1 引言

某公司分公司於 2005 年底建成投產，屬“國際一流、國內領先”的鉛、鋅金屬冶煉企業，年產主產品電鉛、電鋅 20 多萬噸。其中鋅冶煉係統的工藝流程是將硫化鋅精礦通過沸騰爐焙燒脫硫後變成碚砂，利用稀硫酸將碚砂中的鋅浸出進入溶液，溶液經過處理後變為中浸上清液，中浸上清液經過淨化工藝除去銅、鎘、鈷、鎳、鍺等有害的雜質元素後成為新液，合格的新液經過電解後得到最終產品鋅片。在淨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，加入鋅粉的量根據理論公式計算和經驗修正得到，然後靠定量給料機進行計量控製。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 係統構成

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杆式承載器結構；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 稱重控製原理

鋅粉的重量通過皮帶傳遞到稱重托輥，再由杠杆機構傳遞給稱重傳感器。皮帶的速度由接近開關發出脈衝電壓頻率確定，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出一個脈衝電壓，脈衝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衝電壓信號經 SCHENCK PLUS 儀表處理和積分運算得出皮帶上鋅粉的瞬時K8凯发登录入口和累積量。

2.3 控製原理

需要定量輸送的鋅粉裝在料倉裏，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，料倉裏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K8凯发登录入口與設定量進行比較得出偏差值，根據此偏差值得出控製輸出值應有的變化值控製變頻調速器，再由變頻調速器控製電機轉速來改變皮帶的速度，從而使實際K8凯发登录入口趨近於設定值，實現定量給料的目的。

3 DEL 型定量給料機的缺陷

3.1 稱量段問題

定量給料機稱量段隻有 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，其稱量段長度大於 10m，由此推論定量給料機的線性誤差大於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於 5%。

3.2 鋅粉潑灑的問題

由於鋅粉粒度小 （大於 100 目），流動性好，當向料倉裏加鋅粉時，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；現場有蒸汽導致鋅粉粘接皮帶，這些因素會使皮重發生變化。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

淨化工序共計使用 7 台定量給料機，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製的允許範圍，給工藝控製和生產成本帶來了嚴重的影響。

4 不利影響

4.1 對工藝控製的影響

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

4.2 對生產成本的影響

由於定量給料機誤差太大，工藝技術人員隻有靠多投鋅粉來規避風險，避免生產出不合格的新液造成返工。淨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 對生產環境的影響

由於鋅粉產生噴灑和潑灑，汙染了生產環境，給清潔文明生產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）、在出料口增加緩衝裝置 （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。經過不懈的努力，最終找到了合適的測量設備———失重秤，於是購置安裝了 2 台失重秤。

6 失重秤的工作原理

6.1 係統構成

失重秤由儲料倉、投料螺旋 （給計量鬥加料，一般使用氣動閥直接加料）、計量鬥 （由 3 個稱重傳感器支撐）、變頻電機、排料螺旋和控製儀表等組成。

6.2 稱重控製原理

儀表根據設定的K8凯发登录入口，通過變頻器控製變頻電機的轉速繼而控製排料螺旋的轉速來達到控製鋅粉K8凯发登录入口的目的。定量給料機的儀表是通過積分運算來控製鋅粉的K8凯发登录入口，而失重秤的儀表是通過微分運算來控製鋅粉的K8凯发登录入口，即失重秤的儀表是根據計量鬥裏鋅粉重量的減少率 （單位時間減少的重量） 來調整螺旋的轉速，從而使實際K8凯发登录入口趨近於設定值，實現定量給料的目的。當計量鬥的鋅粉量低於某一量 （我們設定為 50kg） 時，儀表啟動投料螺旋給計量鬥加入鋅粉；當高於某一量（我們設定為 200kg） 時，儀表停止投料螺旋，這樣周而複始循環，保證計量鬥裏鋅粉的重量在50kg～200kg 之間。在投料期間，失重秤處於容積模式運行，即給料螺旋處於勻速轉動，其轉速是儀表根據進入容積模式之前的某段時間內螺旋轉速的變化量而計算得到的平均轉速。

7 失重秤的優越性

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於密閉狀態，所以不會有鋅粉潑灑和噴灑而汙染環境和給計量精度產生不利影響的情況；失重秤在計量控製中無需測量螺旋的轉速，計量鬥的皮重變化不會影響計量精度；在稱重模式時，失重秤相當於靜態秤，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於定量給料機。

7.2 計量誤差小

據相關資料報道，失重秤的計量誤差低於0.5%。我們的失重秤 （廠家上海大和，共計 2 台，K8凯发登录入口 100kg/h～1000kg/h） 的技術資料給出的計量誤差低於 1%。我們的檢定情況是：

（1） 動態誤差

失重秤正常運行時，儀表的瞬時K8凯发登录入口一般在設定量的±10kg/h 之間變化。啟動儀表的自檢功能，重複 3 次設定K8凯发登录入口為100kg/h 的自檢，儀表自行算出每 10 分鍾的累積量誤差低於 0.5%；重複 3 次設定K8凯发登录入口為 400kg/h 的自檢，儀表自行算出每 10 分鍾的累積量誤差低於0.2%。使用常規校準方法，當給定K8凯发登录入口 100kg/h 時，一段時間內，儀表累積量為 126.5kg，控製衡器（電子台秤，型號 TCS—150，誤差低於 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K8凯发登录入口 400kg/h 時，一段時間內，儀表累積量 81.3kg，控製衡器稱出的重量為 81.2kg，由此得出失重秤的絕對誤差 0.1kg、相對誤差 0.12%。正常使用並在稱重模式時，在各種K8凯发登录入口下，反複多次觀察一段時間內失重秤儀表動態累積量（分度值 0.1kg） 與計量鬥裏鋅粉重量的減少量 （分度值 0.1kg） 幾乎相同，兩者之差不超過 0.1kg。

（2） 靜態誤差

用每個 20kg 的 M1 級砝碼對失重秤進行靜態校準，在 0kg～200kg 範圍內的誤差低於 50g；校準後，進行了 3 次的重複性實驗，誤差低於 100g。

（3） 結論和推論

當設定K8凯发登录入口在 100kg/h 時，失重秤的瞬時K8凯发登录入口誤 差 較 大 ， 在 ±10% 左 右 。 這 是 由 於 流 量 在100kg/h 時，每秒流出的鋅粉量隻有 28g，這麽小的量要達到精確控製是很難的，涉及到儀表的控製精度、螺旋的製造精度和鋅粉的流動性等；當設定K8凯发登录入口在 400kg/h 時，失重秤的瞬時K8凯发登录入口誤差在±2.5%左右，說明設定K8凯发登录入口越大，瞬時K8凯发登录入口的相對誤差越小。不過對於動態秤來說，計量精度是看一段時間內累積量的誤差，而不是瞬時K8凯发登录入口誤差。失重秤正常運行時的動態累積量與靜態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，其誤差低於千分之一，與靜態秤相當。也就是說，失重秤處於稱重模式時，就是一台靜態秤。使用常規校準方法對失重秤進行校準，在設定K8凯发登录入口 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K8凯发登录入口或從停止到K8凯发登录入口為零，從儀表顯示可看出K8凯发登录入口變化很大，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。當失重秤處於容積模式時，從儀表上觀察，K8凯发登录入口顯示一般在設定K8凯发登录入口的±2kg 之間，如果用這個誤差算，最大誤差應該在設定K8凯发登录入口為 100kg/h時，即誤差為±2%。所以，失重秤作為連續累計自動衡器，誤差主要取決於處於容積模式的時間，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K8凯发登录入口變化很大，需要幾秒鍾才能趨近於設定K8凯发登录入口，此時誤差會較大。所以，應盡可能將計量鬥裏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。失重秤處於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於隨機誤差，從理論上說，隻要時間足夠長，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，隻要不是追求極短時間內或很小累積量的精度的話，失重秤的精度是很高的，與靜態秤相差無幾。

8 結束語

我們的失重秤投入運行 3 個多月來，效果很理想。由於失重秤基本無需維護、又沒有鋅粉潑灑需要清掃環境，所以受到崗位操作人員的好評；由於計量精度高，淨化工藝控製的參數穩定了、好控製了，因此受到了工藝技術員的歡迎；由於計量穩定性好，無需經常進行校準，大大降低了檢定人員的工作量；對生產成本的降低已出現了明顯的效果，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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