少了影響工藝控制質(zhì)量；使工藝技術(shù)人員無(wú)法對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行精確控制，對(duì)理論和經(jīng)驗(yàn)易造成誤判，無(wú)法從經(jīng)驗(yàn)上升到理論高度。

4.2 對(duì)生產(chǎn)成本的影響

由于定量給料機(jī)誤差太大，工藝技術(shù)人員只有靠多投鋅粉來(lái)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，避免生產(chǎn)出不合格的新液造成返工。凈化工序每年消耗鋅粉在 4000t 以上，保守估計(jì)至少多投了 10%的鋅粉，即每年浪費(fèi)了至少 400t 鋅粉，價(jià)值 600 萬(wàn)元以上。

4.3 對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的影響

由于鋅粉產(chǎn)生噴灑和潑灑，污染了生產(chǎn)環(huán)境，給清潔文明生產(chǎn)帶來(lái)了很大的不利影響，給崗位操作人員帶來(lái)了極大的麻煩。

5 改進(jìn)思路

針對(duì)定量給料機(jī)存在的問(wèn)題，多年來(lái)我們一直在思考改進(jìn)的辦法，一是在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造，例如使用帶裙邊的皮帶 （消除擋料板帶來(lái)的問(wèn)題和避免鋅粉潑灑）、在出料口增加緩沖裝置 （避免鋅粉噴灑），但都覺得是治標(biāo)不治本；二是尋找替代定量給料機(jī)的新型測(cè)量設(shè)備。經(jīng)過(guò)不懈的努力，最終找到了合適的測(cè)量設(shè)備———失重秤，于是購(gòu)置安裝了 2 臺(tái)失重秤。

6 失重秤的工作原理

6.1 系統(tǒng)構(gòu)成

失重秤由儲(chǔ)料倉(cāng)、投料螺旋 （給計(jì)量斗加料，一般使用氣動(dòng)閥直接加料）、計(jì)量斗 （由 3 個(gè)稱重傳感器支撐）、變頻電機(jī)、排料螺旋和控制儀表等組成。

6.2 稱重控制原理

儀表根據(jù)設(shè)定的流量，通過(guò)變頻器控制變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速繼而控制排料螺旋的轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到控制鋅粉流量的目的。定量給料機(jī)的儀表是通過(guò)積分運(yùn)算來(lái)控制鋅粉的流量，而失重秤的儀表是通過(guò)微分運(yùn)算來(lái)控制鋅粉的流量，即失重秤的儀表是根據(jù)計(jì)量斗里鋅粉重量的減少率 （單位時(shí)間減少的重量） 來(lái)調(diào)整螺旋的轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際流量趨近于設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)定量給料的目的。當(dāng)計(jì)量斗的鋅粉量低于某一量 （我們?cè)O(shè)定為 50kg） 時(shí)，儀表啟動(dòng)投料螺旋給計(jì)量斗加入鋅粉；當(dāng)高于某一量（我們?cè)O(shè)定為 200kg） 時(shí)，儀表停止投料螺旋，這樣周而復(fù)始循環(huán)，保證計(jì)量斗里鋅粉的重量在50kg～200kg 之間。在投料期間，失重秤處于容積模式運(yùn)行，即給料螺旋處于勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速是儀表根據(jù)進(jìn)入容積模式之前的某段時(shí)間內(nèi)螺旋轉(zhuǎn)速的變化量而計(jì)算得到的平均轉(zhuǎn)速。

7 失重秤的優(yōu)越性

7.1 理念的先進(jìn)性

鋅粉靠螺旋輸送，在輸送計(jì)量過(guò)程中鋅粉始終處于密閉狀態(tài)，所以不會(huì)有鋅粉潑灑和噴灑而污染環(huán)境和給計(jì)量精度產(chǎn)生不利影響的情況；失重秤在計(jì)量控制中無(wú)需測(cè)量螺旋的轉(zhuǎn)速，計(jì)量斗的皮重變化不會(huì)影響計(jì)量精度；在稱重模式時(shí)，失重秤相當(dāng)于靜態(tài)秤，即影響失重秤計(jì)量精度的因素不多，所以失重秤計(jì)量精度遠(yuǎn)高于定量給料機(jī)。

7.2 計(jì)量誤差小

據(jù)相關(guān)資料報(bào)道，失重秤的計(jì)量誤差低于0.5%。我們的失重秤 （廠家上海大和，共計(jì) 2 臺(tái)，流量 100kg/h～1000kg/h） 的技術(shù)資料給出的計(jì)量誤差低于 1%。我們的檢定情況是：

（1） 動(dòng)態(tài)誤差

失重秤正常運(yùn)行時(shí)，儀表的瞬時(shí)流量一般在設(shè)定量的±10kg/h 之間變化。啟動(dòng)儀表的自檢功能，重復(fù) 3 次設(shè)定流量為100kg/h 的自檢，儀表自行算出每 10 分鐘的累積量誤差低于 0.5%；重復(fù) 3 次設(shè)定流量為 400kg/h 的自檢，儀表自行算出每 10 分鐘的累積量誤差低于0.2%。使用常規(guī)校準(zhǔn)方法，當(dāng)給定流量 100kg/h 時(shí)，一段時(shí)間內(nèi)，儀表累積量為 126.5kg，控制衡器（電子臺(tái)秤，型號(hào) TCS—150，誤差低于 50g） 稱出的重量為 127kg，由此得出失重秤的絕對(duì)誤差 - 0.5kg、相對(duì)誤差 - 0.39%；當(dāng)給定流量 400kg/h 時(shí)，一段時(shí)間內(nèi)，儀表累積量 81.3kg，控制衡器稱出的重量為 81.2kg，由此得出失重秤的絕對(duì)誤差 0.1kg、相對(duì)誤差 0.12%。正常使用并在稱重模式時(shí)，在各種流量下，反復(fù)多次觀察一段時(shí)間內(nèi)失重秤儀表動(dòng)態(tài)累積量（分度值 0.1kg） 與計(jì)量斗里鋅粉重量的減少量 （分度值 0.1kg） 幾乎相同，兩者之差不超過(guò) 0.1kg。

（2） 靜態(tài)誤差

用每個(gè) 20kg 的 M1 級(jí)砝碼對(duì)失重秤進(jìn)行靜態(tài)校準(zhǔn)，在 0kg～200kg 范圍內(nèi)的誤差低于 50g；校準(zhǔn)后，進(jìn)行了 3 次的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，誤差低于 100g。

（3） 結(jié)論和推論

當(dāng)設(shè)定流量在 100kg/h 時(shí)，失重秤的瞬時(shí)流量誤 差 較 大 ， 在 ±10% 左 右 。 這 是 由 于 流 量 在100kg/h 時(shí)，每秒流出的鋅粉量只有 28g，這么小的量要達(dá)到精確控制是很難的，涉及到儀表的控制精度、螺旋的制造精度和鋅粉的流動(dòng)性等；當(dāng)設(shè)定流量在 400kg/h 時(shí)，失重秤的瞬時(shí)流量誤差在±2.5%左右，說(shuō)明設(shè)定流量越大，瞬時(shí)流量的相對(duì)誤差越小。不過(guò)對(duì)于動(dòng)態(tài)秤來(lái)說(shuō)，計(jì)量精度是看一段時(shí)間內(nèi)累積量的誤差，而不是瞬時(shí)流量誤差。失重秤正常運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)累積量與靜態(tài)重量的減少量幾乎同步，當(dāng)兩者的量達(dá)到幾十 kg 時(shí)，兩者之差不超過(guò) 0.1kg，說(shuō)明失重秤計(jì)量物料的累積量足夠大時(shí)，其誤差低于千分之一，與靜態(tài)秤相當(dāng)。也就是說(shuō)，失重秤處于稱重模式時(shí)，就是一臺(tái)靜態(tài)秤。使用常規(guī)校準(zhǔn)方法對(duì)失重秤進(jìn)行校準(zhǔn)，在設(shè)定流量 100kg/h 時(shí)誤差較大，是因?yàn)槭е爻右獑?dòng)和停止一次，當(dāng)啟動(dòng)到跟到設(shè)定流量或從停止到流量為零，從儀表顯示可看出流量變化很大，帶來(lái)了較大的累計(jì)誤差所致，不能代表失重秤正常使用時(shí)的誤差。當(dāng)失重秤處于容積模式時(shí)，從儀表上觀察，流量顯示一般在設(shè)定流量的±2kg 之間，如果用這個(gè)誤差算，最大誤差應(yīng)該在設(shè)定流量為 100kg/h時(shí)，即誤差為±2%。所以，失重秤作為連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器，誤差主要取決于處于容積模式的時(shí)間，時(shí)間越短，誤差越小。因此，在物料的物理特性容許的情況下，加料裝置應(yīng)選用氣動(dòng)閥，這樣可以在很短的時(shí)間內(nèi)加夠料，從而縮短容積模式的時(shí)間。還有，失重秤由容積模式轉(zhuǎn)換到稱重模式時(shí)，瞬時(shí)流量變化很大，需要幾秒鐘才能趨近于設(shè)定流量，此時(shí)誤差會(huì)較大。所以，應(yīng)盡可能將計(jì)量斗里物料重量的下限設(shè)低一點(diǎn)、上限設(shè)高一點(diǎn)，使失重秤進(jìn)入容積模式的頻率低一些。失重秤處于容積模式的誤差和從容積模式到稱重模式轉(zhuǎn)換過(guò)程中帶來(lái)的誤差屬于隨機(jī)誤差，從理論上說(shuō)，只要時(shí)間足夠長(zhǎng)，隨機(jī)誤差會(huì)相互抵消，對(duì)足夠大的物料累積量來(lái)說(shuō)隨機(jī)誤差可忽略不計(jì)。所以，只要不是追求極短時(shí)間內(nèi)或很小累積量的精度的話，失重秤的精度是很高的，與靜態(tài)秤相差無(wú)幾。

8 結(jié)束語(yǔ)

我們的失重秤投入運(yùn)行 3 個(gè)多月來(lái)，效果很理想。由于失重秤基本無(wú)需維護(hù)、又沒有鋅粉潑灑需要清掃環(huán)境，所以受到崗位操作人員的好評(píng)；由于計(jì)量精度高，凈化工藝控制的參數(shù)穩(wěn)定了、好控制了，因此受到了工藝技術(shù)員的歡迎；由于計(jì)量穩(wěn)定性好，無(wú)需經(jīng)常進(jìn)行校準(zhǔn)，大大降低了檢定人員的工作量；對(duì)生產(chǎn)成本的降低已出現(xiàn)了明顯的效果，可以肯定，隨著時(shí)間的推移，其效果將會(huì)充分顯示出來(lái)。

 

 

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