高精度焙燒鉬精礦產(chǎn)品包裝站的研究與應(yīng)用

符新科，尹孝剛，董文裕

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司 陜西 西安 710077)

0 概 述

焙燒鉬精礦產(chǎn)品因其包裝量較大、價(jià)值較高，故其包裝精度和重量偏差一直受到生產(chǎn)商和產(chǎn)品用戶的高度關(guān)注。某公司在兩臺(tái)多膛爐生產(chǎn)線投產(chǎn)前，對(duì)氧化鉬包裝線進(jìn)行過(guò)多次自動(dòng)包裝方案的探討，一直未能實(shí)施。由于用戶的高度關(guān)注，該公司一直采用人工包裝、人工采樣的產(chǎn)品包裝方式，雖然制定了完善的產(chǎn)品包裝、復(fù)檢及出廠抽檢制度，目的就是為了既不給企業(yè)造成損失，也不使用戶利益受到損害。但是人工包裝用工多，生產(chǎn)效率低，同時(shí)嚴(yán)格的復(fù)檢、抽檢制度耗費(fèi)人工，且報(bào)表繁多，給產(chǎn)品生產(chǎn)及質(zhì)量管理帶來(lái)不便。2008～2010年焙燒鉬精礦關(guān)鍵裝備技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目實(shí)施期間，項(xiàng)目組通過(guò)了解國(guó)內(nèi)包裝設(shè)備的技術(shù)情況，研究了一種焙燒鉬精礦產(chǎn)品的包裝站，使產(chǎn)品計(jì)量精度大大提高，減少了勞動(dòng)用工，提高了包裝效率，使企業(yè)和客戶的利益均得到了保證。

1 問(wèn)題的提出

根據(jù)用戶需求不同，焙燒鉬精礦產(chǎn)品粒度一般有兩種規(guī)格：0～0.83 mm、0～3.35 mm。這兩種粒度的產(chǎn)品都適宜自動(dòng)化包裝，但與其他大宗的冶金爐料產(chǎn)品相比，焙燒鉬精礦產(chǎn)品價(jià)格較高，受市場(chǎng)供需因素的影響，其銷售價(jià)格在6萬(wàn)～30萬(wàn)元/t之間波動(dòng)，因此，生產(chǎn)商與用戶均對(duì)該產(chǎn)品的計(jì)量精度特別關(guān)注。

1.1 包裝設(shè)施計(jì)量精度與產(chǎn)品價(jià)值不相適應(yīng)

某公司2010年前使用的包裝秤分度值為0.2 kg、量稱為0～1 500 kg，每袋噸包產(chǎn)品的理論最大計(jì)量偏差為：

E=±1.5e=±1.5×0.2 kg=±0.3 kg

實(shí)際包裝稱量規(guī)格為1000kg，稱為噸包，其最大包裝偏差為

E′=±1.0e=±1.0×0.2 kg=±0.2 kg

噸包焙燒鉬精礦重量范圍為999.8～1 000.2 kg。按每噸焙燒鉬精礦產(chǎn)品15萬(wàn)元、每年生產(chǎn)20 000 t氧化鉬產(chǎn)品計(jì)，由于產(chǎn)品計(jì)量產(chǎn)生的焙燒鉬精礦量誤差達(dá)4 t，產(chǎn)品價(jià)值為60萬(wàn)元。因此提高焙燒鉬精礦產(chǎn)品的計(jì)量精度既可以有效降低生產(chǎn)商的損失，也可保證用戶利益，是一種雙贏的措施。

1.2 產(chǎn)品包裝過(guò)程主觀原因造成量偏差較大

由于生產(chǎn)商與用戶所使用的計(jì)量器具精度差異、計(jì)量方式不同，生產(chǎn)商與用戶因產(chǎn)品計(jì)量產(chǎn)生的糾紛時(shí)有發(fā)生。為了解決此問(wèn)題，生產(chǎn)商制定了嚴(yán)格的復(fù)檢、抽檢制度并對(duì)產(chǎn)品包裝作業(yè)嚴(yán)格管理。產(chǎn)品包裝作業(yè)人員由于擔(dān)心自己包裝的產(chǎn)品產(chǎn)生計(jì)量糾紛，一般都會(huì)將包裝重量加到1 000.2 kg,然后再取出少量產(chǎn)品，使包裝秤的顯示值回到1 000.0 kg。這種操作會(huì)使生產(chǎn)商包裝每噸產(chǎn)品出現(xiàn)0.2‰的計(jì)量損失，按每噸焙燒鉬精礦產(chǎn)品15萬(wàn)元，每年生產(chǎn)20 000 t焙燒鉬精礦產(chǎn)品計(jì)，由于主觀因素產(chǎn)品計(jì)量產(chǎn)生的損失接近60萬(wàn)元價(jià)值。

1.3 研究現(xiàn)狀

為解決此問(wèn)題，項(xiàng)目組查閱了相關(guān)資料，文獻(xiàn)[1]指出，操作過(guò)程中稱重范圍在0.2～2.5 t內(nèi)，靜態(tài)稱重誤差控制在0～0.5 kg，計(jì)量精度應(yīng)達(dá)到0.015%；文獻(xiàn)[2]指出，包裝過(guò)程中降低產(chǎn)品中的粉塵嘗試，應(yīng)改善包裝過(guò)程抽風(fēng)量，采用降低物料沿料斗內(nèi)壁落料時(shí)摩擦的辦法，降低結(jié)料現(xiàn)象，以保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)的良好運(yùn)行，使粉料包裝產(chǎn)品重量達(dá)到25.1±0.05 kg以內(nèi)；文獻(xiàn)[3]指出，對(duì)最大秤量25 kg/次的稱重系統(tǒng)，計(jì)量準(zhǔn)確度靜態(tài)±0.1%，動(dòng)態(tài)±0.2%，試驗(yàn)對(duì)1 600個(gè)面粉包樣品重量進(jìn)行了稱重，經(jīng)過(guò)對(duì)稱重?cái)?shù)據(jù)誤差統(tǒng)計(jì)，99.13%的稱量次數(shù)，誤差在±0.2%以內(nèi)，檢驗(yàn)秤驗(yàn)稱重值的準(zhǔn)確度在±0.1%以內(nèi)的占比為72.25%，在±0.2%以內(nèi)的占比為96.75%，其余3.25%超過(guò)±50 g，但均不超過(guò)±100 g，即單次稱量誤差在±0.4%以內(nèi)；文獻(xiàn)[4]指出，對(duì)運(yùn)行故障的進(jìn)口E55型移動(dòng)電子稱進(jìn)行技術(shù)改造后，隨機(jī)抽取15個(gè)樣本，改造后樣本均值為25.002 kg，改造后每臺(tái)電子稱的計(jì)量精度在2‰的基礎(chǔ)上，提升至1‰，包裝偏差控制在了±25 g以內(nèi)；文獻(xiàn)[5]指出，包裝量為25±0.25 kg的袋裝產(chǎn)品，針對(duì)精度較低、誤差在±4.1%到±7.1%的包裝稱進(jìn)行改造后，稱量基本符合包裝量為25±0.25 kg的要求。綜上，僅文獻(xiàn)[1]為大量程的噸包裝設(shè)備，其最大包裝誤差為0.5 kg；其它文獻(xiàn)反映的均為25 kg量程的小袋包裝設(shè)備，包裝精度為0.002～0.25 kg之間。

2 高精度產(chǎn)品包裝方案研究

為了解決焙燒鉬精礦產(chǎn)品包裝存在的問(wèn)題，項(xiàng)目組與包裝站制造商經(jīng)過(guò)多次技術(shù)交流及溝通，采用了一種高精度計(jì)量包裝站，這種高精度包裝站由包裝緩沖倉(cāng)、高精度包裝機(jī)、復(fù)檢秤、噸包產(chǎn)品輸送機(jī)組成。包裝站運(yùn)行流程見(jiàn)圖1。

圖1 高精度包裝站運(yùn)行流程

高精度包裝機(jī)采用凈重式的稱重計(jì)量方式，主要包括雙螺旋給料裝置、稱重單元與包裝控制系統(tǒng)。

雙螺旋給料裝置通過(guò)大小兩個(gè)螺旋雙速給料，可以實(shí)現(xiàn)粗、細(xì)給料流量的設(shè)定，易于控制并可獨(dú)立進(jìn)行調(diào)整。此外，設(shè)置了預(yù)置點(diǎn)參數(shù)的修改，可保證粗、細(xì)加料量的最佳比例，從而確保系統(tǒng)在保證精度的前提下提高包裝速度。

稱重單元采用綜合精度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好和耐沖擊的MTB型稱重傳感器，輔以專用傳力連接機(jī)構(gòu)，具有過(guò)載、限位等多重功能，有效地保證了稱量斗重量100%地傳遞到稱重傳感器上，而不產(chǎn)生任何其它方向的分力，使其具有良好的機(jī)械自動(dòng)復(fù)位性能。稱量斗與框架間采用軟連接密封，防止進(jìn)入稱量斗的物料粉塵外溢?？蚣苌吓溆袣饬髌胶夤艿?，與緩沖倉(cāng)連接，可有效消除氣流對(duì)計(jì)量的影響。

2.1 高精度包裝機(jī)參數(shù)

2.1.1 包裝秤參數(shù)

包裝速度：10 包/hr或30 桶/hr；

包裝重量：1 000 kg/包、250 kg/桶；

設(shè)計(jì)包裝精度：±0.1%；

包裝秤量程：0～60 kg；

分度值：0.02 kg;

分度數(shù)：3 000。

2.1.2 傳感器參數(shù)

型號(hào)：MTB-100 kg(G)高精度傳感器；

額定容量：100 kg；

靈敏度：2±0.001 mV/V；

組合誤差：≤0.018%；

不重復(fù)性：≤0.01%R.C；

非線性≤0.017%R.C；

靈敏度溫度系數(shù)：≤0.002%R.C/ ℃。

2.1.3 復(fù)檢秤參數(shù)

在思想創(chuàng)造和理論創(chuàng)新方面，馬克思無(wú)愧于“千年第一思想家”的榮譽(yù)。馬克思所實(shí)現(xiàn)的哲學(xué)變革的真正意涵，就在于把唯物主義原則貫徹到底，即貫徹到社會(huì)歷史領(lǐng)域，深入到歷史的深處，確立了歷史唯物主義。作為一種歷史觀，歷史唯物主義不僅強(qiáng)調(diào)人類歷史發(fā)展的客觀規(guī)律，而且強(qiáng)調(diào)人類的共同體意識(shí)和共同命運(yùn)?！皻v史唯物主義既不是將歷史看作是一個(gè)自在的生成過(guò)程，也不是一個(gè)毫無(wú)規(guī)定性的人的自主性生成，而是兩者的‘主客體的辯證法’，這是一個(gè)‘建構(gòu)’的過(guò)程?！盵9]

型 號(hào)：PN3-1515-1500；

量 程：0～1 500 kg；

分度值：0.2 kg；

準(zhǔn)確度等級(jí)：III級(jí)。

2.2 稱量方式

將1 000 kg一次計(jì)量的稱量方式改為每次稱量50 kg，20次計(jì)量為一袋的包裝方式?？刂七^(guò)程為：前19次計(jì)量每次設(shè)定給料量為50 kg，由粗螺旋按50 kg為目標(biāo)值進(jìn)料后，計(jì)量料斗精確計(jì)量進(jìn)入稱量料斗的焙燒鉬精礦重量(設(shè)單次重量分別為X1，X2，X3…X19)，并進(jìn)行累加(設(shè)累加后重量為X)，第20次計(jì)量時(shí)，首先由控制系統(tǒng)計(jì)算給定加料量1 000-∑(X1～X19)，以此值為目標(biāo)量，再由控制系統(tǒng)控制快慢兩螺旋，以先粗螺旋快進(jìn)料后細(xì)螺旋精給料的運(yùn)行方式向稱料斗定量給料。最終噸袋包裝量通過(guò)復(fù)檢稱復(fù)檢。

3 高精度包裝站的計(jì)量精度

3.1 包裝站的理論計(jì)量精度計(jì)算

根據(jù)包裝秤的配置參數(shù)，包裝秤的量程為0～60 kg，其檢定稱量值為60 kg，則其檢定分度值。

e=60 kg÷3 000=±0.02 kg

參照《非自動(dòng)天平試行檢定規(guī)程》(JJG 539-2016)中規(guī)定的最大誤差計(jì)算表(見(jiàn)表1)，計(jì)算包裝秤的計(jì)量誤差。

表1 電子秤最大允許誤差與稱量結(jié)果間的允許差值

E=1.5e=±0.02 kg×1.5=±0.03 kg

因此，包裝秤前19次計(jì)量的累計(jì)結(jié)果∑(X1～X19)的誤差為±0.03 kg。

最終包裝精度與第20次的控制精度有關(guān)，但根據(jù)包裝機(jī)設(shè)計(jì)，每噸焙燒鉬精礦產(chǎn)品總體包裝精度不大于0.1%。

3.2 復(fù)檢秤的計(jì)量誤差

根據(jù)包裝秤的配置參數(shù)，復(fù)檢秤的量程為0～1 500 kg，分度值為0.2 kg，根據(jù)表1規(guī)定，最大允許計(jì)量誤差：

E=1.5e=±0.2 kg×1.5=±0.3 kg

從計(jì)量精度來(lái)看，復(fù)檢樣計(jì)量誤為±0.3 kg，而包裝秤精度為±0.1%，但包裝秤、復(fù)檢秤只是用來(lái)對(duì)包裝過(guò)程監(jiān)督，在包裝量不超出復(fù)檢秤誤差情況下，包裝站運(yùn)行正常，以包裝重量為準(zhǔn)；同時(shí)以計(jì)量精度范圍較寬的復(fù)檢秤來(lái)作為計(jì)量監(jiān)督，雖然精準(zhǔn)程度較差，但可以保證計(jì)量在正確的范圍內(nèi)。

3.3 包裝站實(shí)際計(jì)量精度統(tǒng)計(jì)

表2是包裝站包裝單元的控制系統(tǒng)在每個(gè)噸袋包裝過(guò)程中，由包裝秤稱得的焙燒鉬精礦(高溶)產(chǎn)品重量，其中213B-219B是產(chǎn)品批號(hào)，稱量結(jié)果是從包裝秤稱量記錄中調(diào)出的每袋產(chǎn)品的稱量重量。圖2～圖5是根據(jù)表2數(shù)據(jù)用Matlab軟件繪制的重量分布圖，從數(shù)據(jù)分布情況來(lái)看，最大負(fù)差為0.08 kg，最大正差為0.06 kg，隨機(jī)變量分布于999.94～1 000.06 kg之間，數(shù)據(jù)分布呈“鐘形”正態(tài)分布，在包裝目標(biāo)值1 000 kg分布的概率最高，偏離目標(biāo)值越遠(yuǎn)，其分布概率快速下降，在999.94～1 000.06 kg以外的概率小于5%。

表2 1#包裝站包裝秤稱量結(jié)果 kg

圖2 批號(hào)215B單袋稱量數(shù)據(jù)分布圖

圖3 批號(hào)213B單袋稱量數(shù)據(jù)分布圖

圖4 批號(hào)216B單袋稱量數(shù)據(jù)分布圖

圖5 批號(hào)219B單袋稱量數(shù)據(jù)分布圖

表3是另一臺(tái)包裝站包裝單元的控制系統(tǒng)在每個(gè)噸袋包裝過(guò)程中，由包裝秤稱得的焙燒鉬精礦(普通)產(chǎn)品重量，J174-J176是從包裝秤稱量記錄中調(diào)出的每袋產(chǎn)品的稱量重量。圖6～圖7是根據(jù)表3數(shù)據(jù)用Matlab軟件繪制的重量分布圖，從數(shù)據(jù)分布情況來(lái)看，最大負(fù)差為0.08 kg，最大正差為0.06 kg，隨機(jī)變量分布于1 099.94～1 100.10 kg間；數(shù)據(jù)分布呈“鐘形”正態(tài)分布，在包裝目標(biāo)值1 100 kg分布的概率最高，偏離目標(biāo)值變遠(yuǎn)時(shí)，其分布概率快速下降，在1 099.85～1 100.15 kg以外的概率小于3%。

表3 2#包裝站包裝秤稱量結(jié)果 kg

為了進(jìn)一步考查兩臺(tái)包裝站稱量結(jié)果的可靠性，分別對(duì)兩臺(tái)包裝站的稱量數(shù)據(jù)用質(zhì)量管理工具進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析[6]。圖8是根據(jù)表2的70個(gè)數(shù)據(jù)，用Minitab質(zhì)量工具進(jìn)行過(guò)程性能分析，從分析結(jié)果和包裝秤實(shí)際計(jì)量結(jié)果來(lái)看，單袋稱重量中無(wú)超出允許誤差范圍的值(無(wú)不合格稱重)，過(guò)程均值1 000.0，過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)差0.018，過(guò)程性能指數(shù)PPK=3.65，西格瑪水平大于6。

圖6 批號(hào)J-174單袋稱量數(shù)據(jù)分布圖

圖7 批號(hào)J-175單袋稱量數(shù)據(jù)分布圖

圖9是根據(jù)表3的30個(gè)數(shù)據(jù)，用Minitab質(zhì)量工具進(jìn)行過(guò)程性能分析，從分析結(jié)果和包裝秤實(shí)際計(jì)量結(jié)果來(lái)看，單袋稱重量中無(wú)超出允許誤差范圍的值(無(wú)不合格稱重)，數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，過(guò)程均值為1 100.0，過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)差為0.045，過(guò)程性能指數(shù)PPK=1.45，西格瑪水平為4.26。

圖8 1#包裝秤的過(guò)程性能報(bào)表

圖9 2#包裝秤的過(guò)程性能報(bào)表

以上分析說(shuō)明本項(xiàng)目研制的高精度包裝站計(jì)量精度可以最大程度的保證焙燒鉬精礦產(chǎn)品的包裝符合計(jì)量精度要求，保證生產(chǎn)商及用戶的利益，減少計(jì)量糾紛。

4 實(shí)施效果

4.1 提高計(jì)量精準(zhǔn)度

從高精度包裝站精度的理論分析及實(shí)際運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，使用這種包裝秤可以有效將包裝計(jì)量精度提高到0.1%以內(nèi)。依此計(jì)算，與人工包裝相比，每噸袋包裝計(jì)量誤差減少0.2 kg。則按每噸焙燒鉬精礦產(chǎn)品15萬(wàn)元，每年生產(chǎn)20 000 t焙燒鉬精礦產(chǎn)品計(jì),因精度提高而使焙燒鉬精礦生產(chǎn)商或用戶減少的計(jì)量損失為：

0.2 kg/t×20 000 t×15萬(wàn)元/t=60萬(wàn)元

4.2 消除操作人員主觀稱量誤差

自動(dòng)化包裝站的使用，使包裝過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，作業(yè)人員不參與稱量過(guò)程，只負(fù)責(zé)向包裝緩沖倉(cāng)上料、包裝機(jī)掛袋(或換桶)、計(jì)量稱監(jiān)控等工作，可根本消除人為在稱量上的主觀誤差，提高了包裝精度。

4.3 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低包裝成本

人工包裝時(shí)，用工為6人/班(不含采樣工)，2班作業(yè)，每年包裝焙燒鉬精礦20 000 t，采用包裝站后，用工為2人/班(不含采樣工)，2班作業(yè)，每年包裝焙燒鉬精礦27 000 t。

4.4 降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度

人工包裝作業(yè)工序?yàn)榻壌?、吹袋、放料、料倉(cāng)清堵、提袋、運(yùn)輸、扎口，采用包裝站后省去了吹袋、放料、料倉(cāng)清堵、提袋4項(xiàng)體力作業(yè)工序，每班包裝量也由原來(lái)的30 t提高至60 t。

5 結(jié) 論

(1)高精度包裝站設(shè)計(jì)采用高精度小批量稱重傳感器，將目標(biāo)包裝量分解為計(jì)量精度較高、應(yīng)用較成熟的50 kg/次分批包裝，將稱量分度值由0.2 kg提高到0.02 kg，提高了計(jì)量精度。

(2)高精度包裝站計(jì)量方式為料斗給料、稱量、卸料、吹掃的重復(fù)循環(huán)方式，減少了包裝物重量偏差的干擾，保證了包裝計(jì)量精度。

(3)高精度包裝站設(shè)置了大小兩種給料螺旋，對(duì)每批次給料采用先快后慢的給料方式，提高每50 kg稱量的給料效率；并采取前19次包裝量快速進(jìn)料，高精度計(jì)量，并累加計(jì)算，最后一次以與整袋目標(biāo)值差值為稱量目標(biāo)值的方式，精準(zhǔn)進(jìn)料，在保證稱量精度的要求下，提高了包裝效率。

(4)高精度包裝站自動(dòng)化程度相對(duì)較高，作業(yè)過(guò)程排出粉塵得到有效治理，作業(yè)條件較好。

總之，高精度包裝站的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，既保證用戶的利益不受損失，又保證焙燒鉬精礦生產(chǎn)商的利益不受損害；同時(shí)降低了生產(chǎn)商的包裝成本，在高價(jià)值大噸位包裝產(chǎn)品行業(yè)具有借鑒和推廣價(jià)值。