BRFS—PLC自动加药机的改进设计

邓方针 李传伟 赵建军 严凡涛

【摘 要】对以往的电磁式自动加药系统的跟踪研究发现，在较大流量、杂质颗粒较大的药剂添加现场，电磁加药阀存在密封不严、易堵塞等问题；市场上的气动加药阀存在密封性要求高、不适合小流量药剂添加等缺点。北京矿冶科技集团有限公司基于电磁加药阀的工作原理，成功开发出新型气动加药阀，并在国内某选矿厂完成了工业试验。

【关键词】選矿；自动加药系统；电磁加药阀；气动加药阀

中图分类号： TD928.9 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）32-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.015

0 引言

浮选法是根据矿物表面物理、化学特性的不同，使目的物料附着在气泡上从矿浆中浮出的选矿过程。浮选法以分选效率高、可进一步选矿等优势成为了有色金属选矿中最重要的选矿方法之一，据统计利用浮选法加工的有色金属矿石约占全部入选量的90%左右[1]。在实际的浮选过程中，仅仅依靠矿物本身的物理化学特性是不能很好实现目的物料的浮出，在不同的阶段需要添加不同的药剂来强化目的物料的物理化学特性，提高浮选效率。

最初，浮选药剂是通过操作人员手动添加到相应的位置，这种加药方式不但加药速度慢，加药精度低，药剂浪费严重，并且对操作人员的身体健康有很大的伤害。20世纪80年代，国内研制成功了由微机控制的自动加药机，分别是北京矿冶科技集团有限公司（原北京矿冶研究总院）的BBH型和西北矿冶研究院的WG-10型，这是国内最早研制成功的带微机的自动加药机[2]。随着科技的进步，市场上出现了程控加药机，免标定数控加药机和计量泵加药机。本文是基于对程控加药机电磁加药阀和气动加药阀在使用过程中出现的问题的研究，综合电磁加药阀和气动加药阀的工作原理，研发设计出的一种新型的气动加药阀。

1 电磁式加药阀和气动式加药阀

BRFS-PLC型自动加药系统（BGRIMM Reagent Feeder System）是北京矿冶科技集团有限公司（原北京矿冶研究总院）研制的第四代自动加药装置。该系统包括以下几个部分：

1）工控机：控制软件使用专门针对自动加药设计的软件，界面美观、易懂；

2）PLC控制器：具有高速的逻辑运算能力和灵活的扩展能力；

3）驱动器：自主研发的固态继电器，可靠性高；

4）加药箱：配有液位恒定系统，使加药箱内液位保持恒定；

5）执行机构：采用防腐材料和特殊结构的加药阀，适应于恶劣环境下使用。

BRFS-PLC型自动加药机执行机构安装在液位恒定的加药箱下部侧面的管嘴上，当控制器给出打开信号时，加药阀开启，药液流出，根据管嘴出流原理，保持药箱内液面高度恒定时，加药阀的流量是恒定的。因此，加药量的多少只与加药阀的开启时间有关，且是正比例关系。在加药周期一定时，控制器通过调整占空比方式控制加药阀的开启时间，从而控制加药量的大小[3]。

1.1 电磁加药阀

电磁加药阀主要包括电磁线圈、阀芯、阀体、连接管和阀嘴构成。当电磁线圈通电时，将磁性阀芯吸起，加药阀打开；当电磁线圈断电时，磁性阀芯落下，加药阀关闭。控制器通过控制磁性线圈的通电和断电来实现对加药阀开启和关闭的控制。

北京矿冶科技集团有限公司开发的BRFV型电磁加药阀具有如下特点：

1）加工材质多样：针对不同的药剂，阀芯采用不同的材质，从而实现防油、防腐等特点；

2）可靠性高：该加药阀动作灵敏、工作电压低、工作电流小、长期使用不发热；

3）密封性好：电磁线圈和阀芯是完全隔离的，不会有药液进入电磁线圈部分，腐蚀电磁线圈。

但是，随着浮选药剂的发展和新药剂的出现，北京矿冶科技集团有限公司在对BRFV型电磁加药阀的使用情况跟踪回访时发现，该型号电磁加药阀存在一些问题：

1）由于电磁线圈的磁力有限，当阀芯承受的压力增大时，特别是在加药量大于10L/min时，加药阀不能有效迅速开启，影响加药精度；

2）加药阀的关闭是依靠电磁线圈断电后阀芯在自身重力作用下与阀嘴形成密封。由于阀芯自重有限，当药液中杂质或固体颗粒较多时，阀芯自重不能有效的关闭加药阀，造成药液的滴漏；

1.2 气动加药阀

市场上现有的气动加药阀都为气动角座阀式结构，或气动角座阀结构的变体，但工作原理和机械结构没有大的变化。气动加药阀包括气缸、气缸活塞杆、阀体、阀嘴和连接管组成。当气缸伸出时，气缸活塞杆连接的密封盘片堵塞住阀体，阀门关闭；当气缸收回时，气缸活塞杆连接的密封盘片收回，阀门打开。控制器通过控制气缸的伸出和缩回来实现对阀门关闭和开启的控制。

该结构的气动加药阀具有如下特点：

1）气缸活塞杆直接连接阀芯，可实现较大流量药剂的添加；

2）采用气缸作为执行机构，维持常开或常闭不存在发热问题；

3）可增加阀门或开关位置显示。

但是，在实际使用过程中发现，此结构的气动加药阀存在如下问题：

1）由于气缸活塞杆需要频繁的伸出和缩回，气缸活塞杆和阀体的密封部分容易磨损，导致漏液；

2）气缸活塞杆和密封盘片直接和药剂接触，易产生腐蚀；

3）受到气缸活塞杆和密封盘片大小的限值，该气动加药阀适用于加药量大于15L/min的情况；

4）由于浮选药剂种类多，药剂属性复杂，气缸活塞杆和密封盘片的材质需要不断调整，增加加工、备件成本。

2 新型气动加药阀的研发设计

随着科技的发展，浮选药剂种类越来越多、药剂属性越来越复杂，传统的电磁加药阀和气动加药阀面临的问题越来越多。通过近两年的调查了解，高海拔、高纬度的选冶厂也越来越多，特殊的高原环境对加药阀的防护等级要求非常高。为了解决传统加药阀存在的问题，同时使自动加药阀更好的适应高海拔、高纬度、超低温等复杂恶劣的选矿应用环境，北京矿冶科技集团有限公司，基于电磁式加药阀的工作原理，研发出一款新的气动式加药阀。

2.1 理论研究

设计初期，通过回访加药机用户，调研高海拔、高纬度选冶厂浮选工段对加药工艺要求，总结出新的加药阀需满足如下要求：

1）加药流量范围广：既能适用于小流量药剂添加点，也能应用于大流量的药剂添加点；

2）密封性好：药液和执行机构要隔开；

3）防护等级高，能适应恶劣环境，尤其是高海拔、高纬度、超低温环境；

4）结构简单，加工和备件成本低。

2.2 新型气动加药阀的研发

基于设计前期的调研总结，参考电磁加药阀和气动加药阀的工作原理，研发出新型气动加药阀-磁连接式气动加药阀。磁连接式气动加药阀结构如图1所示，包括气缸、气缸活塞连接杆、阀体、永磁体、阀嘴等构成。气缸伸出时，通过气缸活塞杆带动永磁铁下降，永磁铁通过磁性连接带动阀芯落下，加药阀关闭；气缸收回时，通过气缸活塞杆带动永磁铁上升，永磁铁通过磁性连接带动阀芯上升，加药阀开启；控制器通过控制气缸的伸出和收回实现对加药阀开闭的控制。

磁连接式气动加药阀具有如下特点：

1）加药量范围广：采用阀嘴阀芯式加药，通过改变阀嘴的尺寸，可实现不同流量的药剂添加；通过磁性连接，将气缸和阀芯连接起来，在较大流量时也不会出现加药阀开启困难或延时的问题；

2）密封性好：阀芯和执行机构通过磁性连接，药液和执行机构是完全隔绝开的，对执行机构的密封性要求較低，不会出现跑冒滴漏现象；

3）结构简单：磁连接式气动加药阀结构简单，和以往的电磁加药阀结构类似，只是执行机构由电磁线圈改为气缸；加工和备件成本低；

4）适用于高海拔、高纬度环境：磁连接式气动加药阀是通过气缸作为驱动机构，不发热、没有过流危险，并且在较低温度下仍能运行，适用于高海拔、高纬度、超低温的恶劣环境。

3 工业应用效果

研发人员将磁连接式气动加药阀安装于工业现场。经过半年的跟踪测试，磁连接式气动加药阀使用效果很好，没有出现跑冒滴漏的现象；加药阀开闭迅速，加药量准确，较长时间使用后加药精度未有变化。

4 结论

1）磁连接式气动加药阀是基于传统电磁加药阀和气动加药阀的工作原理研发的；

2）磁连接式气动加药阀既具有传统电磁加药阀的密封性好，结构简单；又具有传统气动加药阀的适用于大流量药剂添加，适用于高海拔、高纬度、超低温恶劣环境的优点；

3）经过半年的工业试验证明，磁连接式气动加药阀具有密封性好、开关迅速、加药精度稳定等优点。

【参考文献】

[1]王海芳，吕超.PLC自动加药机在选矿厂的应用[J].大众科技，2011（9）：110-112.

[2]周智桂.选矿自动加药机的发展[J].矿冶，1995（3）：100-103.

[3]严凡涛，王志民，杨树亮.新型自动加药系统的设计与应用[J].矿冶，2016，25（3）：61-64.

[4]周俊武，徐宁.我国选冶自动化的现状和未来[C]//2011全国自动化技术与应用学术年会专辑.2011：6-10.

[5]周乐伦.PLC型程控加药机的工业应用[J].有色金属（选矿部分），2000（5）：31-34.

[6]苏军.BRFS-PLC型自动加药机应用实践[J].有色金属（选矿部分），2008（1）：31-33.