粘性物料的預(yù)均化技術(shù)

1 概論

采用合適的物料存儲系統(tǒng)，即便是處理粘性物料，亦能取得均勻的混合效果。Votorantim Cimentos委托Bedeschi公司為Tocantis工廠（表1）供應(yīng)一臺BEL C型號的粘土堆取料混勻系統(tǒng)（圖1），BEL C型號的堆取料系統(tǒng)對不同物料有較好的適應(yīng)性，尤其對于粘性物料能達到較優(yōu)的預(yù)均化效果。下面將詳細介紹BEL C型號堆取料系統(tǒng)的優(yōu)點、結(jié)構(gòu)、工作原理以及現(xiàn)場實驗的情況，并對取料斗的最優(yōu)路徑以及堆取料系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進行分析。

BEL C型號的粘土堆取料混勻系統(tǒng)的優(yōu)點在于：

（1）料斗清掃系統(tǒng)，能夠完全清除料斗內(nèi)的粘濕物料，在取料過程保證每個料斗以其最大容量取料。

（2）墻壁清掃刮板，沿著整個取料機懸臂工作，保證沒有物料殘留在坑壁上。

（3）具有自主專利權(quán)的壁面清洗軟件，控制墻壁清掃刮板對棚壁進行清掃。

桁架梁由箱型梁制成，并布置合適數(shù)量及間距的加強筋以保證足夠的剛度，還裝有軌道便于取料機臺車移動。桁架梁通過螺栓緊固在箱型橋門上，并配有移動式轉(zhuǎn)向架。轉(zhuǎn)向架由鋼架構(gòu)焊接而成，還配有輪子，其中兩個裝有變速箱和電動機以便于運行控制。另配置有兩臺調(diào)速電機，其中一臺用于快速移動，另一臺用于緩慢取料。取料機臺車由箱式結(jié)構(gòu)加工而成，對取料機臂起支撐作用。臺車配有轉(zhuǎn)向架，由輪子、齒輪箱以及電機組成，使臺車能在軌道上移動。

取料機臂由鋼結(jié)構(gòu)焊接而成，結(jié)構(gòu)牢固，上部封閉以免物料漏入，包括以下部件：

（1）特種鋼鏈條。

（2）特種鋼銷鏈。

（3）可替換鋼構(gòu)件的鏈條運行保護。

（4）鏈條的張力調(diào)節(jié)機構(gòu)。

（5）鏈條安全系數(shù)10：1。

（6）取料斗。

（7）料斗清掃。

表1 項目數(shù)據(jù)和基本配置

取料斗設(shè)計成獨特的輪廓，在取料臂末端卸料時，通過獨特的料斗清掃裝置可將料斗清洗干凈。牽引軸和空轉(zhuǎn)軸均由雙列帶襯套的軸承支撐。由淬火齒段構(gòu)成的鏈條齒分為兩部分，以便于更換。由表面淬火齒輪組成的行星齒輪箱，在油浴中運

行，控制鏈條牽引軸的運行。取料臂與取料機臺車鉸鏈連接，通過安裝在取料機臺車尾部的絞車控制升降。料斗卸料經(jīng)由與堆場軌道垂直的皮帶，最后卸到與堆場軌道平行的軌道上。

圖1 取料機

2 BEL C黏土取料機工作原理

橋式堆料機在堆場側(cè)壁上部的軌道上運行，當運行到取料梁橋中間時，卸料到下面的往復(fù)皮帶上。輸送帶屬于可逆皮帶，通過梁橋移動、往復(fù)皮帶移動、皮帶旋轉(zhuǎn)保證物料分散在整個堆場表面。物料多層堆積，厚度由堆料機的運行控制參數(shù)決定。

取料梁橋在堆場側(cè)壁上部的軌道上移動。由于取料梁橋和取料機被固定在軌道上，所以可從整個堆場表面取料。從料堆的底部開始取料，取料斗將物料卸到皮帶上。該取料機從料堆的不同層上取料，以保證混合均勻。設(shè)備均可通過機器的控制面板手動或自動控制，或者通過中控室進行遠程控制。

圖2 堆料循環(huán)

圖3 物料化學成分的典型波動

圖4 堆場內(nèi)物料分布

考慮到化學特性，常用一個比值來表示預(yù)均化的難度：sin/sout，其中，sin為堆場進口物料的標準偏差，sout為堆場出口物料的標準偏差。預(yù)均化效果與堆場中料堆的層數(shù)以及取料機有緊密的關(guān)系。

通過往復(fù)皮帶和梁橋的移動實現(xiàn)堆料過程。在自動循環(huán)模式下，形成覆蓋整個堆場長度的許多縱向料層。預(yù)混合物料被轉(zhuǎn)運到另外一條皮帶（運動和可逆的），長度為堆棚有效長度的一半，在固定于頂棚頂部的軌道上移動，將物料卸到運動或者可逆皮帶上。這些帶式輸送機，在自動循環(huán)控制下，將物料卸到堆場，形成均勻的覆蓋面。

通過取料臂上料斗沿著料堆橫截面的運動，從下到上，完成取料過程。取料臂通過固定在梁橋上的軌道在堆棚兩側(cè)壁之間移動。一個取料過程完成后，取料斗返回開始下一個取料過程。取料斗將物料卸到位于梁橋上的固定皮帶輸送機，然后轉(zhuǎn)運到徑向皮帶輸送機，將物料轉(zhuǎn)運到下一個環(huán)節(jié)。圖2為堆料的循環(huán)過程示意圖，圖2給出了最后一個往復(fù)皮帶在不同位置的截面示意，在圖中的下半部分，給出了與皮帶不同位置對應(yīng)的不同料層。如果仔細檢查取料階段，會發(fā)現(xiàn)每個取料斗在每層料層的取料量是相同的，因此可達到最優(yōu)的混合效果。

3 現(xiàn)場實驗

圖3為進場原材料的化學分析結(jié)果，紅線代表最大值，黃線代表最小值，綠線代表平均值。圖4為10d庫存的分布。較低的料層代表第一天的堆料，較高的料層代表第十天的

堆料。因此，取料斗可取到每一層相同數(shù)量的物料，達到最大可能的預(yù)均化效果。對于物料的化學成分非周期性波動以及由于多種物料的混合導(dǎo)致的化學成分的不連續(xù)性的情況，亦能達到較好的預(yù)均化效果。

4 最優(yōu)料斗路徑

圖5為不同取料方向下取料斗中物料的化學分析結(jié)果。隨著鏈條速度的改變，料斗路徑也會變化（見圖5的右半部分）。由圖5可明顯看出，速度增加可以取到更多層的料，以提高預(yù)均化效果。

需要重點考慮的是土建成本?；诖?，Bedeschi公司以最大的努力降低堆棚的建造成本，并設(shè)計出一種完全由金屬構(gòu)成的預(yù)制堆棚。所有支撐結(jié)構(gòu)由鋼梁構(gòu)成，內(nèi)墻為混凝土預(yù)制板，該取料系統(tǒng)的單位面積容積較大。

5 產(chǎn)量控制調(diào)整系統(tǒng)

控制系統(tǒng)完全使用西門子的部件，包括多臺變頻器控制的變速電機，用于料斗驅(qū)動、臺車移動、梁橋移動、取料機皮帶旋轉(zhuǎn)等；裝有變頻電機以及一套帶微處理器單元的稱重系統(tǒng)；并有一套PLC系統(tǒng)監(jiān)控所有機器的運行，尤其用于調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)以達到穩(wěn)定的物料輸出。

圖5 化學成分（左）及最優(yōu)料斗路徑

圖6 控制模塊示意圖

直接入磨產(chǎn)量（t/h）調(diào)節(jié)需要一套自動控制系統(tǒng)，取料機調(diào)節(jié)控制圖見圖6。發(fā)送到電機變頻器的速度設(shè)定被計算為比例積分（PI）控制器的輸出之和與一個前饋量。

該前饋量從某種意義上可以作為目標反饋值預(yù)測量。在本例中，其為設(shè)定物流流量（t/h）與理論最大物料流量（t/h）的比值。比如，理論最大物料流量為500t/h，設(shè)定物流流量為250t/h，我們可以將前饋量設(shè)定為50%。隨后，調(diào)整該值得到接近設(shè)定的物料流量的數(shù)值，考慮K21作為調(diào)整常數(shù)。換句話說，想要50%的取料量，電機沒有必要運行在50%的最大速度：K21就是為此而設(shè)定，并與現(xiàn)場的取料系統(tǒng)一起運行。

電機變頻器的輸出參考值由前饋量之和以及一個比例積分（PI）控制器的輸出給出?？芍?，從邏輯圖的底部出發(fā)，即從稱重系統(tǒng)開始，測量得到卸料量反饋值，該反饋值進入控制器前被有條件的過濾以獲得穩(wěn)定的信號，然后作為比例積分（PI）控制器的輸入，并作為卸料量的設(shè)置值。這時，比例積分（PI）控制器計算卸料誤差并通過它的比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)Ki動作。比例積分（PI）控制器的輸出與適配常數(shù)K2相乘，乘積與前饋量相加。

從這個模塊的和出發(fā)，計算的控制數(shù)值被傳送到兩個不同的模塊，一個為鏈條電機速度參考計算值，另一個為電機轉(zhuǎn)換速度參考計算值，并第一次斜坡補償（K3和K4：這是一個防范，以防控制值變化幅度較大。參考值被斜坡補償?shù)阶罱K值），然后被限制到一個最大值和最小值（避免將無效值傳給變頻器）。接著，該值被發(fā)送到鏈條電機變頻器和轉(zhuǎn)換電機變頻器，完成控制回路。

（郭濤編譯自No.5/2013 Z.K.G.)