一、背景
 

河南濟源鋼鐵（集團）有限公司始建于1958年，屬中國大型鋼鐵骨干企業、中國企業500強、中國民營企業100強、中國制造業500強和世界鋼鐵企業100強，系中鋼協和中特鋼理事單位。公司位于河南省濟源市境內，交通便利，鐵路專用線與焦枝鐵路線相接，現已發展成為國內品種最多、規格最全的優特鋼棒、線材專業生產企業。

由于河南濟鋼沒有焦炭生產，焦炭主要來源于山西和與濟鋼一路相隔的河南豫港焦化集團，河南濟鋼每個月至少要用焦碳120000萬噸左右，其中豫港焦化的焦碳有40000噸左右，約占濟鋼每月所消耗的總焦碳的三分之一，其每個月的交易額大約為1億人民幣。

河南濟鋼所用的焦碳一直以來都是用火車和汽車運輸的，進廠后是以軌道衡和汽車衡來計量的，計量精度在0.5%左右。

隨著河南濟鋼生產規模的不斷擴大，原有的原料場、焦碳堆場已遠遠滿足不了生產要求了。一座1200m3的高爐和四座500m3高爐每天的焦碳消耗量為4000噸左右。考慮到豫港焦化和河南濟鋼僅一路之隔，汽車和火車運輸又有諸多不便，經濟成本又高。于是，濟鋼和豫港的領導便有了通過皮帶運輸焦碳，用皮帶秤計量焦碳從而進行貿易結算的想法。

二、解決方案 
 

有想法，就要有行動。

在濟鋼領導的高度重視和大力支持下，于2010年河南濟鋼煉鐵擴建工程指揮部相關人員開始對原料廠的生產流程進行重新規劃和設計，焦炭的運輸改為膠帶輸送機進行連續輸送。

既然采用了膠帶輸送機運輸焦碳，那么，必須得有一種能夠適應動態計量的設備來對焦碳進行計量，而且是貿易計量。

首先，我們想到的是皮帶秤——高精度電子皮帶秤。

皮帶秤在我公司使用的地方也不少，可都是作為工藝計量出現的，其計量精度均在1%左右甚至更高，所計量出來的數據只是作為工藝參考。現在要進行貿易結算，其計量精度不說多高，可至少應該和軌道衡、汽車衡一樣吧（0.5%），該選什么樣的皮帶秤才能滿足要求呢？

我們先在網上查找相關信息，凡國內生產規模比較大的、信譽度高的皮帶秤廠家或皮帶秤代理商，我們逐一進行了解，逐一篩選。再和豫港焦化的相關技術人員一起到各地進行實地考察，通過對比、篩選（目前，國內、國際上所使用的西門子皮帶秤最好的是雙托輥電子皮帶秤MMI-2，其計量精度可以達到0.5%），我們最終選用了西門子MMI-3三托輥皮帶秤，其實際使用精度可以達到0.25%。

主要還是對這種動態秤不放心，心里沒底，畢竟兩家公司一個月的交易額都在一個億以上。所以，我們在設計時一方面采用了高精度的電子皮帶秤，另一方面還配套了一臺實物標定倉的方案。這種方式的特點是保證連續輸送，焦炭塊也不會遭到破壞。為保證精度，我們制定了定期與實物標定倉進行比對的方案，要求工作人員每天、每周或每月按要求進行比對。

作為動態計量的皮帶秤要達到很高的計量精度，需要滿足以下兩個條件：

 皮帶秤本身要求非常高的重復性（即零點和量程要求在±0.1%），高穩定性稱量系統，沒有好的重復性，就沒有下面的高精度可談了。良好的重復性和高精度稱重系統的重點是要求機械部分要達到相應的要求，即秤架和皮帶輸送機。秤架精度不夠，安裝秤架的皮帶輸送機條件達不到要求，皮帶秤的高精度、高穩定性都談不上。

好的檢定方式，目前最權威也是最有效的就是實物標定，可現狀是大多數廠家都不具備實物標定條件，所以有些測試結果也是不能完全讓用戶信服的。

三、安裝調試
 

皮帶秤安裝位置的選擇需要考慮物料的擾動和皮帶張力的變化。

濟源鋼鐵為了皮帶秤有更好的使用效果，單獨設計了長約40米的輸送機，該條輸送機是水平安裝的，皮帶秤的安裝位置選擇了離進料口大約10米左右，這樣焦炭在落到皮帶上經過10米的距離后，能很好地穩定下來，這樣物料的擾動對稱重的效果影響基本消除。

皮帶張力的大小與皮帶速度、物料輸送量、輸送機長度、輸送機所輸送物料提升高度等因素有關，皮帶速度越高，物料輸送量越大，輸送機長度越長，輸送機所輸送物料提升高度越高，則皮帶張力越大。而對同一條皮帶來說，越靠近頭部滾筒，皮帶張力越大，在物料輸送量變化和其它條件變化時所引起的皮帶張力變化也越大； 越靠近尾部滾筒，皮帶張力越小，在物料輸送量變化和其它條件變化時所引起的皮帶張力變化也越小，所以我們選的也是張力變化比較小的位置。這條輸送機張力調節依靠重錘自動調節。

在皮帶輸送機的各類托輥中，只有一部分適合安裝皮帶秤。為了得到較好的托輥校準，在稱量區及其鄰近區域必須使用合適的托輥。20°、35°槽形托輥是最常用的托輥，45°槽形托輥可以使用但精確度受影響。深槽形角可能加大皮帶張力、皮帶剛性對測量精確度的影響，因而對托輥校準的要求更高了，其實基本上按照國標要求，基本能滿足要求。

應選擇相同尺寸的托輥，滾筒的偏心誤差應小于0.5mm，當與標準槽形樣板比較時，槽形誤差應小于3mm。安裝時，所有托輥應選擇同一制造廠生產的并保證良好的潤滑。

對皮帶秤的精確度來說，在稱量區托輥的正確而精確的校準是關鍵的，否則在稱量托輥上將受到一個附加力，導致校驗過程誤差和測量過程誤差，所以校驗時在稱量托輥及其鄰近的前后至少各兩組托輥（最好是三組）的對應點上用拉線的方法檢查其相對高差，要求高差小于±0.8mm，而對稱量托輥來說，要求它決不能低于鄰近托輥。

還有就是皮帶跑偏，跑偏量應盡量控制在皮帶寬度的2~5%左右。由于皮帶秤是很精密的儀器，要求盡量減少震動對皮帶秤的干擾。

我們在安裝調試過程中還是遇到了許多問題，結果也證實了不按照這些要求進行安裝，對皮帶秤的重復性和準確度影響是非常大的：

 該條輸送機的原設計時是按照45°槽型托輥制造的，當時由于沒有改造，在調試過程中，零點始終漂移很厲害，基本上波動在±0.2~0.5%，達不到要求的±0.1%。后來，把整條輸送機托輥全部改造成35°槽角后，其零點漂移相對來說要好一些。

輸送機震動很大，主要原因有：輸送機支架比較高，達到1.2米；后在每條支腿上加斜撐加固；整條輸送機通廊是鋼結構的，跨度比較大，在皮帶秤的安裝位置通廊的正下和地面之間加鋼結構支撐；托輥徑向跳動很大，跳動最大的達到10mm，更換部分托輥后震動要好一點。

皮帶跑偏厲害，跑偏量達到十多厘米，原因有皮帶膠結不齊和頭尾輪不在同一中心上，這個問題比較頭疼，后來輸送機廠家的工程師到現場，通過調節尾輪和糾偏托輥，效果稍好些，但還沒有達到最佳狀態。

 整改完成以上問題后，開始對皮帶秤進行零點和量程標定，在標定過程中，零點還是有些波動，經過兩天的觀察，懷疑皮帶張力不合適，通過增加重錘張緊裝置的重量，重新零點標定，經過一天的標定確認，重復性完全達到±0.1%以內。

四、使用效果
 

按照要求整改完這些問題，經過多次不同時段，包括輸送機停機再開機，多種條件下測試，零點和量程的標定重復性均能達到±0.1%，西門子BW500還有空秤累計測試功能，通過多次測試，每次10分鐘，大概皮帶運轉12圈，空秤累計都在6~10kg；西門子稱重儀表還有個非常獨特的功能，就是對稱重傳感器進行電子配平，主要目的是排除不均勻側向負荷的影響。

機械安裝過程的好壞直接影響稱重系統的重復性和精度，通過以上嚴格執行要求安裝，零點和量程標定的重復性都滿足要求后，下面就是重要的實物對比測試了，我們為這套稱重系統的實物標定提供了一套料斗秤，直接安裝在這條輸送機的出料口，每次能進行10噸左右的數據對比，實物標定的要求是精度高于皮帶秤精度一個等級的實物數據, 物料重量為最大流量的4~8%或正常輸送三圈的實物量。

我們于2012年6月開始正式使用到現在，發現這臺秤的精度的確很高，完全滿足技術協議的要求（±0.25%）。我們的使用方法是：每天早上一上班，先由生產人員將皮帶運行起來，然后，由雙方計量管理人員到現場進行零點標定，重復性都非常好，零點做完直接下料到料斗秤內，進行實物比對，精度也都是在范圍內，下面是我們做的幾組數據，效果都優于±0.25%，

皮帶秤和實物比對結果
 

五、結語
 

皮帶秤是非常適合大宗散伙物料計量的場合，經過我們的實際使用，西門子的MMI-3皮帶秤精度完全能達到貿易結算需求，而且使用方便，維護簡單。這臺皮帶秤的使用，給我們帶來的經濟效益也是非常可觀的，跟我們以前的運輸方式相比，為我們每噸焦炭節約20元/噸的運輸費用。以前的工作方式，從火車中取出時，焦炭塊遭到很大程度的破碎，通過皮帶輸送，焦炭的質量也提升了不少，對高爐的利用率也有所提升。

我國在鋼鐵，水泥，礦山，碼頭等有大宗物料輸送的場合，常常要求計量精度達到±0.5%，計量精度要求更高的要求達到±0.25%，甚至達到±0.1%。由于我國生產制造皮帶秤的廠家非常多，經過十多年的實際使用情況來看，前期標定也能達到比較好的效果，但長期穩定性大多不盡人意，所以很多人開始懷疑作為動態計量的皮帶秤能否達到這樣的高精度，在這種背景下西門子一直堅持努力著，也逐漸讓行業內認識到皮帶秤是能達到高精度計量要求的。

附：西門子MMI-3皮帶秤介紹
 

西門子MMI-3皮帶秤介紹
 

電子皮帶秤主要由MMI-3秤架（包含六只稱重傳感器）、WS300速度傳感器、和BW500稱重積算儀等主要部件組成。

西門子的MMI-3皮帶秤秤架部分的設計是很具有特色，與一般常用的杠桿式秤架涉及不同，它采用了被稱為“三無”的直接承重式秤架結構，即：無杠桿、無支點、無平衡重，也就是沒有稱重承載器。這種設計帶來的好處是顯而易見的：

維護方便
 

在MMI-3秤架上沒有杠桿支點，沒有可動部件，也不存在諸如支點磨損等問題。杠桿式秤架秤體大，水平面方向的表面積大，大面積積灰需經常清掃，否則會引起零點變化，而直接承重式秤架尺寸短小，水平方向的表面積更小，積灰量很小，積灰引起零點變化也小，可無需經常清掃。

直承式秤架結構保證了物料的重量通過稱量托輥組直接加在稱重傳感器上，皮重、料重一起稱，所以秤架結構非常簡單，重量也非常輕，為安裝、維護、以及更換備件帶來了極大的方便。

秤架結構不僅簡單，對不同寬度皮帶來說零部件的通用性也比較好，除了靜態梁、動態梁的寬度相應變化外，其余部分幾乎是一樣的。同時，模塊化設計結構大大減少了維修和更換備件的工作量和成本。

由于采用的是高精確度的三重梁平行四邊形不銹鋼稱重傳感器，其重復性是0.01%，非線性和滯后均為0.02%。因為采用直接承重式結構，也相應減少了因這些部件帶來的測量精確度損失和在物料輸送過程中機械震動給稱量系統帶來的干擾。

  MMI-3皮帶秤為高精度皮帶秤，可實現貿易結算的目的，它采用一種獨特的模塊化設計結構，配用6只個稱重傳感器，在20%～100%量程范圍內精確度指標為0.125%。

BW500是為高精度皮帶秤設計的功能強大的積算儀。它具有以下主要特點：

具有專利技術的稱重傳感器電子平衡功能，能排除不均勻側向負荷的影響，不需傳感器匹配機械平衡；

WS300速度傳感器是皮帶秤組成部分。安裝在從動軸上，是高分辨率軸驅動速度傳感器。將軸轉動轉換成1個脈沖列，每轉256個脈沖。軸既可順時針又可逆時針雙向轉動，能消除振動引起的故障。它提供信號經電纜連接傳送到積算器，監視運輸機的皮帶速度并計算通過皮帶輸送機的物料流量。

安裝時拉線校水平示意圖