粘性物料的預均化技術

粘性物料的預均化技術

1 概論

采用合適的物料存儲系統，即便是處理粘性物料，亦能取得均勻的混合效果。Votorantim Cimentos委托Bedeschi公司為Tocantis工廠（表1）供應一臺BEL C型號的粘土堆取料混勻系統（圖1），BEL C型號的堆取料系統對不同物料有較好的適應性，尤其對于粘性物料能達到較優的預均化效果。下面將詳細介紹BEL C型號堆取料系統的優點、結構、工作原理以及現場實驗的情況，并對取料斗的最優路徑以及堆取料系統的控制系統進行分析。

BEL C型號的粘土堆取料混勻系統的優點在于：

（1）料斗清掃系統，能夠完全清除料斗內的粘濕物料，在取料過程保證每個料斗以其最大容量取料。

（2）墻壁清掃刮板，沿著整個取料機懸臂工作，保證沒有物料殘留在坑壁上。

（3）具有自主專利權的壁面清洗軟件，控制墻壁清掃刮板對棚壁進行清掃。

桁架梁由箱型梁制成，并布置合適數量及間距的加強筋以保證足夠的剛度，還裝有軌道便于取料機臺車移動。桁架梁通過螺栓緊固在箱型橋門上，并配有移動式轉向架。轉向架由鋼架構焊接而成，還配有輪子，其中兩個裝有變速箱和電動機以便于運行控制。另配置有兩臺調速電機，其中一臺用于快速移動，另一臺用于緩慢取料。取料機臺車由箱式結構加工而成，對取料機臂起支撐作用。臺車配有轉向架，由輪子、齒輪箱以及電機組成，使臺車能在軌道上移動。

取料機臂由鋼結構焊接而成，結構牢固，上部封閉以免物料漏入，包括以下部件：

（1）特種鋼鏈條。

（2）特種鋼銷鏈。

（3）可替換鋼構件的鏈條運行保護。

（4）鏈條的張力調節機構。

（5）鏈條安全系數10：1。

（6）取料斗。

（7）料斗清掃。

表1 項目數據和基本配置

取料斗設計成獨特的輪廓，在取料臂末端卸料時，通過獨特的料斗清掃裝置可將料斗清洗干凈。牽引軸和空轉軸均由雙列帶襯套的軸承支撐。由淬火齒段構成的鏈條齒分為兩部分，以便于更換。由表面淬火齒輪組成的行星齒輪箱，在油浴中運

行，控制鏈條牽引軸的運行。取料臂與取料機臺車鉸鏈連接，通過安裝在取料機臺車尾部的絞車控制升降。料斗卸料經由與堆場軌道垂直的皮帶，最后卸到與堆場軌道平行的軌道上。

圖1 取料機

2 BEL C黏土取料機工作原理

橋式堆料機在堆場側壁上部的軌道上運行，當運行到取料梁橋中間時，卸料到下面的往復皮帶上。輸送帶屬于可逆皮帶，通過梁橋移動、往復皮帶移動、皮帶旋轉保證物料分散在整個堆場表面。物料多層堆積，厚度由堆料機的運行控制參數決定。

取料梁橋在堆場側壁上部的軌道上移動。由于取料梁橋和取料機被固定在軌道上，所以可從整個堆場表面取料。從料堆的底部開始取料，取料斗將物料卸到皮帶上。該取料機從料堆的不同層上取料，以保證混合均勻。設備均可通過機器的控制面板手動或自動控制，或者通過中控室進行遠程控制。

圖2 堆料循環

圖3 物料化學成分的典型波動

圖4 堆場內物料分布

考慮到化學特性，常用一個比值來表示預均化的難度：sin/sout，其中，sin為堆場進口物料的標準偏差，sout為堆場出口物料的標準偏差。預均化效果與堆場中料堆的層數以及取料機有緊密的關系。

通過往復皮帶和梁橋的移動實現堆料過程。在自動循環模式下，形成覆蓋整個堆場長度的許多縱向料層。預混合物料被轉運到另外一條皮帶（運動和可逆的），長度為堆棚有效長度的一半，在固定于頂棚頂部的軌道上移動，將物料卸到運動或者可逆皮帶上。這些帶式輸送機，在自動循環控制下，將物料卸到堆場，形成均勻的覆蓋面。

通過取料臂上料斗沿著料堆橫截面的運動，從下到上，完成取料過程。取料臂通過固定在梁橋上的軌道在堆棚兩側壁之間移動。一個取料過程完成后，取料斗返回開始下一個取料過程。取料斗將物料卸到位于梁橋上的固定皮帶輸送機，然后轉運到徑向皮帶輸送機，將物料轉運到下一個環節。圖2為堆料的循環過程示意圖，圖2給出了最后一個往復皮帶在不同位置的截面示意，在圖中的下半部分，給出了與皮帶不同位置對應的不同料層。如果仔細檢查取料階段，會發現每個取料斗在每層料層的取料量是相同的，因此可達到最優的混合效果。

3 現場實驗

圖3為進場原材料的化學分析結果，紅線代表最大值，黃線代表最小值，綠線代表平均值。圖4為10d庫存的分布。較低的料層代表第一天的堆料，較高的料層代表第十天的

堆料。因此，取料斗可取到每一層相同數量的物料，達到最大可能的預均化效果。對于物料的化學成分非周期性波動以及由于多種物料的混合導致的化學成分的不連續性的情況，亦能達到較好的預均化效果。

4 最優料斗路徑

圖5為不同取料方向下取料斗中物料的化學分析結果。隨著鏈條速度的改變，料斗路徑也會變化（見圖5的右半部分）。由圖5可明顯看出，速度增加可以取到更多層的料，以提高預均化效果。

需要重點考慮的是土建成本?；诖?，Bedeschi公司以最大的努力降低堆棚的建造成本，并設計出一種完全由金屬構成的預制堆棚。所有支撐結構由鋼梁構成，內墻為混凝土預制板，該取料系統的單位面積容積較大。

5 產量控制調整系統

控制系統完全使用西門子的部件，包括多臺變頻器控制的變速電機，用于料斗驅動、臺車移動、梁橋移動、取料機皮帶旋轉等；裝有變頻電機以及一套帶微處理器單元的稱重系統；并有一套PLC系統監控所有機器的運行，尤其用于調節整個系統以達到穩定的物料輸出。

圖5 化學成分（左）及最優料斗路徑

圖6 控制模塊示意圖

直接入磨產量（t/h）調節需要一套自動控制系統，取料機調節控制圖見圖6。發送到電機變頻器的速度設定被計算為比例積分（PI）控制器的輸出之和與一個前饋量。

該前饋量從某種意義上可以作為目標反饋值預測量。在本例中，其為設定物流流量（t/h）與理論最大物料流量（t/h）的比值。比如，理論最大物料流量為500t/h，設定物流流量為250t/h，我們可以將前饋量設定為50%。隨后，調整該值得到接近設定的物料流量的數值，考慮K21作為調整常數。換句話說，想要50%的取料量，電機沒有必要運行在50%的最大速度：K21就是為此而設定，并與現場的取料系統一起運行。

電機變頻器的輸出參考值由前饋量之和以及一個比例積分（PI）控制器的輸出給出?？芍瑥倪壿媹D的底部出發，即從稱重系統開始，測量得到卸料量反饋值，該反饋值進入控制器前被有條件的過濾以獲得穩定的信號，然后作為比例積分（PI）控制器的輸入，并作為卸料量的設置值。這時，比例積分（PI）控制器計算卸料誤差并通過它的比例系數Kp和積分系數Ki動作。比例積分（PI）控制器的輸出與適配常數K2相乘，乘積與前饋量相加。

從這個模塊的和出發，計算的控制數值被傳送到兩個不同的模塊，一個為鏈條電機速度參考計算值，另一個為電機轉換速度參考計算值，并第一次斜坡補償（K3和K4：這是一個防范，以防控制值變化幅度較大。參考值被斜坡補償到最終值），然后被限制到一個最大值和最小值（避免將無效值傳給變頻器）。接著，該值被發送到鏈條電機變頻器和轉換電機變頻器，完成控制回路。

（郭濤編譯自No.5/2013 Z.K.G.)