燒結(jié)混合機(jī)自動(dòng)加水研究

張家強(qiáng) 張洪明

【摘 要】 燒結(jié)混合機(jī)加水量控制一直以來(lái)是困擾燒結(jié)工藝的難題，由于老廠燒結(jié)工藝落后，一直以來(lái)均為人為手工調(diào)節(jié)混合機(jī)的加水量，造成燒結(jié)礦水分波動(dòng)較大，嚴(yán)重影響燒結(jié)礦質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加水功能，從工藝要求上能夠穩(wěn)定控制燒結(jié)礦水分大小，解決混合后燒結(jié)礦粒度透氣性問(wèn)題，從而提高燒結(jié)混合機(jī)混合效率，為穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量提供保證。

【Abstract】Water addition control of sintering mixer has always been a difficult problem puzzling sintering process. Due to the backward sintering process in the old plant， the amount of water added to the mixer has been adjusted manually all the time， resulting in a large fluctuation of sinter moisture， which seriously affects the quality of sinter. In order ro realize the function of automatic water adding， the water content of sinter can be controlled steadily according to technological requirements， and the air permeability of sinter particle size after mixing can be solved， so as to improve the mixing efficiency of sintering mixer and guarantee the sinter quality.

【關(guān)鍵詞】燒結(jié)混合機(jī);加水量;燒結(jié)礦水分

【Keywords】sintering mixing machine; water addition; sinter moisture

【中圖分類號(hào)】TF046? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）06-0169-02

1 混合機(jī)崗位現(xiàn)狀分析

崗位人員需要定期進(jìn)行設(shè)備巡檢。改造前一次混合崗位主要負(fù)責(zé)的設(shè)備有H1、H2皮帶機(jī)和ZL1、ZL2、ZL3皮帶機(jī);混合機(jī)、制粒機(jī)2臺(tái)、S1皮帶機(jī)、油泵3臺(tái)、加水泵等水箱附屬設(shè)施。隨著外來(lái)勞務(wù)人員清退，崗位清掃工作量增加，一次混合崗位主要負(fù)則H1、H2皮帶機(jī)和ZL1、ZL2、ZL3等5條皮帶的清掃工作，同時(shí)還需要負(fù)責(zé)托輥、擋皮、分料器的維護(hù)工作。

從工藝調(diào)整來(lái)說(shuō)，水分在燒結(jié)工藝中的主要起到制粒、導(dǎo)熱、潤(rùn)滑、助燃的作用。水分控制的穩(wěn)定性對(duì)燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)有直接影響。水分控制大，透氣不均，局部夾生，產(chǎn)量與強(qiáng)度均降低。水分控制小，制粒效果差，垂速下降，產(chǎn)量降低。

因此，水分控制穩(wěn)定性越高越有利于使燒結(jié)過(guò)程得到強(qiáng)化，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)得到提升?，F(xiàn)階段水分控制流程為接到上料量和結(jié)構(gòu)變更通知，記錄時(shí)間并查看水分，調(diào)整加水門開(kāi)度，查看水分是否適宜，如果合適繼續(xù)觀察水分變化，不合適再次調(diào)整加水門開(kāi)度。

2根據(jù)混合機(jī)工藝需求提出的控制要求

通過(guò)分析該崗位人員情況、崗位安全生產(chǎn)的工作環(huán)境、工作強(qiáng)度以及影響燒結(jié)礦質(zhì)量的工藝要求等，提出如下問(wèn)題。

①如何在穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)水分控制，能否根據(jù)上料量變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整加水量;②能否實(shí)現(xiàn)水分控制精度在設(shè)定值±0.2%;③自動(dòng)狀態(tài)與手動(dòng)狀態(tài)可根據(jù)需求進(jìn)行切換，且切換過(guò)程不會(huì)影響水分控制穩(wěn)定性。

3 混合機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加水可行性分析

3.1 燒結(jié)混合機(jī)水分分析

燒結(jié)原料水分波動(dòng)，將會(huì)引起配料的波動(dòng)。因?yàn)榕淞鲜前窗俜种俚臐窳吓淙?，按干料進(jìn)行計(jì)算，各種原因的水分都是假定不變的，若原料的水分發(fā)生波動(dòng)，必然會(huì)引起配料的波動(dòng)，也會(huì)對(duì)混合料水分穩(wěn)定帶來(lái)影響?；旌狭霞尤胨堪凑铡耙砸换鞛橹?，配料室為輔，二混適當(dāng)補(bǔ)充加足”[1]。二混加水只是對(duì)一混加水不足的補(bǔ)充。

一次混合的目的主要是混勻和加水潤(rùn)濕，使混合料中各成分、粒度均勻分布，并使混合料水分達(dá)到二次混合要求，同時(shí)當(dāng)使用熱返礦時(shí)，可以將物料預(yù)熱;二次混合除有繼續(xù)混合的作用外，主要任務(wù)是加強(qiáng)混合過(guò)程中的制粒，使細(xì)粒物料粘附在核粒子上，形成粒度大小一定的粒子。同時(shí)還有補(bǔ)充水分、通入蒸汽預(yù)熱任務(wù)，從而改善混合料粒度組成，使混合料在具有良好透氣性的情況下，保持最好的水分含量和必要的料溫，保證燒結(jié)料層具有良好的透氣性。一段式混合工藝在現(xiàn)代燒結(jié)工藝中基本不再采用。國(guó)內(nèi)外燒結(jié)工藝為強(qiáng)化混合制粒，甚至增加了第三次混合機(jī)。

3.2 燒結(jié)混合機(jī)調(diào)整工藝情況

本次改造考慮3#燒結(jié)機(jī)正常工況下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加水功能，不考慮異常情況，比如放灰、啟車、事故狀態(tài)下變化料量等特殊情況。該套控制程序能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的自動(dòng)加水控制。 3#燒結(jié)機(jī)工藝系統(tǒng)為一段混合加水，沒(méi)有分段系統(tǒng)，不存在多段混合分段調(diào)節(jié)功能，混合機(jī)加水量的多少必須一次調(diào)節(jié)成功，否則將會(huì)帶來(lái)生產(chǎn)質(zhì)量事故。傳統(tǒng)應(yīng)用PID通過(guò)給水調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)一段混合加水的水分閉環(huán)控制很難保證水分調(diào)節(jié)精度，系統(tǒng)擾動(dòng)會(huì)造成水分波動(dòng)較大，影響燒結(jié)礦質(zhì)量，容易造成重大質(zhì)量事故。

同一配料結(jié)構(gòu)下，燒結(jié)過(guò)程所需水分為定值。假設(shè)物料原始帶入水分一定，則加入水量也一定，且加水量與混合料上料量之間呈線性關(guān)系。即：

加水量=（實(shí)測(cè)水分值-水分設(shè)定值）*上料量設(shè)定值

建立加水量與加水閥門開(kāi)度的關(guān)系，通過(guò)自動(dòng)程序則可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)下的水分自動(dòng)控制。

4 制定混合機(jī)改造實(shí)施方案

4.1 燒結(jié)混合機(jī)自動(dòng)加水原理

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況分析，系統(tǒng)為大滯后且影響水分調(diào)節(jié)因素較多，長(zhǎng)期以來(lái)均是通過(guò)看水工現(xiàn)場(chǎng)用鐵鍬搓料，查看混合料水分大小。因此，如何解決大滯后過(guò)程控制問(wèn)題以及如何解決料量、水分、水量之間的關(guān)系問(wèn)題就是該系統(tǒng)要因。

針對(duì)該系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題，首先需要解決大滯后環(huán)節(jié)問(wèn)題，基于現(xiàn)場(chǎng)看水工實(shí)際操作過(guò)程分析，調(diào)節(jié)周期較長(zhǎng)，大約在5～6min，甚至10min才根據(jù)水分值調(diào)節(jié)一次水量。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工況下，調(diào)節(jié)范圍較小。在加灰及變料情況下，才需要大幅調(diào)節(jié)水量。因此，采用傳統(tǒng)PID單回路閉環(huán)控制無(wú)法滿足系統(tǒng)要求，通過(guò)對(duì)包鋼的新體系調(diào)研，對(duì)方采用三級(jí)混合，一混粗調(diào)，二混細(xì)調(diào)，工藝設(shè)備較本人所在工廠較為合理，對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加水可借鑒度不高。要想解決該問(wèn)題，必須找到能夠模擬看水工經(jīng)驗(yàn)判斷操作過(guò)程的方法。

4.2 控制原理

通過(guò)混合機(jī)出口水分儀實(shí)測(cè)混合料水分，正常情況下，若混合料水分在（6.8%～7.2%），正常控制設(shè)定在7.0%，加水量計(jì)算公式如下：加水量=（實(shí)測(cè)水分-水分設(shè)定值）*上料量設(shè)定值

實(shí)測(cè)水分：從水分超限開(kāi)始計(jì)時(shí)，在90s（根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)定）內(nèi)，每秒取一個(gè)值，做平均數(shù)

水分設(shè)定值：7.0%（根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)定）

上料量設(shè)定值：上料總量含返礦量

通過(guò)實(shí)測(cè)瞬時(shí)水量與調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，找出兩者的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系。再通過(guò)函數(shù)關(guān)系找出閥位與加水量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣通過(guò)加水量找出對(duì)應(yīng)閥位，手自動(dòng)切換過(guò)程中，跟蹤當(dāng)前閥位。

Y=0.571X+10（X：調(diào)節(jié)閥開(kāi)度;Y：瞬時(shí)流量）

Z=X1+ X2（X1：當(dāng)前調(diào)節(jié)閥開(kāi)度;X2：換算閥位;Z：輸出調(diào)節(jié)閥開(kāi)度）

4.3 采集連續(xù)3個(gè)月8000條數(shù)據(jù)（截取部分?jǐn)?shù)據(jù)）

5 項(xiàng)目實(shí)施

該系統(tǒng)采用采樣控制實(shí)現(xiàn)了大滯后系統(tǒng)的控制要求。基本實(shí)現(xiàn)了單一混合機(jī)的自動(dòng)加水功能。通過(guò)利用原有混合機(jī)出口水分儀、水量調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、手操器及浙大JX300控制系統(tǒng)等現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)采樣控制實(shí)現(xiàn)了3#燒結(jié)機(jī)正常工況下，混合機(jī)自動(dòng)加水功能。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能能夠?qū)崿F(xiàn)加灰等小范圍變料情況下的系統(tǒng)擾動(dòng)。如果通過(guò)控制室崗位人員在變料情況下，實(shí)時(shí)改變水分設(shè)定值，也能很快達(dá)到調(diào)節(jié)要求。同時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)的調(diào)節(jié)效果要明顯好于看水工的人為調(diào)節(jié)。針對(duì)系統(tǒng)的大滯后環(huán)節(jié)，采用按周期采樣斷續(xù)控制的原理，在相鄰兩次采樣之間保持控制信號(hào)不變，直到下一個(gè)采樣控制周期信號(hào)到來(lái)，延時(shí)時(shí)間大于純滯后時(shí)間。這樣重復(fù)動(dòng)作，逐步校正被控對(duì)象的偏差值。直到系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這種控制思想就是“控一控，等一等”，放慢控制速度，減少控制器過(guò)渡調(diào)節(jié)[2]。

6 結(jié)論

改造后通過(guò)實(shí)際效果驗(yàn)證，水分控制穩(wěn)定性較人工手動(dòng)控制有大幅改善，水分控制精度可控制在中值±0.2%，有效提高了水分控制穩(wěn)定性。除配料除塵器放灰時(shí)間段外全部采用自動(dòng)加水，每日運(yùn)行時(shí)間約為23.5h，有效降低了崗位勞動(dòng)強(qiáng)度，可使職工將更多精力投入設(shè)備巡檢及清掃工作中。此次3#燒結(jié)機(jī)混合機(jī)自動(dòng)加水改造在充分利用原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)看水工的實(shí)際操作情況，通過(guò)控制程序模擬手動(dòng)人工判斷，實(shí)際運(yùn)行效果較好，基本改變了燒結(jié)系統(tǒng)多年來(lái)由于工藝條件限制無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加水的現(xiàn)狀。

【參考文獻(xiàn)】

【1】唐賢容.燒結(jié)理論與工藝[M].長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1992.

【2】張漢泉.燒結(jié)球團(tuán)理論與工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2018.