韋才壽 沈建增 南寧學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院

1 引言

菱鎂制品是一種新型復(fù)合材料產(chǎn)品，具有輕質(zhì)、高強、易加工、防火、節(jié)能、保溫等特點，能夠廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑等國民經(jīng)濟各行業(yè)，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，菱鎂水泥需求量越來越大，促進了菱鎂水泥制品的發(fā)展。

菱鎂水泥是氣硬性膠凝材料,其MgO-MgCl-H2O三元體系的 水 化 產(chǎn) 物 主 要 是 5.1.8 相 [5Mg(OH)2MgCl2.8H2O]，采 用 氯 化 鎂(MgCl2.6H2O)俗稱鹵片配制溶液時，應(yīng)滿足形成5.1.8相所需的基本水灰比值的要求，鹵水濃度過高或過低都不利于產(chǎn)品生產(chǎn)。實際生產(chǎn)中需要人工反復(fù)計算調(diào)節(jié)才能配制出符合要求的濃度的溶液，存在效率低下，精度不高等問題。針對此問題，本文創(chuàng)新設(shè)計出一套溶液自動配制系統(tǒng)，旨在能在生產(chǎn)中實現(xiàn)氯化鎂溶液全自動配制，提高溶液配制的效率和準確性，提高生產(chǎn)效益。

2 溶液配制問題分析

在生產(chǎn)菱鎂水泥中采用人工溶液配制問題具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1）調(diào)節(jié)效率低，一般而言溶液配制原則是濃度高了加水低了加氯化鎂，但要將大量溶液調(diào)節(jié)到符合濃度要求的溶液難度較大，需要反復(fù)調(diào)節(jié)效率很低。

(2）濃度精度低，在生產(chǎn)中溶液濃度需隨著環(huán)境溫濕度的變化需要進行相應(yīng)的頻繁調(diào)整；同時，鹵片中的氯化鎂含量變化會導(dǎo)致溶液濃度波動較大，人工難以準確配制出高精度溶液。

3 溶液自動配制系統(tǒng)設(shè)計

一種用于生產(chǎn)菱鎂水泥的氯化鎂溶液自動配制系統(tǒng)，主要由料倉、溶解池、溶液配制池、電磁水閥、水流量自動控制裝置、控制器及管道等部分組成，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。相關(guān)內(nèi)容筆者已于2019年申請了發(fā)明專利，具體內(nèi)容詳見文獻。

圖1 氯化鎂溶液自動配制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1 料倉

主要用于存儲鹵片(MgCl2.6H2O)，進行防濕防潮防腐蝕處理能夠防止鹵片吸潮，下部安裝有重力重力傳感器，料倉下部有出料口，出料口安裝電控閘門，電控閘門由控制器控制，根據(jù)所需物料重量控制閘門開關(guān)，放出物料重量由重力傳感器感應(yīng)前后的整個料倉的重量差進行確定；如，所需物料重量為M,出料前料倉總重量為M0，控制器控制閘門打開后物料在重量作用下通過管道進入下部的溶解池，當(dāng)重量傳感器讀數(shù)由M0變成M1（M1=M0-M）時，將信息傳送到控制器，控制自動控制閘門關(guān)閉，完成出料過程。

3.2 溶解池

溶解池由防腐蝕材料制成，鹵片放入溶解池后，控制器根據(jù)物料重量控制電磁水閥向池內(nèi)注入一定量的清水，并控制電動攪拌槳對溶液攪拌，以加速鹵片溶解，然后進行沉淀，將不溶雜質(zhì)沉淀后上層為高濃度氯化鎂溶液，然后通過管道流入溶液配制池，雜質(zhì)由底部的泄水口排出。

3.3 .溶液配制池

配制池底部裝有重量傳感器，內(nèi)部也裝有攪拌槳，還裝有創(chuàng)新研發(fā)的液體濃度自動測量儀，溶解池內(nèi)的高濃度溶液通過管道流入配制池內(nèi)后，液體濃度自動測量儀測出溶液的濃度，然后將數(shù)據(jù)傳送到控制器，控制器控制清水管道上的電磁水閥打開向配制池內(nèi)分多次注入清水，這個過程屬于反復(fù)檢測、計算和調(diào)節(jié)過程，直至配制出符合濃度要求的溶液。

3.4 溶液濃度自動測量儀

溶液濃度自動測量儀是由筆者創(chuàng)新研發(fā)的裝置（詳見文獻[4]），由傳統(tǒng)的波美計改造而成，可直接測出溶液的質(zhì)量濃度，其工作原理在于利用液位差計測出液體表面的距離和波美計頂部距離，進而計算出波美計刻度部位伸出液體表面的高度，換算出對應(yīng)的波美度求出液體的濃度，并根據(jù)液體溫度進行修正；需要等攪拌槳停止攪拌后待液面穩(wěn)定后方可檢測。

3.5 水流量自動控制裝置，

主要由渦輪流量傳感器（測量流量）、電磁水閥（開關(guān)作用）等組成，可以定量控制注入溶解池和配制池的水量；在自動調(diào)節(jié)溶液濃度方面起到十分關(guān)鍵的作用，由控制器控制運行。

3.6 控制器

控制器基于PLC研發(fā)和設(shè)計，是整個溶液自動配制系統(tǒng)最核心的關(guān)鍵部件，其控制整個系統(tǒng)的自動運行，包括：

(1）控制料倉出料，在系統(tǒng)中輸入所需出料（鹵片）的重量，實時監(jiān)測料倉重量變化，當(dāng)料倉前后重量差值為所需出料重量時，控制閘門關(guān)閉，實現(xiàn)出料控制過程。

(2）控制溶解池水流量，根據(jù)放入溶解池內(nèi)鹵片重量以及氯化鎂的含量，系統(tǒng)自動計算出所需的注入的水量，保證鹵片溶解后其濃度大于所需配制的濃度，并保證能使鹵片全部溶解；注水后立即控制啟動攪拌槳的電機對溶液進行攪拌加速溶解。其注水量計算如下：假定鹵片重量為M料，氯化鎂含量為W%，所需配制的溶液為C%，因溶解階段所得的濃度要大于所配制濃度才利于后續(xù)調(diào)節(jié)，每次加水量M水應(yīng)小于最終用水量，考慮到要鹵片能完全溶解，可設(shè)定M水=0.8M料（W%/C%-1）。

(3）控制溶解池進水量，接收液體濃度自動測量儀檢測到配制池內(nèi)溶液濃度的數(shù)據(jù)以及配制池內(nèi)溶液重量，控制自動水流量控制系統(tǒng)運行分多次向配制池內(nèi)注入一定的水量，控制配制池攪拌槳電機運行，這個過程屬于反復(fù)檢測、計算、調(diào)節(jié)過程。其計算過程如下：設(shè)檢測到當(dāng)前溶液濃度為C0%，所需配制溶液濃度C%，溶液質(zhì)量為M0，理論上應(yīng)需要加水量為：

考慮到溶質(zhì)溶解度的影響，防止一次性加水量過多造成濃度過低，則每個循環(huán)實際加水量為理論加水量的0.9倍，即：

通過反復(fù)循環(huán)加水，直至調(diào)節(jié)到符合要求的濃度。

(4）控制溶解池溶液輸出管道上的電磁水閥，根據(jù)溶解池重量的變化對所流出溶液重量進行控制，當(dāng)溶解池前后重量差值等于所需溶液重量時關(guān)閉水閥。

4 總結(jié)

針對菱鎂水泥生產(chǎn)中溶液配制問題，創(chuàng)新設(shè)計出一種溶液自動配制系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)鹵水全自動配制，可以大幅度提高溶液配制的效率和準確性，有助于提高生產(chǎn)效率和效益，該系統(tǒng)具有非常高的應(yīng)用推廣價值。