符新科，尹孝剛，董文裕

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司 陜西 西安 710077)

0 概 述

焙燒鉬精礦產(chǎn)品因其包裝量較大、價值較高，故其包裝精度和重量偏差一直受到生產(chǎn)商和產(chǎn)品用戶的高度關注。某公司在兩臺多膛爐生產(chǎn)線投產(chǎn)前，對氧化鉬包裝線進行過多次自動包裝方案的探討，一直未能實施。由于用戶的高度關注，該公司一直采用人工包裝、人工采樣的產(chǎn)品包裝方式，雖然制定了完善的產(chǎn)品包裝、復檢及出廠抽檢制度，目的就是為了既不給企業(yè)造成損失，也不使用戶利益受到損害。但是人工包裝用工多，生產(chǎn)效率低，同時嚴格的復檢、抽檢制度耗費人工，且報表繁多，給產(chǎn)品生產(chǎn)及質(zhì)量管理帶來不便。2008～2010年焙燒鉬精礦關鍵裝備技術及產(chǎn)業(yè)化項目實施期間，項目組通過了解國內(nèi)包裝設備的技術情況，研究了一種焙燒鉬精礦產(chǎn)品的包裝站，使產(chǎn)品計量精度大大提高，減少了勞動用工，提高了包裝效率，使企業(yè)和客戶的利益均得到了保證。

1 問題的提出

根據(jù)用戶需求不同，焙燒鉬精礦產(chǎn)品粒度一般有兩種規(guī)格：0～0.83 mm、0～3.35 mm。這兩種粒度的產(chǎn)品都適宜自動化包裝，但與其他大宗的冶金爐料產(chǎn)品相比，焙燒鉬精礦產(chǎn)品價格較高，受市場供需因素的影響，其銷售價格在6萬～30萬元/t之間波動，因此，生產(chǎn)商與用戶均對該產(chǎn)品的計量精度特別關注。

1.1 包裝設施計量精度與產(chǎn)品價值不相適應

某公司2010年前使用的包裝秤分度值為0.2 kg、量稱為0～1 500 kg，每袋噸包產(chǎn)品的理論最大計量偏差為：

E=±1.5e=±1.5×0.2 kg=±0.3 kg

實際包裝稱量規(guī)格為1000kg，稱為噸包，其最大包裝偏差為

E′=±1.0e=±1.0×0.2 kg=±0.2 kg

噸包焙燒鉬精礦重量范圍為999.8～1 000.2 kg。按每噸焙燒鉬精礦產(chǎn)品15萬元、每年生產(chǎn)20 000 t氧化鉬產(chǎn)品計，由于產(chǎn)品計量產(chǎn)生的焙燒鉬精礦量誤差達4 t，產(chǎn)品價值為60萬元。因此提高焙燒鉬精礦產(chǎn)品的計量精度既可以有效降低生產(chǎn)商的損失，也可保證用戶利益，是一種雙贏的措施。

1.2 產(chǎn)品包裝過程主觀原因造成量偏差較大

由于生產(chǎn)商與用戶所使用的計量器具精度差異、計量方式不同，生產(chǎn)商與用戶因產(chǎn)品計量產(chǎn)生的糾紛時有發(fā)生。為了解決此問題，生產(chǎn)商制定了嚴格的復檢、抽檢制度并對產(chǎn)品包裝作業(yè)嚴格管理。產(chǎn)品包裝作業(yè)人員由于擔心自己包裝的產(chǎn)品產(chǎn)生計量糾紛，一般都會將包裝重量加到1 000.2 kg,然后再取出少量產(chǎn)品，使包裝秤的顯示值回到1 000.0 kg。這種操作會使生產(chǎn)商包裝每噸產(chǎn)品出現(xiàn)0.2‰的計量損失，按每噸焙燒鉬精礦產(chǎn)品15萬元，每年生產(chǎn)20 000 t焙燒鉬精礦產(chǎn)品計，由于主觀因素產(chǎn)品計量產(chǎn)生的損失接近60萬元價值。

1.3 研究現(xiàn)狀

為解決此問題，項目組查閱了相關資料，文獻[1]指出，操作過程中稱重范圍在0.2～2.5 t內(nèi)，靜態(tài)稱重誤差控制在0～0.5 kg，計量精度應達到0.015%；文獻[2]指出，包裝過程中降低產(chǎn)品中的粉塵嘗試，應改善包裝過程抽風量，采用降低物料沿料斗內(nèi)壁落料時摩擦的辦法，降低結(jié)料現(xiàn)象，以保證執(zhí)行機構的良好運行，使粉料包裝產(chǎn)品重量達到25.1±0.05 kg以內(nèi)；文獻[3]指出，對最大秤量25 kg/次的稱重系統(tǒng)，計量準確度靜態(tài)±0.1%，動態(tài)±0.2%，試驗對1 600個面粉包樣品重量進行了稱重，經(jīng)過對稱重數(shù)據(jù)誤差統(tǒng)計，99.13%的稱量次數(shù)，誤差在±0.2%以內(nèi)，檢驗秤驗稱重值的準確度在±0.1%以內(nèi)的占比為72.25%，在±0.2%以內(nèi)的占比為96.75%，其余3.25%超過±50 g，但均不超過±100 g，即單次稱量誤差在±0.4%以內(nèi)；文獻[4]指出，對運行故障的進口E55型移動電子稱進行技術改造后，隨機抽取15個樣本，改造后樣本均值為25.002 kg，改造后每臺電子稱的計量精度在2‰的基礎上，提升至1‰，包裝偏差控制在了±25 g以內(nèi)；文獻[5]指出，包裝量為25±0.25 kg的袋裝產(chǎn)品，針對精度較低、誤差在±4.1%到±7.1%的包裝稱進行改造后，稱量基本符合包裝量為25±0.25 kg的要求。綜上，僅文獻[1]為大量程的噸包裝設備，其最大包裝誤差為0.5 kg；其它文獻反映的均為25 kg量程的小袋包裝設備，包裝精度為0.002～0.25 kg之間。

2 高精度產(chǎn)品包裝方案研究

為了解決焙燒鉬精礦產(chǎn)品包裝存在的問題，項目組與包裝站制造商經(jīng)過多次技術交流及溝通，采用了一種高精度計量包裝站，這種高精度包裝站由包裝緩沖倉、高精度包裝機、復檢秤、噸包產(chǎn)品輸送機組成。包裝站運行流程見圖1。

圖1 高精度包裝站運行流程

高精度包裝機采用凈重式的稱重計量方式，主要包括雙螺旋給料裝置、稱重單元與包裝控制系統(tǒng)。

雙螺旋給料裝置通過大小兩個螺旋雙速給料，可以實現(xiàn)粗、細給料流量的設定，易于控制并可獨立進行調(diào)整。此外，設置了預置點參數(shù)的修改，可保證粗、細加料量的最佳比例，從而確保系統(tǒng)在保證精度的前提下提高包裝速度。

稱重單元采用綜合精度高、長期穩(wěn)定性好和耐沖擊的MTB型稱重傳感器，輔以專用傳力連接機構，具有過載、限位等多重功能，有效地保證了稱量斗重量100%地傳遞到稱重傳感器上，而不產(chǎn)生任何其它方向的分力，使其具有良好的機械自動復位性能。稱量斗與框架間采用軟連接密封，防止進入稱量斗的物料粉塵外溢?？蚣苌吓溆袣饬髌胶夤艿溃c緩沖倉連接，可有效消除氣流對計量的影響。

2.1 高精度包裝機參數(shù)

2.1.1 包裝秤參數(shù)

包裝速度：10 包/hr或30 桶/hr；

包裝重量：1 000 kg/包、250 kg/桶；

設計包裝精度：±0.1%；

包裝秤量程：0～60 kg；

分度值：0.02 kg;

分度數(shù)：3 000。

2.1.2 傳感器參數(shù)

型號：MTB-100 kg(G)高精度傳感器；

額定容量：100 kg；

靈敏度：2±0.001 mV/V；

組合誤差：≤0.018%；

不重復性：≤0.01%R.C；

非線性≤0.017%R.C；

靈敏度溫度系數(shù)：≤0.002%R.C/ ℃。

2.1.3 復檢秤參數(shù)

在思想創(chuàng)造和理論創(chuàng)新方面，馬克思無愧于“千年第一思想家”的榮譽。馬克思所實現(xiàn)的哲學變革的真正意涵，就在于把唯物主義原則貫徹到底，即貫徹到社會歷史領域，深入到歷史的深處，確立了歷史唯物主義。作為一種歷史觀，歷史唯物主義不僅強調(diào)人類歷史發(fā)展的客觀規(guī)律，而且強調(diào)人類的共同體意識和共同命運?！皻v史唯物主義既不是將歷史看作是一個自在的生成過程，也不是一個毫無規(guī)定性的人的自主性生成，而是兩者的‘主客體的辯證法’，這是一個‘建構’的過程?！盵9]

型 號：PN3-1515-1500；

量 程：0～1 500 kg；

分度值：0.2 kg；

準確度等級：III級。

2.2 稱量方式

將1 000 kg一次計量的稱量方式改為每次稱量50 kg，20次計量為一袋的包裝方式?？刂七^程為：前19次計量每次設定給料量為50 kg，由粗螺旋按50 kg為目標值進料后，計量料斗精確計量進入稱量料斗的焙燒鉬精礦重量(設單次重量分別為X1，X2，X3…X19)，并進行累加(設累加后重量為X)，第20次計量時，首先由控制系統(tǒng)計算給定加料量1 000-∑(X1～X19)，以此值為目標量，再由控制系統(tǒng)控制快慢兩螺旋，以先粗螺旋快進料后細螺旋精給料的運行方式向稱料斗定量給料。最終噸袋包裝量通過復檢稱復檢。

3 高精度包裝站的計量精度

3.1 包裝站的理論計量精度計算

根據(jù)包裝秤的配置參數(shù)，包裝秤的量程為0～60 kg，其檢定稱量值為60 kg，則其檢定分度值。

e=60 kg÷3 000=±0.02 kg

參照《非自動天平試行檢定規(guī)程》(JJG 539-2016)中規(guī)定的最大誤差計算表(見表1)，計算包裝秤的計量誤差。

表1 電子秤最大允許誤差與稱量結(jié)果間的允許差值

E=1.5e=±0.02 kg×1.5=±0.03 kg

因此，包裝秤前19次計量的累計結(jié)果∑(X1～X19)的誤差為±0.03 kg。

最終包裝精度與第20次的控制精度有關，但根據(jù)包裝機設計，每噸焙燒鉬精礦產(chǎn)品總體包裝精度不大于0.1%。

3.2 復檢秤的計量誤差

根據(jù)包裝秤的配置參數(shù)，復檢秤的量程為0～1 500 kg，分度值為0.2 kg，根據(jù)表1規(guī)定，最大允許計量誤差：

E=1.5e=±0.2 kg×1.5=±0.3 kg

從計量精度來看，復檢樣計量誤為±0.3 kg，而包裝秤精度為±0.1%，但包裝秤、復檢秤只是用來對包裝過程監(jiān)督，在包裝量不超出復檢秤誤差情況下，包裝站運行正常，以包裝重量為準；同時以計量精度范圍較寬的復檢秤來作為計量監(jiān)督，雖然精準程度較差，但可以保證計量在正確的范圍內(nèi)。

3.3 包裝站實際計量精度統(tǒng)計

表2是包裝站包裝單元的控制系統(tǒng)在每個噸袋包裝過程中，由包裝秤稱得的焙燒鉬精礦(高溶)產(chǎn)品重量，其中213B-219B是產(chǎn)品批號，稱量結(jié)果是從包裝秤稱量記錄中調(diào)出的每袋產(chǎn)品的稱量重量。圖2～圖5是根據(jù)表2數(shù)據(jù)用Matlab軟件繪制的重量分布圖，從數(shù)據(jù)分布情況來看，最大負差為0.08 kg，最大正差為0.06 kg，隨機變量分布于999.94～1 000.06 kg之間，數(shù)據(jù)分布呈“鐘形”正態(tài)分布，在包裝目標值1 000 kg分布的概率最高，偏離目標值越遠，其分布概率快速下降，在999.94～1 000.06 kg以外的概率小于5%。

表2 1#包裝站包裝秤稱量結(jié)果 kg

圖2 批號215B單袋稱量數(shù)據(jù)分布圖

圖3 批號213B單袋稱量數(shù)據(jù)分布圖

圖4 批號216B單袋稱量數(shù)據(jù)分布圖

圖5 批號219B單袋稱量數(shù)據(jù)分布圖

表3是另一臺包裝站包裝單元的控制系統(tǒng)在每個噸袋包裝過程中，由包裝秤稱得的焙燒鉬精礦(普通)產(chǎn)品重量，J174-J176是從包裝秤稱量記錄中調(diào)出的每袋產(chǎn)品的稱量重量。圖6～圖7是根據(jù)表3數(shù)據(jù)用Matlab軟件繪制的重量分布圖，從數(shù)據(jù)分布情況來看，最大負差為0.08 kg，最大正差為0.06 kg，隨機變量分布于1 099.94～1 100.10 kg間；數(shù)據(jù)分布呈“鐘形”正態(tài)分布，在包裝目標值1 100 kg分布的概率最高，偏離目標值變遠時，其分布概率快速下降，在1 099.85～1 100.15 kg以外的概率小于3%。

表3 2#包裝站包裝秤稱量結(jié)果 kg

為了進一步考查兩臺包裝站稱量結(jié)果的可靠性，分別對兩臺包裝站的稱量數(shù)據(jù)用質(zhì)量管理工具進行了統(tǒng)計分析[6]。圖8是根據(jù)表2的70個數(shù)據(jù)，用Minitab質(zhì)量工具進行過程性能分析，從分析結(jié)果和包裝秤實際計量結(jié)果來看，單袋稱重量中無超出允許誤差范圍的值(無不合格稱重)，過程均值1 000.0，過程標準差0.018，過程性能指數(shù)PPK=3.65，西格瑪水平大于6。

圖6 批號J-174單袋稱量數(shù)據(jù)分布圖

圖7 批號J-175單袋稱量數(shù)據(jù)分布圖

圖9是根據(jù)表3的30個數(shù)據(jù)，用Minitab質(zhì)量工具進行過程性能分析，從分析結(jié)果和包裝秤實際計量結(jié)果來看，單袋稱重量中無超出允許誤差范圍的值(無不合格稱重)，數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，過程均值為1 100.0，過程標準差為0.045，過程性能指數(shù)PPK=1.45，西格瑪水平為4.26。

圖8 1#包裝秤的過程性能報表

圖9 2#包裝秤的過程性能報表

以上分析說明本項目研制的高精度包裝站計量精度可以最大程度的保證焙燒鉬精礦產(chǎn)品的包裝符合計量精度要求，保證生產(chǎn)商及用戶的利益，減少計量糾紛。

4 實施效果

4.1 提高計量精準度

從高精度包裝站精度的理論分析及實際運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，使用這種包裝秤可以有效將包裝計量精度提高到0.1%以內(nèi)。依此計算，與人工包裝相比，每噸袋包裝計量誤差減少0.2 kg。則按每噸焙燒鉬精礦產(chǎn)品15萬元，每年生產(chǎn)20 000 t焙燒鉬精礦產(chǎn)品計,因精度提高而使焙燒鉬精礦生產(chǎn)商或用戶減少的計量損失為：

0.2 kg/t×20 000 t×15萬元/t=60萬元

4.2 消除操作人員主觀稱量誤差

自動化包裝站的使用，使包裝過程實現(xiàn)自動化操作，作業(yè)人員不參與稱量過程，只負責向包裝緩沖倉上料、包裝機掛袋(或換桶)、計量稱監(jiān)控等工作，可根本消除人為在稱量上的主觀誤差，提高了包裝精度。

4.3 提高勞動生產(chǎn)率，降低包裝成本

人工包裝時，用工為6人/班(不含采樣工)，2班作業(yè)，每年包裝焙燒鉬精礦20 000 t，采用包裝站后，用工為2人/班(不含采樣工)，2班作業(yè)，每年包裝焙燒鉬精礦27 000 t。

4.4 降低操作人員的勞動強度

人工包裝作業(yè)工序為綁袋、吹袋、放料、料倉清堵、提袋、運輸、扎口，采用包裝站后省去了吹袋、放料、料倉清堵、提袋4項體力作業(yè)工序，每班包裝量也由原來的30 t提高至60 t。

5 結(jié) 論

(1)高精度包裝站設計采用高精度小批量稱重傳感器，將目標包裝量分解為計量精度較高、應用較成熟的50 kg/次分批包裝，將稱量分度值由0.2 kg提高到0.02 kg，提高了計量精度。

(2)高精度包裝站計量方式為料斗給料、稱量、卸料、吹掃的重復循環(huán)方式，減少了包裝物重量偏差的干擾，保證了包裝計量精度。

(3)高精度包裝站設置了大小兩種給料螺旋，對每批次給料采用先快后慢的給料方式，提高每50 kg稱量的給料效率；并采取前19次包裝量快速進料，高精度計量，并累加計算，最后一次以與整袋目標值差值為稱量目標值的方式，精準進料，在保證稱量精度的要求下，提高了包裝效率。

(4)高精度包裝站自動化程度相對較高，作業(yè)過程排出粉塵得到有效治理，作業(yè)條件較好。

總之，高精度包裝站的開發(fā)應用，既保證用戶的利益不受損失，又保證焙燒鉬精礦生產(chǎn)商的利益不受損害；同時降低了生產(chǎn)商的包裝成本，在高價值大噸位包裝產(chǎn)品行業(yè)具有借鑒和推廣價值。