魏 婷

咸陽(yáng)非金屬礦研究設(shè)計(jì)院有限公司

超細(xì)粉磨設(shè)備運(yùn)行過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)研究

魏 婷

咸陽(yáng)非金屬礦研究設(shè)計(jì)院有限公司

超細(xì)粉磨設(shè)備是超細(xì)粉碎工業(yè)過(guò)程中的重要設(shè)備。成套超細(xì)粉磨設(shè)備的自動(dòng)化過(guò)程應(yīng)控制物料品質(zhì)與粉碎過(guò)程的運(yùn)行效率密切相關(guān)。因此，對(duì)超細(xì)粉磨設(shè)備過(guò)程控制技術(shù)的研究是控制領(lǐng)域的關(guān)注點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的人員控制方式不能滿足這類設(shè)備的高性能控制要求，智能控制技術(shù)為物料粉碎效率的提高提供了有效途徑。本文將對(duì)此展開分析。

超細(xì)粉磨設(shè)備；運(yùn)行；自動(dòng)控制

1 背景及研究的意義

粉磨是一種廣泛而重要的生產(chǎn)工藝，隨著社會(huì)的發(fā)展，這種傳統(tǒng)的工藝也面臨需要進(jìn)行大范圍的改革。20世紀(jì)70年代末和80年代初在中國(guó)其工業(yè)化粉磨技術(shù)發(fā)展和設(shè)備就制造了。中國(guó)的超細(xì)粉碎設(shè)備發(fā)展一般經(jīng)歷了3個(gè)階段：第一階段，從80年代初-80年代中期就將國(guó)外技術(shù)以及設(shè)備進(jìn)行引進(jìn)，在這期間國(guó)內(nèi)的超細(xì)粉碎技術(shù)、設(shè)備制造以及工藝才起步，很多的方面還基本上處于空白的狀態(tài)；第二階段，80年代中期-90年代中期以國(guó)外技術(shù)、設(shè)備和國(guó)內(nèi)記性仿制、開發(fā)同步進(jìn)行為主的時(shí)期，在這階段，我國(guó)主要的超細(xì)粉碎的分級(jí)設(shè)備的研發(fā)機(jī)構(gòu)和制造廠商基本上是在此發(fā)展以及形成的；第三階段，90年代中期后,進(jìn)入了自主開發(fā)以及制造為主、引進(jìn)為輔階段,在這期間建立了超細(xì)粉體加工廠，利用國(guó)產(chǎn)的技術(shù)以及設(shè)備。

2 研究領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)

2.1 國(guó)內(nèi)外研究概況

在第一次工業(yè)革命之后，在蒸汽機(jī)與電動(dòng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備應(yīng)用成熟之后，近代粉碎機(jī)械開始出現(xiàn)。自蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的輥式破碎機(jī)出現(xiàn)以來(lái)，美國(guó)出現(xiàn)了大量的相關(guān)發(fā)明，例如1858年美國(guó)布萊克發(fā)明的破碎巖石的鄂式破碎機(jī)；1878年的具有連續(xù)破碎動(dòng)作的旋回破碎機(jī)；1895年具有低能耗的沖擊式破碎機(jī)也開始涌現(xiàn)。從十九世紀(jì)出的球磨機(jī)到1870年的排料顆粒大小均勻的棒磨機(jī)，再到1908年的不需要研磨介質(zhì)的自磨機(jī)。

到了20世紀(jì)30-50年代，美國(guó)和德國(guó)開始出現(xiàn)了立軸式中速磨煤機(jī)來(lái)提高粉碎作業(yè)的效率。隨后，由于需要粉碎的物料種類越來(lái)越多，在不同的應(yīng)用場(chǎng)所，所需的顆粒大小也不盡相同，粉碎機(jī)有了大量的分類。到了70年代初，已有產(chǎn)量為5000t/h、最大給料直徑達(dá)2000mm的大型旋回破碎機(jī)和可將物料研磨到顆粒直徑小于0.01μm的膠體磨。

從二十世紀(jì)40年代起國(guó)外就開始注重以超細(xì)粉碎、分級(jí)及改性為基礎(chǔ)的深加工技術(shù)。目前，國(guó)外的超細(xì)粉碎設(shè)備已經(jīng)可以加工細(xì)度為0.5-10μm任意窄級(jí)別的粉體。超細(xì)粉碎通過(guò)對(duì)物料的沖擊，碰撞，剪切，研磨，分散等手段而實(shí)現(xiàn)。

2.2 超細(xì)粉碎設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

由于目前粉碎機(jī)工藝控制技術(shù)的落后，我國(guó)大多數(shù)超細(xì)粉碎工藝設(shè)備及生產(chǎn)線基本上依賴于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)其操作和控制，使得產(chǎn)品的質(zhì)量參差不齊。為了解決該問(wèn)題，引入數(shù)字化的概念。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工藝流程的各個(gè)時(shí)刻進(jìn)行監(jiān)控，防止因?yàn)闄C(jī)器小范圍的破碎或者因?yàn)闄C(jī)器開啟不當(dāng)導(dǎo)致的廢料產(chǎn)生。

目前，咸陽(yáng)非金屬礦研究設(shè)計(jì)院有限公司所設(shè)計(jì)的系列沖擊式超細(xì)粉碎成套設(shè)備，結(jié)合了沖擊式粉磨機(jī)遇氣流磨的粉碎原理，為保證各粉碎室能力均衡匹配，從而采用二級(jí)三腔臥式結(jié)構(gòu)，提高了一次粉碎比和粉碎效率。對(duì)整套裝備的風(fēng)力系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，增加了給料風(fēng)力加速系統(tǒng)；采用粉磨自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了主要工藝參數(shù)在線可調(diào)。

3 采取的研究方案，技術(shù)路線

3.1 超細(xì)粉磨設(shè)備工藝流程

超細(xì)粉碎成套設(shè)備主要由超細(xì)粉磨機(jī)、渦輪式分級(jí)機(jī)、布袋收塵器、集料機(jī)以及高壓風(fēng)機(jī)等.設(shè)備組成。整個(gè)工藝流程圖，如圖3.1所示。

圖3.1 系統(tǒng)工藝流程圖

圖3.1中，第一部分是整個(gè)粉碎系統(tǒng)的進(jìn)料部分，所有物料將從該口進(jìn)入；第二部分為系統(tǒng)的主要工作部件-粉碎部分，所有的物料將通過(guò)該部分進(jìn)行粉碎；第三部分為系統(tǒng)的分級(jí)系統(tǒng)，將已達(dá)到工藝要求的物料和未達(dá)到工藝要求的物料進(jìn)行分級(jí)；第四部分為系統(tǒng)的旋風(fēng)收集器，第五部分為系統(tǒng)的布袋收塵器，本系統(tǒng)中是將旋風(fēng)收塵機(jī)理和過(guò)濾式收塵機(jī)理相結(jié)合，使得含塵氣流切向進(jìn)入收塵器后，通過(guò)氣流分布裝置，均勻進(jìn)入過(guò)濾室中，將其分散于濾袋的間隙處，從而實(shí)現(xiàn)濾袋阻留的過(guò)程。隨著細(xì)微粉附著于濾袋外表面的厚度不斷增加，系統(tǒng)的阻力也增加，第六部分的引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，對(duì)濾袋進(jìn)行反吹清灰行為，使得濾袋外表面的細(xì)微粉厚度降低，從而實(shí)現(xiàn)減輕系統(tǒng)阻力的效果。

3.2 系統(tǒng)控制方案設(shè)定

物料粉碎系統(tǒng)是整個(gè)超細(xì)粉碎成套設(shè)備的主要控制單元，其中物料的粉碎程度會(huì)直接影響到后續(xù)工序的操作工況和產(chǎn)品純度，所以需要合理設(shè)計(jì)控制方案和控制系統(tǒng)。由于，從超細(xì)粉磨機(jī)出來(lái)的物料中可能會(huì)混有未充分進(jìn)行粉碎的物料和難以粉碎的雜質(zhì)。所以，將粉碎后的物料送入渦輪式分級(jí)機(jī)后，由分級(jí)機(jī)將合格物料與不合格物料、無(wú)法粉碎的雜質(zhì)進(jìn)行分離。分離后合格產(chǎn)品將送入收集器進(jìn)行采集，不合格產(chǎn)品直接回到超細(xì)粉磨機(jī)進(jìn)行二次加工。

4 預(yù)期目標(biāo)

在對(duì)超細(xì)粉磨控制系統(tǒng)的工藝流程以及各個(gè)子系統(tǒng)的控制機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)分析和熟悉后，協(xié)調(diào)合理控制兩個(gè)系統(tǒng)，并使其達(dá)到最佳工作狀態(tài)以使物料達(dá)到指標(biāo)；

實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制后，基于此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在PCS7中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制程序的設(shè)計(jì)，使得運(yùn)行sfc程序時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定開車以及穩(wěn)定運(yùn)行，最后實(shí)現(xiàn)在WinCC界面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)控制。

[1]祝戰(zhàn)科, 王長(zhǎng)會(huì), 譚涌.一種新型超細(xì)粉磨設(shè)備的研制[J].中國(guó)粉體技術(shù), 2013, 19(3).