料仓清塞控制系统在铜山矿的应用

陈勇亮 张 平 钱 俊

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.中钢集团马鞍山矿院工程勘察设计有限公司；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司；4.华东冶金地质勘查局综合地质大队；5.马鞍山钢铁股份有限公司)

为确保生产过程连续化，一般细碎至球磨的中间阶段都有1个储矿料仓，用于调节给矿量的均匀程度。如果因生产故障出现停顿，进入料仓后的细矿经过长时间堆压，并伴随部分含硫物质的化学反应，易造成烧结堵料，造成矿料凝附于料仓四周无法下落，中转仓无法有效有出料。目前常用方法为人工在矿仓出料口手持铁棍捅料或局部放炮方式，易发生人员伤亡事故。本研究针对池州铜山矿料仓存在的堵塞问题，采用中钢马矿院研发的料仓清塞系统进行处理。

1 系统清塞原理

系统通过降低物料与仓壁之间的摩擦力来解决物料黏壁和物料阻塞问题，利用机械振动和气流冲散物料破坏拱的受力平衡[1-3]。该系统主要有2个子系统：①气动主流系统，助流罐中的压缩空气可分成两大路：一路为存矿仓供喷嘴用气，另一路为气动先导回路，用于振动放矿和控制气罐给气，沿着矿仓断面布置主流风管，降低仓壁的摩擦阻力，防止阻塞；②振动助流装置，在矿仓适当位置布设振动器，将滞留物振下，在振动器工作时，料仓放矿口必须打开，给料机开动，否则越振越实，物料将无法下落。该系统特点为：①低能耗，清塞系统采用间歇性工作方式，每次释放的压缩气总量小；②低噪音，由于系统处于间歇性工作状态，压缩空气释放的声音几乎全部被物料吸收；③大能量，利用贮气罐中的高压气体突然爆发所产生的气流冲击力；④高效，针对易起拱、积料的部位设置，直接作用于物料，清堵效果好；⑤安全，每次使用的空气总量有限，不会对仓壁和管道等构筑物产生共振和冲击。

2 现场安装

铜山矿入磨原矿仓为一内径12 m、壁厚0.35 m、高13.7 m的圆筒型矿仓。仓体由砖和水泥砂浆构筑而成，仓壁埋设有竖向钢筋、环形箍筋、连系筋、焊接骨架，矿仓底部铺设有1.2 m厚的钢筋混凝土。卸矿口尺寸为3 m×1 m，矿仓底部沿卸矿口4条边向四周呈约50°方向充填有轻质混凝土。该矿仓呈两阶漏斗形，一旦形成棚料，通过椎体口的倒三角下料非常有限，时间越长，上部压料情况越严重，最后直接导致无下料淌出[4-5]。为有效击落棚料，需对冲击管道进行合理布置，即在料仓出料口偏上位置布置1圈冲击气孔，依次由下向上，间隔100 cm 左右高度，一层一层布置冲击管道[3]。整个管道架设为左右结构，分别有左侧的1、2、3、4层管道，和右侧1、2、3、4层管道(目前布设4层，如果效果不理想，可再向上增加1层)对称布置。考虑到该仓的结构为圆筒形，受力情况相同，因此在每层布置的助流喷嘴数量应相同，共布设了88个助流喷嘴。第1层助流管路距离料口约500 mm，第2层助流管路距离料口1 500 mm，第3层助流管路距离料口2 500 mm，第4层助流管路距离料口3 500 mm。助流喷嘴设计成平行于矿仓内壁向下喷射，助流喷嘴在竖直方向上互相错开安装，形成不对称的布置形式，使得物料受力不平衡而自动塌落[4]。左气源控制左侧管道的总高压空气进气总阀，右气源控制右侧管道的总高压空气进气总阀。每层的冲击气压另有1个独立的控制阀门，可根据需要有效调节阀门开启次数和进气冲击时间，实现对特殊位置的多次冲击振动，抖落积料。料仓外的喷射管与排气口采用直线连接方式，防止气压在折叠管道中受阻[3]。电磁阀安装于紧靠气缸进口的进气管上。清塞系统外部排水塞朝下，便于排水。单向阀、蝶阀安装于便于操作的位置，以利于操作和检修。

2 电气控制

2.1 硬件组成

根据现场实际情况，左右层的总进气管路上各有1个独立的总控阀，因此共需要10个电磁阀。现场主要设备有空气压缩机、储气罐、电磁阀、压力监测仪表、操作箱等。现场操作箱主要执行本地操作。当现场人员需要就地操作时，可以采用手动方式，现场直接按下对应冲击层的按钮，实现清堵吹扫。操作箱内部元器件有按钮、继电器、转换开关、转换器、仪表、西门子PLC、西门子触摸屏等。

在储气罐的出气管道中安装压力表，监测前端进料皮带的运行情况以及后端送料皮带的运行情况，通过监测前端进料皮带电子秤读数、后端送料皮带电子秤度数、现场电磁阀打开状态等，并将监测信息传送PLC进行运算和判断。前端给料皮带给料正常，后端送料皮带无重量显示，出现断料现象(即堵仓)时，仪表反馈信号给PLC，程序加以判断，发出声光报警，通知现场人员去现场核实情况，防止电机一直运转。将前后料仓2条皮带的运行信号反馈给PLC，在生产过程中出现前端给料皮带正常工作但后端出料皮带停止工作的现象时，系统会立即发出声光报警，通知现场人员紧急处理，防止出现矿石压料皮带现象，造成电机超负荷工作而发生损坏。现场通过多种类型模拟量采集和设备开关量的监测，有助于在无人巡守时，实现系统自动报警，并通知远地监管人员。该套系统的使用，可有效降低现场操作工人和巡检工人的劳动强度，有效提高了生产过程中的自动化水平，提高生产效率。

2.2 操作方法

首先将工业用电接入到操作箱中，将电压转换为24 V直流电压。操作箱面板上每个按钮对应1路独立的气动阀门，根据控制信号驱动现场气动阀关闭。主要分以下2种操作方式：

(1)本地操作。直接在操作箱按动相应的按钮，使气路导通，吹击堆积料。当手自动切换按钮置于手动方位时，由本地操作箱控制现场设备通断。操作顺序为首先将左右控制回路的开关分别打开，使左右路的气源导通；然后根据吹扫需要，不断按下对应管路的启动按钮，由下而上逐个打开气动阀门。当手自动切换按钮置于自动方位时，由远程PLC控制。

(2)远程操作。在远端调度室布置有1块西门子触摸屏，通过以太网与远端的西门子PLC-200通信。当置于自动状态时，此时系统程序根据相关算法，自动打开左右管路的气阀，让主气源流入，而后依次打开左右相同层的电磁阀，第1层冲击完毕，冲击第2层，第2层冲击完毕，冲击第3层，第3层冲击完毕，冲击第4层，并保持气体输出状态3 s(时间可调)。待第1～4层全部冲击完毕后，进入1段持续4 min(可调)的等待时间，所有阀门圈闭关闭，空压机工作保证足够的气压，此时又进入下1个工作循环周期。

3 结 语

详细分析了中钢马矿院研制的料仓清塞系统的工作原理，并结合池州铜山矿实例，进行了系统应用。结果表明：该矿山应用了清塞控制系统后，在深夜自动吹击松料时，有效减少了物料凝结时间；白天生产时可有效控制吹击时间和次数，确保矿料处于稀松状态，大大提高了出料量，使得矿仓的有效容积率提高至85%以上，极大地提高了生产效率。目前该系统已经在五矿邯邢霍邱诺普矿业公司、通化集团桦甸矿业公司、马钢南山矿业公司的多个料仓进行了成功应用。