BRFS—PLC自動加藥機的改進設計

鄧方針 李傳偉 趙建軍 嚴凡濤

【摘 要】對以往的電磁式自動加藥系統(tǒng)的跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，在較大流量、雜質顆粒較大的藥劑添加現(xiàn)場，電磁加藥閥存在密封不嚴、易堵塞等問題；市場上的氣動加藥閥存在密封性要求高、不適合小流量藥劑添加等缺點。北京礦冶科技集團有限公司基于電磁加藥閥的工作原理，成功開發(fā)出新型氣動加藥閥，并在國內(nèi)某選礦廠完成了工業(yè)試驗。

【關鍵詞】選礦；自動加藥系統(tǒng)；電磁加藥閥；氣動加藥閥

中圖分類號： TD928.9 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）32-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.015

0 引言

浮選法是根據(jù)礦物表面物理、化學特性的不同，使目的物料附著在氣泡上從礦漿中浮出的選礦過程。浮選法以分選效率高、可進一步選礦等優(yōu)勢成為了有色金屬選礦中最重要的選礦方法之一，據(jù)統(tǒng)計利用浮選法加工的有色金屬礦石約占全部入選量的90%左右[1]。在實際的浮選過程中，僅僅依靠礦物本身的物理化學特性是不能很好實現(xiàn)目的物料的浮出，在不同的階段需要添加不同的藥劑來強化目的物料的物理化學特性，提高浮選效率。

最初，浮選藥劑是通過操作人員手動添加到相應的位置，這種加藥方式不但加藥速度慢，加藥精度低，藥劑浪費嚴重，并且對操作人員的身體健康有很大的傷害。20世紀80年代，國內(nèi)研制成功了由微機控制的自動加藥機，分別是北京礦冶科技集團有限公司（原北京礦冶研究總院）的BBH型和西北礦冶研究院的WG-10型，這是國內(nèi)最早研制成功的帶微機的自動加藥機[2]。隨著科技的進步，市場上出現(xiàn)了程控加藥機，免標定數(shù)控加藥機和計量泵加藥機。本文是基于對程控加藥機電磁加藥閥和氣動加藥閥在使用過程中出現(xiàn)的問題的研究，綜合電磁加藥閥和氣動加藥閥的工作原理，研發(fā)設計出的一種新型的氣動加藥閥。

1 電磁式加藥閥和氣動式加藥閥

BRFS-PLC型自動加藥系統(tǒng)（BGRIMM Reagent Feeder System）是北京礦冶科技集團有限公司（原北京礦冶研究總院）研制的第四代自動加藥裝置。該系統(tǒng)包括以下幾個部分：

1）工控機：控制軟件使用專門針對自動加藥設計的軟件，界面美觀、易懂；

2）PLC控制器：具有高速的邏輯運算能力和靈活的擴展能力；

3）驅動器：自主研發(fā)的固態(tài)繼電器，可靠性高；

4）加藥箱：配有液位恒定系統(tǒng)，使加藥箱內(nèi)液位保持恒定；

5）執(zhí)行機構：采用防腐材料和特殊結構的加藥閥，適應于惡劣環(huán)境下使用。

BRFS-PLC型自動加藥機執(zhí)行機構安裝在液位恒定的加藥箱下部側面的管嘴上，當控制器給出打開信號時，加藥閥開啟，藥液流出，根據(jù)管嘴出流原理，保持藥箱內(nèi)液面高度恒定時，加藥閥的流量是恒定的。因此，加藥量的多少只與加藥閥的開啟時間有關，且是正比例關系。在加藥周期一定時，控制器通過調整占空比方式控制加藥閥的開啟時間，從而控制加藥量的大小[3]。

1.1 電磁加藥閥

電磁加藥閥主要包括電磁線圈、閥芯、閥體、連接管和閥嘴構成。當電磁線圈通電時，將磁性閥芯吸起，加藥閥打開；當電磁線圈斷電時，磁性閥芯落下，加藥閥關閉?？刂破魍ㄟ^控制磁性線圈的通電和斷電來實現(xiàn)對加藥閥開啟和關閉的控制。

北京礦冶科技集團有限公司開發(fā)的BRFV型電磁加藥閥具有如下特點：

1）加工材質多樣：針對不同的藥劑，閥芯采用不同的材質，從而實現(xiàn)防油、防腐等特點；

2）可靠性高：該加藥閥動作靈敏、工作電壓低、工作電流小、長期使用不發(fā)熱；

3）密封性好：電磁線圈和閥芯是完全隔離的，不會有藥液進入電磁線圈部分，腐蝕電磁線圈。

但是，隨著浮選藥劑的發(fā)展和新藥劑的出現(xiàn)，北京礦冶科技集團有限公司在對BRFV型電磁加藥閥的使用情況跟蹤回訪時發(fā)現(xiàn)，該型號電磁加藥閥存在一些問題：

1）由于電磁線圈的磁力有限，當閥芯承受的壓力增大時，特別是在加藥量大于10L/min時，加藥閥不能有效迅速開啟，影響加藥精度；

2）加藥閥的關閉是依靠電磁線圈斷電后閥芯在自身重力作用下與閥嘴形成密封。由于閥芯自重有限，當藥液中雜質或固體顆粒較多時，閥芯自重不能有效的關閉加藥閥，造成藥液的滴漏；

1.2 氣動加藥閥

市場上現(xiàn)有的氣動加藥閥都為氣動角座閥式結構，或氣動角座閥結構的變體，但工作原理和機械結構沒有大的變化。氣動加藥閥包括氣缸、氣缸活塞桿、閥體、閥嘴和連接管組成。當氣缸伸出時，氣缸活塞桿連接的密封盤片堵塞住閥體，閥門關閉；當氣缸收回時，氣缸活塞桿連接的密封盤片收回，閥門打開?？刂破魍ㄟ^控制氣缸的伸出和縮回來實現(xiàn)對閥門關閉和開啟的控制。

該結構的氣動加藥閥具有如下特點：

1）氣缸活塞桿直接連接閥芯，可實現(xiàn)較大流量藥劑的添加；

2）采用氣缸作為執(zhí)行機構，維持常開或常閉不存在發(fā)熱問題；

3）可增加閥門或開關位置顯示。

但是，在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，此結構的氣動加藥閥存在如下問題：

1）由于氣缸活塞桿需要頻繁的伸出和縮回，氣缸活塞桿和閥體的密封部分容易磨損，導致漏液；

2）氣缸活塞桿和密封盤片直接和藥劑接觸，易產(chǎn)生腐蝕；

3）受到氣缸活塞桿和密封盤片大小的限值，該氣動加藥閥適用于加藥量大于15L/min的情況；

4）由于浮選藥劑種類多，藥劑屬性復雜，氣缸活塞桿和密封盤片的材質需要不斷調整，增加加工、備件成本。

2 新型氣動加藥閥的研發(fā)設計

隨著科技的發(fā)展，浮選藥劑種類越來越多、藥劑屬性越來越復雜，傳統(tǒng)的電磁加藥閥和氣動加藥閥面臨的問題越來越多。通過近兩年的調查了解，高海拔、高緯度的選冶廠也越來越多，特殊的高原環(huán)境對加藥閥的防護等級要求非常高。為了解決傳統(tǒng)加藥閥存在的問題，同時使自動加藥閥更好的適應高海拔、高緯度、超低溫等復雜惡劣的選礦應用環(huán)境，北京礦冶科技集團有限公司，基于電磁式加藥閥的工作原理，研發(fā)出一款新的氣動式加藥閥。

2.1 理論研究

設計初期，通過回訪加藥機用戶，調研高海拔、高緯度選冶廠浮選工段對加藥工藝要求，總結出新的加藥閥需滿足如下要求：

1）加藥流量范圍廣：既能適用于小流量藥劑添加點，也能應用于大流量的藥劑添加點；

2）密封性好：藥液和執(zhí)行機構要隔開；

3）防護等級高，能適應惡劣環(huán)境，尤其是高海拔、高緯度、超低溫環(huán)境；

4）結構簡單，加工和備件成本低。

2.2 新型氣動加藥閥的研發(fā)

基于設計前期的調研總結，參考電磁加藥閥和氣動加藥閥的工作原理，研發(fā)出新型氣動加藥閥-磁連接式氣動加藥閥。磁連接式氣動加藥閥結構如圖1所示，包括氣缸、氣缸活塞連接桿、閥體、永磁體、閥嘴等構成。氣缸伸出時，通過氣缸活塞桿帶動永磁鐵下降，永磁鐵通過磁性連接帶動閥芯落下，加藥閥關閉；氣缸收回時，通過氣缸活塞桿帶動永磁鐵上升，永磁鐵通過磁性連接帶動閥芯上升，加藥閥開啟；控制器通過控制氣缸的伸出和收回實現(xiàn)對加藥閥開閉的控制。

磁連接式氣動加藥閥具有如下特點：

1）加藥量范圍廣：采用閥嘴閥芯式加藥，通過改變閥嘴的尺寸，可實現(xiàn)不同流量的藥劑添加；通過磁性連接，將氣缸和閥芯連接起來，在較大流量時也不會出現(xiàn)加藥閥開啟困難或延時的問題；

2）密封性好：閥芯和執(zhí)行機構通過磁性連接，藥液和執(zhí)行機構是完全隔絕開的，對執(zhí)行機構的密封性要求較低，不會出現(xiàn)跑冒滴漏現(xiàn)象；

3）結構簡單：磁連接式氣動加藥閥結構簡單，和以往的電磁加藥閥結構類似，只是執(zhí)行機構由電磁線圈改為氣缸；加工和備件成本低；

4）適用于高海拔、高緯度環(huán)境：磁連接式氣動加藥閥是通過氣缸作為驅動機構，不發(fā)熱、沒有過流危險，并且在較低溫度下仍能運行，適用于高海拔、高緯度、超低溫的惡劣環(huán)境。

3 工業(yè)應用效果

研發(fā)人員將磁連接式氣動加藥閥安裝于工業(yè)現(xiàn)場。經(jīng)過半年的跟蹤測試，磁連接式氣動加藥閥使用效果很好，沒有出現(xiàn)跑冒滴漏的現(xiàn)象；加藥閥開閉迅速，加藥量準確，較長時間使用后加藥精度未有變化。

4 結論

1）磁連接式氣動加藥閥是基于傳統(tǒng)電磁加藥閥和氣動加藥閥的工作原理研發(fā)的；

2）磁連接式氣動加藥閥既具有傳統(tǒng)電磁加藥閥的密封性好，結構簡單；又具有傳統(tǒng)氣動加藥閥的適用于大流量藥劑添加，適用于高海拔、高緯度、超低溫惡劣環(huán)境的優(yōu)點；

3）經(jīng)過半年的工業(yè)試驗證明，磁連接式氣動加藥閥具有密封性好、開關迅速、加藥精度穩(wěn)定等優(yōu)點。

【參考文獻】

[1]王海芳，呂超.PLC自動加藥機在選礦廠的應用[J].大眾科技，2011（9）：110-112.

[2]周智桂.選礦自動加藥機的發(fā)展[J].礦冶，1995（3）：100-103.

[3]嚴凡濤，王志民，楊樹亮.新型自動加藥系統(tǒng)的設計與應用[J].礦冶，2016，25（3）：61-64.

[4]周俊武，徐寧.我國選冶自動化的現(xiàn)狀和未來[C]//2011全國自動化技術與應用學術年會專輯.2011：6-10.

[5]周樂倫.PLC型程控加藥機的工業(yè)應用[J].有色金屬（選礦部分），2000（5）：31-34.

[6]蘇軍.BRFS-PLC型自動加藥機應用實踐[J].有色金屬（選礦部分），2008（1）：31-33.