（化学工程专业论文）氧化铝生产生料浆配料自动控制新工艺的研究.pdf

摘要 本文概述了烧结法氧化铝生产中生料浆配料自动控制系统的构 成，主要包括：预配煤系统和生料浆自动配料系统两部分。其中预配 煤系统包括煤粉仓的建立、电子秤计量、p l c ( 可编程控制器) 控制等 部分，达到煤粉能均匀定量地加入到矿石中。生料浆自动配料系统采 用离线取样快速分析、在线自动控制方式，主要包括成份分析系统、 质量流量计及电子秤计量系统、p l c 控制系统、计算机配料监测控制 系统等四部分，达到样品快速准确分析、物料准确计量、现场自动控 制的目的。通过单磨、多磨机工业试验，取得了实测技术指标与控制 技术指标相互一致的效果。 本文重点研究了能散x 荧光分析仪在生料浆配料自动控制系统 中的物料如矿石、生料、入磨碱液、硅渣等样品的快速分析，对制样 条件、仪器参数、基体干扰、曲线拟合校正等方面进行了系统研究。 在制样方面，确定了研磨时间、样品粒度、压片时间、压片时所需压 力等条件，通过试验确定了仪器最佳分析工作参数。选择与试样基体 相匹配的标准样品，按照确定的制样条件与仪器工作参数，建立不同 标准样品的工作曲线；采用三标样强度与浓度归一系数法消除仪器漂 移带来的影响。通过大量生产检验以及与化学分析方法对比，表明本 方法具有灵敏度高、准确性好、测定范围宽等特点，能够为生料浆自 动配料工序快速提供有关物料含量的调整数据，达到氧化铝生产工艺 的技术要求。 关键词：生料浆，自动配料，能散x 荧光光谱法 a b s t r a c t t h es t r u c t u r eo ft h ea u t o m a t i cb u r d e nc o n t r o ls y s t e mo ft h e c o m p o u n d i n gs l u r r yf r o ms i n t e rp l a n tw a ss u m m a r i z e d i nt h i sp a p e r t h e s y s t e mi n c l u d e st w op a r t st 1 1 ep r e m i x i n gc o a ls y s t e ma n dt h ea u t o m a t i c c o n t r o ls y s t e mo fc o m p o u n d i n gs l u r r y t h ef o r m e ri n c l u d et h ec o a l s t o r e h o u s eb u i l d i n g ，e l e c t r o n i cs c a l ew e i g h t i n ga n dp l cc o n t r o l l i n g ， w h o s eg o a li st om i xc o a lw i t hb a u x i t ei ne v e n n e s sa n dq u a n t i z a t i o n t h e l a t t e rc o n t a i ne l e m e n t a r ya n a l y s i s ，q u a i l t yf l o wa n de l e c t r o n i cs c a l e w e i g h t i n g ，p l cc o n t r o l l i n g ，c o m p u t e rc o n t r o l l i n g ，w h o s eg o a l i st o a n a l y z es a m p l e sq u i c k l ya n de x a c t l y ，w e i g hm a r t i a l se x a c t l y ，c o n t r o l a u t o m a t i c a l l yo n l i n e t h es t u d vo ft h eq u i c kd e t e r m i n a t i o no ft h em a t e r i a l sb ye d x r f f r o mt h ea u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mo fc o m p o u n d i n gs l u r r ys u c h a s b a u x i t e 。 s l u r r y ，a l k a l i n es o l u t i o na n ds i l i c e o u ss m t e re t cw a sm a i n l y p r e s e n t e di nt h i sp a p e r t h es a m p l e sm a k i n g ，i n s t r u m e n tp a r a m e t e r s ， c o r r e c t i o no fm a t r i xi n t e r f e r e n c ea n dc u r v ee t cw e r eo b t a i n e d i nt h es i d e o fs a m p l e sm a k i n g ，t h ee f f e c to fr u b b i n gt i m ea n dg r a n u l a r i t yo ns a m p l e s w e r ed i s c u s s e da n dt h es u i t a b l er u b b i n gt i m ea n dg r a n u l a r i t yw e r eg i v e n 1 1 1 eb e s ta n a l y s i sp a r a m e t e r sw e r ec h o s e n b ys e l e c t i n gt h es u i t a b l e s a m p l e sm a t r i xa n dc o r r e c t i o n s ，t h ew o r k i n gc u r v e so fs a m p l e sw e r e e s t a b l i s h e d t h ec u r v e sw e r eo p t i m i z e dt h r o u g ht h em e t h o do ft h r e e s t a n d a r ds a m p l e sw i t hi n t e n s i t ya n dc o n s i s t e n c y c o m p a r i n gw i t ho t h e r m e t h o d sa n db yal o to f p r o d u c tt e s t s ，t h i sm e t h o dh a v es o m ea d v a n t a g e s s u c ha sh i g h e rs e n s i t i v i t y ，b e r e ra c c u r a c ya n dw i d e rm e a s u r er a n g ea n d s oo n i tc o u l dp r o v i d ea c c u r a c yd a t af o rt h ea u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mo f t h es l u r r ya n dm e e tt h er e q u i r e m e n to f p r o d u c t i o n 。 k e y w o r d ：s l u r r y ，a u t o m a t i cb u r d e n ，e d x r f i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的成果。尽我所知，除论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中南大学或其他单位的学位或证明而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献已在论文的致谢语中作了明确的说明。 作者签名： 选兰五日期：旦王年l 月2 卫日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文，允许学位论文被查阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校 可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：逸塞i 导师签名：型i 垄圭日期：心生月三里日 中南大学工程硕士毕业论文第一章概述 第一章概述 1 1 山铝烧结法氧化铝生产重大技术改造项目简况 山铝烧结法氧化铝生产厂是我国第一座氧化铝工厂，于1 9 5 4 年7 月1 日建成投 产，至今已有5 0 年的历史。该厂投产初期氧化铝生产设计能力为3 5 万吨，先后进 行了六次大的工艺技术改造，现氧化铝生产能力已达到1 0 0 万吨水平，其中拜尔法 系统达到2 0 万吨，烧结法系统达到8 0 万吨水平【l 】。近年来氧化铝厂从生产工艺到 设备引进更新等方面进行了一系列的技术创新，已经实现的科技改造项目主要有1 ) 强化生产工艺指标，提高熟料品位，由过去的3 3 3 4 提高到3 7 3 8 ，提高了溶出浓 度，使熟料折合比由4 o 下降到3 5 ，从而降低赤泥产出率。2 ) 熟料窑烧结控制由 传统的人工看火手动控制改为仪器显示自动化控制，提高了熟料烧结质量，改善了 工作条件。3 ) 采用r p v l 0 0 6 3 型辊压机预磨碎矿，提高原料磨产能，降低了电耗。 4 ) 脱硅工艺投入列管蒸汽间接加热连续脱硅和管道化蒸汽间接加热连续脱硅新工 艺，大大降低了蒸汽消耗。5 ) 由单槽间断分解改用连续碳酸化分解工艺，提高了设 备产能，生产出砂状氧化铝。6 ) 引进德鲁奇公司循环流化床氢氧化铝焙烧炉，全系 统实现自动调控，在氧化铝质量、油耗、电耗、水耗、尾气带走氧化铝损失等方面 有很大的改进。7 ) 采用强循降膜蒸发器，使蒸发母液浓度突破2 2 0 9 1 以上。8 ) 引进 法国道尔公司氢铝平盘过滤机，使氢铝的分离过滤、洗涤过滤、成品过滤作业在同 一平盘过滤机内进行，提高了氢铝洗涤效果，降低了氢铝附碱和水分。9 ) 赤泥沉降 和洗涤系统以及硅渣沉降系统均采用高效沉降槽，添加絮凝剂等技术，提高了沉降 速度，同时提高了沉降槽的液量通过能力。一大批高科技项目的实旋，对氧化铝生产 成本的降低起到了重要作用。 1 2 国内氧化铝生料配料工艺研究发展状况 我国铝行业工作者及从事氧化铝研究的科技人员在八五、九五期间对料浆配料 工序曾做过一些科学探索与研究，改进了碱石灰烧结法生料浆配料优化算法【2 】，提 出配料算法的目的在于根据现场物料变化情况，适时地计算出相应的配矿方案和配 料方案，该法只在物料成份算法上进行了优化与完善。山西分公司采用配料集散控 制系统【3 l ，由计算机完成配比控制，取得了较好的效果。在1 9 8 8 至1 9 9 1 年又采用 以电子秤为核心，采用2 8 6 工控机的自动配料系统1 4 j ，但因核子秤的零点漂移，分 析数据的代表性及时间上滞后、自动控制系统维护等原因，未能投入正常使用。河 中南大学工程硕士毕业论文第一章概述 南分公司提出了“科学取样一离线快速分析一在线控制”的工作模式来实现生料浆自 动配料的新思路，并以3 # 管磨为代表进行了系统联调工业试验，卫生料浆自动配料 产业化提供了有益的探索【5 】o 柳州自动化研究所介绍了物料配比自动控制系统【6 】，它 指出物料配比生产控制系统是集光电技术、变频技术和计算机技术于一体的工业自 动化控制必环系统，该系统主要是根据动态皮带称的原理，通过测量一皮带秤的流 量来控制另一皮带秤的流量，从而达到自动配料的目的。随着现代技术的迅猛发展， 计算机硬件及软件技术的不断改善，自动控制、分析检测技术的不断发展为生料 浆配料自动控制这一科研项目提供了可靠保障。生料浆配料自动控制新工艺项目得 到了中铝公司的批准，先后在中州铝、长城铝、贵州铝等企业得到推广应用，继而 成为中铝山东分公司2 0 0 4 年氧化铝生产工艺改进方面重大科技项目之一。 1 3 山铝生料配料技术现状 目前国内烧结法生产氧化铝工艺中配料工序采用二段配料和三次调整法【7 】，根 据矿石成份，将破碎好的不同a s ( 铝硅比) 的矿石按一定的比例在矿槽里混合， 同时按要求配以适量的白煤( 一段配料) ，配料转盘根据配料成份要求，将混合矿石、 石灰、碱粉按一定比例与碳分蒸发母液送至原料槽( 二段配料) ，磨出的料浆在磨料 口与五车间回头硅渣浆混合后，用泵打入a 槽，取a 槽样分析c a o 、n a 2 0 、水份、 细度等成份( 一次调整) ，倒入b 槽，取b 槽样分析s i 0 2 、f e 2 0 3 、a 1 2 0 3 、c a o 、 n a 2 0 、水份、细度等成份( 二次调整) ，根据b 槽成份，挑选合格槽料，倒入k 槽 ( 三次调整) ，送三车间烧成。这三次调整统称三段配料。在这配料过程中，由于取 样、检测、配料手段落后，导致不能及时准确调整原料配比，造成一次配料合格率 偏低，二次调配工作量大等现状，严重制约着生料浆配料n 瓜( 碱比) 、c s ( 钙比) 等生产技术指标合格率的提高以及生料成份的稳定，从而对整个氧化铝生产带来了 质量、产量、成本等多方面的不利影响。 中国铝业股份公司山东分公司氧化铝厂二车间烧结法生料浆的生产有5 个磨 机，使用原材料有矿石、石灰、碱粉、煤、碱液( 赤泥浆) 、硅渣浆等，其中硅渣浆 是在出磨生料浆的缓冲槽中加入，具体生产流程图见图1 1 。 生料浆配制现有a # 槽9 个，其中2 7 0 米3 小槽有6 个，4 5 0 米3 新大槽有3 个， b # 槽3 0 个，其中2 7 0 米3 小槽有2 2 个，4 5 0 米3 新大槽有8 个，k 槽2 0 0 0 米3 有4 个，其中老槽2 个，新槽2 个。因生料浆的配制采用3 级调配的方法，占用小槽多， 能耗高，成本大。由于k 槽的生料浆是b 槽通过理论计算搭配而来的，一般情况下 不对实物料浆进行化学分析，因此入窑生料浆的碱钙比理论上是合格的，而实际上 不一定合格。当配槽数少于5 个情况下，进行取样分析，从多个分析对比数据来看， 中南大学工程硕士毕业论文第一章概述 当生料浆的理论碱比控制在1 0 6 - 1 0 7 时，实际生料浆的分析结果在o 8 5 1 1 0 之 间变化，变化0 1 2 ，而生料浆的理论钙比控制在2 2 4 2 2 5 时，实际生料浆的分 析结果在2 1 0 一2 4 3 之间变化，变化0 1 6 ，说明生料浆碱钙比的理论值与实际值 之间相差较大，主要原因是生料浆搭配法的理论计算完全取决于小槽化学分析的结 果以及取样的代表性，所搭配小槽的化学分析的结果准确性以及取样的代表性等方 面给理论搭配带来较大误差。 五车间 图1 1 生料浆配料工艺流程图 三车间 另外现有的生料浆碱钙比控制指标是通过熟料的碱钙比来进行调整的，这一方 法存在如下问题：( 1 ) 样品分析结果报出时间严重滞后。( 2 ) 熟料的碱钙比是化学 分析出来的，入窑生料浆的碱钙比是理论计算出来的，而不是实物分析结果，因此 通过熟料碱钙比修正出来的生料浆指标是理论指标，而不是生料浆实物指标，从而 造成入窑生料碱钙比指标与熟料碱钙比指标存在着理论调配计算值与实物分析值之 间的差异。现有调整方法实际上把这两个因素混二为一，不利于分析查找生产指标 波动的真正原因，也给调整指标带来较大困难，造成生料浆的碱比钙比指标始终停 留在目前的6 5 - 8 5 之间水平上。 中南大学工程硕士毕业论文第一章概述 1 4 生料自动配料需要解决的问题和工艺技术要求 通过对二车间目前生产工艺及设备现状的调查，在生料浆配料自动控制项目中， 必须解决如下的关键性技术难题： ( 1 ) 煤粉的系统加入：由于现有系统没有专用加煤系统，采用抓斗的方法把煤加入 矿石一起入磨，这样煤的加入量是不稳定的，造成配料时矿石计量不准确，影响配 料结果，所以需要对煤的加入进行改造，使煤定量均匀地加入到矿石中，从而使矿 石与煤可以准确计量，定量加入。 ( 2 ) 采用准确的计量系统，实现对石灰、矿石、煤粉、碱粉的准确计量；采用质量 流量计实现对碱液( 赤泥) 的准确计量。 ( 3 ) 正确地采集参与配料的各物料样品，应用x 荧光仪快速分析检测技术，实现对 生料浆、碱液( 赤泥) 、硅渣、石灰、矿石等样品的准确快速分析。 ( 4 ) 建立计算机配料监控系统，根据x 荧光分析仪的分析结果和各配料的下料量进 行总体配比计算，完成生产工艺流程中各参数的数据采集、实现控制状态数据参数 及配料画面自动显示、故障报警及报表打印输出等自动控制。 ( 5 ) 通过把配比结果下传给p l c 控制系统，p l c 控制系统再通过p i d ( 比例、积分、 微分) 运算，输出控制信号给变频调速器，实现对石灰、矿石、碱粉、煤粉的给料量 ( 瞬时流量) 的自动调节，采用电动调节阀实现入磨碱液( 赤泥) 流量的在线控制。 ( 6 ) 改造硅渣浆流程，使硅渣浆先罐入一个小槽，再把硅渣浆加入到出磨生料浆的 缓冲槽一起混合，采用流量计对硅渣流量进行准确计量，并参与配方计算，采用电 动调节阀对硅渣浆的流量进行调节。 通过以上技术改造，使生料浆自动配料系统中生料浆的入槽一次配料合格率达 到8 5 以上，实现了出磨生料浆实物的稳定控制，达到出磨生料的水份与细度完全 合格并且波动幅度小，减少小槽调配工艺过程，可以在细度保证的条件下，提高产 能，有利于降低能耗，提高产量。 4 中南大学工程硕士毕业论文第二章生料浆自动配料控制系统的实施 第二章生料浆自动配料控制系统的实施 2 1 生料浆自动配料系统控制目标 ( 1 ) 系统对各种原料控制精度1 0 。 ( 2 ) 实现生料浆配置管磨工段的设备集中自动化检测控制。 ( 3 ) 实现磨机运行的集中自动化检测控制。 ( 4 ) 系统能快速、准确分析，并能根据给出的碱比( n r ) = 中心值+ k 1 、钙比( c s ) = 中心值k 2 、水份4 2 进行自动控制( 其中控制范围k 1 、k 2 的值与现有k 大槽 的实际指标范围一致) 。 ( 5 ) 在正常生产条件和操作情况下，一次配料合格率8 5 。 ( 6 ) 系统功能齐全，操作简单、方便，用户界面友好。 2 2 生料浆自动配料系统控制过程及原理 根据生料浆自动配料系统的要求，结合生料浆生产工艺情况和现代检测控制分 析的技术水平，整个自动配料系统分为预配煤系统与生料浆自动配料控制系统。预 配煤系统独立完成煤粉的均匀定量加入到矿石中，包括煤粉料仓建立、电子秤计量、 p l c 控制等部分。生料浆自动配料控制系统采用离线取样快速分析、在线控制的自 动配料控制方案，主要包括成份分析系统、物料计量系统、p l c 控制系统、计算机 配料监测控制系统四大部分。成份快速分析系统，主要完成对生料浆、矿石、碱液 ( 赤泥) 及硅渣等样品的瞬时取样，快速准确分析，为自动配料系统提供数据依据； 质量流量计对碱液( 赤泥) 及硅渣浆的准确计量并传送给计算机配料监控系统；电 子秤计量系统对石灰、矿石、碱粉入磨物料准确计量并传送给计算机配料监控系统； p l c 控制系统对矿石、石灰、碱粉进行下料量调节控制，同时对碱液及硅渣浆进行 流量调节控制；计算机配料监控系统主要完成生产工艺流程中各参数的数据采集， 实现状态及配料画面显示、故障报警及报表打印输出，根据分析仪的分析结果及计 算机监控采集的数据进行配比计算，将配比计算结果及时送给电子秤计量及p l c 控 制系统进行p i d 调节。 生产车间有五台管磨，各自采取分级控制、独立运行的配料系统方案。由于硅 渣是后加入到出磨生料浆中，因此必须对硅渣进行准确计量及成分检测，使硅渣参 与配方计算并进行计量控制，使之整体五台磨的入槽生料浆碱比、钙比合格率达到 8 5 以上的质量要求。 中南大学工程硕士毕业论文 第二章生料浆自动配料控制系统的实施 入槽生料浆通过管道直接送入8 个新b 槽，8 个新b 槽分两组，一组分料箱3 个槽( 总1 3 5 0 米3 ) ，另一组分料箱5 个槽( 总2 2 5 0 米3 ) ，当一组b 槽装满后进行 取样全分析合格后即可送入k 槽，也可以在b 槽装料过程中进行取样快速分析，以 便进行电脑自动调整配比。 图2 1 氧化铝生料浆自动配料系统流程图 主控室监控机六台，一台用于接收x 荧光仪数据并进行配方运算及报表打印， 其余五台计算机对五台磨进行单独控制，通过调节p l c 输出模块进行下料量的控制。 配煤系统单独使用一台计算机作为上位机。 主控计算机及软件采用两磨相互备用的方式，提高系统的可靠性及实用性。系 统调试时每一个磨单独进行调试，各磨机调试合格后进行混合调试。生料浆自动配 中南大学工程硕士毕业论文第二章生料浆自动配料控制系统的实施 料系统流程图如图2 1 所示。 2 3 自动控制系统的组成 系统由执行设备( 如入磨物料的皮带秤、流量计、电动阀) 、中央控制器( p l c 系统) 、上位机、x 荧光分析仪组成。每台设备的控制包括三种方式：现场方式、仪 表方式、远程方式，其中现场方式具有最高的控制权， 系统构成框图如下图2 2 。 2 4 预配煤系统 图2 2 自动控制系统构成图 2 4 1 改造内容 预配煤的目的是使煤粉均匀定量加入到矿石中，使矿石及煤粉能够分别准确计 量控制。需要建立两个煤仓，改造目前4 8 m 处的两个矿石仓，增加煤粉输送皮带， 增加煤粉及矿石的电子皮带秤。根据现场情况，两个煤仓建立在目前4 8 m 矿石仓的 北侧1 5 米处，每个煤仓可装4 0 吨左右，煤仓主要用钢板焊接，顶部边长6 米高4 米的四棱形仓，内部增加高分子材料及搅料设备、料位计等，保证在各种情况下煤 粉下料正常。每个煤仓安装一个搅料器、一台料位计。每个煤仓下端安装一个电子 中南大学：i = 程硕士毕业论文 第二章生料浆自动配料控制系统的实施 皮带秤，两个煤仓共用一个6 0 0 r a m 宽的输煤主皮带，主皮带长度约1 5 米，煤通过煤 主皮带输送到4 8 m 矿石主皮带上。4 8 m 矿石仓由于出料1 3 太低而且要加电子皮带秤 图2 3 预配煤系统示意图 进行计量，因此要求提高矿石仓的下料口高度，采用的办法是把整个l # 、2 # 矿石仓 提高0 5 米或拆除重建两个矿石仓( 3 0 0 0 x 4 0 0 0 x 5 1 0 0 ) ，这样便可在下端进行电子秤 的安装改造。每个矿石仓上安装一台料位计进行料位检测报警。对2 4 0 米南北向的 长皮带的下料1 3 进行改造，增加一台电子皮带秤，以便对该皮带上的各矿石仓的下 料进行计量控制。图2 3 是预配煤系统示意图。图2 。4 是预配煤系统工艺运行流程 图。 中南大学工程硕士毕业论文第二章生料浆自动配料控制系统的实施 2 4 2 控制方法 由于自动配料时要求煤按比例定量加入到矿石中去，采用的控制方法是：根据 生产需要的矿石总输送量及煤的总加入量，计算出煤与矿石的比例，根据矿石量计 算出煤的下料量进行变频调速控制。 预配煤控制主要由中控室进行控制，现场安装现场控制箱，如现场出现故障， 4 8 m 操作室人员可以将p l c 自动控制方式切换到现场方式进行紧急处理，处理完毕， 再切换到p l c 控制方式。 图2 4 配煤工艺模拟图 2 5 生料浆自动配料系统 2 5 1 成份分析系统 2 5 1 1 分析内容 在生料浆配料方案中，成份分析环节最为重要，为了能确保成份分析的准确性 与实用性，使用x 荧光能谱分析仪来解决生料浆配料系统中生料浆、石灰、矿石、 中南大学工程硕士毕业论文第二章生料浆自动配料控制系统的实施 碱液( 赤泥) 、硅渣、煤粉等样品成份快速分析。制样使用高性能电动压片机。这 一部分在第三章中进行重点研究。 将x 荧光分析仪放到离取样位置较近的位置，根据分析项目及每班分析工作量， 共需2 台x 荧光分析仪，放在同一个实验室，要求房间实际使用面积大于2 5 m 2 。此 外，还需配备一间样品制备室，用于样品烘干、样品粉磨、样品压片等工作，要求 面积大于2 0 m 2 。 x 荧光分析仪与主控制室的计算机之间采用r s 2 3 2 通信方式，把各种分析仪数 据送到生料浆自动配料系统中。 2 5 1 2 取样要求 取得有代表性的样品是该项目成功的关键一步，在氧化铝生产固体物料采制技 术方面，山西分公司对固体物料采制存在的问题及解决的方法进行了深入的探讨1 8 1 。 该项目取样主要包括入磨碱液、入磨矿石、石灰、碱粉、硅渣、煤粉和生料浆等生 产控制样品，图2 5 是单磨机系统控制工艺过程流程图。 ( 1 ) 碱液( 赤泥) 的取样 由于碱液样品成分变化大，配料时碱比升高，容易造成料浆水分增大，因此对 碱液( 赤泥) 样品要求每2 小时取一个样，在电热板上进行快速炒样。取样点选在 碱液槽下。 ( 2 ) 矿石样品的取样 由于矿石来源复杂，成分变化大，对矿石样品每2 小时取一个样，进行快速分 析。即每2 小时报出一个矿石分析结果。由于预配煤系统把矿石与煤进行了提前配 制，因此矿石的取样点应该在配煤前的4 8 m 皮带上，在此位置设置一套自动取样系 统，实现自动定时取样、破碎、缩分，获取具有代表性矿石样品。要求每次取样重 量0 5 公斤，既有块状样品又有粉末样品，样品进一步混合均匀，经破碎、缩分粉 磨后进行快速分析。 ( 3 ) 石灰样品的取样 石灰样品成份一般变化较小，要求对石灰样品2 4 小时取一个样，再进行快速 分析。即2 4 小时报出一个石灰分析结果。取样时要求每次取样重量o 5 公斤， 样 品混合均匀，取1 0 0 克样品进行粉磨分析。取样地点在石灰下料口附近。 ( 4 ) 硅渣样品的取样 由于硅渣样品成分变化大，因此对硅渣样品要求每2 小时取一个样，进行炒样 烘干。取样地点在进生料浆混合槽前或在硅渣浆的缓冲槽中。 中南大学工程硕士毕业论文第二章生料浆自动配料控制系统的实施 图里： 工艺流程控制线路 巧料实物流程线路 自动配料单磨工艺过程控制图 图2 5 单磨机系统控制工艺过程流程图 ( 5 ) 生料浆样品的取样 生料浆样品快速分析是自动配料系统最为关键最为重要的一部分，它关系到该 自动配料系统最终是否达到了生料浆的碱比、钙比、铝硅比、水分、细度等生产工 艺指标的技术要求，因此对生料浆样品要求每l 小时取一个样，随时监控其指标的 变化及波动情况，随时进行各种物料下料量的调整。生料浆取样点有两个：一个在 出磨流槽，另一个在加入硅渣浆后的缓冲槽中。取样量要求每次取5 0 0 m l 左右，首 先用比重水分快速查表法测出生料浆水分，然后在电热板上快速炒样。另外还需对 入新b 槽中生料浆及k 槽生料浆进行分析，以便通过多个控制点，掌握调整控制生 料浆的各项工艺技术指标。 ( 煤粉的取样 在煤仓下料口每2 4 小时取一次，进行灰化分析。 2 5 2 计量控制系统 2 5 2 1 矿石( 煤) 、石灰、碱粉输送及计量控制 固体物料的计量与调节技术在九十年代得到了迅猛的发展。一次检测元件( 荷 重传感器和速度传感器) 的质量、精度以及秤体结构均有了很大提高。变频调速器 不仅调速性能稳定，而且对电机的保护效果明显。计量时采用电子皮带秤解决石灰、 中南大学工程硕士毕业论文第二章生料浆自动配料控制系统的实施 矿石、碱粉的计量，调节设备采用变频调速器。 除l # 磨机无碱粉仓外，其余每一个磨机各有一个矿石( 煤) 、石灰仓、碱粉仓 输送系统，利用原已有的临驹师范的电子皮带秤，对该计量系统进行实物抽检，达 到计量精度要求此外由于原电子秤无测速仪，要求对每一台电子秤增加测速仪。 由于1 # 磨机无碱粉仓，因此为了保证单台磨机出磨生料浆合格，给1 # 磨机建立 一个碱粉仓并安装相应的输送、计量、控制设备。根据现场情况，1 # 磨机碱粉仓 建在目前矿石仓的北侧，尺寸为2 9 0 0 x 4 0 0 0 x 4 9 0 0 ，棱斜度3 9 ，上面增加吹碱管道， 在下料口增加1 台电子皮带秤，对加碱量进行计量，同时增加1 台变频器，对加碱 量进行调速控制。对下料口进行改造，使碱粉直接进入磨机。碱仓采用钢板焊接， 为了下碱正常，内衬采用高分子材料，以免产生棚仓现象，增加一台料位检测设备 进行碱粉料位检测并报警。 每一个矿石( 煤) 、石灰、碱粉仓安装一个料位检测计，实现料仓的提前缺料报 警。由于矿石易棚仓，因此在每一个矿石仓中增加一台搅料器。 控制采用变频调速实现矿石( 煤) 、石灰、碱粉的定量下料，通过p l c 系统与微 机相连，实现微机自动控制。 2 5 2 2 碱液( 赤泥浆) 的输送及计量系统 碱液( 赤泥) 的流量检测，考虑到碱的腐蚀性和黏结性，采用耐腐、防黏结内衬 的质量流量计和电动调节阀来实现其计量与调节，该流量计可以同时得出碱液( 赤 泥) 的密度和流量，从而可以计算出碱液( 赤泥) 中的含水量。 根据生料浆自动配料系统的技术要求实行单磨单机控制方式，因此需要对每一 个入磨碱赤泥浆进行单独控制，生产车间总共有5 个磨机，每一个磨机有1 个4 寸 碱赤泥浆管道进行入磨碱赤泥浆输送。碱赤泥浆有5 个8 5 0 m 3 大槽，通过2 个离心 泵及2 条6 寸管道输送到集中控制器( 即分料箱) 中，在此分出5 个4 寸管道给磨 机输送碱赤泥浆。 由于离心泵出口碱赤泥浆压力恒定，不能采用现有的河南公司赤泥浆泵控制方 式，而是通过调节每一个入磨碱赤泥浆4 寸管道电动调节阀的开度来控制流量的方 式。因此，需要在每个管道上加一个质量流量计对入磨碱赤泥浆进行流量计量，并 对其含水量进行测量，同时在每个管道上增加一个电动调节阀对入磨碱赤泥浆的流 量进行控制，以满足生产的要求。由于2 # 、3 # 、4 # 磨机在一起，其碱赤泥浆管道也 在一起，它们在入磨前的管道附近都有一段维护天桥，因此2 # 、3 # 、4 # 磨机的碱赤 泥浆管道的流量计及电动调节阀的安装可以选定在天桥附近；而1 # 、5 # 磨机碱赤 泥浆管道在进磨前都无维护天桥，因此流量计及电动调节阀安装在5 # 磨机房的管道 上，同时为了安装及维护方便需要在此增加一段维护天桥与梯子。 2 5 2 3 硅渣浆的输送及计量系统 中南大学工程硕士毕业论文 第二章生料浆自动配料控制系统的实施 由于硅渣浆不是直接加入到磨机的，而是加到出磨生料浆的缓冲槽中进行混合， 为了更合理的配料，提高入槽生料浆的合格率，要求对硅渣浆进行流程改造，使硅 渣浆先罐入一个新a 槽进行缓冲均化，再把硅渣浆通过离心泵输送到出磨生料浆的 缓冲槽一起混合，这样可以根据磨机开启的多少及硅渣浆的成分，进行配方计算， 得出硅渣浆的加入量，采用电动调节阀对硅渣浆的流量进行调节，采用流量计对硅 渣流量进行准确计量。电动调节阀及流量计安装在硅渣浆混入缓冲槽前一段管道上。 2 5 3 监控系统 2 5 3 1 主控制室的监控系统 根据生料浆生产工艺的设备情况和各配料分析监测参数的实时显示和控制要 求，建立生料浆自动配料监控系统。监控系统计算机采用台湾研华工业控制计算机， 每一台磨需一台监控计算机，这样可以方便地对单个磨进行状态显示与控制，无需 切换。本系统的监控软件采用i f i x3 0 监控平台软件，设备控制采用日本三菱的a 2 a 系列p l c ( 可编程控制器) 。监控软件采集和显示生料浆生产过程中的各种参数( 如 碱液、硅渣、石灰、矿石、碱粉等各种物料的流量和成份分析数据，各种设备的运 行状态和故障状态) ，同时按照生料浆自动配料系统提供的配比进行实时配料控制， 实时显示故障报警信息，通过曲线图或棒状图显示历史数据，并能根据生产的实际 需求打印有关产量和质量的数据报表，如班报、月报、季报和年报等。 采用一台专用工控机与x 荧光分析仪连接，完成获取分析数据、计算配方、报 表打印等功能。采用一台专用工控机放于槽上，接收有关小槽、大槽分析数据，以 便统计、分析、处理。 系统内部采用以太网络进行连接，可以把有关k 槽成品料浆数据送到三车间主 控室及氧化铝厂调度室进行显示，为企业综合管理提供有力支撑。整个系统共有8 台操作站，2 个终端，采用台湾研华工控机，监控软件使用i f i x3 0 。8 撑操作站放在 槽上，用来接收有关小槽、大槽分析数据，以便统计、分析、处理。还有7 台放在 主控室，7 拌操作站用来与x 荧光分析仪通讯，完成获取分析数据、计算配方、报表 打印等功能。其余六台分别完成对1 撑、2 群、3 拌、4 稃、5 撑磨和预配煤系统操作、监视 等功能，l # 、2 撑相互备用，3 样、4 拌相互备用，5 撑、6 群相互备用。2 个终端分别放置 于三车间窑前主控制室及氧化铝厂调度室。 2 5 3 2 现场监控系统 为了监视各个磨机的下料情况，在各磨机的入料口各安装一台工业摄像头，在 预加煤系统的下煤口、下矿石口及自动取样机各安装一台工业摄像头，连接到主控 室随时观察下料情况，以便及时处理。 2 5 4p l c 控制系统 为了保证整个控制系统的可靠运行，采用了世界上处于领先地位的日本三菱a 2 a 中南大学：i = 程硕士毕业论文第二章生料浆自动配料控制系统的实施 系列p l c ，整个p l c 系统共分为三个子系统，分别为1 # 、2 # 、3 # p l c 。 l # p l c 主要控制1 # 、2 # 磨机相关的设备及硅渣浆检控信号、8 个b 大槽的液位 信号，2 # p l c 主要控制3 # 、4 # 磨机相关的设备，3 # p l c 主要控制5 # 磨机相关的设 备和预配煤部分，三部分是独立运行的，当某1 套p l c 出现故障时，并不影响其它 p l c 的运行。 p l c 的输入输出与现场信号连接时，模拟量用德国威德米勒的隔离变换器进行 信号隔离，数字量用欧姆龙的继电器进行信号隔离。p l c 控制系统通过i o ( 输入 与输出) 模块与现场设备相连，采集状态信息( 各种开关量和模拟量) ，发出各种控 制命令。并与质量流量计、电子秤计量系统联接，直接获得它们中的各种状态、分 析数据和参数信息。为了提高整个系统的抗干扰能力和可靠性，所有模拟信号均采用 屏蔽电缆，其余控制信号和配电线路采用b v 一5 0 0 铜芯塑料线。 2 6 生料浆配料自动控制试验 2 6 1 磨机控制方法 每一个磨独立按如下控制： ( 1 ) 根据各种原材料的成分，计算出初始配方，进行控制。 ( 2 ) 下料后2 0 2 5 分钟时，取混合生料浆( 加入硅渣后) ，进行快速分析。 ( 3 ) 配方软件对混合生料浆的碱比、钙比、铝硅比、水分和控制指标进行比较，系 统自动计算出新的配比并下传给p l c 执行，也可以手动修改配比，下传给p l c 执 行。设备按照p l c 的命令执行下料，直到实测生料浆的指标与控制目标一致，达到入 槽生料浆技术指标合格。图2 6 为生料浆配料总工艺流程模拟图，图2 7 为1 # 磨机控 制模拟工艺流程图，图2 8 为生料配料自动控制试验流程图。 中南大学工程硕士毕业论文第二章生料浆自动配料控制系统的实施 图2 6 生料浆配料总工艺流程模拟图 图2 71 # 磨机控制模拟工艺流程图 中南大学工程硕士毕业论文 第二章生料浆自动配料控制系统的实施 原料取样分析 确定硅渣加入量计算配比 启动设备按计算配比生产下 料 2 5 分钟取样 3 5 分钟后受到生料分析结果 根据分析结果自动调整配比 下料量 图2 8 生料配料自动控制试验流程图 2 6 2 系统单磨控制运行试验 生料浆自动配料系统有五个磨机，每个磨机可以单独进行自动配料控制，在系 统各个设备调试运行正常后，首先对l 捍至5 # 五台原料磨进行了单磨试车配料试验。 列出1 # 、5 # 磨机试车结果见表2 - 1 、2 - 2 。同时划出实测与控制n r 、c s 指标对照 图，见图2 9 、图2 1 0 。从控制指标与实测指标n r 、c s 来看，n r 差值在o 0 5 以 内，c s 差值在0 0 6 以内，控制指标比实测指标变化平稳。因此各鲫的单磨试车 情况来看，各个磨机设备运行正常，系统可调性好，完全可以达到控制指标，因此 已经具备了多磨机系统联调的条件。 1 6 中南大学工程硕士毕业论文第二章生料浆自动配料控制系统的实旌 2 5 0 2 0 0 筮1 5 0 躲 甏1 10 0 0 5 0 0 0 0 1 # 磨机自动配料1 1 4 46 试样序号 图2 9 磨机1 # 控制技术指标变化图 1 7 中南大学工程硕士毕业论文第二章生料浆自动配料控制系统的实施 2 5 0 2 0 0 最l 5 0 覆1 0 0 0 5 0 o 0 0 5 # 磨机自动配料1 - 1 5 123 45 6789 试样序号 图2 1 0 磨机5 # 控制技术指标变化图 2 6 3 系统多磨控制联调运行试验( 不带硅查浆) 在进行多磨机联合试车时，首先在不带硅渣浆时进行控制试车，试车时由4 个 磨机进行联合试车。结果如下表2 3 。 羹藿 k - 凄察 鼬髻 一 悼 博 k 垦 蕾 岛 呙 一 叫 选2 蠡占 求是 n n 置 仅瞄h 避椒陧琳拳椒岛琳舞 。簧no?n o o _ 【 _ 呈f 皋求n on一no呻叮n o 西o onooo心n甘oionnn=no 呈靠求” on，on_【nooonn甘n=noo oon一n一o一 粤皋求n o n n o崎寸_【_【oon竹no咕n岛_【oo 凄聿釜*弈罄址 c i oooo兮in o - 【 o o n o o 吣o o n o o _ 【 oooo吩oon o o 一 寸oo_卜on寸一旧卜 呻西oi【o一 心 卜吣【叫o 吣叫 o n 卜n i o 吲 n n o o 卜叫n_【 寸甘 o o _ 【 卜n 卜吣 。 卜n o o _【西nnoni 吣o门口崎 甘 o o o 卜砷口n兮iion口_【o_i o n 口 o q_【鼍是 寸o _ 【o 卜葛n甘一一o卜砷o=_oio 卜时 崎吣叫 叫吲o i 口o 甘 一一峙o寸卜n【一呻 nd_nno鼍_【 i 鼍o o 高in 寸竹o _ 【 oooo啦o一oo_【 n卜o呷noi 寸卜时o一寸 o 砷o 心西_(一 o o o i i i 卜 n 【 o ；一 ele=onoq 譬_ 【 ? _ 【 _ 【 o心in寸田吲 _ 【n o _ 【曲_ o n o n 8ii呻nn 寰o _ 【 _ 【曲 旧_【_【 叫_ 寸 n n 可_【一o_【 列雌on|，vbz 蜷靼篮林 屋玺鞋釜。望vbz 蟮耀磊轼 臻髻弈髻糕悼悼b暑避媒姆档 工霉卜暴越 一铤黾，世轻悻一啭船船蜡器岱辜掣趣嫩n土垛 蠼林s螺帕器掇亲阻蒋皿禁葵一蕃”拣 戗秘爿蚌粕匿舌!ih扑k怔争 中南大学工程硕士毕业论文第二章生料浆苜动配料控制系统的实施 从上述表中结果看，控制指标比实测指标n r 差值在o 0 7 以内，c s 差值在0 1 0 以内。 2 6 4 综合试车试验 本项目的设计目标是使b 槽入槽生料浆合格率达到8 5 ，通过前面的各个磨机 的试车，带硅渣浆的综合试车条件已经成熟，可以进行综合试车，试车时，先由槽 上确定一个控制指标，由配方软件计算出一个总下料量，并根据各个磨机的产能分 配到各个磨机，从a 槽流槽取样进行快速分析，并把分析结果送到配料软件，配料 软件通过实际指标与控制指标的比较分析，进行配方修改，把修改后的配方重新下 料，使实际指标与控制指标一致。 试车工作在1 月2 6 日至1 月2 9 日进行，共进行了四天试车，共入b 槽3 7 槽， 总数7 4 个碱钙比指标，合格6 9 个，合格率为6 9 7 4 * 1 0 0 = 9 3 2 ，符合项目要求的 合格率大于9 0 的要求。结果见表2 - 4 、2 5 。 2 6 5 存在的问题 在工业试车过程中，一是由于矿石缺乏预均化措施，矿石品位波动较大，造成 个别控制指标a s 与实测指标差别较大，给自动配料带来一定的困难；二是碱液或 碱粉储存量不足，往往在需要提碱比时，碱液或碱粉跟不上。 2 7 本章小结 本章叙述了生料浆自动配料控制系统所要达到的技术质量要求，概述了该系统 控制过程及原理和具体的操作控制方法，具体介绍了预配煤系统和生料浆自动配料 系统的构成，并根据生产现场的要求，提出了切实可行的具体的改造方案和施工内 容。同时进行了一系列的工业试验，一是单磨机试验，二是不带硅渣浆多磨机联动 试验，三是带硅渣浆生料浆多磨机联动试验，取得了较好的效果。 砷十叫 ooo 一一一 。甘o o 卜。 呻卜0ooc 。no - _ 0 h o 岫。 卜卜卜叫卜oc 。甘卜 o0h o0oo o 叫甘oooc - 卜 non 卜卜oo甘h 兰蒿蔫蔫兰篙蔫蔫兰篙蔫蔫兰蔫蔫蔫登蔫蔫蔫登蕊蔫蔫 n o n 卜o o 寸onoo o o _ e o o n n o _ 【0 0 _ 【 o o 呻n n _ 麓n n【_【o簧o_【 o n 卜on甘ooo曲卜 o