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1 引言
冶金閃速熔煉技術(shù)是一種新型強化冶煉技術(shù)。它是指把經(jīng)過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)過程中的重要組成部分。由于配料現(xiàn)場環(huán)境差,生產(chǎn)線長,控制過程復(fù)雜,配料要求精確、及時[2]。某廠新三十萬 t 銅冶煉工程閃速爐系統(tǒng)使用了兩臺失重秤,單臺失重秤輸送精礦最大能力為 80t /h。二系統(tǒng)閃速爐滿負荷投料量一般在 110 ~ 120t /h 之間,這就要求單臺失重秤的物料流量在 55 ~ 60t /h 之間。流量波動大小是衡量流量測量值與設(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 ± 10% 對工藝生產(chǎn)不利。在實際生產(chǎn)中,會出現(xiàn)單臺或兩臺失重秤同時波動較大的情況,測量值甚至?xí)^設(shè)定值的 ± 30% 。在風(fēng)、油、氧用量一定的情況下,精礦流量大幅波動將對爐況帶來很不利的影響,因而我們需要盡快掌握失重秤波動因素,進而解決失重秤波動大的問題。
2 失重秤介紹
失重秤是一套流量控制系統(tǒng),它由現(xiàn)場設(shè)備和控制器( WB - 930) 組成。它通過調(diào)節(jié)螺旋給料機的轉(zhuǎn)速來達到質(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) ,加料閥( 2 臺) ,攪拌器( 2 臺) ,流態(tài)化閥( 3 臺) ,吸氣放空閥( 2 臺) ,計量倉( 1 個) 。
2. 1 失重秤控制時段
失重秤控制時段計量倉總重量變化過程曲線如圖 2 所示。當計量倉總重量大于加料下限時,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,通入大氣,螺旋給料機和攪拌器運行,失重給料控制器檢測計量倉的排料量,通過調(diào)節(jié)螺旋給料機的轉(zhuǎn)速,來控制給料量。失重給料控制器處于重量檢測狀態(tài)( 檢測負載傳感器的壓頭信號差,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、動態(tài)響應(yīng)時間短、機械損失小等特點[3]。) ,失重給料控制器檢測并計算計量倉的排料量,通過調(diào)節(jié)螺旋給料機轉(zhuǎn)速來控制物料流量。當計量倉總重量小于加料下限時,排料階段轉(zhuǎn)到加料階段。此時加料閥打開,放空閥打開,含塵氣體導(dǎo)入布袋收塵器,如流態(tài)化閥選擇“自動”模式,則控制器給出流態(tài)化閥門打開的脈沖信號,直到失重倉總重量大于加料上限為止。在加料期間,螺旋給料機和攪拌器運行,加料閥打開,失重給料控制器處于容積檢測狀態(tài),因為計量倉同時處于加料和排料狀態(tài),無法檢測負載傳感器的壓頭信號差值。當計量倉總重大于加料上限時,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)的時間,直到容積檢測狀態(tài)過渡到重量檢測狀態(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,難以滿足對系統(tǒng)的控制要求。而采用改進的 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,即包含了一個先行的微分環(huán)節(jié)。微分環(huán)節(jié)的輸出信號包含了被控參數(shù)及其變化速度值,將其作為測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,從而補償過程滯后,達到改善系統(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,且不需要進行模型識別,所以微分先行 PID 控制具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于工業(yè)實現(xiàn)等諸多優(yōu)點[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。瞬間測定值( y ) 輸入到最新測定結(jié)果的環(huán)形緩沖器內(nèi),并計算其和( -y ) ,此( -y ) 作為當前的檢測值并用此值計算設(shè)定值( u ) 和測量值( -y )之間的差( e ) 。外部 PI 控制器的功能維持長期的精確。PI 控制器控制時間比 PID 控制器的控制時間長,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)定值與檢測值之差( 用△ d 表示) ,控制器的積分部分是∑△ d ,偏差部分是兩個連續(xù)△ d之差,新的控制計算如下:控制輸出 CTRL = P × △d + I × ∑△d + D ×△d'[5] 這里: △d = 設(shè)定值 - 測量值∑△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的控制。有三種不同的方式:
( 1) 恒定控制方式: 加料時,給料螺旋速度恒定控制。
( 2) 加速控制方式: 加料時,給料螺旋速度增加控制。
( 3) 減速控制方式: 加料時,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。通過對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的、控制精度是很高的。但是要使失重秤高精度的平穩(wěn)運行,就必使它工作在符合控制、測量原理的條件下。從這面入手,我們通過將近半年的時間,總結(jié)歸納了失重秤波動的若干原因。
3 影響失重秤波動的原因歸納
3. 1 機械電器方面
( 1) 變頻器工作是否正常: 確認變頻器控制參數(shù),事件記錄,報警信息,檢查變頻器輸入輸出是否實時跟蹤。
( 2) 給料電機和螺旋工作是否平穩(wěn): 檢查其震動和噪音的大小。
( 3) 螺旋檢修用固定平臺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,如果有會影響給料的均勻性。我們發(fā)現(xiàn)其螺旋葉片有時候磨損較快,偶爾還會出現(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行檢修。
( 5) 失重倉和干礦倉之間的軟連接,失重倉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) 失重倉和干礦倉之間的軟連接,失重倉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)會影響稱重計量。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,失重倉壓力不能和大氣壓保持平衡,影響稱重計量的準確性,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) 干礦倉料位低。
3. 3 儀表方面
( 1) WB - 930 工作是否正常: 確認組態(tài)參數(shù),控制參數(shù)和報警信息。
( 2) 稱重傳感器是否有偏移,如有偏移,會影響稱重計量的準確性。如有此現(xiàn)象,需停車糾偏。
( 3) 失重倉和固定平臺之間的連桿是否保持松弛靈活,如果連桿受力,會影響稱重計量。
( 4) 加料閥運行是否正常: 檢查加料閥開、關(guān)是否到位,確認加料閥動作時間,如果加料閥開、關(guān)不到位或加料閥開、關(guān)時間過長,會影響稱重計量。
( 5) 螺旋流態(tài)化閥門動作是否正常,螺旋流態(tài)化壓力是否正常。
( 6) 倉流態(tài)化閥門動作是否正常,倉流態(tài)化壓力和流量是否正常。
4 結(jié)束語
總之,影響失重秤投料量波動原因有很多,當給料量波動時,我們依據(jù)失重秤原理,從原料及測量原理上進行分析、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( 超過設(shè)定值的 30% ) 。失重秤波動后,我們首先檢查儀表方面可能出現(xiàn)的原因,我們核對 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)儀表方面沒有問題,然后我們配合電氣人員逐一檢查電氣設(shè)備,也沒有問題,最后我們我們把目標鎖定在給料螺旋葉片有缺片上。正常生產(chǎn)時,我們不能檢查螺旋是否缺片,只有等待停車時才能夠檢查,在安排好的停車檢修時間中我們打開螺旋的觀察口,發(fā)現(xiàn)螺旋有 2 處缺片,工藝人員安排更換螺旋后,失重秤波動消失。在處理過程中,我們積累了一定的經(jīng)驗: 利用排查法,先排查螺旋運行時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對其余因素進行排查處理。實踐證明,這種思路和方法是行之有效的。
參考文獻
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