淺議燒結(jié)過程控制技術(shù)

陶宇

摘 要：燒結(jié)是人造富鐵礦的主要生產(chǎn)方法之一。本文首先簡(jiǎn)單介紹了燒結(jié)工藝，其次分析了我國(guó)目前燒結(jié)工藝的難點(diǎn)，最后提出了幾點(diǎn)智能化燒結(jié)過程控制技術(shù)，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員提供一定的資料參考。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)；粉末；難點(diǎn)；控制技術(shù)

燒結(jié)過程是將粉狀物料進(jìn)行高溫燃燒，在不完全熔化的條件下使其燒結(jié)成塊，為高爐生產(chǎn)提供含鐵原料的工藝流程。燒結(jié)過程控制對(duì)粉末冶金整個(gè)工藝過程起著至關(guān)重要的作用，控制不好，將導(dǎo)致燒結(jié)后的零件在尺寸和性能上不穩(wěn)定或達(dá)不到產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，并可能出現(xiàn)氧化、脫碳、滲碳、崩裂和積碳等工業(yè)中常見的問題。

一、燒結(jié)工藝介紹

鐵礦石是高爐生產(chǎn)的主要原料，但是在天然鐵礦石中，鐵的含量并不高，需要將開采到的鐵礦石進(jìn)行預(yù)處理，將其研磨成粉，進(jìn)行選礦。經(jīng)過選礦后，礦粉的質(zhì)量雖然有所提高，但是依舊不能作為煉鐵原料使用，需要進(jìn)行人工造塊，生產(chǎn)人造富鐵礦，常用的方法是燒結(jié)和球團(tuán)。目前國(guó)際上90%以上的人造富鐵礦都是通過燒結(jié)得到的，因此說燒結(jié)過程是鋼鐵工業(yè)的基礎(chǔ)。燒結(jié)礦質(zhì)量的好壞直接影響高爐生產(chǎn)的質(zhì)量。隨著燒結(jié)設(shè)備大型化和高爐對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量要求的提高，燒結(jié)過程控制技術(shù)的應(yīng)用就顯得更加重要。

二、燒結(jié)過程控制難點(diǎn)

（一）燒結(jié)過程相對(duì)復(fù)雜，難以獲得準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型

燒結(jié)過程中會(huì)發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化，其中包括燃燒反應(yīng)、氧化物的分解、還原、再氧化等，涉及熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)及結(jié)晶礦物學(xué)等理論知識(shí)。對(duì)燒結(jié)過程有影響的參數(shù)可多達(dá)幾十個(gè)，如：水分、燃料配比、原料配比、熔劑配比、料層厚度、點(diǎn)火溫度、風(fēng)箱負(fù)壓等等。這些參數(shù)的影響途徑不同，產(chǎn)生的效果千差萬別。同一個(gè)參數(shù)如堿度既與熔劑的配比有關(guān)，又受到含鐵原料的成分、下料量、水分含量等多個(gè)因素的影響。因此要獲得準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，對(duì)燒結(jié)過程進(jìn)行描述和控制難度很大。

（二）燒結(jié)過程具有大滯后性

燒結(jié)過程是一個(gè)滯后的系統(tǒng)，因?yàn)闊Y(jié)過程工序較多，含鐵的原料經(jīng)過配料、混合制粒和布料點(diǎn)火，然后燒結(jié)形成燒結(jié)礦，這個(gè)過程根據(jù)不同燒結(jié)機(jī)的工藝情況不同，大約需要1小時(shí)左右，這時(shí)只能靠在機(jī)尾定性地觀察某些燒結(jié)狀況來判斷及調(diào)整燒成；成品燒結(jié)礦的獲得還要經(jīng)過燒結(jié)后的破碎、篩分、冷卻和整粒等工序，這一過程又需要半個(gè)多小時(shí)的時(shí)間；一般燒結(jié)廠的產(chǎn)量、質(zhì)量指標(biāo)的檢驗(yàn)環(huán)節(jié)還要經(jīng)過2-4小時(shí)后才能獲得結(jié)果。這些過程決定了燒結(jié)過程的大滯后性。

（三）燒結(jié)過程具有動(dòng)態(tài)時(shí)變性

燒結(jié)的過程是一個(gè)非常復(fù)雜的工藝過程，除了具有復(fù)雜性、時(shí)滯性以外，還具有連續(xù)性、非線性、時(shí)變性和不確定性。

三、燒結(jié)過程的智能控制技術(shù)

（一）燒結(jié)配料優(yōu)化方法

1、線性規(guī)劃算法。由于燒結(jié)配料過程不涉及化學(xué)變化，燒結(jié)礦化學(xué)成分與各種鐵礦原料的配比之間呈線性關(guān)系，因而可以建立以成本最小為目標(biāo)、化學(xué)成分要求為約束的燒結(jié)配料優(yōu)化線性規(guī)劃模型，然后采用單純形法、內(nèi)點(diǎn)法等經(jīng)典的線性規(guī)劃算法求解，得到鐵礦原料的優(yōu)化配比。2、智能優(yōu)化算法。隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、模糊系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、遺傳算法的發(fā)展，各種智能方法展現(xiàn)了在具有強(qiáng)非線性、數(shù)學(xué)模型難以建立的情況下的顯著優(yōu)越性，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的建模與優(yōu)化。采用智能集成優(yōu)化思想在燒結(jié)配料建模與優(yōu)化方面取得了大量的研究成果。根據(jù)系統(tǒng)論的方法，采用定性定量綜合集成方法，建立成分預(yù)測(cè)模型、配比調(diào)整專家規(guī)則、燒結(jié)礦性能指標(biāo)預(yù)測(cè)模型、燒結(jié)配料優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)配料優(yōu)化。

（二）燒結(jié)終點(diǎn)控制

燒結(jié)終點(diǎn)是燒結(jié)過程中最重要的熱狀態(tài)參數(shù)，是判斷燒結(jié)過程正常與否的標(biāo)志之一。一般情況下燒結(jié)終點(diǎn)應(yīng)當(dāng)控制在倒數(shù)第二個(gè)風(fēng)箱的位置：燒結(jié)終點(diǎn)超前，燒結(jié)機(jī)有效面積沒有得到充分利用，利用系數(shù)降低；燒結(jié)終點(diǎn)滯后，則卸料時(shí)燒結(jié)料層未燒透，返礦量增加，成品率下降。因而燒結(jié)終點(diǎn)的穩(wěn)定跟蹤對(duì)于提高燒結(jié)生產(chǎn)的質(zhì)量與產(chǎn)量具有重要意義。

中部風(fēng)箱廢氣溫度可以直接反映燒結(jié)終點(diǎn)位置的變化：若中部風(fēng)箱廢氣溫度升高，則燒結(jié)終點(diǎn)有超前的趨勢(shì)；中部風(fēng)箱廢氣溫度降低，則燒結(jié)終點(diǎn)有滯后趨勢(shì)。因此，反饋模糊控制器與預(yù)測(cè)控制器的軟切換模型，可以根據(jù)中部風(fēng)箱廢氣溫度與穩(wěn)態(tài)條件下標(biāo)準(zhǔn)溫度的偏差來對(duì)當(dāng)前工況進(jìn)行判斷，從而確定相應(yīng)的加權(quán)因子ɑ。切換的主要原則是：若中部風(fēng)箱廢氣溫度與穩(wěn)態(tài)條件下標(biāo)準(zhǔn)溫度的偏差較大，則說明設(shè)定值處于穩(wěn)態(tài)。當(dāng)設(shè)定值處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，為了有效防止預(yù)測(cè)模型偏差給系統(tǒng)造成的波動(dòng)，應(yīng)充分發(fā)揮不依賴模型的模糊控制器的優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)設(shè)定值于非穩(wěn)態(tài)時(shí)，可充分發(fā)揮預(yù)測(cè)控制超前調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)，克服燒結(jié)過程存在的大滯后性，提高控制系統(tǒng)的性能。

（三）點(diǎn)火燃燒控制

在燒結(jié)過程中，點(diǎn)火燃燒是影響燒礦質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，點(diǎn)火能耗是燒結(jié)工序的一項(xiàng)重要能耗指標(biāo)。根據(jù)燃燒機(jī)理與燒結(jié)工藝要求，建立點(diǎn)火溫度優(yōu)化設(shè)定模型，根據(jù)當(dāng)前的煤氣熱值、料層厚度、臺(tái)車速度得到最優(yōu)的點(diǎn)火溫度。然后采用串級(jí)控制思想，對(duì)點(diǎn)火溫度設(shè)定值進(jìn)行跟蹤。點(diǎn)火溫度控制分為主副兩個(gè)回路，主回路為溫度優(yōu)化控制回路，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火溫度穩(wěn)定并跟蹤其設(shè)定值，保證燒結(jié)所需熱量。溫度模糊控制器根據(jù)點(diǎn)火溫度設(shè)定值與檢測(cè)值之間的偏差，得到煤氣流量設(shè)定值，進(jìn)而根據(jù)空燃比得到空氣流量設(shè)定值；副回路為閥門控制回路，主要保證煤氣流量和空氣流量的穩(wěn)定并跟蹤其設(shè)定值。

四、結(jié)語

燒結(jié)過程自動(dòng)控制技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用大大提高了我國(guó)燒結(jié)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。但是與國(guó)外的先進(jìn)水平相比還是有一定的差距，但是隨著我國(guó)科學(xué)的不斷進(jìn)步，會(huì)有越來越多的新技術(shù)設(shè)備應(yīng)用到燒結(jié)控制中來，到那時(shí)，這些問題也將迎刃而解。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚兆強(qiáng)，王輝.粉末冶金鋼燒結(jié)過程控制和分析[J].粉末冶金工業(yè)，

2016，06：62-66.endprint