0 引言

冶金行业中无论是钢铁行业还是有色金属行业，几乎都要与固体物料打交道，物料有的是原料，如矿石、煤、熔剂等;有的是半成品，如氧化铝、烟尘(如氧化锌)、焙砂等;有的是成品，如焦炭、选矿厂的精矿等。这些物料在生产过程中都需要进行瞬时流量和累积流量的检测，以便用于过程监控和计量。因此，冶金行业是国内皮带秤最早的一批用户，历来也是皮带秤的应用大户和重点行业。

皮带秤不同于一般的仪器仪表，它是在皮带输送机输送物料的过程中进行动态测量，因此使用效果不仅仅取决于皮带秤本身的质量，还取决于皮带输送机的状况以及维护校验的条件和制度。在冶金行业使用的多数皮带秤达不到使用要求，运行状况不能令人满意，特别是一些用于进出厂原料、成品计量和厂际间物料交接计量的要求高准确度计量的皮带秤，往往因准确度过低令领导和维护人员一筹莫展。基于此，笔者在分析了冶金行业皮带秤应用的特点和难点后，对国产皮带秤应用技术的新发展、高准确度计量皮带秤应用难点和可以采取的应对措施进行研究和探讨。

1 冶金行业皮带秤应用的特点
冶金行业皮带秤应用的特点在于应用数量大、物料种类多且性能差别大、物料瞬时流量覆盖范围大等。

(1)应用数量大。国内每一个大中型钢铁厂皮带秤的应用数量都在数百台，而大中型有色金属企业皮带秤的应用数量稍少，大致在数十台至数百台之间，因此维护量非常大，维护人员往往顾此失彼，很难使每台皮带秤都保持在最佳状态。

(2)物料种类多且性能差别大
冶金行业固体物料的品种繁多，像矿石、精矿、石灰石、石英石、砂石、黏土、焦炭、煤、焙砂、烟尘、返料、水泥、氧化铝、铝粉、锌粉等等，其性能差别非常大。粒度有的很大，如原矿的块度可能达到数十厘米，单块质量数十千克，而烟尘、煤粉的粒度多数在－200 目左右;含水量有的达到百分之十几，如选矿厂产出的精矿，有的含水量低于0． 3% ，如焙砂、烟尘、煤粉，属倾泻性物料，容易产生粉尘;有的物料密度很大，如一些金属的矿石和精矿堆密度达到 3 ～4 kg/cm 3 ，有的非常轻，如焦炭堆密度仅为 0． 4 ～0． 5 kg/cm 3 ;大部分物料为常温，但有的物料温度可超过 100 ℃，如未完全冷却的烧结块或焦炭。不同种类不同性能的物料，在称量过程中遇到的难点不一样，需要用不同的办法解决。

(3)物料瞬时流量覆盖范围大
虽然大多数物料的瞬时流量测量范围在每小时数吨、数十吨、数百吨的范围内，但是也有每小时数千吨的超大流量和每小时数十千克的超小流量的应用，如临海港口的钢铁厂卸矿码头有每小时数千吨的超大流量，在有色金属工厂湿法净液车间的锌粉添加有每小时数十千克的超小流量。对不同的瞬时流量测量范围，更须采取不同的解决办法。的瞬时流量测量范围，更须采取不同的解决办法。

2 冶金行业皮带秤应用的难点

冶金行业皮带秤应用的难点在于皮带输送机的条件和运行状况差、缺少校验设施、故障查找困难、信息闭塞人才匮乏、运行准确度低等。

(1)皮带输送机的条件和运行状况差
皮带秤，特别是高准确度皮带秤，一般对皮带输送机的条件和运行状况要求比较高，如要求皮带输送机平直、长度不要过长或过短、皮带倾角不要太大、托辊槽形角不要太大、皮带柔性好、输送机不带卸料小车或卸料犁、皮带运行不要跑偏、托辊对称性好和润滑良好等等。而在冶金行业，工厂里实际运行的皮带输送机大都达不到上述要求，因为这里设备的设计、选型、维护只要满足能输送物料要求即可，根本不会考虑皮带秤的运行要求。所以在很多冶金工厂，一些主要用于计量的皮带秤往往安装在以下条件下:有凹弧断面曲线(甚至有两段凹弧断面曲线)的皮带输送机上;带卸料小车的皮带输送机上;长度达数千米的皮带输送机上;皮带严重跑偏的皮带输送机上;皮带破损严重的皮带输送机上;托辊未定期润滑不能转动的皮带输送机上等等。皮带秤在上述条件下运行，明显先天不足。

(2)缺少校验设施。皮带秤的运行离不开校

验设施，特别是准确度要求较高的皮带秤，如果生产现场事先未作考虑，如未设置校验料仓、卸料犁、卸料溜槽等，将给物料校验带来很大困难，而在冶金行业的生产现场，很难见到这一类的校验设施。缺少校验设施使生产现场物料校验费时费力，最终会造成物料校验间隔时间过长甚至长期不能进行物料校验的情况。

(3)故障查找困难

皮带秤是一种动态计量设备，故障率高，日常维护工作量大，管理好皮带秤对维护人员的素质要求高，而且还需要经过多年实践积累一定的经验才可能从事皮带秤故障查找等相关的维护工作。

(4)信息闭塞人才匮乏
长期在生产一线的员工，能得到参加技术培训、技术交流的机会非常少，对皮带秤的新产品和各种新技术了解较少，收集这些信息的渠道不畅通，信息闭塞。在生产现场，维护皮带秤的员工大多数还要同时维护其他仪器仪表，因此对皮带秤结构、安装、维护、校验有深入了解的人不多，处理故障的经验较少，熟悉皮带秤应用技术的人才匮乏，难以维持皮带秤的正常运行，特别是对维护高准确度皮带秤的正常运行会感到力不从心。

(5)运行准确度低
上述难点的存在，导致皮带秤运行准确度低。笔者曾赴多个冶金工厂考察，有个企业曾一次列出多个皮带秤应用现场，要求在投运 3 个月后验收时能达到 1． 0% 的准确度。这说明，在此前现场运行的所有皮带秤几乎都达不到这一看起来不算太高的指标。
 

3 国产皮带秤应用技术的新发展

针对前述特点和难点，国内皮带秤厂商研发、应用了很多新技术和设备，如称重传感器信号分路输出、新型秤架、“多计功能”累计器、克服皮带张力影响的累计器、远程专家系统、叠加式校验法、外包服务等。

3． 1 称重传感器信号分路输出

在多称重传感器的称量产品中，传统传感器信号输出以并联方式传送到称重控制器，而江苏某有限公司则以现场数字转换器取代原有称重传感器接线盒。在现场数字转换器中，每一路称重传感器信号独立转换为数字信号，然后将每路数字信号各自单独传送到称重控制器。称重控制器接收到的信号不再是多个传感器信号的综合，而是各自独立的，从而可诊断出每一个称重传感器是否有故障(见图 1) ［1］ 。分路输出的优点是可对称重传感器进行故障自

诊断，提供“多计”累计器功能。
 

3． 2 新型秤架

虽然众多的国内皮带秤生产厂商仍沿用隶属于某儿科技集团(Thermo Fisher Scien-tific)美国某公司各种类型的秤架，但近十几年来，单个直接承重式秤架或组合式直接承重式秤架取代了各类杠杆式秤架，这已成为国内秤架发展的趋势 ［2］ 。特别是一些实力较强、具有创新精神的国内皮带秤主流厂家与用户结合，近年来推出了较多的新产品，如各类直接承重式秤架、同一皮带输送机多台秤架的产品。为解决皮带秤计量准确度低、长期稳定性差的难题，南京某有限公司开发了阵列式皮带秤。阵列式皮带秤是多组秤架排成一排，构成一个“阵列”。该公司以 1 只称重传感器支撑 2 组称重托辊作为 1 个称重单元，8个称重单元组合而成的阵列式秤架就有 16 组称重托辊。在皮带秤的物料试验装置上计算与比较各称重单元的检测值，采用数学模型修正皮带

张力对称重结果的影响。试验结果证实:该秤架可减少 90% 以上皮带张力的影响;实物检定误差可以长期达到 0． 25% ;可降低皮带秤安装要求，减小托辊黏料对测量结果的影响 ［3］ 

铜陵市某公司的“电子皮带秤计量、校验集成系统”，采用了精心安装的 2 台多托辊悬浮式秤架，并开发了“物料棒码叠加法”，可以在皮带输送机正常输送物料的情况下，采用类似砝码校验的方法校验皮带秤，几套试验项目的检定误差优于 0． 3% ［4］ 。江苏某有限公司在南京西坝煤码头输煤系统安装的称重系统有 2 台多托辊全悬浮式秤架，带物料叠加自校准装置，准确度高，有自诊断功能。

3． 3 “多计功能”累计器

江苏某有限公司将其专利“三计技术”应用于悬浮式电子皮带秤，悬浮式秤架由4 个称重传感器支撑，每个称重传感器信号进入现场数字转换器后以独立信号方式转换，然后将数据送到三计皮带秤累计器里组合成 3 台秤，即1 台 4 个传感器组合的秤和 2 台 2 个传感器组合的秤，再综合速度传感器的信号，经过累计运算得到 3 组累计量(1 组主累计量和 2 组辅累计量)及 3 组瞬时流量。在该公司的“标准物料与正常输送物料叠加法”的校验系统里，2 组皮带秤秤架和 1 组料斗秤可用三计皮带秤累计器分别完成皮带秤、料斗秤控制器的功能及合作完成标准物料与正常输送物料叠加法校验的功能［5］ 。

3． 4 克服皮带张力影响的累计器

前面已经介绍南京某有限公司开发的“阵列式皮带秤”，它可以通过数学模型修正皮带张力对称重结果的影响。江苏赛摩电气股份有限公司推出的高精度维稳皮带秤技术，是在输送机不同位置安装多组皮带秤秤架，每一组秤架所承受的张力不同，以首尾 2 组秤架 A、N为例，因为这 2 组皮带秤秤架中皮带软硬度不同、皮带张力不同，所以导致相同质量的物料通过这 2 组秤架时，累加器检测到的物料质量不同，A 组秤架受力大于 N 组秤架受力，其差值称为位置差。进一步的研究发现，A 组秤架与 N 组秤架位置差的大小反映了 2 组秤架上的皮带参数的不一致，如皮带的软硬度不一致、皮带的张力不一致等等，这些参数的不一致是影响皮带秤长期稳定性的主要因素。因此，累加器利用位置差与皮带性能参数的相关联特性，间接检测皮带的软硬度、皮带的张力对称量过程的影响，并有针对性地进行自动补偿，以实现皮带秤对皮带特性参数的自检测、自适应和自调整，从而保证皮带秤的准确度和长期稳定性［6］ 。

 

3． 5 远程专家系统

南京某有限公司在推广阵列式皮带秤的过程中发现，由于用户对皮带秤不熟悉、维护人员不够专业，因此每当厂家技术人员离开现场后，一些应用中的小问题往往导致皮带秤使用准确度降低甚至不能正常运行，这些问题只靠厂家派人去现场解决，这种方式不是长久之计。为了解决用户的困难，该公司推出了“皮带秤远程专家系统”，首先在用户的阵列式皮带秤上加装带 GPＲS 通信的 ＲTU(远程终端单元)，然后通过该 ＲTU 连接公司总部的服务器，从而使公司总部的技术人员或外地出差的安装调试人员通过电脑能读取用户皮带秤的实时数据和历史数据，将生产现场的皮带秤始终纳入专家系统监控之下，为专家系统提供分析数据，从而指导用户操作和排除故障。

3． 6 叠加式校验法

国内皮带秤生产厂家一直在通过试验寻找能真正替代物料试验的校验方法，安徽某公司推出“物料棒码叠加法”，其前提是由厂家提供 2 台性能稳定的皮带秤秤架 1、秤架 2，并按准直性校准要求装好皮带秤秤架，以保证安装好的 2 台秤架性能一致。在秤架完成调零之后开始输送一定数量的物料，要求 2 台秤架同一段时间累计值的显示差值调整在要求的范围内(如差值小于 0． 1% )

当皮带机正常输送物料时，可在秤架 1 上加挂棒状砝码，开始物料棒码叠加法试验;一段时间(试验时间稍短时，应为皮带运行整数圈)后试验结束，记下 2 台秤架累计器的累计值并计算其差值;然后按砝码校验方法的公式计算调整系数K，2 台秤架均按该系数进行调整，试验过程结束。现场运行数据表明，经过物料棒码叠加法试验并作出调整的皮带秤，可以在现场用物料试验进行验证，通常可达到 0． 25% 的精度，从而初步证实物料棒码叠加法可以在生产现场取代物料试验 ［4］ 。

物料棒码叠加法可以在正常物料输送时完成皮带秤的校验工作，它不再需要单独的物料试验，因此受到用户的普遍关注。该公司还提供了一种价格较低的方案，由 2 组单托辊直接承重式秤架外加临近秤架的 2 组专用托辊，组成带物料棒码叠加法校验系统的工艺计量秤，以满足计量准确度在 0． 5% ～ 1． 0% 用户。物料棒码叠加法的特点是:2 组单托辊直接承重式秤架合而为一的计量方式优于传统的双托辊秤;双秤称量数据实时比对，超差可报警输出;支持用物料棒码

叠加法替代实物进行在线校验。江苏某有限公司的“标准物料与正常输送物料叠加法”可对皮带秤实施在线自校准，所谓“标准物料”，就是从被输送物料中取出的部分物料，称重检测其质量值，在自校准时将此部分物料加入;所谓“叠加”，是将“标准物料”加到正常输送物料之中。具体操作步骤如下:秤架调零;在物料正常输送过程中，采用标准物料叠加到正常输送物料之上;在累计器得到加入标准物料这段时间 2 台秤架的累计值;计算其差值;该差值应等于或非常接近“标准物料”的质量值;如果差值超过规定值，则按物料试验的修正公式修改皮带秤的满值系数，至此完成在线自校准 ［5］ 。

3． 7 外包服务

近年来，国内皮带秤生产厂家推出了一项新颖的为用户服务的项目:外包服务。当用户使用的皮带秤数量较大时，皮带秤的维护，特别是高准确度皮带秤的维护就成了用户很大的负担，而像南京某有限公司等技术实力强的公司，在推出“远程专家系统”的基础上，还为用户提供了包括通过互联网对用户的皮带秤进行监控与现场服务相结合的外包服务。当皮带秤出现故障时，可根据现场实际运行数据远程进行分析，找出故障原因，提出解决方案，必要时再派人员进行现场服务 ［7］ 。
 

4 高准确度计量皮带秤应用难点和应对措施

针对冶金行业皮带秤应用的难点，国内皮带秤生产厂家推出了如第 3 节所述的多项应用技术， 列出了针对高准确度计量皮带秤的应用难点和可以采取的应对措施。当现场运行人员在皮带秤应用碰到难点时，比如当“皮带输送机运行状况差”时，可考虑采用新型秤架，特别是由 16 组称量托辊组成的阵列式皮带秤，克服皮带张力影响的累计器可以应对皮带输送机运行状况差所造成的皮带张力变化大的不利称重条件;当“缺少校验设施”时，可考虑采用叠加式校验法，因此也可采用新型秤架中的双秤架和“多计功能”累计器;当“故障查找困难”时，可考虑采用称重传感器信号分路输出、新型秤架、“多计功能”累计器和远程专家系统，这

样可实现称重传感器故障诊断、皮带秤整机诊断和借助制造厂专业技术人员智慧的远程专家系统进行诊断，还可以委托制造厂进行外包服务;当“信息闭塞人才匮乏”时，可考虑采用称重传感器信号分路输出、“多计功能”累计器、远程专家系统和外包服务，这样可实现称重传感器故障诊断、皮带秤整机诊断、借助制造厂专业技术人员智慧的远程专家系统进行诊断和外包服务;当运行准确度低”时，则表 1 中所列的全部措施都可以采取，以综合提高皮带秤的运行准确度。

 

5 结束语

冶金行业使用的多数皮带秤的运行状况不能令人满意，特别是一些要求高准确度计量的皮带秤，用户对照本文列出的皮带秤应用难点和国产皮带秤应用的最新技术，可以对症下药找出提高冶金行业高准确度皮带秤的方法

 

 

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