添加剂颜料纤维在干粉砂浆生产线中的自动计量

添加剂颜料纤维在干粉砂浆生产线中的自动计量

王剑波1,吴漫天2
[1.湖北宝业建筑工业化有限公司,湖北鄂州436070;2.摩台克机械设备(上海)有限公司,上海201801]

1 概况
预拌干粉砂浆是通过袋装形式或筒仓运输到建筑工地的骨料、粘结剂、添加剂(以及颜料或纤维)的干混合物。由于添加剂、颜料和纤维等在干混砂浆中的用量相对较少,一般连续不断地以小袋装产品的形式或装在吨袋中被输送到生产工地,然后存放在混合机平台上(或放在上方的计量秤平台)以便进行手动称量与计量。很明显,该步骤既不符合精益生产标准,也不符合质量或健康标准。因此,在先进的现代化设备中,添加剂和颜料以中型散装容器的形式交付,并通过专门防灰尘的上料站自动传输,既避免污染设备或产生交叉污染,也消除了任何对人员健康的危害。

2 生产线的类型
常见的3 种生产线中主要设备间的明显区别在于添加剂计量方面根据产量及自动化适用性的不同。
2.1 紧凑式生产线
该设备设计用于小型规模的生产量(通过用于生产袋装产品),适用于手动、半自动操作以及自动操作。混合机被提升并安装在简单、自立式钢结构上。市售的运输筒仓作为储存筒仓用于存放散货原料(预分级的骨料和粘结剂)。它们对空间要求少,成本低,可以理想地适用于小规模生产特殊产品,并在各个阶段可以实现自动化,但生产能力受限制。因此,实现自动化计量也受到具有集成计量功能的固定式小型筒仓系统的限制(如摩台克公司的PowerDos 系统)。

2.2 阶段式生产线
该设备设计用于中等规模的生产量,适用于半自动与自动化操作。根据其布局和操作原理(气动或机械),袋装产品的生产以及散装材料的运输都变得切实可行。计量与称量设备以及原材料筒仓位于地面,并布置成与架高安装的混合机一致。虽然生产能力不像紧凑型设备那样十分有限,但是,自动化计量的重点在具有集成计量功能的固定式小型筒仓系统(如摩台克公司的PowerDos 系统),因为全自动化计量系统的优点可能不能全部体现,起码在小规模运行的设备上可行。但是,当日后需要扩大生产设备以提高产能或增加配方的多样性时,基于容器添加剂的计量系统仍然是不错的备选项。

2.3 塔式生产线
这些设备设计用于大规模生产,能以具有竞争力的工业规模运转。它们适用于半自动化生产(可后续扩展)或全自动化操作。此外,该项设计还可以使2 条独立的生产线(散装生产线以及少量生产专用产品生产线)并列运行。在这种设备中,原料筒仓、计量与称量设备都位于混合机的上方,物料根据重力原理进行流转。在较小型的生产设备中,塔式生产线设备包括1 个核心的塔结构以及许多小型添加剂筒仓。安装在各种高度上的计量站,固定式添加剂和颜料计量线(PowerDos)以及纤维计量线(FiberDos)都是可选部分,在设计阶段就早已经考虑用于未来扩展。适用于3 种生产线的3 种设备由于其灵活性及其为未来扩展提供的机遇,在欧洲已被广泛采用。按照自动计量要求,它们还为添加剂、颜料等的计量系统提供了最佳的预设。

3 添加剂、颜料和纤维的计量
3.1 普通方法
在普通的计量方法中,即使装有自动化设备,但仍普遍存在一些问题:一旦对主材进行了自动称量和计量后,在开始阶段通过对添加剂和颜料以及纤维进行手动称重和计量(通过加注口直接加入混合机) 来降低投资成本。这样很费时,也存在了人为操作错误的隐患,无法进行正确的跟踪,并限制了设备的产出能力,此外,操作人员还面临安全隐患。

3.2 PowerDos 及FAD 计量系统
工业规模级别的预拌干粉砂浆厂现在已经几乎完全实现自动化,但除添加剂、颜料和纤维的配量计量外,其余则仍然用手动计量,因为最初布置生产设备时并未考虑到自动计量的需求。这可能是在规划设施时已知添加剂数量有限的原因,或受到投资预算的限制,从而导致目前的生产效率和灵活性方面的限制。如果是塔式生产线设备,则可以在使用过程中添置固定式计量系统。“PowerDos 移动式计量系统”最多可以包括10 个固定容器,它们可按双排配置放置,也可以单排放置。移动式计量容器通过容器集成式计量阀按照选定的配方进行添加剂和颜料的计量。计量秤中的物料通过轨道被运输到相应的混合机口,作为一批物料靠重力全部加入混合机中。如果系统扩展已经在设计阶段作了考虑,则该配置可以增加到该设备中。“PowerDos 紧凑型计量设备”包括8 个圆形容器(数量可以扩展),1 台计量秤和1 个输送机。各种添加剂和颜料按照选定的配方加进计量秤中,完成计量与称重后,计量秤就会将里面的物料全部倒入输送机中,物料从输送机气动传输到位于混合机上方的计量料斗。输送过程完成后,料斗就依靠重力将物料全部倾倒入混合机中。该配置允许在生产线某平台或地面上甚至在现有设备的外部实现,如果空间是一个要考
虑的因素,则这是一种首选的扩展方案。FAD 系统是一种移动式添加剂计量系统,包括多个轮式容器、1 个吨袋计量站、1 台添加剂秤以及1 套气动式添加剂输送系统。吨袋与IBC 都配有标准计量螺杆,通过变频器允许进行可变计量。各种添加剂和颜料直接从容器或吨袋中按选定的配方加入计量秤中,然后按照上述的方式完成输送过程。由于使用了PowerDos 紧凑型设备,该配置允许在生产线某平台或地面上甚至在现有设备的外部实现,而且使用扩展则更加灵活。

3.3 IBC 计量系统
虽然吨袋和配备有简单蝶阀移动解决方案及安装有计量螺杆输送器的移动解决方案在全球范围内已得到应用,但也存在计量精确性不佳(特别是在简单的蝶阀系统中),在排出流动性不强或有桥架粉末时,会出现交叉污染、手动停/开停靠、需要手动连接电子和气动电源(因为输送器螺杆驱动器以及气动阀门的驱动器都是在容器上)等较为严重的缺点。相比较而言,计量过程的全部自动化以及几乎是无灰尘的产品输送可以分别通过锥阀IBC 以及相应的计量或排料站来实现。设备运行可以用半自动或全自动方式来进行,甚至可以在无灰尘暴露的条件下进行。由于不再需要复杂的收尘系统,而且可以在最终的扩展阶段完成自动化,所以能获得的效益较明显。

排料工艺处理中的关键(按灰尘暴露而言)是容器与排料系统之间的接口。该系统使用了导锥阀(是IBC 整体中的一部分),在计量、排料过程中连接到计量站气动气缸,便于以最精确的方式打开或关闭阀门。由于其采用了模块化概念,各站都可以构建成简单的排料站,也可以构建成具有质量损失控制的排料站,或构建成1 个计量站。它们配备有许多标准功能(包括基本版),这就允许简单可靠地自动或手动处理工艺过程中的粉末或散装物料。可以在站上直接对物料流进行控制或通过遥控从主显示器上控制。在其用于作为计量系统时(其中包括称量软件与硬件),就可以自动地运行许多的高精度配方,从而可以避免因使用螺杆系统以及使用带有蝶阀的系统而引起的缺点。

IBC 的装料可以在原材料供应商提供的设施上,或在生产线内部进行,在生产线内部进行时,IBC 可以与固定计量系统(PowerDos)一起工作,如果空间有限,它还可位于生产线的外部。IBC 具有以下4 项功能:(1)作为运输容器,用于输送原料;(2)作为移动式计量设备,用于收集许多成分(预混物),然后再将其送入混合机;(3)作为储存容器,用于储存各种待混物成分;(4)分别作为自动计量或排料容器。客户可以选择将容器通过叉车、吊车、辊道或链式输送机运输IBC。集成式识别系统可以识别IBC 的正确位置。IBC 将锁定就位,计量站的中心零件位置将会提升,且计量、排料气缸停靠在锥阀的底板。锁定与停靠时,阀门打开的信号发出,并输送到控制面板,且显示在主显示器上。当前操作状态将显示在2 个地方,且IBC 可以通过遥控打开。对排料或计量的分别监视和控制是通过站中实施的剪力梁测压元件来进行的。特别是对于计量操作,站中装有电子位置编码器,以允许规定的计量气缸的定位。与更新的重力测量一起,锥阀位置将作为预调整计量参数的函数来进行控制。实施的控制系统将自动地控制打开锥阀的打开行程、脉冲范围以及容器振动器联动操作。顺序控制系统也控制着容器停靠顺序、计量的时间顺序以及状态显示与工艺数据。一个总线系统连续不断地向主显示器传输操作条件、故障消息以及工艺数据,以便实现可视化物料加注与工艺处理。通过这一数据交换就可以考虑下游工艺的条件,且停靠、计量与去停靠的顺序都可以通过遥控来控制。以上过程是自动按照预调整参数进行控制和调整的,这就允许设备在整个自动模式上得以运行。

4 结语
工业规模级别的预拌干粉砂浆设备现已完全实现自动化,但因最初布置生产设备时并未考虑自动计量的需求,除添加剂、颜料和纤维的计量外,其余则常常用手动加注,从而导致目前的生产效率和灵活性方面受到限制。互换式容器系统(摩台克FAD 系统)可以提供更高的灵敏度。尽管依赖于蝶阀和螺杆输送机的系统仍然需要手动操作,但是使用IBC 锥阀工艺,可以获得全自动化设备的操作。

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