1 引言

某公司分公司于 2005 年底建成投产，属“国际一流、国内领先”的铅、锌金属冶炼企业，年产主产品电铅、电锌 20 多万吨。其中锌冶炼系统的工艺流程是将硫化锌精矿通过沸腾炉焙烧脱硫后变成碚砂，利用稀硫酸将碚砂中的锌浸出进入溶液，溶液经过处理后变为中浸上清液，中浸上清液经过净化工艺除去铜、镉、钴、镍、锗等有害的杂质元素后成为新液，合格的新液经过电解后得到最终产品锌片。在净化工艺过程中是靠向中浸上清液加入锌粉，利用锌元素的化学特性置换出溶液中的其它元素，达到除去有害的杂质元素目的，加入锌粉的量根据理论公式计算和经验修正得到，然后靠定量给料机进行计量控制。锌粉加少了达不到除去有害杂质元素的期望值，得不到合格的新液；锌粉加多了造成浪费。因此，定量给料机的计量准确性非常重要。

2 DEL 型定量给料机的工作原理

2.1 系统构成

DEL 型定量给料机的秤体采用 2 个十字簧片做支点、一个悬臂梁式称重传感器和带平衡重的单杆式承载器结构；托辊间距 200mm （槽型角为零的单个平托辊）；测速采用接近开关和变频电机上安装的齿轮盘配合做测速传感器；仪表采用德国 SCHENCK PLUS 仪表；动力部分采用变频电机和西门子 420 变频器作驱动。

2.2 称重控制原理

锌粉的重量通过皮带传递到称重托辊，再由杠杆机构传递给称重传感器。皮带的速度由接近开关发出脉冲电压频率确定，每当接近开关与变频电机上安装的齿轮的齿顶接触一次就发出一个脉冲电压，脉冲电压频率越高代表皮带速度越高。称重传感器的毫伏信号和接近开关的脉冲电压信号经 SCHENCK PLUS 仪表处理和积分运算得出皮带上锌粉的瞬时流量和累积量。

2.3 控制原理

需要定量输送的锌粉装在料仓里，料仓的底部为圆锥体，在圆锥体的锌粉输送方向上有一个开口，料仓里的锌粉直接压在定量给料机的输送皮带上，皮带运行时直接将锌粉从开口处带出，也就是说一般情况下皮带的单位长度载荷是恒定的。定量给料机运行时仪表将实际的瞬时流量与设定量进行比较得出偏差值，根据此偏差值得出控制输出值应有的变化值控制变频调速器，再由变频调速器控制电机转速来改变皮带的速度，从而使实际流量趋近于设定值，实现定量给料的目的。

3 DEL 型定量给料机的缺陷

3.1 称量段问题

定量给料机称量段只有 0.2m，称量段太短导致计量精度受皮带张力影响太大。按厂家对电子皮带秤的计量误差定义：称量段长度 4.8m 的计量误差为 0.5%；称量段长 度 2.4m 的计量 误差为1%，有些厂家自称误差 0.25%的，其称量段长度大于 10m，由此推论定量给料机的线性误差大于10%，我们分别用 20kg/m 和 10kg/m 的链码验证的结果是线性误差大于 5%。

3.2 锌粉泼洒的问题

由于锌粉粒度小 （大于 100 目），流动性好，当向料仓里加锌粉时，会有大量锌粉从出口处喷洒；在皮带运行过程中又会有锌粉泼洒粘接托辊、平衡重、十字簧片、称重传感器；现场有蒸汽导致锌粉粘接皮带，这些因素会使皮重发生变化。锌粉粘接托辊导致受力点变化和使托辊转动不灵活或不转动；粘接称重传感器导致称重传感器不能自由形变，皮带跑偏、纠偏及温度变化导致皮带张力改变等都会带来计量误差。

3.3 近 3 年的检定情况

净化工序共计使用 7 台定量给料机，每年检定一次，期间对使用量大的至少每月校准一次或工序人员反映误差大时就进行校准。2012 年的检定情况是：零点误差在 -29.9%～79.1%之间、称量误差在 -12.1%～18.5%之间；2013 年的检定情况是：零点误差在 -3.6%～28.8%之间、称量误差在-20.1%～12.5%之间；2014 年的检定情况是：零点误差在 -65.8%～34.7%之间、称量误差在 -24.2%～18.7%之间。这样大的误差远远超过了工艺控制的允许范围，给工艺控制和生产成本带来了严重的影响。

4 不利影响

4.1 对工艺控制的影响

锌粉投多了是浪费，投少了影响工艺控制质量；使工艺技术人员无法对工艺参数进行精确控制，对理论和经验易造成误判，无法从经验上升到理论高度。

4.2 对生产成本的影响

由于定量给料机误差太大，工艺技术人员只有靠多投锌粉来规避风险，避免生产出不合格的新液造成返工。净化工序每年消耗锌粉在 4000t 以上，保守估计至少多投了 10%的锌粉，即每年浪费了至少 400t 锌粉，价值 600 万元以上。

4.3 对生产环境的影响

由于锌粉产生喷洒和泼洒，污染了生产环境，给清洁文明生产带来了很大的不利影响，给岗位操作人员带来了极大的麻烦。

5 改进思路

针对定量给料机存在的问题，多年来我们一直在思考改进的办法，一是在现有的基础上进行技术改造，例如使用带裙边的皮带 （消除挡料板带来的问题和避免锌粉泼洒）、在出料口增加缓冲装置 （避免锌粉喷洒），但都觉得是治标不治本；二是寻找替代定量给料机的新型测量设备。经过不懈的努力，最终找到了合适的测量设备———失重秤，于是购置安装了 2 台失重秤。

6 失重秤的工作原理

6.1 系统构成

失重秤由储料仓、投料螺旋 （给计量斗加料，一般使用气动阀直接加料）、计量斗 （由 3 个称重传感器支撑）、变频电机、排料螺旋和控制仪表等组成。

6.2 称重控制原理

仪表根据设定的流量，通过变频器控制变频电机的转速继而控制排料螺旋的转速来达到控制锌粉流量的目的。定量给料机的仪表是通过积分运算来控制锌粉的流量，而失重秤的仪表是通过微分运算来控制锌粉的流量，即失重秤的仪表是根据计量斗里锌粉重量的减少率 （单位时间减少的重量） 来调整螺旋的转速，从而使实际流量趋近于设定值，实现定量给料的目的。当计量斗的锌粉量低于某一量 （我们设定为 50kg） 时，仪表启动投料螺旋给计量斗加入锌粉；当高于某一量（我们设定为 200kg） 时，仪表停止投料螺旋，这样周而复始循环，保证计量斗里锌粉的重量在50kg～200kg 之间。在投料期间，失重秤处于容积模式运行，即给料螺旋处于匀速转动，其转速是仪表根据进入容积模式之前的某段时间内螺旋转速的变化量而计算得到的平均转速。

7 失重秤的优越性

7.1 理念的先进性

锌粉靠螺旋输送，在输送计量过程中锌粉始终处于密闭状态，所以不会有锌粉泼洒和喷洒而污染环境和给计量精度产生不利影响的情况；失重秤在计量控制中无需测量螺旋的转速，计量斗的皮重变化不会影响计量精度；在称重模式时，失重秤相当于静态秤，即影响失重秤计量精度的因素不多，所以失重秤计量精度远高于定量给料机。

7.2 计量误差小

据相关资料报道，失重秤的计量误差低于0.5%。我们的失重秤 （厂家上海大和，共计 2 台，流量 100kg/h～1000kg/h） 的技术资料给出的计量误差低于 1%。我们的检定情况是：

（1） 动态误差

失重秤正常运行时，仪表的瞬时流量一般在设定量的±10kg/h 之间变化。启动仪表的自检功能，重复 3 次设定流量为100kg/h 的自检，仪表自行算出每 10 分钟的累积量误差低于 0.5%；重复 3 次设定流量为 400kg/h 的自检，仪表自行算出每 10 分钟的累积量误差低于0.2%。使用常规校准方法，当给定流量 100kg/h 时，一段时间内，仪表累积量为 126.5kg，控制衡器（电子台秤，型号 TCS—150，误差低于 50g） 称出的重量为 127kg，由此得出失重秤的绝对误差 - 0.5kg、相对误差 - 0.39%；当给定流量 400kg/h 时，一段时间内，仪表累积量 81.3kg，控制衡器称出的重量为 81.2kg，由此得出失重秤的绝对误差 0.1kg、相对误差 0.12%。正常使用并在称重模式时，在各种流量下，反复多次观察一段时间内失重秤仪表动态累积量（分度值 0.1kg） 与计量斗里锌粉重量的减少量 （分度值 0.1kg） 几乎相同，两者之差不超过 0.1kg。

（2） 静态误差

用每个 20kg 的 M1 级砝码对失重秤进行静态校准，在 0kg～200kg 范围内的误差低于 50g；校准后，进行了 3 次的重复性实验，误差低于 100g。

（3） 结论和推论

当设定流量在 100kg/h 时，失重秤的瞬时流量误 差 较 大 ， 在 ±10% 左 右 。 这 是 由 于 流 量 在100kg/h 时，每秒流出的锌粉量只有 28g，这么小的量要达到精确控制是很难的，涉及到仪表的控制精度、螺旋的制造精度和锌粉的流动性等；当设定流量在 400kg/h 时，失重秤的瞬时流量误差在±2.5%左右，说明设定流量越大，瞬时流量的相对误差越小。不过对于动态秤来说，计量精度是看一段时间内累积量的误差，而不是瞬时流量误差。失重秤正常运行时的动态累积量与静态重量的减少量几乎同步，当两者的量达到几十 kg 时，两者之差不超过 0.1kg，说明失重秤计量物料的累积量足够大时，其误差低于千分之一，与静态秤相当。也就是说，失重秤处于称重模式时，就是一台静态秤。使用常规校准方法对失重秤进行校准，在设定流量 100kg/h 时误差较大，是因为失重秤要启动和停止一次，当启动到跟到设定流量或从停止到流量为零，从仪表显示可看出流量变化很大，带来了较大的累计误差所致，不能代表失重秤正常使用时的误差。当失重秤处于容积模式时，从仪表上观察，流量显示一般在设定流量的±2kg 之间，如果用这个误差算，最大误差应该在设定流量为 100kg/h时，即误差为±2%。所以，失重秤作为连续累计自动衡器，误差主要取决于处于容积模式的时间，时间越短，误差越小。因此，在物料的物理特性容许的情况下，加料装置应选用气动阀，这样可以在很短的时间内加够料，从而缩短容积模式的时间。还有，失重秤由容积模式转换到称重模式时，瞬时流量变化很大，需要几秒钟才能趋近于设定流量，此时误差会较大。所以，应尽可能将计量斗里物料重量的下限设低一点、上限设高一点，使失重秤进入容积模式的频率低一些。失重秤处于容积模式的误差和从容积模式到称重模式转换过程中带来的误差属于随机误差，从理论上说，只要时间足够长，随机误差会相互抵消，对足够大的物料累积量来说随机误差可忽略不计。所以，只要不是追求极短时间内或很小累积量的精度的话，失重秤的精度是很高的，与静态秤相差无几。

8 结束语

我们的失重秤投入运行 3 个多月来，效果很理想。由于失重秤基本无需维护、又没有锌粉泼洒需要清扫环境，所以受到岗位操作人员的好评；由于计量精度高，净化工艺控制的参数稳定了、好控制了，因此受到了工艺技术员的欢迎；由于计量稳定性好，无需经常进行校准，大大降低了检定人员的工作量；对生产成本的降低已出现了明显的效果，可以肯定，随着时间的推移，其效果将会充分显示出来。

 

 

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