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      失重秤在鋅冶煉凈化工藝控制中的運(yùn)用

      發(fā)布時(shí)間:2022-01-07 14:34:40 |來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

      1引言

      馳宏公司曲靖分公司于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。

      2DEL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(chēng)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(kāi)關(guān)和變頻電機(jī)上安裝的齒輪盤(pán)配合做測(cè)速傳感器;儀表采用德國(guó)SCHENCKPLUS儀表;動(dòng)力部分采用變頻電機(jī)和西門(mén)子420變頻器作驅(qū)動(dòng)。

      2.2稱(chēng)重控制原理

      鋅粉的重量通過(guò)皮帶傳遞到稱(chēng)重托輥,再由杠桿機(jī)構(gòu)傳遞給稱(chēng)重傳感器。皮帶的速度由接近開(kāi)關(guān)發(fā)出脈沖電壓頻率確定,每當(dāng)接近開(kāi)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(chēng)重傳感器的毫伏信號(hào)和接近開(kāi)關(guān)的脈沖電壓信號(hào)經(jīng)SCHENCKPLUS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(kāi)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(kāi)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。

      3DEL型定量給料機(jī)的缺陷

      3.1稱(chēng)量段問(wèn)題

      定量給料機(jī)稱(chēng)量段只有0.2m,稱(chēng)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(chēng)量段長(zhǎng)度4.8m的計(jì)量誤差為0.5%;稱(chēng)量段長(zhǎng)度2.4m的計(jì)量誤差為1%,有些廠家自稱(chēng)誤差0.25%的,其稱(chēng)量段長(zhǎng)度大于10m,由此推論定量給料機(jī)的線(xiàn)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(xiàn)性誤差大于5%。

      3.2鋅粉潑灑的問(wèn)題

      由于鋅粉粒度?。ù笥?00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(chēng)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(chēng)重傳感器導(dǎo)致稱(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(jué)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(huà),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(méi)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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