超細粉磨設(shè)備運行過程自動控制系統(tǒng)研究

魏 婷

咸陽非金屬礦研究設(shè)計院有限公司

超細粉磨設(shè)備運行過程自動控制系統(tǒng)研究

魏 婷

咸陽非金屬礦研究設(shè)計院有限公司

超細粉磨設(shè)備是超細粉碎工業(yè)過程中的重要設(shè)備。成套超細粉磨設(shè)備的自動化過程應(yīng)控制物料品質(zhì)與粉碎過程的運行效率密切相關(guān)。因此，對超細粉磨設(shè)備過程控制技術(shù)的研究是控制領(lǐng)域的關(guān)注點之一。傳統(tǒng)的人員控制方式不能滿足這類設(shè)備的高性能控制要求，智能控制技術(shù)為物料粉碎效率的提高提供了有效途徑。本文將對此展開分析。

超細粉磨設(shè)備；運行；自動控制

1 背景及研究的意義

粉磨是一種廣泛而重要的生產(chǎn)工藝，隨著社會的發(fā)展，這種傳統(tǒng)的工藝也面臨需要進行大范圍的改革。20世紀70年代末和80年代初在中國其工業(yè)化粉磨技術(shù)發(fā)展和設(shè)備就制造了。中國的超細粉碎設(shè)備發(fā)展一般經(jīng)歷了3個階段：第一階段，從80年代初-80年代中期就將國外技術(shù)以及設(shè)備進行引進，在這期間國內(nèi)的超細粉碎技術(shù)、設(shè)備制造以及工藝才起步，很多的方面還基本上處于空白的狀態(tài)；第二階段，80年代中期-90年代中期以國外技術(shù)、設(shè)備和國內(nèi)記性仿制、開發(fā)同步進行為主的時期，在這階段，我國主要的超細粉碎的分級設(shè)備的研發(fā)機構(gòu)和制造廠商基本上是在此發(fā)展以及形成的；第三階段，90年代中期后,進入了自主開發(fā)以及制造為主、引進為輔階段,在這期間建立了超細粉體加工廠，利用國產(chǎn)的技術(shù)以及設(shè)備。

2 研究領(lǐng)域國內(nèi)外的研究動態(tài)和發(fā)展趨勢

2.1 國內(nèi)外研究概況

在第一次工業(yè)革命之后，在蒸汽機與電動機等機械設(shè)備應(yīng)用成熟之后，近代粉碎機械開始出現(xiàn)。自蒸汽機驅(qū)動的輥式破碎機出現(xiàn)以來，美國出現(xiàn)了大量的相關(guān)發(fā)明，例如1858年美國布萊克發(fā)明的破碎巖石的鄂式破碎機；1878年的具有連續(xù)破碎動作的旋回破碎機；1895年具有低能耗的沖擊式破碎機也開始涌現(xiàn)。從十九世紀出的球磨機到1870年的排料顆粒大小均勻的棒磨機，再到1908年的不需要研磨介質(zhì)的自磨機。

到了20世紀30-50年代，美國和德國開始出現(xiàn)了立軸式中速磨煤機來提高粉碎作業(yè)的效率。隨后，由于需要粉碎的物料種類越來越多，在不同的應(yīng)用場所，所需的顆粒大小也不盡相同，粉碎機有了大量的分類。到了70年代初，已有產(chǎn)量為5000t/h、最大給料直徑達2000mm的大型旋回破碎機和可將物料研磨到顆粒直徑小于0.01μm的膠體磨。

從二十世紀40年代起國外就開始注重以超細粉碎、分級及改性為基礎(chǔ)的深加工技術(shù)。目前，國外的超細粉碎設(shè)備已經(jīng)可以加工細度為0.5-10μm任意窄級別的粉體。超細粉碎通過對物料的沖擊，碰撞，剪切，研磨，分散等手段而實現(xiàn)。

2.2 超細粉碎設(shè)備的發(fā)展趨勢

由于目前粉碎機工藝控制技術(shù)的落后，我國大多數(shù)超細粉碎工藝設(shè)備及生產(chǎn)線基本上依賴于個人經(jīng)驗來對其操作和控制，使得產(chǎn)品的質(zhì)量參差不齊。為了解決該問題，引入數(shù)字化的概念。對整個系統(tǒng)工藝流程的各個時刻進行監(jiān)控，防止因為機器小范圍的破碎或者因為機器開啟不當(dāng)導(dǎo)致的廢料產(chǎn)生。

目前，咸陽非金屬礦研究設(shè)計院有限公司所設(shè)計的系列沖擊式超細粉碎成套設(shè)備，結(jié)合了沖擊式粉磨機遇氣流磨的粉碎原理，為保證各粉碎室能力均衡匹配，從而采用二級三腔臥式結(jié)構(gòu)，提高了一次粉碎比和粉碎效率。對整套裝備的風(fēng)力系統(tǒng)進行了優(yōu)化，增加了給料風(fēng)力加速系統(tǒng)；采用粉磨自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了主要工藝參數(shù)在線可調(diào)。

3 采取的研究方案，技術(shù)路線

3.1 超細粉磨設(shè)備工藝流程

超細粉碎成套設(shè)備主要由超細粉磨機、渦輪式分級機、布袋收塵器、集料機以及高壓風(fēng)機等.設(shè)備組成。整個工藝流程圖，如圖3.1所示。

圖3.1 系統(tǒng)工藝流程圖

圖3.1中，第一部分是整個粉碎系統(tǒng)的進料部分，所有物料將從該口進入；第二部分為系統(tǒng)的主要工作部件-粉碎部分，所有的物料將通過該部分進行粉碎；第三部分為系統(tǒng)的分級系統(tǒng)，將已達到工藝要求的物料和未達到工藝要求的物料進行分級；第四部分為系統(tǒng)的旋風(fēng)收集器，第五部分為系統(tǒng)的布袋收塵器，本系統(tǒng)中是將旋風(fēng)收塵機理和過濾式收塵機理相結(jié)合，使得含塵氣流切向進入收塵器后，通過氣流分布裝置，均勻進入過濾室中，將其分散于濾袋的間隙處，從而實現(xiàn)濾袋阻留的過程。隨著細微粉附著于濾袋外表面的厚度不斷增加，系統(tǒng)的阻力也增加，第六部分的引風(fēng)機系統(tǒng)自動啟動，對濾袋進行反吹清灰行為，使得濾袋外表面的細微粉厚度降低，從而實現(xiàn)減輕系統(tǒng)阻力的效果。

3.2 系統(tǒng)控制方案設(shè)定

物料粉碎系統(tǒng)是整個超細粉碎成套設(shè)備的主要控制單元，其中物料的粉碎程度會直接影響到后續(xù)工序的操作工況和產(chǎn)品純度，所以需要合理設(shè)計控制方案和控制系統(tǒng)。由于，從超細粉磨機出來的物料中可能會混有未充分進行粉碎的物料和難以粉碎的雜質(zhì)。所以，將粉碎后的物料送入渦輪式分級機后，由分級機將合格物料與不合格物料、無法粉碎的雜質(zhì)進行分離。分離后合格產(chǎn)品將送入收集器進行采集，不合格產(chǎn)品直接回到超細粉磨機進行二次加工。

4 預(yù)期目標

在對超細粉磨控制系統(tǒng)的工藝流程以及各個子系統(tǒng)的控制機理進行詳細分析和熟悉后，協(xié)調(diào)合理控制兩個系統(tǒng)，并使其達到最佳工作狀態(tài)以使物料達到指標；

實現(xiàn)整個系統(tǒng)的穩(wěn)定控制后，基于此實現(xiàn)系統(tǒng)在PCS7中實現(xiàn)系統(tǒng)控制程序的設(shè)計，使得運行sfc程序時能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定開車以及穩(wěn)定運行，最后實現(xiàn)在WinCC界面對系統(tǒng)進行檢測控制。

[1]祝戰(zhàn)科, 王長會, 譚涌.一種新型超細粉磨設(shè)備的研制[J].中國粉體技術(shù), 2013, 19(3).