（化学工程专业论文）氧化铝生料配料自动化控制系统改造与完善.pdf

摘要 本论文对中国铝业公司山东分公司氧化铝厂二车间现有配料自 动化控制系统的缺陷和应用局限性进行了分析，探讨完善该系统的实 施方案。 本文研究了控制系统对各种物料准确计量的改造方案，利用数学 模拟的方法对料浆调配过程进行分析，主要目的是为控制系统改造提 供有效的数学模型。 通过对皮带称非常规标定方法的研究，得到数学反推和数学回归 分析两种标定方法。把两种方法互相结合，得到一个系统豹数学模拟 标定皮带秤的方法。通过设置不同的生产条件，利用实际料浆豹分析 结果，对皮带秤进行标定。建立控制系统数据修正数学模型，对存在 误差的皮带秤显示值进行修正，在皮带秤带有误差运行豹情况下，进 行正常韵配料计算和控制，确保生产指标的稳定，为计量设备的计划 检修创造条件。 研究了料浆水分、烧成煤灰的变化影响配料过程的规律，对配料 异常波动韵原因进行了分析。建立了反映料浆槽内料浆混合过程的数 学模型，并利用此数学模型为配料计算提供准确的料浆指标数据，有 效地预测熟料指标情况，为操作工的配料操作和判断提供依据。 关键词：配料自动化，在线标定，数学模型 a b s t r a c t t h i st h e s i sa n a l y s i s e dt h ed e f e c ta n dl a c a l i z a t i o no ft h ea u t o m a t i o n c o m p o u n d i n gc o n t r o l l i n gs y s t e mi no u rw o r k st og e tas e t o fp l a n c o m p l e t i n gt h es y s t e ma n ds t u d i e dt h es y s t e mo fm e 勰u r i n gm a t e r i a l s e x a c t l y t h e m a i np u r p o s et o a n a l y s i ss l u n gc o m p o u n d i n g c o u r s e m a m e m a t i c a ls i m u l a t i o ni sg e t t i n ge f f e c t i v em a t h e m a t i c a lm o d e l b ys m d y i n gw e i g hb e l tw i t hu n c o n v e n t i o n a lm e t h o d s ，t w om e t h o d s u s e dt os t a n d a r d i z ew e i g hb e l t , w h i c h8 托m a t h e m a t i c sp r e d i c a t i o na n d m a t h e m a t l c sr e g r e s s i o na n a l y s e s ，c a nb eg o t t e n a c c o r d i n gt oa d j u s t i n g p r o d u c t i o np a r a m e t e ma n da n a l y s i s i n gs l u r r y , t h e nc o m b i n i n ga b o v et w o m e t h o d sc o u l dg e tas y s t e m i cm a t h e m a t i c a ls i m u l a t i o nm o d e lt om e a s l l r e w e i g hb e l t m o r e ，am o d i f y i n gm a t h e m a t i c a lm o d e lu s e dt or e v i s et h e w e i g hb e l t 、se r r o ri ss h o w ni nt h i st h e s i ss ot h a tg a i n i n gc o r r e c tm a r t i a l s m e a s u r e t h e r e b y , t h eb a l a n c e dp r o d u c t i o ni n d e xc a nb ea s s u r e da n d t h a t i sg o o df o rc h e c k i n gt h ee q u i p m e n t s t h ee f f e c t so fs l u r r y 、sm o i s t u r ec o n t e n ta n dc o a la s h sf o r m a t i o no r c o m p o u n d i n ga u t o m a t i o n a r er e s e a r c h e di no r d e rt ob u i l d u p a m a t h e m a t i c a lm o d e lw h i c hr e f l e c t st h es l u r r y 、sm i x e dc o u r s e t h e m a t h e m a t i c a lm o d e lc l l r lc o r r e c t l yp r o v i d ea n de f f e c t i v e l yf o r e c a s ts l u r r y i n d e x k e yw o r d s ：c o m p o u n d i n ga u t o m a t i o n ， o n - l i n es t a n d a r i z a t i o n , m a t h e m a t i c a lm o d e l 工程硕士学位论文 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。 作者签名奎堡堕 日期：一2 0 0 5 年一1 l 一月? 5 一日 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：奎丝塑导师签名：日期：2 q 堕年j l 月三日 硕士学位论文 第一章生产现状及分析 第一章生产现状及分析 中国铝业公司山东分公司氧化铝厂采用的是烧结法氧化铝生产工艺，在此 生产工艺中，生料浆的制备是重要的工序之一。在氧化铝厂负责完成这项任务的 单位是二车间。氧化铝生料浆需控制的各项指标为：水分、细度、碱比( n r ) 、 钙比( c s ) 、铝硅比( a s ) ，各项指标能否稳定达到生产要求，将直接影响到熟 料的质量、熟料窑的产能、熟料窑的热工制度及操作，进而影响到熟料中氧化钠、 氧化铝的溶出率及沉降槽的操作。采用何种有效的控制手段，如何稳定控制好指 标，是负责料浆制备过程的工程技术人员和岗位操作人员最关心的问题。 对料浆制备工序进行自动化控制系统改造可使生产控制手段升级换代。改 变以前靠人工控制、经验操作的粗放控制模式，更精确地控制生产流程的各个环 节，减少操作人员不规范操作的人为影响，使配料工从复杂的配料计算中解放出 来，更有效更稳定达到生产对配料指标的要求生产流程的自动化控制程度也是 衡量一个企业现代化程度和竞争力强弱的标准之一 。 配料自动化控制系统能否有效地对生产流程的各个环节进行控制，达到或 超过操作工控制的水平，关键看各控制环节数学模型能否近似或真实地描述控制 要求，能否模拟人工操作处理生产中一定难度的异常情况，人机对话界面是否简 易，能否大量的减轻操作工的工作量。配料自动化控制系统的编程人员和使用单 位的工程技术人员及操作工需要结合实际生产要求不断进行调整和完善控制系 统，使操作控制系统贴近生产实际，满足生产流程的需要 由于配料的最终目的主要是保证熟料的碱比( n r ) 、钙比( c s ) 有高的合 格率一个配料控制过程循环包括料浆配制操作，生料煅烧、熟料化学成分分析 三个主要过程，完成一个控制过程需要2 4 h 以上，熟料成分分析数据与对应的料 浆配料操作控制过程有相当长的滞后时间要做到对配料过程的有效控制，在配 料操作时做好超前预测和判断，具有重要的现实意义 1 1 二车间生产流程简介 硕士学位论文第一章生产现状及分析 二车间是氧化铝厂主要生产流程之一，主要负责氧化铝料浆的磨制和调配工 作，为氧化铝熟料窑提供合格的生料浆。生产原料有铝矿石、石灰、碱粉、生料 煤、碱液、硅渣浆共6 种。 二车间整个生产流程可按工作任务和工作性质的不同分为料浆磨制和料浆 调配两大部分，以下分别对两部分进行简单的介绍 料浆磨制部分又可分为供料系统和原料磨系统。供料系统的主要工作任务是 利用1 4 条皮带将4 种固体原料运送到磨头料仓，利用1 9 台微机控制的电子皮带 秤完成对进入原料磨的各种固体物料的计量工作，按照设定的配料方案调配进入 原料磨的固体物料的下料量。整个供料系统的日供料量一般为5 0 0 0 t 原料磨系 统主要设备为5 台湿法原料磨，主要负责将进入原料磨的各种原料( 硅渣浆除外) 破碎、研磨，最后磨制成达到一定细度要求的流体料浆，然后加入硅渣浆混合后 l： 送往料浆a 槽储存。 料浆调配部分主要负责料浆的储存和调配工作。该部分的“料浆槽上”岗位 负责料浆调配工作，其主要任务是判断确定配料指标、完成料浆槽的挑选搭配和 下达原料磨生产控制指标 料浆储槽共有9 个a 槽、3 3 个b 槽、4 个k 槽，料浆总储存量可达到2 5 0 0 0 m s 料浆进入a 槽后，取样分析a 槽中的c a o 、n a 2 0 成分作为原料磨生产的简单控制 参考数据。把a 槽中的生料浆送入b 槽存贮，对b 槽进行取样全分析，分析出 c a o 、n a 鼽s i o z 、f e ：如、a 1 2 0 3 成分，计算出碱比、钙比、铝硅比等，再通过计算 机软件，根据k 槽料浆控制目标值，进行多个b 槽的搭配把生料浆送入k 槽。 二车间及相关车间的主要的生产流程如图1 - 1 所示。 二车间料浆生产控制指标为：。 熟料碱比：n r = o 9 8 0 0 2 熟料钙比：c s = 1 9 8 0 0 2 ， 料浆细度：4 1 2 5 ( 1 2 0 目筛余)j 料浆水份：4 2 5 在配料生产中控制的料浆碱比和钙比指标是一个中间过程控制参数，最终日 的是确保生料浆经过熟料窑煅烧后的熟料指标合格且有较高的氧化铝、氧化钠溶 出率。 2 硕士学位论文第一章生产现状及分析 图i - 1 二车间主要物料流程目 1 2 二车间生产自动化控制的现状 氧化铝厂是一个有5 0 年厂龄的老厂，生产工艺和生产设备相对比较落后。 二车间的生产控制系统长期沿用了2 0 世纪5 0 年代建厂以来的控制模式。从2 0 世纪9 0 年代起，虽然在生产设备方面不断采用了新型的设备，但在自动化控制 3 硕士学位论文 第一章生产现状及分析 方面的研究和新技术应用方面相对比较落后，进步比较缓慢 进入2 1 世纪，随着生产规模的扩大，氧化铝厂生产设备和生产控制技术革 新改造进入快速发展的阶段。二车间原料磨的喂料设备由老式的转盘改造为变频 电子皮带秤，为原料磨生产进行自动化控制生产创造了条件2 0 0 4 年，为了提 高料浆生产系统的自动化水平，氧化铝厂对二车间进行了配料自动化改造，此项 目列为当年企业重点技改项目。此次改造的主要目的是利用微机控制系统对原料 、 磨的喂料环节进行自动化控制改造 在各种生产原料进入原料磨时，根据配料方案按照设定的下料比例进行下 料，目的是争取出磨的料浆基本达到配料指标要求，克服因人工控制不稳定造成 出磨料浆指标波动大的缺陷，为料浆调配工序配料工作创造良好的工作条件。另 外，此次改造还对矿石掺配生料煤系统进行微机控制，保证配煤比例的稳定性。 在料浆化验分析环节引进一台荧光分析仪，加快样品分析速度，使样品数据的提 供及时快捷，满足自动化配料系统对各种原料化学成分和料浆化学成分快速分 析、快速反馈各控制系统的要求。 1 2 1 配料自动化控制系统的控制原理 1 2 1 1 配料自动化系统控制目标 此次配料自动化改造的主要目标是；对入磨的各种原料利用微机进行控制， 按照配料指标要求按比例控制各种原料的下料量，实现出磨生料浆实物的稳定控 制生料浆入b 槽一次配料合格率达到8 5 以上，出磨生料的水份与细度完全合 格并且波动幅度小。减少甚至取消a 槽调配工艺过程，可以在保证细度的条件下， 提高产能，有利于降低能耗，提高产量。主要控制过程改造在料浆制备流程部分 进行 1 2 1 2 配科自动化控制系统基本原理和组成 整个系统分为预配煤系统与生料浆自动配料系统。 预配煤系统独立完成煤粉均匀定量的加入到矿石中的任务，包括新建煤粉料 仓、电子秤计量、p l c 控制几大部分根据生产需要的矿石总输送量及生料煤的 4 硕士学位论文第一章生产现状及分析 总加入量，计算出生料煤与铝矿石的比例，根据矿石量计算出煤的下料量进行变 频调速控制，自动反馈控制。， ， 生料浆自动配料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、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四大部分 成份分析系统，主要完成对生料浆、石灰、矿石、碱液( 赤泥) 及硅渣的正 确取样，快速准确分析，为自动配料系统提供依据；质量流量计对碱液( 含拜尔 法生产线的赤泥) 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、碱粉进行准确计量并传送给计算机配料监控 系统，系统对各种原料控制精度是误差1 嘴剧；p l c 控制系统对矿石、石灰、 碱粉进行下料量调节控制，对碱液及硅渣浆进行流量调节控制 入槽生料浆通过管道直接送入b 槽，当b 槽装满后进行取样全分析，合格后 即可搭配送入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 自动化配料控制过程如图l - 2 所示 主控室监控机共有6 台，l 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5 台计算机对5 台磨进行单独控制，通过调节p i 上输出模块进行下科 量的控制。配煤系统单独使用l 台计算机作为上位机 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。配比计算结果送给电子皮带秤计量及p l c 控制系统 进行调节 整个5 台原料磨配料系统采取分级控制、独立运行。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，使硅渣浆参与配方计算 并进行控制，使整体5 台磨的入槽料浆指标合格率达到8 5 的要求 5 硕士学位论文第一章生产现状及分析 田1 - 2 自动化配耕控制过程目 1 2 2 配料自动化生产操作控制过程 每一台原料磨的生产控制过程独立按如下控制：。 。 “ ( 1 ) 据各种原材料的成分，计算出初始配料方案并进行控制。 ( 2 ) 下料后l o 1 5 m i n 时，取混合生料浆( 加入硅渣后) ，进行快速分析。 善 ( 3 ) 把料浆的碱比、钙比、铝硅比、水分和控制指标进行比较，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 图1 - 3 为自动化配料生产操作控制流程示意图 6 硕士学位论文 第一章生产现状及分析 图1 - 3 自动化配井生产操作流程示意图 1 3 配料自动化系统在试车过程中出现的问题 仆。 1 3 配料自动化系统的试车情况 配料自动化系统施工完毕后进行了为期1 周时间的试车，在试车过程中逐渐 暴露出了许多问题，主要问题是实际出磨的料浆指标难以达到设计的一次合格率 8 5 的期望，指标波动幅度较大，直接影响了正常的配料生产工作，试车工作被 迫中止，进行波动原因分析，总结和配料程序的修改完善 以下以在设定指标料浆n r _ 1 1 3 ，c s = 2 3 3 时实际生产的指标情况为例 ( 表卜1 ) ，来说明配料自动化系统的实际控制情况。 7 硕士学位论文 第一章生产现状及分析 表l - l 实际试车料浆指标数据表 样品样品样品 n rc sn r + c 7 sn f rc ? s 顺序顺序， 顺序 为了更直观的说明试车的指标波动情况，将表1 - 1 数据绘制成图l _ 4 。 ，0 5 o 591 31 72 12 52 9 样品次序 圉1 - - 4 实际试车料浆指标波动曲线图 8 一n r - - - - - c s 3 5 2 5 1 。色 l 蜷禺丰媒葵 硕士学位论文第一章生产现状及分析 由表卜1 和图1 - 4 可以看出，在自动化配料系统控制条件下，料浆的碱比指 标n r 波动范围为0 8 2 4 1 6 6 0 ，钙比指标波动范围为1 8 4 8 2 2 6 1 ，料浆的 指标波动幅度非常大全部n r 和c s 的平均值分别为1 1 7 l 和2 3 0 0 ，也与设 定指标有较大的差距，说明此控制系统振荡幅度比较大，控制操作不稳定；在控 制系统的计量和计算等方面也存在问题，导致控制中心值也有较大偏差。 由于试车生产的料浆指标波动较大，给料浆槽上岗位的配料操作造成了较大 的影响，导致熟料指标波动甚至不合格，影响了全厂生产工作的稳定性。在试车 过程中，出现了一部分试车前预计可能出现的问题，也出现了一些异常问题试 车发现的设备故障类的问题一般可以简单的解决，而一部分控制系统缺陷和异常 问题解决起来比较困难，需要进一步的分析原因和制定解决方案 1 3 2 造成料浆指标波动的主要原因 “ 根据对试车过程中出现的问题的分析总结，该系统存在的问题主要包括以下 几个方面： ， ( 1 ) 该控制系统配料程序的抗干扰能力差，自我修正程序设计有缺陷整 个配料系统由1 9 台变频皮带秤和6 台流量计，分别负责各种原料的计量任务 如果有一台皮带秤的计量出现问题就会影响到整个系统的控制准确性。皮带秤的 计量精度即使只能达到士l 也可以满足配料生产的要求，但皮带秤的实际计量 状况波动较大，计量误差有时可达到3 0 以上由于皮带秤的机械检修工作是 比较频繁的，检修过程中极易造成计量失准。在皮带秤进行更换皮带、调整紧固 之类的检修和正常维护工作之后，都需要对皮带秤进行校正 由于该系统是依据对5 台原料磨出磨后混合的料浆的化学分析结果进行系 统的反馈修正计算，一旦料浆指标偏离预设值且经反复修正无法稳定的达到要求 时，一般可以判断是皮带秤的计量过程出现了严重失准，需要对皮带秤进行标定 而此时最重要的是判断该系统的1 9 台皮带秤中到底哪一台出现了问题，否则就 要对所有的皮带秤进行标定。 标定一台皮带秤必需的空出料仓、联系协调、实施标定过程一般需要两个小 时以上，标定一台磨机的铝矿石、石灰、碱分三台皮带秤，一般需要一个班的时 间。标定所有的皮带秤需专业人员花费一周的时间，需要大量的人力物力。这显 9 硕士学位论文第一章生产现状及分析 然是不合理且生产控制过程所不允许的。该系统在这一方面并没有很好的办法。 。皮带秤在经过标定后，显示数据与实际下料量往往仍然存在较大的误差，皮 带秤设备本身的校正系统难以消除此误差，给皮带秤的校正工作造成很大的困 难，导致计量精度难以达到1 的要求。常规的标定方法存在一定的缺陷 ( 2 ) 该系统即使能够达到设计要求，也只是解决了料浆磨制系统的自动化 控制问题，而料浆磨制系统从工艺重要性上讲是为料浆调配系统创造条件的一个 环节。该系统的控制指标来自对入窑料浆的指标要求和判断，而入窑料浆的指标 如何确定这一重要问题该系统并没有涉及，也就是说该系统只是局部自动化控 制如果控制指标无法确定，料浆磨制系统的控制只能是盲目控制。，。 一 入窑料浆的指标是根据熟料的指标波动而补偿性波动的，在某一固定的料浆 指标下，由于受到诸多客观因素的影响，最终的熟料指标并不一定是稳定的，经 常会出现较大的波动已知可以造成熟料指标波动的原因有1 4 1 ： 。 、3 料浆水分的增减变化造成烧成煤耗的变化，从而造成煤灰掺入量的变化， 而煤灰的主要成分是a 1 2 0 3 、s i 0 2 、c a o ，从而影响熟料的指标稳定。， 烧成煤的灰分含量不同，造成煤灰掺入量的不同 煤灰中s 0 2 的含量变化影响熟料的碱比指标。 烧成条件的变化及生料浆取样条件的变化 料浆水分的高低对取样代表性的影响等。 生料浆的指标与熟料的指标之差我们习惯上分别叫做碱比差和钙比差，负责 料浆调配的操作工根据配料差值确定料浆生产控制指标，料浆磨制系统根据配料 工的要求进行料浆磨制的控制。该系统对此并没有纳入控制系统之内，而由此产 生的波动当然也无法控制。 。 ， 一 。 1 ( 3 ) 合格料浆的储存槽k 槽，在生产过程中起着必要的储存、缓冲作用l z 卅 ： 符合要求的生料浆由b 槽转往k 槽时，由于k 槽的料浆存量较大，在扭转料浆 指标波动时，并不能立即使入窑料浆的指标达到要求，往往需要3 4 h 的时间。 而与生料相对应的熟料结果需要2 4 h 才能分析出来，这样就涉及到如何及时预测 k 槽出口的料浆指标如何随时间变化的问题。如果建立起可以比较准确的描述此 变化的数学模型，就可以为料浆控制指标的判断、确定提供有力的保障，大大的 减轻操作工的工作压力。目前在氧化铝行业对此问题的研究尚未见报道 1 0 硕士学位论文 第一章生产现状及分析 1 4 本课题研究的主要内容和意义 1 4 1 本课题研究的主要内容 ( 1 ) 对皮带秤的标定采用数学回归分析标定法和数学推导标定法两种方法 进行研究，尝试皮带秤带有误差正常运行的处理方法 ( 2 ) 对影响配料差值的部分因素进行分析，对造成差值异常波动的原因进 行探讨，制定生产控制方法。 ( 3 ) 对料浆k 槽中的料浆混合过程进行数学模拟分析，找出一般性的规 律。利用此过程分析探讨与实际生产相结合的方法，为配料操作控制提供理论依 据和直观的操作依据，、 。 、， _ 。 。1 4 2 本课题的研究意义 ” 氧化铝料浆的生产过程是一个比较复杂的过程在料浆磨制部分，主要的控 制难点在于入磨物料的准确计量，在实现准确配料控制的同时不影响生产系统的 ， 顺利运转，不降低生产效率，不提高或者适当降低生产成本和岗位员工的劳动强 度。研究电子皮带秤的非常规校正方法，目的在于实现在皮带秤即使有误差的情 况下，也能通过控制微机的主动修正工作正常运行，不影响正常的配料计算和控 制。这样可以大大提高配料控制系统的抗干扰能力，提高在线控制生产的连续性， 稳定料浆生产过程，同时也为设备管理创造条件，实现有目的、有计划的设备检 修维护 在料浆调配部分，主要的工作难点是：配料差值的计算过程如何结合好异常 情况的判断，得出准确的配料差值来指导料浆磨制部分的生产；如何解决好熟料 分析过程和料浆调配过程的相对滞后问题。通过对料浆k 槽内部料浆混合过程的 模拟分析，量化变化过程，使模糊问题明确化，可以在配料操作时超前预测到配 料结果，有助于发现问题和及时纠正发现的问题，稳定配料操作，同时可以克服 经验操作的不稳定性和人为因素的差异，为程序化操作和料浆调配自动化控制程 序的编程提供依据。 。 “ 硕士学位论文 第二章计量设备的在线标定方法 第二章计量设备的在线标定方法 - 配料自动化控制系统是建立在精确计量的基础上的，随时保证各种计量设 备的准确性是保证配料系统正常运行的关键，否则将严重影响正常生产而频 繁对计量设备进行标定势必造成设备的频繁停车和生产中断，打乱生产的连续 性和稳定性，这一矛盾如果得不到妥善解决，皮带秤计量准确性得不到保证， 整个自动化配料系统将最终瘫痪，失去使用价值例 解决这一问题就需要减少对皮带秤常规的停车标定次数，增强配料自动化 控制系统的自我修正功能。对皮带秤计量显示数据按照一定的修正方案进行修 正，将修正准确后的数据引入正常的配料计算程序，从而消除计量误差的影响。 对于因皮带秤设备本身之外的原因引起的计量误差，即使对皮带秤进行多 次标定也难以消除，这就需要对误差进行综合分析，找出一般的规律，在实际 配料计算中进行修正和消除，从而保证配料计算的准确性，进而提高整个控制 系统的抗干扰能力。 2 1 数学推导标定电子皮带秤的方法 。li 2 1 1 数学推导标定方法的思路 ， 在配料过程中，根据各种物料的下料量可以计算出料浆的化学成分和配料 指标。反之，根据已知的实际料浆化学分析结果和配料计算方案就可以反推各 种物料下料量，从而对各种物料的皮带秤进行反向标定。当实际料浆的化学成 分和理论推算的结果有较大的差异而各种原料的化学成分没有发生大的变化 时，就可以判断物料的计量出现了问题，此时就可以根据配料方案反推出各种 物料的实际下料量，与皮带秤显示的下料量相比较，从而达到标定皮带秤的目 的、 。 在进入原料磨的各种物料中，各种物料都存在计量不准确的可能性。这样 就存在多个变量，无法在出现配料差异时判断和计算出到底是哪一种物料的计 ， + 1 2 硕士学位论文第二章计量设备的在线标定方法 量出现了问题，因此必须确定一个不变量才能进行比较计算 。 矿石，石灰、碱粉的计量依靠电子皮带秤计量，电子皮带秤出现计量误差 的几率相对来讲比较高。而根据使用的历史经验和日常标定数据来看，计量碱 液流量的碱液流量计的数据就比较稳定可靠、比较准确，计量精度可以达到5 碱液的化学成分分析频率为每两小时一次，因此碱液的各方面数据可以作 为一个计量比较基准来使用。 r 由于参与配料的原料有6 种( 见表2 - 1 ) ，彼此之间引入的化学成分相互干 扰。例如能引入a 1 2 0 3 成分的就有碱液、生料煤、铝矿石、硅渣浆4 种原料， 即使能确定配料的差异是由a 1 2 0 ，成分的波动引起也难以确定到底是哪一种原 料引起，因此必须对配科计算进行简化，以便于准确的判断和计算。 ， 表2 - 1 配料计算表 实际生产中矿石和生料煤炭是按照一个固定的比例( 例如7 ：1 ) 混合后在 同一条皮带秤上计量的，可以折算成一种物料的化学成分来计算。 硅渣浆的流量是比较固定的，一般为1 0 0 1 0 5 m s h , 化学成分每班测定一次 1 3 硕士学位论文第二章计量设备的在线标定方法 且成分比较固定，可以作为一个不变参数来计算。另外，硅渣浆是在料浆磨制 完成后加入的，在进行电子皮带秤的标定计算时，可以采取在出磨料浆与硅渣 浆混合之前取样分析的方法，将硅渣浆的干扰排除在外。 ，。、 碱粉和碱液的互相干扰也可以采取在不标定碱粉皮带秤时停止碱粉下料的 方法进行简化计算。 ，。! 经过以上的简化工作，表2 1 配料计算表就简化成如表2 屯所示的情况，。 这样就可以很方便的进行反推计算了。 表2 2 简化后的配科计算表 ， 化学成艄，7 干基 各原料 各种原料 a b 0 ，s i 0 2 o ，c a on a z o 2 0下料量咖下料量咖 碱液 8 矿石 5 8 1 4 石灰0 0 0 碱粉 0 各成分质量t3 3 6 7 生科成分 2 9 4 9 碱比0 9 5 9 钙比 2 0 3 2 2 2 74 3 l1 0 04 1 8 46 5 04 2 6 38 7 0 0 “ ， 。 9 8 18 1 41 8 1o 0 01 8 15 2 0 45 3 0 0 2 0 0 0 0 08 5 0 00 0 00 0 01 2 5 0 。1 2 5 0 0 0 00 0 5 7 0 00 0 07 0 07 0 0 6 3 26 0 71 1 9 9 2 1 8 37 9 7 2 。 4 5 5 45 3 21 0 5 01 9 1 2。 、 铝硅比5 3 3 ，下料千重量t h 下料总重量t h 水分4 1 0 3 。 、 1 1 4 1 7 、1 9 4 3 0 生料碱比：n r _ 面i i l 再5 丽x 丙i i i 荔 6 4n 曩 o ” 生料钙比：c s - 1 0 7 l 器 其中n a aa 1 2 0 3 、f e ：o s 、c a o 、s i 仉为氧化铝料浆干料中各化学成分的重量 百分比 2 1 2 各种原料计量设备的标定方法 2 1 2 1 所标定流程总下料量( 千基) 的反推计算和流量计的标定 1 4 硕士学位论文第二章计量设备的在线标定方法 料浆水分= 差爰筹糕x 1 0 0 x 全流程5 台磨总的料浆水分( 或每 1 台原料磨的料浆水分) =丽警渊拦麓筹粉糯x100x 1 0 0 4 -( 碱液流量碱液每立方容重) +各种干料的重量 其中：碱液引入的水分= 碱液流量碱液每立方容重碱液水分+ 1 0 0 各种物料引入的水分= 各种物料下料量各种物料水的百分含量 在全流程一定的碱液流量和体积产量的情况下，根据料浆的水分分析数据， 就可以判断出总的干料下料量；对一台磨机而言，可以计算出这台磨机的台时 产量和其他干料的下料总量 虽然流量计的计量一般比较准确不需要标定，但在确实需要标定时，如果 已知料浆产量和各种原料的含水量，也可以计算出碱液的下料流量，从而标定 碱液流量计计量是否准确。一种方法是：通过槽上岗位测量料浆槽的料位来计 算一定时间内的料浆产量，然后根据单位时间内的料浆产量和料浆、碱液分析 结果，利用料浆水分计算公式来计算出实际的碱液流量；另一种方法就是在各 种原料的皮带秤经过标定后比较准确的情况下，根据总的干料下料量j 碱液分 析结果、料浆的水分、容重分析结果推算出碱液的实际流量 2 1 2 2 铝矿石皮带秤的标定 一在实际料浆的碱比与理论计算值差距较大时，根据碱比指标计算公式： 生料碱比：n r - 否菊再1 6 百4 5 石xn 丙a 2 历0 云i 可以判断是碱粉皮带秤或矿石皮带秤的计量有问题。如果不能确定两者到 底是哪一个出现问题，可以停止碱粉皮带秤下料，只有矿石、碱液，石灰三种 物料来生产，为准确测定提供条件。此时，引入n a ：0 的物料只有碱液一种。而 a 1 2 0 3 、f c 2 0 3 的量根据配料计算表2 - 2 可以表达为铝矿石重量的函数，即： 。 料浆中a 1 2 0 3 总量= 矿石重量x - d 2 0 3 的百分含量+ 碱液引入a 1 2 0 3 的量 料浆中f 乜0 3 总量= 矿石重量x f e 2 0 3 的百分含量碱液引入的f e 2 0 3 的量 这样该公式就简化为只有一个矿石重量未知量的计算曲此可以通过碱比计算 硕士学位论文第二章计量设备的在线标定方法 公式计算出铝矿石的下料量，从而比较判断铝矿石皮带秤的计量是否准确，如 果有误差可以进行标定修正 2 1 2 3 碱粉皮带秤的标定 当铝矿石皮带秤的计量经计算判断准确无问题或者已经通过误差修正程序 消除误差时，开启碱粉皮带秤，同样重新进行一次料浆的取样分析如果料浆 碱比仍然与理论计算有较大差距，就可以判断碱粉皮带秤有计量误差，同样可 以料浆分析结果计算出碱粉实际的下料量，据此进行皮带秤的标定或修正工作 2 1 2 4 石灰皮带秤的标定 根据钙比计算公式 生料钙比：c s - 1 0 7 1 罴， 同样也可以进行石灰皮带秤的计量准确性判断。但与利用碱比计算公式判断各 种皮带秤计量准确性不同的是：石灰和铝矿石同时引入了s i 0 2 ，而且铝矿石引 入的$ i 0 2 的重量比较大，不能简化忽略，因此必须保证铝矿石的计量准确才能 判断出石灰计量的准确与否4 。 由以上的标定计算模式可以看出，无论是皮带秤还是碱液流量计，只要找 到一种准确的测量依据，就可以根据配料计算公式来推算其他计量设备的准确 与否以上的计算方法都可以设计成简单的程序在线运行，随时根据料浆结果 进行皮带秤和碱液流量计的模拟标定工作，可以在短时间内对整个配料系统的 计量情况进行全面的分析判断网。， 由于各种皮带秤的计量准确与否可以通过依据料浆的常规分析结果来判 断，判断过程又只是一个计算过程，在编制好程序利用微机计算的情况下相当 方便。这样我们就可以根据料浆的实际分析结果，十分方便的判断各种原料皮 带秤的计量准确性，为皮带秤的故障诊断提供了一个简单的判断方法。即使已 知电子皮带秤存在计量误差也可以不进行标定，只在配料理论计算时，将皮带 秤的称量显示数据进行修正后进行配料计算而不影响正产的生产过程，做到皮 带秤带有误差正常运行。这样也为有计划的检修和标定皮带秤提供了条件，可 以利用生产不是很紧张的时机安排电子皮带秤的实物标定工作。 1 6 硕士学位论文 第二章计量设备的在线标定方法 2 1 3 皮带秤标定实例 以下利用配料计算表2 - 2 进行铝矿石、碱粉、石灰皮带秤的标定计算 由表2 _ 2 为5 # 磨机的显示下料量、各种原料实测化学成分和理论配料计 算结果理论计算的料浆碱比、钙比分别为0 9 5 9 和2 0 3 2 ，而实际生产料浆 分析结果的碱比、钙比分别为1 1 4 0 和2 4 3 0 ，明显存在较大的差距 依据流量计的实际数据判断，可能为铝矿石皮带秤的显示值高于实际值、 石灰石皮带秤显示值低于实际值，以下分别利用皮带秤数学标定方法对皮带秤 进行理论校正推算。 2 1 3 1 铝矿石皮带秤标定计算 为了摔除碱粉皮带秤的干扰，停止碱粉下料，。其他物料不变则配料计算 表简化为如表2 - 3 所示3 种物料的配料计算。， 表2 _ 3 无藏糖加 的配料计算表 表2 - 3 显示碱粉皮带秤停止下料后理论控制的碱比、钙比指标分别为0 7 8 4 和2 0 3 2 ，而对原料磨出磨的料浆再次进行化学分析，料浆碱比、钙比指标分 别为1 0 1 2 和2 4 3 1 ，可以看出皮带秤的计量确实存在严重的误差。 1 7 硕士学位论文 第二章计量设备的在线标定方法 ( 1 ) 单位料浆中： n a 2 0 的重量= 碱液流量l m 3 碱液中n a 2 0 的含量 = 碱液流量碱液容重( 1 0 0 一料浆水分) 1 0 0 x n a 2 0 的百分含量 - - - - - 8 7 1 4 x ( 1 0 0 - 6 5 ) 1 0 0 x 4 1 8 4 1 0 0 = 1 7 8 3 6 ( t ) 同理，料浆中： a 1 2 0 3 的重量= 铝矿石下料量x ( 1 0 0 一矿石水份) 1 0 0 x 铝矿石中2 0 3 的百分含量+ 碱液中a 1 2 0 ，的百分含量 已知矿石水分为1 8 1 ，则：。 a 1 2 0 ，的重量= 铝矿石下料量x 0 9 8 2 x 5 8 1 4 1 0 0 + 8 7 x 1 4 x ( 1 0 0 - 6 5 ) l o o x 8 0 1 0 0 ， = 0 5 7 0 9x 铝矿石下料2 + 3 4 1 ( t ) 料浆中： f e 2 哂的重量= 铝矿石下料量铝矿石中的f 免岛百分含量+ 碱液中的 。+ f e 2 0 3 百分含量 。 = 铝矿石下料量x 8 1 4 1 0 0 + 8 7 x1 4 x ( 1 0 0 - 6 5 ) 1 0 0 x 一4 3 1 1 0 0 *-一 = o 0 8 1 4 铝矿石下料量+ 1 8 4 ( t ) 根据碱比计算公式： 1 6 4 5 n a ，o n i t = a i 。2 。0 。3 。+ 。0 。6 。3 。7 。5 。j x 2 。f 。e 2 0 。一3 设铝矿石下料量为x ，则碱比计算公式可转化为： 1 0 1 2 ： ! ：丝! 兰! ! ：塑鱼：! 竺：! 竺 ( o 5 7 0 9 x + 3 4 1 ) + 0 6 3 7 5 ( 0 0 8 1 4 x + 1 8 4 ) 0 6 2 3 x + 4 5 8 4 解得x = 3 9 1 9 ( t ) ， 据此可以将铝矿石的下料显示量修正为3 9 i g t ( 扣除水分1 8 1 后的干料量为 3 8 4 8 t ) 。 2 1 3 2 石灰皮带秤的标定计算 根据实际推导出的铝矿石下料量可以进一步推断石灰皮带秤的准确性。已 1 8 堡圭堂堡堡苎笙三童 堡苎堡鱼盟垄垡堡室查鲨 知其他各种原料中引入的c a o 的量，根据生料钙比计算公式： c s ：1 0 7 1 塑 s i 0 2 设石灰石下料量为y ，则： c s ：1 0 7 1 y x 0 8 5 + 3 8 4 8 x 0 0 1 8 1 + 8 7 x 1 4 x ( 1 0 0 - 6 5 ) 1 0 0 x 1 1 0 0 一 y x o 0 2 + 3 8 4 8 x 0 0 9 8 1 + 8 7 x 1 4 x ( 1 0 0 - 6 5 ) 1 0 0 x 2 2 7 1 0 0 l l p ：2 4 3 1 ；l 0 7 l 0 8 5 y + 1 1 2 3 4 0 0 2 y + 4 7 4 2 解得： y = 1 1 9 8 ( t ) 2 1 3 - 3 碱粉皮带秤的标定计算 开启碱粉皮带秤，按一定的下料量下料，把校正修改后的铝矿石和石灰的 数据应用于表2 2 中，但碱粉的下料数据设定为零，进行配料计算，得出新的 配料计算表。然后根据实际料浆的碱比进行配料计算计算，就可以计算出碱粉 的实际下料量。 表2 - 4 有碱糖加入的舅料计算表 化学成舢干基 显示各种原料 a l _ 嘎s i 0 2f e 2 0 3c a on a 2 0 凰1 0 下料量伽下料量蚀 碱液 8 0 02 - 2 74 3 1 1 0 04 1 8 46 5 0 4 2 6 38 7 0 0 矿石 石灰 碱粉 5 8 1 49 8 18 1 41 8 10 0 0 1 8 1 0 0 02 0 00 0 0 8 5 0 00 0 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 00 0 05 7 0 0 0 0 0 各成分质量t2 5 7 84 9 84 9 7 1 1 3 11 7 8 3 67 9 5 8 生料成分2 7 7 05 3 55 3 41 2 1 41 9 1 6 碱比 1 0 1 6 铝硅比5 1 8 3 8 4 8 1 1 9 8 o 0 0 3 9 1 9 1 1 9 8 o 一 下料下料 干重量t m 总重量恤 钙比2 4 3 0 水分4 6 o l9 3 0 91 7 2 9 7 已知实际生产料浆化验分析的碱比、钙比数据为1 1 4 和2 4 3 0 ，利用碱比 硕士学位论文第二章计量设备的在线标定方法 计算公式来计算： n r ：l 躺型塑a 堂1 2 0 坠3 + 0 坠6 3 7 塑5 。f 业e 2 0 塑3 坚 根据以上的计算出的已知数据：碱液引入的n a 2 0 为1 7 8 3 6 t ，碱液和铝矿石引 入的a 1 2 0 3 为2 5 7 8 t ，引入的f e 2 0 3 为4 9 7 t ，设碱粉的实际下料量为z ，碱粉 中n a 2 0 含量为5 7 0 0 ，代入以上数据得； _ 1 1 4 0 = 1 “5 面1 7 丽8 3 6 丽+ z 而x 0 5 7 2 5 7 8 + o 6 3 7 5 4 9 7 解得； z - - - - 3 9 0 ( ” 说明碱粉皮带秤的显示值虚高。 2 1 3 4 各皮带秤运行情况分析4 “ ，经过以上的标定计算，铝矿石、石灰j 碱粉三种原料的皮带秤都得到了实 际的下料量，由此可以来比较分析皮带秤的实际运行情况。 ，表2 - 5 各皮带秤星示值和理论推算标定值的比较 由上表可以看出，原有皮带秤的显示数据与实际数据存在的误差是很大的， 实际料浆指标与理论控制指标有很大的差距，如果不进行标定修正，根本无法 进行正常的生产控制，进行皮带秤的标定工作非常重要。 2 1 3 5 皮带秤标定数据的配料计算检验 2 0 硕士学位论文第二章计量设备的在线标定方法 把标定后的皮带秤实际下料数据引入配料计算表，看计算出的指标是否与 实际料浆相同，由此检验整个标定计算步骤是否有错误和误差 表2 吒引入标定后数据的配料计算表 由上表可以看出，理论计算的碱比、钙比指标分别为1 1 4 3 、2 4 2 9 ，和已 知实际生产料浆化验分析的碱比、钙比数据1 1 4 和2 4 3 0 基本没有差距，说明 标定过程没有计算错误，此标定方法是准确可行的 2 2 皮带秤数学回归标定的方法 2 2 1 常规皮带秤标定方法的局限性 t 、 当生产中觉察到皮带秤存在计量误差时，都要组织皮带秤的标定。皮带秤 显示数据值与真实数据值的关系可以表示为：真实值；零点误差+ k x 显示值 ( 其中k 为调整系数) 。常规的皮带称标定方法是【，j ：、首先在保持皮带秤无 料空转，经过一段时间的运转，记录显示累积的重量，折算为每小时累计重量 然后将此重量作为零点误差消除，反复测定数次取平均值，以求标定准确 、 皮带带负荷运转，保持皮带上物料不变、皮带转速不变，将皮带秤输送的物科 2 1 硕士学位论文第二章计量设备的在线标定方法 收集起来称重，根据标定时间将所称重量转化为小时下料量，据此来修正调整