失重计量秤在铜双闪熔炼工艺中的应用.pdf

4 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 2 0 1 5 年第9 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 9 ．0 1 1 失重计量秤在铜双闪熔炼工艺中的应用 张俊松 金川集团股份有限公司铜冶炼厂，甘肃金昌7 3 7 1 0 0 摘要以失重计量秤在广西金川公司的运用为例，分析了其与其它计量设备相比在闪速熔炼工艺配料过 程中的优势，详细介绍了这种设备的结构特点、工作原理、目前依然存在的问题及应用措施。 关键词失重计量秤；结构特点；工作原理；实践 中图分类号T F 8 1 1文献标志码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 9 0 0 4 4 0 4 A p p l i c a t i o no fL o s s - i n - w e i g h tM e a s u r e m e n tS c a l ei nC o p p e r ‘‘D o u b l eF l a s h ’’P r o c e s s Z H A N GJ u n s o n g C o p p e rS m e l t e r ，J i n c h u a nG r o u pC o ．。L t d ，J i n e h a n g7 3 7 1 0 0 ，G a n s u ，C h i n a A b s t r a c t L o s s i n w e i g h tm e a s u r e m e n ts c a l ei nG u a n g x iJ i n c h u a nC o r p o r a t i o nw a sa p p l i e da sa ne x a m p l et o a n a l y z ei t sa d v a n t a g e sc o m p a r e dw i t ho t h e rw e i g h i n gd e v i c e si nb l e n d i n gp r o c e s so fc o p p e rf l a s hs m e l t i n g ． I t ss t r u c t u r a lf e a t u r e s ，w o r k i n gp r i n c i p l e s ，p r o b l e m st ob ea d d r e s s e da n da c c o r d i n gm e a s u r e m e n t sw e r e i n t r o d u c e d ． K e yw o r d s l o s s i n w e i g h tm e a s u r e m e n ts c a l e ；s t r u c t u r a lf e a t u r e ；w o r k i n gp r i n c i p l e ；p r a c t i c e 随着国内各大炼铜企业对双闪熔炼技术Ⅲ的熟 练运用，标志着我国铜冶炼技术和装备水平已进人 世界领先行列。目前各大炼铜企业均优先选用失重 计量秤给闪速炉配料。失重计量秤与传统的皮带秤 或者刮板配料相比，具有粉尘逸散少、基本能够实现 密闭输送的优点；与粉研秤、冲量秤等其它粉体计量 秤相比，它又具有结实耐用、检修周期长、输送能力 强的优点。 经过近年来国内一些设备制造商对失重计量秤 技术的深入研究，国内已经能够自主生产具有同样 品质的失重计量秤，部分处于国内先进行列的炼铜 企业已经实现了失重计量秤的完全国产化。广西金 川公司铜冶炼项目在项目设计时则采用进口设备和 国产设备相结合的配置方案，其中铜精矿、烟灰、铜 硫等物料输送量大的失重计量秤选用进口设备，石 收稿E t 期2 0 1 5 - 0 4 0 9 作者简介张俊松 1 9 6 8 一 ，男，云南宜良人，工程师 英、石灰等物料输送量小的失重计量秤选用国产设 备，实践证明这种配置达到了工艺流程可靠、设备配 置合理、技术经济指标先进的设计原则。 作为闪速熔炼技术关键的配料设备，失重计量 秤运行是否稳定、计量是否精确、都将影响闪速炉的 投料量、冰铜品位和炉况。因此，作者在广西金川铜 冶炼项目建设的设计、施工和生产过程中对国内外 的失重计量秤进行了大量的研究，希望对生产实践 能有一定的指导意义。 1失重计量系统 失重计量秤主要用于粉体物料的计量，因为粉 状物料的流动性较好，计量过程难以控制，在物料的 存储和输送过程中容易出现蓬料或穿仓的情况，常 使粉研秤、螺旋秤等常用计量设备出现空载运转，得 万方数据 2 0 1 5 年第9 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 4 5 不到物料的重量数据，无法完成称重和计量。下面 从失重计量秤的结构和工作原理来分析失重计量秤 是如何来完成粉体物料的计量和定量输送的。 1 ．1结构组成 失重计量秤是由流化阀、加料阀、计量仓、称重 传感器、换气阀、搅拌装置、给料螺旋和各种连接法 兰、变频器、搅拌电机、给料电机、失重控制仪、P L C 等部分组成[ 2 ] 。其结构如图1 所示。 摘鲁i l , s 1 1 一菰章简i 乙，原} { 仓 一i 十量仓 称重传感器 o 、一， 搅拌装置 叁重蕉型丛卜∈_ _ 口孽j 与盟 厂{ 曲 图l失重计量秤结构示意图 F i g ．1 S t r u c t u r ed i a g r a mo fl o s s - i n - w e i g h t 失重计量秤的T 作原理二。如图2 所示 G G I G jg ，。、j ＼、 G ，} j ‘、＼＼、＼、、、≮。，／ 、＼、、、、、 ＼。、、、 图2工作曲线图 F i g ．2W o r k i n gc u r v eg r a p h 图2 中G 下为称重下限控制点，G 上为称重上限 控制点，即计量仓称重的下限控制点和上限控制点， 当计量仓内物料重量减少到G 下时，失重控制仪发 出加料指令，进料阀打开，由原料仓向计量仓内加 料，当计量仓重量达到G z 时进料阀开始关闭，达到 G 上时进料阀完全关闭。其中G 下～G 。时间段为进 料阀打开时间，G ，～G 时间段为进料阀完全打开时 的加料时间，G z ～G 上时间段为进料阀关闭时间，G 上 ～G 。时间段为物料沉降时间，G 。～G 。时间段为失重 计量时间。整个G 下～G 。时间段为容积式计量模 式，G 。～G 。时间段为失重计量模式。G 下～G 。时间 段内给料螺旋的转速是恒定的，其速度等于进料阀 打开前失重控制仪采集到的输出控制信号，此转速 一直持续到G 。时间点，这一给料过程属于容积式计 量模式。失重计量模式时间段内失重控制仪根据采 样时间段内失重仓的减少率得出瞬时流量值并与给 定的流量值进行比较，通过相应的控制算法计算出 输出控制信号。再将该控制信号输出到变频器中， 通过变频器改变电机的转速，进而调节给料螺旋的 转速，使给料量逐步逼近设定值，从而保证物料流量 的均衡稳定和精确，这一过程的下料精度决定着整 个失重计量秤的精度。 从工作原理中可以看出，失重计量秤的一个计 量周期由容积式计量模式和失重式计量模式两部分 组成。其中容积式计量模式属于模糊计量过程，其 产生的计量误差是不可避免的。失重式计量模式属 于精确计量过程，在一个计量周期内，容积式计量模 式所占的比例越小失重计量秤的计量精度就越高， 也就是说设备运行过程中要求加料速度要远远大于 出料速度，才可以尽可能减小容积式计量模式对整 个系统造成的误差。 1 ．3 系统功能 系统可以在现场操作箱、控制柜和中央控制室 三地控制。现场操作具有最大优先权，操作人员可 以在现场对每一个单元进行独立的手动操作，在控 制柜上或在中央控制室可以对系统进行分散控制或 集中控制。 控制柜内P L C 完成整个失重计量秤各单元之 间的连锁控制，系统对流量偏差大、电动机电流异 常、变频器故障、开关不到位、加料超时均有故障报 警和远传功能，可以将工艺控制通过触摸屏实现，具 备菜单调阅、程序优化、故障查询等功能，工艺参数 的变化可以通过控制界面修改，同时显示各主要设 备的运行状态。控制柜内P L C 与中央控制室D C S 间采用P R O F I B U S - D P 通讯进行远程监控，使失重 计量秤与上下游设备形成一个完备的系统。 2结构特点 失重控制仪通过静态称量包括计量仓、给料机 和物料在内的整个给料系统的重量，通过变频电机 控制物料的卸料量，物料通过螺旋卸料，失重控制仪 按每个单位时间测量的失重量与设定的给料量进行 比较，实际的给料量与设定值之间的差异通过失重 控制仪发出纠正信号，自动调节给料速度，保证在没 有滞后的情况下保持精确的给料量。当计量仓中物 料重量达到设定下限时失重控制仪将按容积给料模 万方数据 4 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第9 期 式进行控制，然后快速加料，当达到设定上限时失重 控制仪按失重计量模式进行控制。 流化阀是位于原料仓底部锥体部分为流化物料 而设计的气动阀门，物料进入计量仓前流化阀自动 打开一段短暂的时间给原料仓里吹送压缩空气，使 粉状物料在仓中形成旋流，防止物料出现蓬料或塌 料的情况并使其具备良好的流动特性。 计量仓是配有称重传感器模块的料仓，计量仓 由直壁和锥部二部分组成，直壁上顶圆设有进料口、 仓内空气平衡口和检修口，进料口设有锥形排料器 保证物料给料时物料形成伞状落入计量仓，使加料 过程中物料对计量仓的冲击是均匀的，减少进料时 不均衡力对计量仓的冲击，计量精度更稳定。锥部 出口同时设有减压锥形器，减少物料对螺旋给料机 进料口的压力、减少物料结块，确保物料均匀流畅。 称重传感器安装在计量仓外侧呈三角形分布，计量 仓外部称重传感器安装位置设有限位调节装置可以 避免计量仓在使用过程中由于位置变化造成连接部 件的损伤。 换气阀组是为了平衡计量仓内的压力而设计 的。计量仓是一个全密封的仓体，在进料和出料过 程中由于物料的增加和减少，会使计量仓内形成压 力差，影响仓内物料重量和物料的流动，影响计量精 度。进料时换气阀2 打开、换气阀1 关闭，计量仓里 被压缩的空气和扬起的灰尘排到原料仓内，排料时 由于仓内物料的缺失使仓内形成一定的负压环境， 换气阀1 打开、换气阀2 关闭，使外界空气补充到计 量仓内，这样在计量仓的进料和出料过程中，仓内压 力始终保持常压，保证物料投放顺畅。 进料阀是控制进入计量仓物料重量和保证计量 精度的关键设备，当计量仓重量达到设定下限时，打 开进料阀开始加料，当计量仓重量达到设定上限时 关闭进料阀。进料阀口径的大小与物料的进料时间 有密切的关系，进料时间的长短决定了失重计量秤 在一个计量周期内容积式计量模式所占时间比例的 大小，直接影响失重计量秤的计量精度。 搅拌装置位于计量仓锥体部分，其作用是使计 量仓内的物料均匀地进入螺旋给料机，避免块状物 料对给料螺旋的损坏或带状杂质缠绕到给料螺旋 上。搅拌装置为恒转速运动并配有强制润滑系统， 保证搅拌装置的稳定运行和使用寿命。 螺旋给料机是整个失重计量系统的关键设备。 螺旋给料机具有变频调速功能，给料量通过失重控 制仪对螺旋给料机进行控制，以保证按工艺要求的 设定量进行投料。给料螺旋轴是整个失重计量系统 磨损最为严重的部分，为了保证螺旋给料机的可靠 稳定性能，其材质必须选用耐磨材料，轴承要有良好 的润滑系统。 3 生产实践中解决的问题 广西金JJ I 公司冶炼分厂自2 0 1 3 年1 1 月投料以 来，失重秤在实际生产中遇到了一些设计缺陷和操 作管理上经验不足的问题，设备运行作业率非常低， 通过采用了一系列技术改造措施后，设备作业率逐 渐提高，与此同时，操作管理和检修维护经验不断提 高，保障了为闪速熔炼炉和闪速吹炼炉连续稳定给 料和失重给料计量系统自身的计量准确。解决的主 要问题[ 4 。5 1 有 1 设计时设备厂家考虑到小时投料量不大，省 略了流化阀的设计，实践证明没有流化风的作用将 严重影响计量仓进料的速度，生产过程中常常出现 进料超时报警的现象，使失重计量秤长时间处于容 积计量模式，物料投入量处于不可控状态，导致炉况 无法控制，经补充完善后达到设计要求。 2 投料初期发现用于闪速熔炼炉石英计量的失 重秤在小料量投料时系统运行正常，但当投料量提 高到一定数量时，系统就无法跟踪设定值，即使给料 螺旋按工频转速旋转也无法跟踪设定料量，而且始 终存在负偏差，反复论证计算后发现，给料螺旋的实 际螺距比设计值小了，经与设备厂家沟通重新更换 满足设计数据的螺旋后问题得以解决，现在失重计 量秤完全满足生产需要，不论料量大小系统均响应 及时、跟踪稳定。 3 失重计量秤运行时常出现进料阀关不到位的 现象，主要是现场环境较差，粉尘容易进入控制进料 阀的电磁阀内造成电磁阀短路。需经常点检并对电 磁阀做必要的防尘保护，有问题及时更换。 4 存在的问题 1 为了保证螺旋给料的连续性，在计量仓进料 期间仍需要保持连续给料，此时失重计量秤实际上 处于非测量状态，失重控制仪采用加料前给料螺旋 的瞬时转速控制容积式计量模式的给料速度。因 此，容积式给料期间计量仓加料过程对测量精度的 影响是不可避免的，这就意味着测量死区的存在。 要想消除这个系统误差必须选择设计原理更加完善 的新型失重计量秤。 2 失重计量秤计量时存在一定的波动，主要原 万方数据 2 0 1 5 年第9 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 4 7 因是计量仓仓压不稳定，由于闪速炉的物料是通过 气力输送到原料仓里的，仓内压力不是恒定的，原料 仓顶的脉冲布袋除尘器间歇泄压也导致原料仓内的 压力不稳定，所以尽管换气阀正常工作，其实计量仓 内的压力并不稳定，计量仓内气压变化对计量精度 产生的干扰始终存在，这样的问题必须通过工艺改 造才能解决。 3 轴承润滑系统采用甘油润滑，粉状物料容易 附着在加油口和轴承端面上，设备运行一段时间后 油、灰混合在一起，不但起不到润滑作用而且把干灰 带到润滑油里面，影响设备润滑。 4 搅拌螺旋轴和给料螺旋轴的端面密封均采用 铜瓦加油性盘根结构型式，存在漏灰的现象，不便于 现场管理。 5结论 根据失重计量秤在广西金川公司冶炼分厂运用 的情况，分析论证了失重计量秤的工作原理和结构 特点，提出了目前存在的问题和需要改进的措施。 从现场使用情况来看，无论P L C 控制还是远程D C S 控制都没有问题，系统的运行程序、各关键控制点均 稳定可靠，计量精度能够满足工艺配料需要，校验简 单，检修维护量小，但机械结构方面还有许多需要进 一步改进的地方，例如轴承和检修口的密封方式、润 滑系统的供油问题，进料阀气动单元的防尘保护措 施等等均需在生产实践中进一步改进和完善。 参考文献 1 - 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