燒結(jié)礦自動除鐵系統(tǒng)改善設(shè)計

翟立偉 周方俊 王正青

（1：寶鋼股份有限公司煉鐵廠 上海 201900；2：上海信通機(jī)電工程有限公司 上海 201821）

1 前言

燒結(jié)是煉鐵工藝中一道非常重要的工序，生產(chǎn)的燒結(jié)礦是含鐵量品位很高的磁性礦，為了保證燒結(jié)礦皮帶運輸?shù)陌踩裕苊膺\輸中夾雜的鋼鐵件損壞運輸皮帶，業(yè)內(nèi)都要在運輸皮帶上裝有自動除鐵功能的除鐵設(shè)備。目前的自動除鐵器主要部件為金屬探測器（文中提及的金屬探測器主要指有磁性金屬檢測，一些銅、不銹鋼等無磁金屬件不在檢測范圍內(nèi)。）、除鐵器、自卸式棄鐵漏斗和控制柜，由于設(shè)備本身故障及現(xiàn)場每班次的功能試驗發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患存在一定的滯后性，除鐵器的功能和精度時有失效的情況，造成鐵件逃過去，撕裂皮帶的故障，為此必須從設(shè)備本質(zhì)上加以改進(jìn)，開發(fā)出設(shè)備自診斷系統(tǒng)予以解決。

2 除鐵工作過程及金屬檢測原理

燒結(jié)礦自動除鐵設(shè)備主要由安裝在皮帶運輸機(jī)機(jī)架上的一臺金屬檢測器、一臺吊裝在皮帶機(jī)上方的平行式除鐵器、棄鐵料斗和配套控制柜等設(shè)備構(gòu)成。其簡要工作過程是：當(dāng)金屬檢測器發(fā)出有鐵信號時，依據(jù)金檢與除鐵器的距離和電磁鐵勵磁時間，設(shè)定一個定延時時間，當(dāng)鐵件到達(dá)除鐵器尾部（強(qiáng)磁區(qū)）時，電磁鐵強(qiáng)勵磁，將鐵與礦一起吸起來，再利用除鐵器的皮帶傳動，將鐵與礦運到特殊設(shè)計的永磁鐵弱磁區(qū)完成第一次分選，這樣導(dǎo)磁性差的燒結(jié)礦在弱磁性、振動力、重力幾方面的作用下會掉回到下方的運輸皮帶上被回收，隨著循環(huán)傳動皮帶的運動，鐵件則因為它的強(qiáng)導(dǎo)磁性以及緊貼磁場表面而不會下落。至此除鐵器完成全部的除鐵動作，等待金屬檢測器的下次有鐵件信號。

金屬探測器主要有控制箱和串在輸送皮帶上層（載料層）的傳感器線圈組成，金屬檢測器主流技術(shù)是采用電磁振蕩式，其作用原理是檢測渦流損耗，這種金屬檢測裝置主要由一個檢測線圈和一個控制裝置構(gòu)成，檢測線圈與控制裝置內(nèi)部的電子器件組成一個L（檢測線圈）C（控制裝置內(nèi)部的電子器件）振蕩器，這個振蕩器在外部條件不變的情況下維持一定幅度的等幅振蕩，當(dāng)金屬物質(zhì)以一定的速度通過檢測線圈時，金屬物質(zhì)的鐵損引起渦流損耗，使振蕩器的Q值降低，從而使振蕩器的振蕩電流增大。此時，振蕩器要維持振蕩電源必須向振蕩器補(bǔ)充供電，這樣在電源的負(fù)載電阻上就會有一個電壓的跳變，這個微小的電壓跳變經(jīng)電路處理就是有金屬信號。

3 目前存在的問題

3.1 金屬探測器誤動作問題

燒結(jié)礦是含鐵量品位很高的磁性礦，在生產(chǎn)過程中燒結(jié)礦含鐵量品位在變化，同時燒結(jié)礦顆粒大小也在變化，燒結(jié)礦中亞鐵含量過高，經(jīng)過金屬探測器傳感器線圈時就如同大小不同的金屬，若金屬探測器內(nèi)部檢測濾波電路針對燒結(jié)礦所產(chǎn)生的干擾信號抑制能力差，易頻繁誤動。金屬檢測器工作過程中，被檢測物料必須要穿過檢測線圈的磁場，所以它不能被屏蔽，必須裸露在工作現(xiàn)場，它的這種工作方式，決定了檢測線圈的磁場易受環(huán)境中的外界因素影響，這種影響是多方面的。如機(jī)械震動引起的檢測線圈磁場變化、周圍金屬移動造成的檢測線圈磁場變化、大電機(jī)起動、對講機(jī)、手機(jī)等無線通信裝置，打雷，電焊機(jī)焊接等外界強(qiáng)電磁場的干擾等諸多因素，都會使金屬檢測器的正常工作狀況受到意外的變化而造成金屬檢測器的誤動作。在提高金屬檢測器的抗干擾性能方面，國內(nèi)外同行都下了很大的工夫，并有不少的改進(jìn)措施，但大都局限于電子線路的改進(jìn)和使用電子元器件的改進(jìn)。這些改進(jìn)措施雖然都起到了一定的抗干擾作用，但在檢測原理方面仍是單脈沖的幅度比較，所以都不能對抗干擾問題有實質(zhì)上的改進(jìn)。

3.2 除鐵器漏鐵問題

寶鋼應(yīng)用的平行連續(xù)回收式除鐵器結(jié)構(gòu)形式是2002年寶鋼股份和上海信通機(jī)電共同研發(fā)的專利技術(shù)（專利號CN2557234［P］），它比早期引進(jìn)日本圓盤磁性礦回收式除鐵器技術(shù)更進(jìn)步，集吸鐵、料礦分離于一體，被國內(nèi)眾多除鐵器生產(chǎn)廠家及業(yè)主認(rèn)同并仿制生產(chǎn)應(yīng)用于燒結(jié)礦輸送皮帶上。使用中尚有如下問題：1）經(jīng)常發(fā)生因金屬探測器頻繁動作導(dǎo)致除鐵器中電磁鐵工作頻繁引起線圈發(fā)熱燒壞；2）被吸起的鐵件（如爐篦條）被除鐵器皮帶還沒有帶到非磁滾筒分離位置就自動掉落了，除鐵器效果幾乎喪失；3）有的除鐵器安裝位置過高（或者除鐵器磁場強(qiáng)度本身制造時就達(dá)不到技術(shù)要求使得鐵件吸不起來，有的除鐵器安裝位置不合理導(dǎo)致被吸起的長鐵件一端吸起頂在除鐵器尾部，另一端頂再輸送皮帶上反而造成皮帶撕裂事故；4）由于除鐵器在除鐵過程中鐵礦分離程度有限，去除的鐵件總會帶出些燒結(jié)礦，需要人工干預(yù)清理，如果崗位工不及時清理使得集鐵斗里堆滿了鐵件和燒結(jié)礦時，再被吸起的鐵件會仍然落回到皮帶上。

4 改善舉措

4.1 應(yīng)用雙線圈抗干擾金屬探測器

應(yīng)用寶鋼雙線圈金檢專利（專利號CN1314590［P］），雙線圈抗干擾金屬探測器既具有明顯序列特征和時間間隔特征的雙脈沖信號特性，其工作原理是：兩個檢測線圈分別為A檢測線圈與B檢測線圈，將A、B兩個檢測線圈按前后順序安裝布置，安裝布置示意見圖1所示。

雙檢測線圈金屬檢測技術(shù)的金屬檢測過程中，混在運輸物料中的金屬物質(zhì)隨皮帶運行方向按皮帶運行速度V運動，先經(jīng)過檢測線圈A，走過距離L再經(jīng)過檢測線圈B，這樣就會在A信號檢測電路與B信號檢測電路上各產(chǎn)生一個過鐵脈沖信號，這A、B兩個脈沖信號的時間間隔T是一個定值，它決定于A、B兩個檢測線圈的間距L與皮帶運行速度V的比值，而且A、B兩個信號脈沖的時序也是一定的，先出現(xiàn)信號脈沖A，經(jīng)過時間T再出現(xiàn)信號脈沖B，為了可以更精確的進(jìn)行信號處理，在信號處理過程中只選取A、B信號脈沖的上升沿，A、B兩個信號脈沖上升沿的時間間隔就是T，這個調(diào)制編碼后的檢測信號既具有A、B時序特征，又具有T的時間間隔特征。有了這樣明顯特征的信號，要將它與其它干擾信號進(jìn)行區(qū)別就非常容易。最后將這個帶有特殊編碼信息的信號送到信號辨識及比較運算電路進(jìn)行處理，與預(yù)先設(shè)定放置在存儲電路中的參數(shù)進(jìn)行比較，符合特征參數(shù)的送到信號輸出電路進(jìn)行輸出，不符合特征參數(shù)的干擾信號被濾除。采用錯頻技術(shù)實現(xiàn)兩個傳感器互不干擾，確保金屬探測器檢測靈敏度不受影響，提高金屬探測器工作穩(wěn)定性。

圖1 安裝布置示意圖

4.2 應(yīng)用自動投鐵試驗裝置

金屬探測器是燒結(jié)礦金屬探測與自動除鐵系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的檢測設(shè)備，其工作狀態(tài)將直接影響系統(tǒng)的工作狀態(tài)，按照現(xiàn)場生產(chǎn)管理制度要求每班崗位工進(jìn)行一次人工測試，當(dāng)輸送皮帶在運行過程中，人工要測試金屬探測器工作狀態(tài)及準(zhǔn)確性，需要在輸送皮帶運行的狀態(tài)下將測試鐵件放置到物料中，這樣常規(guī)的操作對測試人員的人身安全，存在著嚴(yán)重的安全隱患，為此設(shè)計開發(fā)了自動投鐵裝置，避免人機(jī)結(jié)合作業(yè)，降低安全風(fēng)險。該投鐵試驗裝置主要由控制箱和測試樣鐵卷揚機(jī)構(gòu)組成如圖2所示，樣鐵卷揚機(jī)構(gòu)安裝在金屬探測器傳感器前面，卷揚上纏繞牽引繩，末端掛著試驗樣鐵。當(dāng)牽引繩索處于收起的待機(jī)位置，自動投鐵裝置上電后，手動按按鈕，投鐵裝置立即松開試驗樣鐵牽引繩索，樣鐵瞬時落到皮帶上，隨著運行中的皮帶通過金屬探測器傳感器框架，以檢測金屬探測器是否處于正常的工作狀態(tài)，看是否能觸發(fā)除鐵器工作，進(jìn)一步驗證除鐵器的動作過程及鐵礦分離的效果。測試樣鐵在穿過金屬探測器傳感器并完成檢測工作后，連接測試樣鐵的牽引繩通過卷揚機(jī)構(gòu)在計算機(jī)程序控制下在規(guī)定時間內(nèi)把測試樣鐵收縮到待機(jī)位置。

圖2 金屬探測器自動投鐵試驗裝置示意圖

4.3 平行式除鐵器優(yōu)化

對除鐵效果當(dāng)然是磁場強(qiáng)度越大，除鐵能力就越好，相應(yīng)設(shè)備投資也高了，此外磁場強(qiáng)度越大電磁鐵所需勵磁時間也越長，這對于大部分燒結(jié)工藝現(xiàn)場金屬探測器與除鐵器之間的距離與皮帶運行速度有沖突，從現(xiàn)場現(xiàn)有的燒結(jié)礦金屬探測與除鐵器工藝布置而定如下措施：1）將除鐵器強(qiáng)磁區(qū)（除鐵器尾部）的電磁鐵底部與載料層皮的底部直徑距離調(diào)整到最低的高度（原則是燒結(jié)礦最高的料堆碰不到除鐵器皮帶），必要時適當(dāng)降低安裝在金屬探測器前面的擋料架高度。2）將除鐵器強(qiáng)磁區(qū)電磁鐵勵磁電壓調(diào)整到最大值的90%，同時調(diào)整分離區(qū)磁場強(qiáng)度與強(qiáng)磁區(qū)的過渡匹配，以保證被吸起的鐵件（如爐篦條）被除鐵器皮帶還沒有帶到分離區(qū)時會自動掉落。3）將除鐵器棄鐵溜槽改為帶振動分離燒結(jié)礦的振動篩，當(dāng)除鐵器接收到金屬探測器動作信號后開始工作鐵件和伴隨的少量燒結(jié)礦被帶到棄鐵分離篩，此時棄鐵分離篩也同時水平振動，分離混雜在鐵件中的燒結(jié)礦通過網(wǎng)孔落回到皮帶上，水平振動結(jié)束，分離篩一側(cè)的推桿開始自動上升將分離篩單側(cè)托起開始傾斜振動，將分離篩中的鐵件振落至集鐵斗里，推桿自動下降將分離篩降至原水平待機(jī)位置。

5 燒結(jié)礦金屬探測自動除鐵系統(tǒng)自診斷實踐

為了及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障及時報警，避免檢鐵除鐵功能失效，設(shè)計一套設(shè)備系統(tǒng)自診斷技術(shù)方案?；趩纹瑱C(jī)對雙線圈金屬探測器控制器功能進(jìn)行擴(kuò)充，按每天三班換班作為自診斷時間節(jié)點，由雙線圈金屬探測器控制器依次向金屬探測器自動投鐵試驗裝置、雙線圈金屬探測器、平行式除鐵器和智能棄鐵裝置發(fā)送測試命令，整個自診斷時間控制在2分鐘。診斷流程如圖3所示：⑴在雙線圈金屬探測器控制器里增加定時系統(tǒng)試驗信號輸出，在其操作面板上設(shè)定每天三次定時試驗信號。控制器根據(jù)所設(shè)定的定時時間并且地面輸送皮帶在運行狀態(tài)，輸出一個無源信號（保持時間為1s）給金屬探測器自動投鐵試驗裝置，同時給中控。⑵金屬探測器自動投鐵試驗裝置接收到運程試驗信號后立即釋放樣鐵隨物料一起穿過雙線圈金屬探測器，然后卷揚機(jī)構(gòu)將樣鐵回收至待機(jī)位置，等待下一次測試命令。⑶雙線圈金屬探測器控制器在設(shè)定參數(shù)范圍內(nèi)分別接收到樣鐵的動作信號時，就輸出正常動作輸出信號給除鐵器控制柜。若在設(shè)定參數(shù)范圍內(nèi)沒有接收到動作信號動作時，就輸出故障信號給中控，等待點檢人員排查。⑷除鐵器控制柜接收到金屬探測器動作輸出信號后，立即使除鐵器由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)為運行狀態(tài)，運行狀態(tài)信號送中控。⑸除鐵器運行信號同時給智能棄鐵裝置，棄鐵裝置開始工作，同時將工作狀態(tài)信號送給雙線圈金屬探測器控制器⑹雙線圈金屬探測器控制器根據(jù)金屬探測器自動投鐵試驗裝置、雙線圈金屬探測器和智能棄鐵裝置試驗結(jié)果，若有故障就輸出一個綜合故障信號給中控，由點檢人員來現(xiàn)場查看雙線圈金屬探測器控制器所報的具體對應(yīng)設(shè)備故障情況。另外系統(tǒng)控制器評估一定時間內(nèi)的檢鐵次數(shù)，若短時間內(nèi)頻繁出現(xiàn)檢鐵報警，內(nèi)部調(diào)整靈敏度，并觸發(fā)投鐵試驗信號，確保微調(diào)靈敏度下能檢出樣鐵。

6 結(jié)語

1）通過應(yīng)用雙線圈金屬探測器，信號線屏蔽接地，線圈安裝間距適當(dāng)調(diào)整下有效的濾除了外界干擾造成的誤動，提供了金屬探測器工作穩(wěn)定性，避免了除鐵器電磁鐵頻繁上電燒毀的隱患。

2）應(yīng)用自動投鐵裝置后，避免了人工在運行的皮帶機(jī)架旁進(jìn)行投鐵操作過程中的不安全危險隱患，確保維護(hù)人員在安全環(huán)境下進(jìn)行自動投鐵試驗，并且在計算機(jī)程序設(shè)定下可按設(shè)定時間自動投鐵測試除鐵系統(tǒng)。

3）通過每班三次自診斷，有效的檢查了金屬探測器的靈敏度，及時的驗證了除鐵器的功能精度。

4）燒結(jié)礦金屬探測與自動除鐵系統(tǒng)已經(jīng)在寶鋼股份寶山基地?zé)Y(jié)廠、寶鋼股份湛江鋼鐵燒結(jié)廠、寶鋼股份南京梅山鋼鐵公司燒結(jié)廠輸送皮帶上推廣使用，并形成多項專利技術(shù)。

圖3 自診斷流程圖