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1 引言

某公司分公司于 2005 年底建成投產(chǎn)，屬“國際一流、國內(nèi)領先”的鉛、鋅金屬冶煉企業(yè)，年產(chǎn)主產(chǎn)品電鉛、電鋅 20 多萬噸。其中鋅冶煉系統(tǒng)的工藝流程是將硫化鋅精礦通過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入溶液，溶液經(jīng)過處理后變?yōu)橹薪锨逡?，中浸上清液?jīng)過凈化工藝除去銅、鎘、鈷、鎳、鍺等有害的雜質元素后成為新液，合格的新液經(jīng)過電解后得到最終產(chǎn)品鋅片。在凈化工藝過程中是靠向中浸上清液加入鋅粉，利用鋅元素的化學特性置換出溶液中的其它元素，達到除去有害的雜質元素目的，加入鋅粉的量根據(jù)理論公式計算和經(jīng)驗修正得到，然后靠定量給料機進行計量控制。鋅粉加少了達不到除去有害雜質元素的期望值，得不到合格的新液；鋅粉加多了造成浪費。因此，定量給料機的計量準確性非常重要。

2 DEL 型定量給料機的工作原理

2.1 系統(tǒng)構成

DEL 型定量給料機的秤體采用 2 個十字簧片做支點、一個懸臂梁式稱重傳感器和帶平衡重的單桿式承載器結構；托輥間距 200mm （槽型角為零的單個平托輥）；測速采用接近開關和變頻電機上安裝的齒輪盤配合做測速傳感器；儀表采用德國 SCHENCK PLUS 儀表；動力部分采用變頻電機和西門子 420 變頻器作驅動。

2.2 稱重控制原理

鋅粉的重量通過皮帶傳遞到稱重托輥，再由杠桿機構傳遞給稱重傳感器。皮帶的速度由接近開關發(fā)出脈沖電壓頻率確定，每當接近開關與變頻電機上安裝的齒輪的齒頂接觸一次就發(fā)出一個脈沖電壓，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和接近開關的脈沖電壓信號經(jīng) SCHENCK PLUS 儀表處理和積分運算得出皮帶上鋅粉的瞬時流量和累積量。

2.3 控制原理

需要定量輸送的鋅粉裝在料倉里，料倉的底部為圓錐體，在圓錐體的鋅粉輸送方向上有一個開口，料倉里的鋅粉直接壓在定量給料機的輸送皮帶上，皮帶運行時直接將鋅粉從開口處帶出，也就是說一般情況下皮帶的單位長度載荷是恒定的。定量給料機運行時儀表將實際的瞬時流量與設定量進行比較得出偏差值，根據(jù)此偏差值得出控制輸出值應有的變化值控制變頻調速器，再由變頻調速器控制電機轉速來改變皮帶的速度，從而使實際流量趨近于設定值，實現(xiàn)定量給料的目的。

3 DEL 型定量給料機的缺陷

3.1 稱量段問題

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

3.2 鋅粉潑灑的問題

由于鋅粉粒度小 （大于 100 目），流動性好，當向料倉里加鋅粉時，會有大量鋅粉從出口處噴灑；在皮帶運行過程中又會有鋅粉潑灑粘接托輥、平衡重、十字簧片、稱重傳感器；現(xiàn)場有蒸汽導致鋅粉粘接皮帶，這些因素會使皮重發(fā)生變化。鋅粉粘接托輥導致受力點變化和使托輥轉動不靈活或不轉動；粘接稱重傳感器導致稱重傳感器不能自由形變，皮帶跑偏、糾偏及溫度變化導致皮帶張力改變等都會帶來計量誤差。

3.3 近 3 年的檢定情況

凈化工序共計使用 7 臺定量給料機，每年檢定一次，期間對使用量大的至少每月校準一次或工序人員反映誤差大時就進行校準。2012 年的檢定情況是：零點誤差在 -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。這樣大的誤差遠遠超過了工藝控制的允許范圍，給工藝控制和生產(chǎn)成本帶來了嚴重的影響。

4 不利影響

4.1 對工藝控制的影響

鋅粉投多了是浪費，投少了影響工藝控制質量；使工藝技術人員無法對工藝參數(shù)進行精確控制，對理論和經(jīng)驗易造成誤判，無法從經(jīng)驗上升到理論高度。

4.2 對生產(chǎn)成本的影響

由于定量給料機誤差太大，工藝技術人員只有靠多投鋅粉來規(guī)避風險，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，保守估計至少多投了 10%的鋅粉，即每年浪費了至少 400t 鋅粉，價值 600 萬元以上。

4.3 對生產(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)帶來了很大的不利影響，給崗位操作人員帶來了極大的麻煩。

5 改進思路

針對定量給料機存在的問題，多年來我們一直在思考改進的辦法，一是在現(xiàn)有的基礎上進行技術改造，例如使用帶裙邊的皮帶 （消除擋料板帶來的問題和避免鋅粉潑灑）、在出料口增加緩沖裝置 （避免鋅粉噴灑），但都覺得是治標不治本；二是尋找替代定量給料機的新型測量設備。經(jīng)過不懈的努力，最終找到了合適的測量設備———失重秤，于是購置安裝了 2 臺失重秤。

6 失重秤的工作原理

6.1 系統(tǒng)構成

失重秤由儲料倉、投料螺旋 （給計量斗加料，一般使用氣動閥直接加料）、計量斗 （由 3 個稱重傳感器支撐）、變頻電機、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)設定的流量，通過變頻器控制變頻電機的轉速繼而控制排料螺旋的轉速來達到控制鋅粉流量的目的。定量給料機的儀表是通過積分運算來控制鋅粉的流量，而失重秤的儀表是通過微分運算來控制鋅粉的流量，即失重秤的儀表是根據(jù)計量斗里鋅粉重量的減少率 （單位時間減少的重量） 來調整螺旋的轉速，從而使實際流量趨近于設定值，實現(xiàn)定量給料的目的。當計量斗的鋅粉量低于某一量 （我們設定為 50kg） 時，儀表啟動投料螺旋給計量斗加入鋅粉；當高于某一量（我們設定為 200kg） 時，儀表停止投料螺旋，這樣周而復始循環(huán)，保證計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行，即給料螺旋處于勻速轉動，其轉速是儀表根據(jù)進入容積模式之前的某段時間內(nèi)螺旋轉速的變化量而計算得到的平均轉速。

7 失重秤的優(yōu)越性

7.1 理念的先進性

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

7.2 計量誤差小

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

（1） 動態(tài)誤差

失重秤正常運行時，儀表的瞬時流量一般在設定量的±10kg/h 之間變化。啟動儀表的自檢功能，重復 3 次設定流量為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 3 次設定流量為 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)校準方法，當給定流量 100kg/h 時，一段時間內(nèi)，儀表累積量為 126.5kg，控制衡器（電子臺秤，型號 TCS—150，誤差低于 50g） 稱出的重量為 127kg，由此得出失重秤的絕對誤差 - 0.5kg、相對誤差 - 0.39%；當給定流量 400kg/h 時，一段時間內(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誤差 0.1kg、相對誤差 0.12%。正常使用并在稱重模式時，在各種流量下，反復多次觀察一段時間內(nèi)失重秤儀表動態(tài)累積量（分度值 0.1kg） 與計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 0.1kg。

（2） 靜態(tài)誤差

用每個 20kg 的 M1 級砝碼對失重秤進行靜態(tài)校準，在 0kg～200kg 范圍內(nèi)的誤差低于 50g；校準后，進行了 3 次的重復性實驗，誤差低于 100g。

（3） 結論和推論

當設定流量在 100kg/h 時，失重秤的瞬時流量誤 差 較 大 ， 在 ±10% 左 右 。 這 是 由 于 流 量 在100kg/h 時，每秒流出的鋅粉量只有 28g，這么小的量要達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性等；當設定流量在 400kg/h 時，失重秤的瞬時流量誤差在±2.5%左右，說明設定流量越大，瞬時流量的相對誤差越小。不過對于動態(tài)秤來說，計量精度是看一段時間內(nèi)累積量的誤差，而不是瞬時流量誤差。失重秤正常運行時的動態(tài)累積量與靜態(tài)重量的減少量幾乎同步，當兩者的量達到幾十 kg 時，兩者之差不超過 0.1kg，說明失重秤計量物料的累積量足夠大時，其誤差低于千分之一，與靜態(tài)秤相當。也就是說，失重秤處于稱重模式時，就是一臺靜態(tài)秤。使用常規(guī)校準方法對失重秤進行校準，在設定流量 100kg/h 時誤差較大，是因為失重秤要啟動和停止一次，當啟動到跟到設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，帶來了較大的累計誤差所致，不能代表失重秤正常使用時的誤差。當失重秤處于容積模式時，從儀表上觀察，流量顯示一般在設定流量的±2kg 之間，如果用這個誤差算，最大誤差應該在設定流量為 100kg/h時，即誤差為±2%。所以，失重秤作為連續(xù)累計自動衡器，誤差主要取決于處于容積模式的時間，時間越短，誤差越小。因此，在物料的物理特性容許的情況下，加料裝置應選用氣動閥，這樣可以在很短的時間內(nèi)加夠料，從而縮短容積模式的時間。還有，失重秤由容積模式轉換到稱重模式時，瞬時流量變化很大，需要幾秒鐘才能趨近于設定流量，此時誤差會較大。所以，應盡可能將計量斗里物料重量的下限設低一點、上限設高一點，使失重秤進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換過程中帶來的誤差屬于隨機誤差，從理論上說，只要時間足夠長，隨機誤差會相互抵消，對足夠大的物料累積量來說隨機誤差可忽略不計。所以，只要不是追求極短時間內(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)秤相差無幾。

8 結束語

我們的失重秤投入運行 3 個多月來，效果很理想。由于失重秤基本無需維護、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；由于計量精度高，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員的歡迎；由于計量穩(wěn)定性好，無需經(jīng)常進行校準，大大降低了檢定人員的工作量；對生產(chǎn)成本的降低已出現(xiàn)了明顯的效果，可以肯定，隨著時間的推移，其效果將會充分顯示出來。

 

 

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