朱要武，宮玉川，琚成新

(洛陽鉬業(yè)集團(tuán)金屬材料有限公司，河南洛陽471000)

0 前言

眾所周知，在爐外法冶煉鉬鐵工藝中，前期的配料操作是工藝的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)，鉬鐵混合料組份均勻精準(zhǔn)度更是決定冶煉效果的重要工藝控制基礎(chǔ)參數(shù)之一。

當(dāng)前在我國鉬鐵冶煉配料工藝中，較為普遍地采用圓筒混料機(jī)和V系列混合機(jī)作為配料混料裝置。雖然具有投資小，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，但不同程度地存在計(jì)量精準(zhǔn)度差、物料均勻度不理想等問題，制約著鉬鐵質(zhì)量的提高。洛陽鉬業(yè)集團(tuán)金屬材料有限公司在鉬鐵配料實(shí)際生產(chǎn)中采用AMEC、恩菲先期設(shè)計(jì)的DCS配料控制系統(tǒng)，在鉬鐵實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，通過對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)際使用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)分析后，確定進(jìn)一步的優(yōu)化改造實(shí)施方案，取得了較為滿意的實(shí)用效果，同時(shí)希望通過本文為此類系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供參考。

1 DCS鉬鐵配料系統(tǒng)簡述及評(píng)價(jià)

鉬鐵配料系統(tǒng)主要由DCS集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)、高位儲(chǔ)料倉、減料秤、螺旋輸送攪拌機(jī)等部分構(gòu)成，DCS鉬鐵配料系統(tǒng)的設(shè)備連接示意圖見圖1。

圖1 配料系統(tǒng)設(shè)備連接示意圖

整個(gè)系統(tǒng)功能是利用梅特勒－托利多IND560稱重終端和PC操作站構(gòu)成的集中與分散結(jié)合的控制方式，將冶煉鉬鐵的各種預(yù)先存放在各儲(chǔ)存?zhèn)}中的原料，通過DCS系統(tǒng)的配方輸入功能，精準(zhǔn)確認(rèn)設(shè)置操作數(shù)據(jù)，待減量秤到達(dá)設(shè)定重量目標(biāo)值后停止繼續(xù)給料，后經(jīng)采取PID閉環(huán)、變頻控制、Smart Control自學(xué)習(xí)適應(yīng)調(diào)整技術(shù)工作機(jī)理的減料秤進(jìn)行順控，按設(shè)定配比將物料卸出，物料依次混合攪拌，待其全部匯集后，經(jīng)后續(xù)螺旋輸送攪拌機(jī)將混合料裝入料斗用于鉬鐵冶煉工藝，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行模式為間斷制，圖2為減量秤的工作循環(huán)。

圖2 減量秤工作循環(huán)

減量秤是系統(tǒng)精準(zhǔn)控制的關(guān)鍵設(shè)備，其功能描述為：配方從DCS去減量秤控制儀、控制儀確認(rèn)配方反饋至DCS、DCS發(fā)出批次開車命令及批次完成，運(yùn)行/故障/停止?fàn)顟B(tài)的信號(hào)、瞬時(shí)和累計(jì)值、變頻器速度信號(hào)、DCS發(fā)出時(shí)間同步命令等都是通過Profibus DP現(xiàn)場通訊總線完成一系列的配料操作流程。稱重秤控制終端有流量輸出、瞬時(shí)值和累計(jì)值的輸出、校準(zhǔn)、飄移修正、慢喂料重量誤差修正、系統(tǒng)聯(lián)鎖、自學(xué)習(xí)模式、TRAXDSP數(shù)字動(dòng)態(tài)濾波技術(shù)、高速A/D處理技術(shù)、軟件抗干擾等功能，且有連接DCS控制系統(tǒng)的通訊端口，DCS有數(shù)據(jù)冗余容錯(cuò)處理技術(shù)及配方斷電記憶及故障聯(lián)鎖功能，現(xiàn)場控制有緊急停車及故障即時(shí)報(bào)警功能等，減量秤原理示意圖見圖3。

圖3 減量秤原理圖

經(jīng)編程后的DCS操作站PC界面功能豐富，可通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)管控制，可保證系統(tǒng)可靠度及動(dòng)態(tài)計(jì)量精度，并可提供配料數(shù)據(jù)歷史趨勢圖供查詢。該系統(tǒng)配備有梅特勒－托利多C750.CF控制器、FWC稱重模塊、LIW－SS－xxx－000喂料器、丹麥DanfossVLT2900變頻器、德國SEW喂料電機(jī)、法國施耐德低壓電氣裝置、美國DELL工業(yè)計(jì)算機(jī)等優(yōu)質(zhì)設(shè)備，設(shè)備性能優(yōu)良，運(yùn)行可靠。

在各種物料組分均勻的生產(chǎn)狀況下，配料系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)均衡配料，很容易控制單爐鉬鐵冶煉規(guī)模，正常工況運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)良，物料達(dá)標(biāo)情況下使用效果理想，冶煉反應(yīng)優(yōu)良，可節(jié)省爐料發(fā)熱劑使用量，保證鉬鐵質(zhì)量的最優(yōu)化，利于降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化配料現(xiàn)場環(huán)境，物料稱重精度準(zhǔn)，配料控制安全可靠，自動(dòng)化程度高，操作勞動(dòng)強(qiáng)度小。重要的是單位時(shí)間段螺旋攪拌機(jī)內(nèi)所攪拌物料量控制合理且連續(xù)，鉬鐵混合料攪拌效果更優(yōu)良，實(shí)現(xiàn)爐外法冶煉鉬鐵的最佳參數(shù)控制。

2 工藝問題分析

(1)鉬鐵物料混合方式是通過減量秤將物料順控卸出，后經(jīng)螺旋攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌的方式，即利用時(shí)間差控制模式依次啟動(dòng)各個(gè)失重秤進(jìn)行下料混合。其實(shí)質(zhì)為各物料順序在第2～6點(diǎn)累加進(jìn)行預(yù)混合攪拌，只有當(dāng)全部物料到達(dá)第7點(diǎn)處之后徹底完成混合攪拌，物料混合示意圖見圖4。顯而易見該工藝只可保證到達(dá)物料特定積聚混合點(diǎn)的瞬時(shí)均勻度，假若批次物料組份不均勻，隨著配料時(shí)間的推移將導(dǎo)致整個(gè)物料體系產(chǎn)生偏差。由此表明，若要到達(dá)預(yù)期的物料混合效果，保證配料過程的順暢、精準(zhǔn)，減量秤物料輸出流量的穩(wěn)定性及單位批次物料組份的均勻性應(yīng)作為工藝前期的控制重點(diǎn)，同時(shí)對(duì)物料規(guī)格的控制更為嚴(yán)格，否則可能出現(xiàn)重量相符而組份失真的均勻假象發(fā)生，原料規(guī)格要求及特性見表1。國外利用該攪拌工藝取得良好效果是基于物料組份的穩(wěn)定性來保障的，在我國由于實(shí)際生產(chǎn)中的種種制約因素的影響，實(shí)際效果往往不甚盡如人意。

圖4 物料螺旋攪拌示意圖

表1 物料規(guī)格特性表

(2)系統(tǒng)上料方式是通過斗提機(jī)將各種物料通過一條螺旋渠道輸送至各個(gè)儲(chǔ)料倉中，分段上料過程中不可避免地導(dǎo)致少量物料相互間的夾帶竄混，影響物料組份的真實(shí)性，其結(jié)果很可能導(dǎo)致氧化、還原性質(zhì)截然相反的物料在儲(chǔ)料倉某一點(diǎn)積聚，雖然在工業(yè)規(guī)模狀態(tài)下物料組份的微偏差現(xiàn)象允許存在，但實(shí)際生產(chǎn)中各下料口的積存和控制閥開啟失誤都會(huì)造成物料的竄混，加大精準(zhǔn)配料的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

(3)系統(tǒng)收塵采用集中收塵工藝，加之上料的頻繁性，特定時(shí)間段上料的單一性，且大多物料須干燥且粒度細(xì)，極易造成物料飛揚(yáng)損失，即物料粉塵率增大。收集后的收塵料呈多樣性且層狀分布，物料組份難以確定，從嚴(yán)格工藝角度考慮是不希望這種物料產(chǎn)生的。按照慣例，通常只作簡單處理后利用人工添加方式將之返回配料系統(tǒng)，可能存在較大的潛在風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步影響物料組份精度，還會(huì)造成某些收塵支管道空載現(xiàn)象發(fā)生。

(4)減料秤螺旋輸出部分的規(guī)格大小是根據(jù)物料輸出量及物料特性而量身定做的，從穩(wěn)定物料流量及稱重精度等方面考慮，螺旋葉片和殼體內(nèi)腔壁必然是緊密設(shè)計(jì)的，實(shí)際生產(chǎn)中容易因物料規(guī)格問題而造成螺旋卡腔，尤其是秤體內(nèi)螺旋葉片部分磨損速度加快，滿足不了正常的流量輸出要求，維修頻繁且繁瑣。根據(jù)減量秤的工作原理，單位時(shí)間內(nèi)物料輸出量的減小勢必造成設(shè)定重量目標(biāo)值的完成時(shí)間滯后，導(dǎo)致配料過程中物料卸出的設(shè)定同步性變差而影響混合料的均勻度。螺旋葉片的嚴(yán)重磨損會(huì)使后續(xù)輸送螺旋機(jī)腔內(nèi)物料積存過多，影響配料系統(tǒng)的整體物料平衡。

3 應(yīng)用優(yōu)化方案

(1)為優(yōu)化工藝，提高原材料的原始均勻度，進(jìn)行高位儲(chǔ)料倉“子母倉”勻化器改造，選擇在物料流動(dòng)性好某些儲(chǔ)料倉高位內(nèi)部，分隔制作均勻分布的同規(guī)格的5個(gè)錐體小料倉，下部出料末端匯集在一起，且上部裝料口加裝一級(jí)篩網(wǎng)以防大塊物料及夾帶雜物下入料倉，制成簡易物料勻化器。通過天車單獨(dú)上料的方式將10 t批次的物料均攤于各子料倉中，采用分、聚、分的下料口控制閥裝置，利用儲(chǔ)料倉物料具有的較高重力勢能進(jìn)行下落過程中的自混合，既保證每10 t單位批次物料的品位均勻度，又降低攪拌設(shè)備的能源消耗，減少飛揚(yáng)損失。

(2)為簡化配料收塵粉處理工序且有效降低收塵引風(fēng)機(jī)能耗，進(jìn)行分體式收塵器改造，根據(jù)物料產(chǎn)生粉塵量的多少，有選擇地在相應(yīng)料倉上部設(shè)計(jì)規(guī)格不同的簡易袋式過濾器進(jìn)行收塵工作，并依據(jù)粉塵率大小設(shè)計(jì)不同的管徑來控制引風(fēng)量，各引風(fēng)支管道安裝成30°切入角并入引風(fēng)主管道，且管道彎頭采用大鈍角設(shè)計(jì)，以減少管道的彎頭阻力損失，用離線脈沖控制系統(tǒng)來完成濾袋的反吹清灰及管道工作狀態(tài)控制。通過對(duì)收塵器阻力的推算證明，效果很好，引風(fēng)機(jī)匹配功率可有效降低。收塵料單獨(dú)分離存放于各自的儲(chǔ)料倉中，避免物料間的混淆交叉，保證物料的同質(zhì)性，使粉塵準(zhǔn)確地自動(dòng)返回收集于對(duì)應(yīng)料倉，之后合理地進(jìn)入配料工序。

(3)針對(duì)某些減料秤物料輸出不暢的問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，依據(jù)物料動(dòng)安置角及堆積密度參數(shù)設(shè)置不同的料倉錐體傾斜角度，在比重小、易吸潮發(fā)生粘結(jié)棚料現(xiàn)象的物料倉加裝低速機(jī)械耙臂和微震動(dòng)裝置，在物料流動(dòng)性好減量秤的秤體內(nèi)螺旋上部設(shè)置傘狀防沖擊防擠壓結(jié)構(gòu)，分散物料對(duì)螺旋直接壓力，既保證螺旋葉片的滿載運(yùn)轉(zhuǎn)又有效保護(hù)螺旋葉片，延緩磨損速度，使減料秤螺旋處理能力由之前的800 t增加至2 000 t以上。同時(shí)對(duì)螺旋外殼進(jìn)行可拆卸合體式設(shè)計(jì)，便于螺旋葉片的維護(hù)。

(4)現(xiàn)工藝對(duì)各減量秤開啟采用時(shí)間差控制，此時(shí)間設(shè)置參數(shù)是在某一時(shí)間段由試驗(yàn)驗(yàn)證得出，隨著物料及設(shè)備狀況的改變而時(shí)效性變差，若物料流量變化而機(jī)械地套用此參數(shù)，勢必影響物料混合精度，改為傳感器控制，并對(duì)某些料倉進(jìn)行對(duì)稱布局，力求提高減料秤卸料的同步程度，物料實(shí)時(shí)攪拌控制精度得以提高。

4 效果討論

4.1 物料均勻度分析

冶煉規(guī)模為3.8 t氧化鉬/爐的配料完成時(shí)間共計(jì)18 min，每隔3 min將物料分段取樣，試樣制備前將鋼屑剔除便于制備，后用XGT－1000WR(日本HORIBA)X射線熒光光譜儀檢測具有代表性的Mo、Si、Fe、Ca、Al元素含量，用于檢驗(yàn)物料的均勻度。實(shí)測組份見圖5，檢測結(jié)果顯示，鉬鐵混合物料組份的均勻度可得到保證。

圖5 鉬鐵混合料組份分布趨勢圖

4.2 反應(yīng)狀況、能耗、合金偏析度分析

冶煉反應(yīng)連續(xù)平穩(wěn)，每爐8～12 min，這是反映物料組份均勻的顯著特征，從而使?fàn)t內(nèi)熱損失大為降低，作為爐外法冶煉工藝，這一點(diǎn)對(duì)熔渣的流動(dòng)性改善、金屬回收率提高及鉬鐵晶體結(jié)構(gòu)改良顯得尤為重要，合金偏析度由原來的±5%降為±3%，鉬鐵的組份均勻度得以提高。用成份接近的鉬焙砂冶煉能耗分析改造后能耗指標(biāo)狀況，分析結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了鉬鐵冶煉能耗指標(biāo)在物料均勻度提高的同時(shí)可得到有效降低的規(guī)律。

5 結(jié)語

(1)在鉬鐵配料過程中，建議采用DCS控制系統(tǒng)配合使用V型混料機(jī)進(jìn)行鉬鐵物料的攪拌，控制系統(tǒng)可有效簡化；

(2)配料工藝雖然對(duì)鉬鐵冶煉物料的制備規(guī)格及質(zhì)量控制要求較高，但對(duì)鉬鐵質(zhì)量等生產(chǎn)指標(biāo)的提高有積極的利好作用，應(yīng)予重視；

(3)通過對(duì)配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化改造，可提高設(shè)備配置的科學(xué)性，極大增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)用性能；

(4)提升鉬鐵冶煉的裝備水平是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的前提保障，我國鉬冶煉行業(yè)應(yīng)向裝備升級(jí)方向發(fā)展，進(jìn)一步提升我國鉬鐵產(chǎn)品的國際市場競爭力。

［1］Natural Resources－AMEC China.洛陽鉬業(yè)集團(tuán)股份有限公司4萬t/a鉬冶煉項(xiàng)目鉬鐵配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)書［M］.2008

［2］梅特勒－托利多(常州)稱重設(shè)備系統(tǒng)有限公司.洛陽鉬業(yè)計(jì)量喂料器技術(shù)方案［M］.常州：梅特勒－托利多(常州)稱重設(shè)備有限公司.