淺談粉料計量監控裝置在氧化鋁輸送中的應用

關永軍

（東北大學設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1 技術背景

電解鋁生產中，氧化鋁的輸送通常采用風動溜槽輸送，其輸送量較難準確計量，其輸送狀態也很難進行監控，為防止堵料，要設專人巡檢，增加了巡檢人員勞動強度。在巡檢過程中，巡檢人員帶著沉重的檢修工具箱，從氧化鋁倉庫開始，巡檢到電解車間中間倉庫，再從中間倉庫巡檢到凈化部分的溜槽輸送系統，這部分巡檢完成后，再從中間巡檢至電解車間外面的主溜槽輸送系統。最后，巡檢人員要對主溜槽至電解槽槽上溜槽部分進行巡檢。巡檢的方法主要是借助鐵錘等工具，進行敲擊，憑借經驗仔細聽回音的方法進行判斷。回音沉悶的地方一般為堵料點。巡檢勞動強度大，工作非常辛苦，尤其是嚴冬季節或盛夏季節更是如此，迎著寒風、暴雪或烈日、暴雨，有時巡檢人員還得登高。在極端惡劣的環境下巡檢，巡檢人員勞動強度更是難以想象。

隨著世界經濟的發展和技術水平的不斷提高，電解鋁廠規模也越來越大，近年來，國家對環保越來越重視，對環保要求日趨嚴格，中小型鋁廠已逐漸退出了市場，新建的鋁廠一般都是大型鋁廠，其選址一般為偏遠的山區，勞動力資源嚴重不足，招工難已成為制約鋁廠發展的重要因素。因此，有必要設計一種能對氧化鋁輸送的量進行計量并具有監控功能的裝置，以解決上述問題。

2 生產中存在的問題

電解鋁生產中需要大量的氧化鋁，氧化鋁存放于大型的氧化鋁儲倉中，倉下設有主風動溜槽，主風動溜槽與眾多分支風動溜槽連接，分支風動溜槽將車間外的氧化鋁輸送至車間內，乃至輸送至電解槽上。安裝于電解槽上的分支溜槽設有眾多下料口，這些下料口與槽上料箱連接，輸送至電解車間內的氧化鋁通過這些下料口給槽上料箱加料。由此可以看出，氧化鋁借助主風動溜槽將氧化鋁輸送到分支風動溜槽，再借助分支風動溜槽輸送至各電解槽氧化鋁料箱。電解鋁生產中往往涉及輸入與產出的物料統計、核算，風動溜槽的輸送量也是廣大電解鋁生產單位關心的問題，按照傳統工藝，風動溜槽的輸送量很難計量。

輸送氧化鋁使用的風動溜槽多數都是由鋼板焊接制作而成，氧化鋁在其內部輸送，狀態借助傳統的生產工藝或器具很難監測。風洞溜槽輸送狀態一般由巡檢人員通過巡檢來判斷，巡檢的方法主要是借助鐵錘等工具，進行敲擊，憑借經驗仔細聽回音的方法進行判斷，回音沉悶的地方一般為堵料點，但借助這種方法判斷，因個人身體等因素，有時判斷不準確或偏差太大，浪費了巡檢人員的寶貴時間。

3 問題分析

風動溜槽（如圖1）可以在任何距離間散裝地輸送干燥松散易流態化的粉狀物質，輸送能力可達1500m3/h。該輸送裝置廣泛適用于建材、冶金、輕化、糧食等行業中水泥成品、水泥生料、粉煤灰、面粉以及磨機、選粉機和窯的喂料等輸送。如何對通過風動溜槽輸送粉體的量進行計量，一直是廣大業主關心的問題，有的企業借助皮帶秤進行計量，結果失敗了。究其原因，風動溜槽與皮帶秤之間無法很好地進行銜接，同時，風動溜槽內部氣流波動對皮帶秤的精度產生不利影響。

在寒冷的冬季，因氧化鋁的輸送受環境影響很大，堵料情況出現的頻度大幅度提高，往往與空氣中的水汽太大有關。為了不影響生產，負責運行的巡檢人員巡查頻度也將隨之增加。風動溜槽輸送的粉體顆粒硬度往往是很大的，如氧化鋁粉末等，因此，用于輸送硬度較大的粉體的風動溜槽，一般是由鋼板焊接而成，為了方便觀察，在溜槽的側壁安裝觀察孔，即使這樣，溜槽內物料運行狀態很難掌控，有時溜槽堵料了，又很難判斷堵料的具體位置。由于堵料位置不確定，只能憑借經驗判斷，將被懷疑的溜槽段拆下，逐一排查。查到堵料位置，要徹底解決堵料，往往只能將溜槽拆解，將粉料取走后重新組裝。溜槽拆解過程中，氧化鋁大量外溢，往往要造成浪費。處于堵料狀態的風動如圖2。

圖1 生產中使用的風動溜槽

圖2 處于堵料狀態的風動

4 解決問題

由東北大學設計研究院（有限公司）根據生產實際需要研發的粉料計量監控裝置，即可解決粉料輸送的計量和輸送狀態監控問題，該裝置是由固定支架、軸、分料盤、料斗、擋板、計數裝置、阻尼裝置等組成，分料盤由眾多料斗組成，當有料通過時，分料盤即可繞軸旋轉，當無料通過時，分料盤停止旋轉。分料盤與軸通過鍵或螺栓固定為一個整體，分料盤的旋轉將帶動軸的旋轉，軸端設有計數裝置和速度傳感器，通過計數裝置可以實現計量，通過速度傳感器可以實現狀態監測。

5 具體實施

文中所述的粉料計量監控裝置，包括固定支架，該固定支架上裝有軸，在軸上固定有分料盤，分料盤上設有料斗，上文所述軸的端部裝有計數裝置，計數裝置連接于PLC控制器，由PLC控制器根據所述料斗的容積及所述分料盤的轉動圈數，算得流經的粉料的量。當粉料通過進料口進入計量監控裝置時，分料盤在粉料作用下連續旋轉，分料盤的旋轉帶動軸轉動，裝在軸端的計數裝置對旋轉圈數進行統計，并將數據傳送至PLC控制器，由PLC控制器根據料斗的容積和分料盤的轉動圈數，計算出流經該裝置的粉料的量，達到對粉料進行計量的目的。為了計量更準確，可以通過實驗的方法，計算出誤差修正系數，借助該修正系數對計算出的粉料量進行修正。

為防止分料盤運行慣性對計量精度的不利影響，分料盤的軸端裝有阻尼裝置，其作用就是要保證在無料進入計量監測裝置時，分料盤能及時準確地停轉，從而保證了計量準確。

狀態檢測的實現，從粉料計量監控裝置運行原理可以看出，氧化鋁粉進入裝置，裝置輸出信號，即為與粉料盤連接的軸的旋轉，為把這一旋轉信號轉為電信號，借助了速度傳感器。速度傳感器有線速度傳感器和角速度傳感器之分，這里檢測的是軸旋轉，因此，選用角速度傳感器。角速度傳感器又可以分為接觸式和非接觸式兩類，這里選用接觸式速度傳感器。接觸式角速度傳感器與運動物體直接接觸。當運動物體與角速度傳感器接觸時，摩擦力帶動傳感器的滾輪轉動。裝在滾輪上的轉動脈沖傳感器，發送出一連串的脈沖。每個脈沖代表著一定的距離值，從而就能測出線速度。接觸式旋轉速度傳感器結構簡單，使用方便。但是，接觸滾輪的直徑是與運動物體始終接觸著，滾輪的外周將磨損，從而影響滾輪的周長。而脈沖數對每個傳感器又是固定的，影響傳感器的測量精度。要提高測量精度，必須在二次儀表中增加補償電路。另外，接觸式難免產生滑差，滑差的存在也將影響測量的正確性。角速度傳感器只用于檢測軸的運行狀態，傳感器測量精度對軸的狀態檢測并無太大影響。這里所述的計量監控裝置其示詳見圖3，該裝置經過多次實驗，均獲得滿意的效果，該裝置已于2017年8月獲得國家實用新型專利。

圖3 計量監控裝置示意圖

在系統控制設計中，要對分支點進行監控，安裝本文所述的計量監測裝置，并設置允許堵料點數，當堵料點數達到設定值，控制系統根據各堵料點的情況發出報警，同時，停止上游供料系統供料。若為風動溜槽供料，關閉供風系統，系統將停止供料；若是氣力輸送系統供料，則可通過切斷高壓風停止供料；若是帶式輸送機供料，則可通過切斷帶式輸送機電源停止供料。上述動作的實現均為控制系統借助PLC控制器，以連鎖的形式進行控制來實現。

隨著工業自動化水平的迅速提高，計算機在工業領域的廣泛應用，人們對工業自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設備和過程監控裝置在工業領域的應用，使得傳統的工業控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。文中所述的物料計量和狀態監控，廣大業主會結合生產實際需要，提出與本單位電解鋁產能相匹配的監控系統。

6 用戶評價

計量監控裝置在某工程中應用后，能夠較準確地進行粉料計量，針對不同品質、不同工況下的計量情況，人為對計量的相關參數進行修正，使其計量結果更趨于實際值。經過一段時間應用和跟蹤回訪，因其結構簡單、運行成本低，受到了廣大用戶的高度評價。

7 結語

綜上所述，由我院研發團隊精心研究并開發出一種粉料計量監控裝置，借助該裝置對氧化鋁輸送的量進行計量并對其輸送狀態進行監控，這種計量和監控過程為實時的，有效防止堵料事故的發生。該裝置應用后，輸送系統的運行，無須人工巡檢或值守，節省人力，大大提高了工作效率。