失重计量系统在东南铜业有限公司的实践应用

马榜样

摘要：本文论述了失重计量系统组成结构，阐述了失重计量系统的工作原理，分析了系统中存在一些问题和解决的一些方法和方案。

关键词：螺旋给料机;失重计量;容积式计量;轴封

分类号：TF806

一、失重计量装置

1.失重计量及系统简介及工艺流程简介

中铜东南铜业有限公司有五套失重计量系统，熔炼段有三套，两套精矿失重计量，一套烟灰失重计量，吹炼段有三套，一套冰铜失重计量，一套烟灰失重计量，一套生石灰失重计量。以熔炼段工艺系统为例，铜精矿、吹炼渣、渣精矿、熔剂等经过配料后，送入蒸汽干燥机干燥至含水小于0.3%。干燥后的精矿通过气力输送至熔炼工区炉顶干矿仓，通过仓底的螺旋失重计量秤加入喷嘴内，烟尘通过埋刮板机加入喷嘴内。炉料通过喷嘴进入反应塔内，在反应塔内停留1.5-2s并迅速完成氧化反应。沉淀池中生成的渣通过溜槽放入渣包，送缓冷场。冰铜通过溜槽进入风淬系统，送冰铜库储存。高温烟气通过上升烟道进入锅炉、沉尘室、电收尘后，送硫酸系统制酸。

二、失重称量系统基本结构

失重计量秤由排料锥、截止阀、加料圆顶阀、进出料口软连接、计量料仓、称重传感器、称重控制仪表、接线盒、螺旋给料机[1]、料仓支承、变频器、PLC以及控制仪表、变频PLC 控制柜和现场操作箱等部分组成。

三、工作原理

失重计量系统是将铜精矿、生石灰、烟尘、铜硫以设定的给料量投送到下层给料系统中。称重仓、螺旋给料机与搅拌器安装在一起，形成料仓总成，该总成放置在三个称重传感器上，组成一个独立的计量秤。通过进、出料口软连接，该总成与外部结构隔离，料仓的重量接受连接的监视和控制。失重给料控制系统将根据料仓总成的重量的减少，连续计算出投料量，并将该投料量与设定值进行比较，以此控制螺旋的速度，从而使投料量与设定值相符。投料控制连续工作，直到称重仓总成的重量达到预设定的下限设定值。达到下限设定值时，称重仓上面的球面阀将自动打开，开始称重仓的加料，球面阀将保持打开状态，直到称重仓总成的重量达到预设定的上限设定值，这时球面阀将再次关闭，开始新的失重控制周期。加料期间，螺旋的速度将固定在称重仓的重量达到下限设定值、球面阀打开时最后一刻的值上。

四、失重系统应用情况

失重系统在东南铜业有限公司熔炼厂运行一年多来，出现了一些设计上不会出现的故障，分别表现在失重系统的不準确，螺旋波动很大;螺旋轴向泄露;驱动减速机经常损坏等问题。

1.几种故障的原因分析

对于系统不准确，螺旋波动很大的问题上，六套系统都出现过，其中以精矿失重给料系统和生石灰系统为例进行分析。

图中G下为称重下限控制点，G上为称重上限控制点，即计量仓称重的下限控制点和上限控制点，当计量仓内物料重量减少到G下时，失重控制仪发出加料指令，进料阀打开，由原料仓向计量仓内加料，当计量仓重量达到G2时进料阀开始关闭，达到G上 时进料阀完全关闭。其中 G下～G1时间段为进料阀打开时间，G1～G2时间段为进料阀完全打开时的加料时间，G2～G上 时间段为进料阀关闭时间，G上～G3时间段为物料沉降时间，G3～G4时间段为失重计量时间。整个G下 ～G3时间段为容积式计量[4] 模式，G3～G4时间段为失重计量模式。G下～G3时间段内给料螺旋的转速是恒定的，其速度等于进料阀打开前失重控制仪采集到的输出控制信号，此转速一直持续到 G3时间点，这一给料过程属于容积式计量模式。失重计量模式时间段内失重控制仪根据采样时间段内失重仓的减少率得出瞬时流量值并与给定的流量值进行比较，通过相应的控制算法计算出输出控制信号。再将该控制信号输出到变频器中，通过变频器改变电机的转速，进而调节给料螺旋的转速，使给料量逐步逼近设定值，从而保证物料流量的均衡稳定和精确，这一过程的下料精度决定着整个失重计量秤的精度。

（1）熔炼精矿失重螺旋波动分析

在投产初期，螺旋的波动在正常范围内，当时混合投料量在140～200T/H，运行一段时间后，螺旋波动范围开始加大，超出了正常的范围，例如投料量在180T/H，瞬间波动到220T/H，波动量在22%，严重超出计量的精度范围。最近投料量在240T/H，也出现严重波动。通过一段时间探索得到了解决。

①调整螺旋的上下限，缩短上下线的范围，螺旋在容积计量时，无论是料量的多少，螺旋以恒定转速运转，根据失重计量原理，螺旋轴在关闭阀门前的转速进行给料。在给料末期，料量较小的情况下，螺旋的转速为最快。当料量开始增加时或瞬间到位时候，螺旋失重的给出量会超出螺旋的精度范围。虽然上下限调整了，对螺旋的影响相对减少了，但是对影响的频率变高了。

②调开关阀门的时间，根据原理在不调整上下线情况，调整阀门的开关时间，也可以减少对称重系统精确到影响，也不会增加影响的频率。在今年的2月份，有几起因下料阀问题引起的失重波动的问题。两次是可膨胀气锁密封圆顶阀（加料圆顶阀）问题，第一次是密封圈泄露和阀体关闭不严，导致在失重计量时期料量的增加，螺旋的转速按照规定的程序进行旋转的，无形多增加了投料量，引起了失重计量系统的波动。第二次是圆顶阀气控电磁换向阀卡死，导致下料不畅，触发了加料超时。同样的圆顶阀卡死，导致螺旋一直加料的问题。

③其他问题，空气平衡系统失衡引起的波动问题，空气平衡系统失常（排气阀不动作，或动作迟缓），导致料和气的互换性不顺畅，导致料量的不足，引起了螺旋的剧烈波动。螺旋的叶片出现变形，导致螺旋给料的不均衡。失重秤本体被异物卡阻，导致失重系统的剧烈波动。

④生石灰螺旋波动分析，由于生石灰的化学性质和生石灰生产工艺，（生石灰含水量<0.3%）加上国家对环保管理越来越严格，许多生石灰企业已经关闭，导致生产物料衔接不畅，降低了对生石灰的品质要求。在应用一段时间后，生石灰螺旋出现波动时。我们生产人员组织人员对生石灰螺旋轴进行清理，提高螺旋轴输送的有效容积，解决螺旋波动的问题。

（2）螺旋轴封泄露分析

在中铜东南铜业有限公司熔炼厂生产实践过程中，六套失重螺旋系统，采用同样的传统式盘根+润滑的轴封结构。如图3所示

螺旋轴封结构，在螺旋内部，螺旋轴与壳体之间上下有4mm间隙，在螺旋断面与挡圈之间有24mm的间隙，在工作过程中，间隙内充满冰铜粉/ 精矿粉/烟灰等。螺旋在工作时，对上部的物料有个推力作用，对下部的料有个封堵作用（属于只进不出），根本输送不了底部的物料，加上料仓加料的每次冲击（物料增加进入和挤压），物料很容积进入挡环内部，由于螺旋不停的转动，盘根和和轴之间产生一定量的间隙（约0.5mm），内部的铜环与螺旋轴有2mm间隙，铜环的内部有导油槽，冰铜粉或精矿很容易进入油环的孔内，造成加油孔堵死，在运行一段时间，从轴封处开始漏冰铜粉或精矿了。本套系统采用是人工加油方式，人员在初次时候还可以加入黄油，对轴封进行封堵，随着使用时间的加长，油孔的封堵，人工就不能实施加油封堵了，就必须更换盘根和清理油环，特别是冰铜螺旋轴封漏料的问题。

漏料原因分析，从人机料法环进行分析，发现了如下问题，第一，冰铜粉的密度大于精矿和和烟灰的密度，冰铜粉的堆积比为2.5～3.5T/m3，精矿的为1.5～2.0T/m3，烟灰的为1.2～2.0T/m3，根据上述的工作原理，就很好解释了在冰铜螺旋可以用1个月的轴封，在冰铜螺旋上最多用一周的问题。第二，润滑封堵的原理是正确的，在设计制作过程中存在缺陷，原来设计中，在螺旋轴封外套上安装了M10*1的黄油嘴，在设计的理想情况下，黄油嘴的孔对准油环的孔，实际上，油环的已经被冰铜粉和精矿封堵，外面的润滑有根本进入不到内部，润滑油只能动盘根的外圈泄露出去，起不到密封效果。人员的润滑周期太长，导致润滑油没有及时补加。外部工作环境比较恶劣，人员不喜欢过去做润滑工作。这些都是导致轴向密封泄露的原因。

问题解决方案，针对油路设计缺陷的问题，对油环做了改进，将原来在外部轴套上的黄油嘴移到加油环上，这样每次润滑封堵就可以直接封堵至泄露位置。第二对螺旋轴做了改进，将尾部的4mm间隙变小为2mm而且在做成了100mm长度的柱状，这样可以减少冰铜粉进入空间的量和冰铜同粉对空间的压力。第三改用了自动润滑方式，每日定期定人员对改点进行润滑，彻底解决了冰铜螺旋轴漏矿的问题。

2.进一步改进

上述的螺旋波动和轴封漏料的问题已经得到解决，现场环境不好的问题是没有解决，在每次下料排气的过程中，现场出现灰尘外溢的现象。有几次还直接影响螺旋的波动，为了解决该问题，做出了如下的改进方案。

在两套精矿失重螺旋呼吸阀上面安装一套布袋收尘系统，专门用于精矿失重系统，这样既可以保证现场环境问题，也可以减少对精矿螺旋的波动问题。

冰铜螺旋軸封进一步改进使用机械密封加自动润滑方式，彻底解决轴封泄露问题。

上述两个进步改进的问题已经有了方案，等有机会进行增设设备设施。

参考文献：

[1]张俊松.失重计量秤在铜双闪熔炼工艺中的应用[J].有色金属，2015（9）：44-47.

[2]黄德友.计量给料螺旋机的优化应用与实践[J].铜业工程，2020（2）：94-97.

[3]傅玉华，姚鹏.失重给料系统在闪速熔炼中的应用[J]. 铜业工程，2017（3）：87-89，92.

[4]刘湖滨.铜精矿失重计量装置研究[J].上海计量装置，2015（1）：14-16.

[5]孔令峰.失重计量秤常见故障分析及处理[J].工业技术，2012（3）：96.

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