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當(dāng)前，國內(nèi)鋅冶煉技術(shù)和裝備水平正經(jīng)歷著深刻的變革。根據(jù)國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃和鉛鋅行業(yè)準(zhǔn)入條件的逐步實(shí)施，鋅行業(yè)的投資行為進(jìn)一步得到規(guī)范，鋅工業(yè)的持續(xù)協(xié)調(diào)健康發(fā)展得到進(jìn)一步促進(jìn)。由于濕法煉鋅環(huán)境衛(wèi)生、勞動(dòng)條件好，能夠綜合回收有價(jià)金屬，金屬回收率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)，成為鋅冶煉的主導(dǎo)方法。在浸出過程中，進(jìn)入溶液的大部分金屬雜質(zhì)隨著浸出時(shí)的中和水解作用而從溶液中除去，但仍有一部分雜質(zhì)殘留在溶液中，浸出后將獲得含鋅在140～165g/L以及含有少量鐵、砷、銻、銅、鎘、鈷、硅酸、氯、氟等雜質(zhì)的硫酸鋅水溶液。這些雜質(zhì)的存在對(duì)鋅電解沉積過程將有極大的危害，如降低電流放率，增加電能消耗，影響陰極鋅質(zhì)量和腐蝕陰極，造成剝鋅因難等現(xiàn)象。所以中性浸出上清液不能滿足電積新液質(zhì)量要求，需要采取措施除去硫酸鋅水溶液中的雜質(zhì)。在凈液工序，為了除去鋅浸出液中的雜質(zhì)（銅、鎘、鈷、鎳等），常規(guī)方法需要加入鋅粉進(jìn)行置換反應(yīng)[1]。過去的很長一段時(shí)期，一直沿用人工加鋅粉的方式來實(shí)現(xiàn)，這種加入方式存在計(jì)量誤差大、工藝控制波動(dòng)大、鋅粉消耗高、勞動(dòng)強(qiáng)度大和現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境差等缺點(diǎn)。20 世紀(jì) 70 年代后期，國內(nèi)鋅冶煉廠大部分采用鋅粉罐儲(chǔ)存鋅粉，再通過電振機(jī)下料給入凈化槽，由于下料量的多少?zèng)]有計(jì)量，鋅粉加入過多造成浪費(fèi)，過少又不能滿足工藝及中間產(chǎn)品的質(zhì)量要求。本世紀(jì)初，國內(nèi)新建冶煉廠為了對(duì)加入凈化槽中鋅粉的下料量進(jìn)行定量給料、流量計(jì)量及與 DCS 系統(tǒng)相連,在原有的鋅粉罐下以電子皮帶秤代替原來的電振給料機(jī)，實(shí)現(xiàn)了鋅粉連續(xù)加料自動(dòng)計(jì)量。定量給料機(jī)的投運(yùn)，解決了過去人工加料無法計(jì)量的難題，減輕了操作工繁重的體力勞動(dòng)，改善了工作環(huán)境，節(jié)約了鋅粉，使生產(chǎn)工藝更合理，提高了生產(chǎn)效率。近年來，隨著國內(nèi)市場與歐洲、北美市場的進(jìn)一步融合，一些新工藝、新產(chǎn)品、新設(shè)備開始在國內(nèi)研究院和生產(chǎn)單位出現(xiàn)，并表現(xiàn)出很強(qiáng)的市場競爭力和發(fā)展前景。本文對(duì)電鋅冶煉凈化過程中鋅粉定量計(jì)量和容積計(jì)量進(jìn)行了對(duì)比和論述，提出采用失重秤可以獲得滿意的計(jì)量精度和提高現(xiàn)場管理水平。

1 鋅粉物理特性

計(jì)量的物料鋅粉為遇濕易燃物品，其沸點(diǎn)：907 ℃，熔點(diǎn)：419 ℃，相對(duì)密度：(水=1) 7.14，飽和蒸氣壓：487℃時(shí), 0.13kPa，自燃溫度：460℃，爆炸下限：212~284mg/m3，引燃溫度：500℃，最小點(diǎn)火能：65MJ，最大爆炸壓力：0.089MPa，變脆點(diǎn)：210℃。硫酸鋅溶液凈化除雜所用鋅粉，化學(xué)質(zhì)量需滿足 GB/T 6890-2000 標(biāo)準(zhǔn)，粉狀粒度（—320 目），水份含量：≤1%。

2 電子皮帶秤重計(jì)量原理

定量給料機(jī)主要由秤體、積算儀及變頻器等組成。積算儀提供鋅粉流量信號(hào)到 DCS 系統(tǒng)，而 DCS 系統(tǒng)向積算儀給出鋅粉流量的給定信號(hào)。

定量給料機(jī)常選用申克 DEL 系列秤體，荷重傳感器采用德國某公司的 Z6FDI-50 型，速度傳感器采用德國某司的 Bi2-M12-AD4X 型，變頻器采用某公司的 420 型，傳動(dòng)裝置采用 SEW。
L 為稱量段，假設(shè)皮帶上物料均勻分布，則稱量托輥上受到的力為： P=qL/2 (1)式中： P-稱量托輥所受的力，即稱架所承受的物料負(fù)荷，(kg);q-皮帶單位長度的物料重量,(kg／m)；L-稱量段長，(m)。式中的 P 為圖 2 中的三角形部分。實(shí)際三角形部分和虛線部分相等，虛線部分長為 L／2，L／2 稱為“有效稱量段”長。稱重傳感器將所受的力轉(zhuǎn)變?yōu)榕c其成比例的電壓信號(hào)，送入積算器。在積算器內(nèi)經(jīng)放大、A／D 轉(zhuǎn)換后，再進(jìn)行去皮重運(yùn)算，則得到物料重量信號(hào)。速度傳感器裝在電機(jī)與減速機(jī)連接處，用直接測電機(jī)轉(zhuǎn)速來代替測皮帶速度 V，速度傳感器輸出與帶速成比例的頻率信號(hào)，送到積算器，并進(jìn)行標(biāo)度變換，即變?yōu)?m/s。在積算器內(nèi)對(duì) P 及 V 作乘法運(yùn)算，即得到瞬時(shí)流量 Q:Q = PV = qLV/2 (kg/s) (2)從 2 式可知，控制速度可控制流量。如果 q 變化了，改變 V 使 qV 不變，也就使流量不變。將流量給定值與 Q 比較，其偏差經(jīng)過積算器運(yùn)算后輸出控制量，由變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，即皮帶速度，使流量保持給定值。

3 容積計(jì)量

失重秤屬于準(zhǔn)靜態(tài)秤，有 2 個(gè)計(jì)量模式：失重模式和容積模式。計(jì)量料斗不加料時(shí)為失重模式（長時(shí)），計(jì)量精度相當(dāng)于靜態(tài)秤（誤差?。挥?jì)量料斗加料時(shí)為容積模式（短時(shí)），計(jì)量精度相當(dāng)于動(dòng)態(tài)秤（誤差大）。容積計(jì)量 MechaTron 給料系統(tǒng)采用 2 個(gè)外置式稱重傳感器、一個(gè)給料電機(jī)和一個(gè)振動(dòng)拍板電機(jī)構(gòu)成。Coni-Flex 給料斗的結(jié)構(gòu)包括柔性料斗、外置攪拌器、延伸料斗和支撐框架。失重法給料包括兩個(gè)稱重模塊。采用應(yīng)變測量技術(shù)的高密封精度傳感器，具有過載和反轉(zhuǎn)保護(hù)功能。

失重秤的工作原理是通過在工作時(shí)控制單位時(shí)間內(nèi)重量損失的原理實(shí)現(xiàn)計(jì)量的。首先對(duì)秤整體進(jìn)行稱重，根據(jù)單位時(shí)間重量的損失，將實(shí)際給料速率與設(shè)定給料速率進(jìn)行比較，從而控制螺旋速度，使實(shí)際給料速率始終準(zhǔn)確地符合設(shè)定值，在短時(shí)間內(nèi)加料過程中，出料裝置借助重力，此時(shí)按容積式原理進(jìn)行工作。累積量由下料期間下料量（質(zhì)量法）和給料期間的下料量（容積法）兩部分組成。MechaTron® 給料系統(tǒng)的體積法給料采用經(jīng)控制的預(yù)給料，或采用失重給料方式的失重法給料。采用失重給料方式時(shí)，實(shí)際給料速度取決于單位時(shí)間內(nèi)的重量減少?？刂破鲗?shí)際給料速度與設(shè)置值相比較后，進(jìn)而調(diào)節(jié)給料螺旋的速度。 彈性給料斗的新型 Coni-Flex® 外觀設(shè)計(jì)采用軸對(duì)稱料斗入口，完全采用外部攪拌原理，保證了物料連續(xù)地進(jìn)入螺桿。Coni-Flex® 給料器為高質(zhì)量地給料提供了最佳條件。MechaTron® 給料系統(tǒng)的儀表接入原理同定量給料機(jī)基本一致。 

4 性能分析

4.1 計(jì)量精度問題

定量給料機(jī)本質(zhì)上是變速電子皮帶秤，屬于動(dòng)態(tài)秤，動(dòng)態(tài)秤的計(jì)量誤差大于靜態(tài)秤計(jì)量誤差 1 個(gè)數(shù)量級(jí)以上。誤差主要來源有皮帶的張力變化、皮帶和杠桿機(jī)構(gòu)的自重變化、托輥的機(jī)械性能、速度的測量精度和變化幅度、杠桿機(jī)構(gòu)的傳力精度、計(jì)量段的長度、物料的偏載、皮帶的物理性能、校準(zhǔn)方法等。此外，如果使用的定量給料機(jī)為非標(biāo)組合，其計(jì)量誤差更大。根據(jù)生產(chǎn)計(jì)量數(shù)據(jù)，2010~2012 年某廠使用的非標(biāo)皮帶秤的零點(diǎn)誤差為-29%~60%、載荷誤差-12%~18%。失重秤主要誤差來自質(zhì)量法和體積法之間的轉(zhuǎn)換，加料時(shí)間，加料次數(shù)，閥門開關(guān)時(shí)間，螺旋輸送速度等因素，只要正確計(jì)算上述參數(shù)，可以確保整體精度的實(shí)現(xiàn)，其誤差一般低于 0.5%。

4.2 適應(yīng)性問題

定量給料機(jī)在使用過程中難以避免地會(huì)使鋅粉產(chǎn)生潑灑、泄漏而污染環(huán)境。使用失重秤時(shí)計(jì)量的物料在輸送過程中和計(jì)量過程中處于密閉狀態(tài)，正常情況下沒有物料外漏和潑灑的可能，非常適合使用像鋅粉這樣流動(dòng)性好、沒有水分的粉狀物料計(jì)量。

4.3 誤差處理

由于秤的設(shè)計(jì)缺陷和使用環(huán)境的影響，工作一段時(shí)間后，秤的計(jì)量誤差會(huì)增大，并且表現(xiàn)出不可逆轉(zhuǎn)性。鋅粉皮帶秤的稱量段通常為敞開式，物料和人為操作對(duì)其計(jì)量精度影響較大，需要間隔一段時(shí)間進(jìn)行除皮校對(duì)，時(shí)間通常為 5~10h。校對(duì)人員需要經(jīng)過特殊培訓(xùn)才能勝任。失重秤設(shè)置了干擾自動(dòng)清除器（DAE），當(dāng)鋅粉物料流動(dòng)不均勻造成非線性特征干擾和震動(dòng)沖擊時(shí)，差異值會(huì)傳送到控制器 PR，控制器繼續(xù)調(diào)整流量，使實(shí)際值與設(shè)定值吻合。這個(gè)過程完全由控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，不需要人的介入。

4.4 設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)

失重法的給料器的稱重模塊，采用應(yīng)變測量技術(shù)的高密封精度傳感器，具有過載和反轉(zhuǎn)保護(hù)功能。同時(shí)當(dāng)需要更換產(chǎn)品或清洗時(shí)，可以方便地從后部的維修口進(jìn)行與產(chǎn)品接觸部分的拆裝，利于設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)。鋅粉皮帶秤沒有上述功能設(shè)計(jì)，秤體容易損壞并且不易更換和清洗。

5 結(jié)論與設(shè)想

失重秤計(jì)量精準(zhǔn)，設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)方便。若將失重秤計(jì)量后的鋅粉進(jìn)行漿化后再供給凈化攪拌桶，可極大地提高鋅粉除雜質(zhì)的效率，降低凈化鋅粉消耗，具有非常顯著地控制優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 梅光貴, 王德潤, 等. 濕法煉鋅學(xué)[M].長沙:中南大學(xué)出版社, 2001.

[2] 楊雄. 定量給料機(jī)在鋅冶煉中的應(yīng)用[J].設(shè)備維護(hù)與管理, 2011年01期.
 

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