鄧方針 李傳偉 趙建軍 嚴(yán)凡濤

【摘 要】對以往的電磁式自動加藥系統(tǒng)的跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，在較大流量、雜質(zhì)顆粒較大的藥劑添加現(xiàn)場，電磁加藥閥存在密封不嚴(yán)、易堵塞等問題；市場上的氣動加藥閥存在密封性要求高、不適合小流量藥劑添加等缺點(diǎn)。北京礦冶科技集團(tuán)有限公司基于電磁加藥閥的工作原理，成功開發(fā)出新型氣動加藥閥，并在國內(nèi)某選礦廠完成了工業(yè)試驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】選礦；自動加藥系統(tǒng)；電磁加藥閥；氣動加藥閥

中圖分類號： TD928.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）32-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.015

0 引言

浮選法是根據(jù)礦物表面物理、化學(xué)特性的不同，使目的物料附著在氣泡上從礦漿中浮出的選礦過程。浮選法以分選效率高、可進(jìn)一步選礦等優(yōu)勢成為了有色金屬選礦中最重要的選礦方法之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)利用浮選法加工的有色金屬礦石約占全部入選量的90%左右[1]。在實(shí)際的浮選過程中，僅僅依靠礦物本身的物理化學(xué)特性是不能很好實(shí)現(xiàn)目的物料的浮出，在不同的階段需要添加不同的藥劑來強(qiáng)化目的物料的物理化學(xué)特性，提高浮選效率。

最初，浮選藥劑是通過操作人員手動添加到相應(yīng)的位置，這種加藥方式不但加藥速度慢，加藥精度低，藥劑浪費(fèi)嚴(yán)重，并且對操作人員的身體健康有很大的傷害。20世紀(jì)80年代，國內(nèi)研制成功了由微機(jī)控制的自動加藥機(jī)，分別是北京礦冶科技集團(tuán)有限公司（原北京礦冶研究總院）的BBH型和西北礦冶研究院的WG-10型，這是國內(nèi)最早研制成功的帶微機(jī)的自動加藥機(jī)[2]。隨著科技的進(jìn)步，市場上出現(xiàn)了程控加藥機(jī)，免標(biāo)定數(shù)控加藥機(jī)和計(jì)量泵加藥機(jī)。本文是基于對程控加藥機(jī)電磁加藥閥和氣動加藥閥在使用過程中出現(xiàn)的問題的研究，綜合電磁加藥閥和氣動加藥閥的工作原理，研發(fā)設(shè)計(jì)出的一種新型的氣動加藥閥。

1 電磁式加藥閥和氣動式加藥閥

BRFS-PLC型自動加藥系統(tǒng)（BGRIMM Reagent Feeder System）是北京礦冶科技集團(tuán)有限公司（原北京礦冶研究總院）研制的第四代自動加藥裝置。該系統(tǒng)包括以下幾個部分：

1）工控機(jī)：控制軟件使用專門針對自動加藥設(shè)計(jì)的軟件，界面美觀、易懂；

2）PLC控制器：具有高速的邏輯運(yùn)算能力和靈活的擴(kuò)展能力；

3）驅(qū)動器：自主研發(fā)的固態(tài)繼電器，可靠性高；

4）加藥箱：配有液位恒定系統(tǒng)，使加藥箱內(nèi)液位保持恒定；

5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：采用防腐材料和特殊結(jié)構(gòu)的加藥閥，適應(yīng)于惡劣環(huán)境下使用。

BRFS-PLC型自動加藥機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在液位恒定的加藥箱下部側(cè)面的管嘴上，當(dāng)控制器給出打開信號時，加藥閥開啟，藥液流出，根據(jù)管嘴出流原理，保持藥箱內(nèi)液面高度恒定時，加藥閥的流量是恒定的。因此，加藥量的多少只與加藥閥的開啟時間有關(guān)，且是正比例關(guān)系。在加藥周期一定時，控制器通過調(diào)整占空比方式控制加藥閥的開啟時間，從而控制加藥量的大小[3]。

1.1 電磁加藥閥

電磁加藥閥主要包括電磁線圈、閥芯、閥體、連接管和閥嘴構(gòu)成。當(dāng)電磁線圈通電時，將磁性閥芯吸起，加藥閥打開；當(dāng)電磁線圈斷電時，磁性閥芯落下，加藥閥關(guān)閉。控制器通過控制磁性線圈的通電和斷電來實(shí)現(xiàn)對加藥閥開啟和關(guān)閉的控制。

北京礦冶科技集團(tuán)有限公司開發(fā)的BRFV型電磁加藥閥具有如下特點(diǎn)：

1）加工材質(zhì)多樣：針對不同的藥劑，閥芯采用不同的材質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)防油、防腐等特點(diǎn)；

2）可靠性高：該加藥閥動作靈敏、工作電壓低、工作電流小、長期使用不發(fā)熱；

3）密封性好：電磁線圈和閥芯是完全隔離的，不會有藥液進(jìn)入電磁線圈部分，腐蝕電磁線圈。

但是，隨著浮選藥劑的發(fā)展和新藥劑的出現(xiàn)，北京礦冶科技集團(tuán)有限公司在對BRFV型電磁加藥閥的使用情況跟蹤回訪時發(fā)現(xiàn)，該型號電磁加藥閥存在一些問題：

1）由于電磁線圈的磁力有限，當(dāng)閥芯承受的壓力增大時，特別是在加藥量大于10L/min時，加藥閥不能有效迅速開啟，影響加藥精度；

2）加藥閥的關(guān)閉是依靠電磁線圈斷電后閥芯在自身重力作用下與閥嘴形成密封。由于閥芯自重有限，當(dāng)藥液中雜質(zhì)或固體顆粒較多時，閥芯自重不能有效的關(guān)閉加藥閥，造成藥液的滴漏；

1.2 氣動加藥閥

市場上現(xiàn)有的氣動加藥閥都為氣動角座閥式結(jié)構(gòu)，或氣動角座閥結(jié)構(gòu)的變體，但工作原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)沒有大的變化。氣動加藥閥包括氣缸、氣缸活塞桿、閥體、閥嘴和連接管組成。當(dāng)氣缸伸出時，氣缸活塞桿連接的密封盤片堵塞住閥體，閥門關(guān)閉；當(dāng)氣缸收回時，氣缸活塞桿連接的密封盤片收回，閥門打開。控制器通過控制氣缸的伸出和縮回來實(shí)現(xiàn)對閥門關(guān)閉和開啟的控制。

該結(jié)構(gòu)的氣動加藥閥具有如下特點(diǎn)：

1）氣缸活塞桿直接連接閥芯，可實(shí)現(xiàn)較大流量藥劑的添加；

2）采用氣缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，維持常開或常閉不存在發(fā)熱問題；

3）可增加閥門或開關(guān)位置顯示。

但是，在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)，此結(jié)構(gòu)的氣動加藥閥存在如下問題：

1）由于氣缸活塞桿需要頻繁的伸出和縮回，氣缸活塞桿和閥體的密封部分容易磨損，導(dǎo)致漏液；

2）氣缸活塞桿和密封盤片直接和藥劑接觸，易產(chǎn)生腐蝕；

3）受到氣缸活塞桿和密封盤片大小的限值，該氣動加藥閥適用于加藥量大于15L/min的情況；

4）由于浮選藥劑種類多，藥劑屬性復(fù)雜，氣缸活塞桿和密封盤片的材質(zhì)需要不斷調(diào)整，增加加工、備件成本。

2 新型氣動加藥閥的研發(fā)設(shè)計(jì)

隨著科技的發(fā)展，浮選藥劑種類越來越多、藥劑屬性越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的電磁加藥閥和氣動加藥閥面臨的問題越來越多。通過近兩年的調(diào)查了解，高海拔、高緯度的選冶廠也越來越多，特殊的高原環(huán)境對加藥閥的防護(hù)等級要求非常高。為了解決傳統(tǒng)加藥閥存在的問題，同時使自動加藥閥更好的適應(yīng)高海拔、高緯度、超低溫等復(fù)雜惡劣的選礦應(yīng)用環(huán)境，北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，基于電磁式加藥閥的工作原理，研發(fā)出一款新的氣動式加藥閥。

2.1 理論研究

設(shè)計(jì)初期，通過回訪加藥機(jī)用戶，調(diào)研高海拔、高緯度選冶廠浮選工段對加藥工藝要求，總結(jié)出新的加藥閥需滿足如下要求：

1）加藥流量范圍廣：既能適用于小流量藥劑添加點(diǎn)，也能應(yīng)用于大流量的藥劑添加點(diǎn)；

2）密封性好：藥液和執(zhí)行機(jī)構(gòu)要隔開；

3）防護(hù)等級高，能適應(yīng)惡劣環(huán)境，尤其是高海拔、高緯度、超低溫環(huán)境；

4）結(jié)構(gòu)簡單，加工和備件成本低。

2.2 新型氣動加藥閥的研發(fā)

基于設(shè)計(jì)前期的調(diào)研總結(jié)，參考電磁加藥閥和氣動加藥閥的工作原理，研發(fā)出新型氣動加藥閥-磁連接式氣動加藥閥。磁連接式氣動加藥閥結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括氣缸、氣缸活塞連接桿、閥體、永磁體、閥嘴等構(gòu)成。氣缸伸出時，通過氣缸活塞桿帶動永磁鐵下降，永磁鐵通過磁性連接帶動閥芯落下，加藥閥關(guān)閉；氣缸收回時，通過氣缸活塞桿帶動永磁鐵上升，永磁鐵通過磁性連接帶動閥芯上升，加藥閥開啟；控制器通過控制氣缸的伸出和收回實(shí)現(xiàn)對加藥閥開閉的控制。

磁連接式氣動加藥閥具有如下特點(diǎn)：

1）加藥量范圍廣：采用閥嘴閥芯式加藥，通過改變閥嘴的尺寸，可實(shí)現(xiàn)不同流量的藥劑添加；通過磁性連接，將氣缸和閥芯連接起來，在較大流量時也不會出現(xiàn)加藥閥開啟困難或延時的問題；

2）密封性好：閥芯和執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過磁性連接，藥液和執(zhí)行機(jī)構(gòu)是完全隔絕開的，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的密封性要求較低，不會出現(xiàn)跑冒滴漏現(xiàn)象；

3）結(jié)構(gòu)簡單：磁連接式氣動加藥閥結(jié)構(gòu)簡單，和以往的電磁加藥閥結(jié)構(gòu)類似，只是執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電磁線圈改為氣缸；加工和備件成本低；

4）適用于高海拔、高緯度環(huán)境：磁連接式氣動加藥閥是通過氣缸作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，不發(fā)熱、沒有過流危險，并且在較低溫度下仍能運(yùn)行，適用于高海拔、高緯度、超低溫的惡劣環(huán)境。

3 工業(yè)應(yīng)用效果

研發(fā)人員將磁連接式氣動加藥閥安裝于工業(yè)現(xiàn)場。經(jīng)過半年的跟蹤測試，磁連接式氣動加藥閥使用效果很好，沒有出現(xiàn)跑冒滴漏的現(xiàn)象；加藥閥開閉迅速，加藥量準(zhǔn)確，較長時間使用后加藥精度未有變化。

4 結(jié)論

1）磁連接式氣動加藥閥是基于傳統(tǒng)電磁加藥閥和氣動加藥閥的工作原理研發(fā)的；

2）磁連接式氣動加藥閥既具有傳統(tǒng)電磁加藥閥的密封性好，結(jié)構(gòu)簡單；又具有傳統(tǒng)氣動加藥閥的適用于大流量藥劑添加，適用于高海拔、高緯度、超低溫惡劣環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)；

3）經(jīng)過半年的工業(yè)試驗(yàn)證明，磁連接式氣動加藥閥具有密封性好、開關(guān)迅速、加藥精度穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王海芳，呂超.PLC自動加藥機(jī)在選礦廠的應(yīng)用[J].大眾科技，2011（9）：110-112.

[2]周智桂.選礦自動加藥機(jī)的發(fā)展[J].礦冶，1995（3）：100-103.

[3]嚴(yán)凡濤，王志民，楊樹亮.新型自動加藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].礦冶，2016，25（3）：61-64.

[4]周俊武，徐寧.我國選冶自動化的現(xiàn)狀和未來[C]//2011全國自動化技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)年會專輯.2011：6-10.

[5]周樂倫.PLC型程控加藥機(jī)的工業(yè)應(yīng)用[J].有色金屬（選礦部分），2000（5）：31-34.

[6]蘇軍.BRFS-PLC型自動加藥機(jī)應(yīng)用實(shí)踐[J].有色金屬（選礦部分），2008（1）：31-33.