回轉(zhuǎn)窯焙燒自動(dòng)控制問(wèn)題探討

張瑞先,黃世來(lái),高緒松,段再基

（馬鋼股份有限公司煉鐵總廠，安徽馬鞍山 243000）

引言

近年來(lái)隨著高爐的大型化、現(xiàn)代化發(fā)展，保證高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行，高產(chǎn)低耗是鋼鐵企業(yè)的重點(diǎn)攻關(guān)課題。酸性球團(tuán)礦搭配堿性燒結(jié)礦，能顯著改善高爐爐料結(jié)構(gòu)、提高高爐利用系數(shù)。然而，球團(tuán)礦的生產(chǎn)是高能耗工藝，改善布料的均勻性和自動(dòng)控制焙燒能夠提高球團(tuán)礦的質(zhì)量并降低生產(chǎn)過(guò)程中的能耗以及設(shè)備損壞率，降低人工成本，最終降低生產(chǎn)成本，達(dá)到節(jié)能增效的目的。

1 存在問(wèn)題

馬鋼煉鐵總廠鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線于2008 年8 月投產(chǎn)，2010 年3 月大修擴(kuò)產(chǎn)為年產(chǎn)球團(tuán)礦220 萬(wàn)t，擔(dān)負(fù)著A、B 兩座高爐的球團(tuán)礦供應(yīng)。在生產(chǎn)過(guò)程中由于技術(shù)原因，鏈-回-環(huán)系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程一直是人工手動(dòng)操作模式，沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)控制方法，各班操作水平不一、思路不一，有一定的隨意性，人為因素給焙燒技術(shù)帶來(lái)一定程度的不確定性。

人工操作很難做到生球量與鏈篦機(jī)速度匹配的實(shí)時(shí)性，從而造成篦床布料厚度不均勻，又會(huì)造成生球烘干不一致，料層溫差較大。料層薄的部分生球會(huì)因?yàn)闇厣^(guò)快，而爆裂；料層厚的部分會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)低沒(méi)有燒透而出現(xiàn)殘次品，最終造成窯內(nèi)氣氛差，成品球亞鐵等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不能有效控制，對(duì)高爐生產(chǎn)造成直接影響；爆裂球粉化嚴(yán)重時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的粉末，導(dǎo)致透氣性較差，溫度分布失衡和回轉(zhuǎn)窯內(nèi)結(jié)大塊現(xiàn)象；同時(shí)散料也造成大量反料和粉塵，造成嚴(yán)重空氣污染和資源浪費(fèi)，大量粉塵對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪磨損嚴(yán)重；布料不均勻，也造成篦板局部過(guò)燒變形，嚴(yán)重?fù)p壞篦板，造成篦床有漏洞，篦板復(fù)位不好，鏈篦機(jī)運(yùn)行卡阻，對(duì)產(chǎn)量、質(zhì)量及設(shè)備都有很大影響。

因此，解決均勻布料、保持鏈-回-環(huán)系統(tǒng)熱平衡是實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)焙燒的關(guān)鍵。

2 物料進(jìn)出均衡控制的探討

精礦粉在造球盤內(nèi)滾動(dòng)成球，生球篩分匯集后，經(jīng)過(guò)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)→寬皮帶→大輥篩→鏈篦機(jī)（干燥、預(yù)熱、部分結(jié)固硬化）→回轉(zhuǎn)窯（焙燒、固結(jié)）→環(huán)冷機(jī)（1250 ℃的熱球團(tuán)礦將冷卻到150 ℃）→成品球輸送系統(tǒng)→成品礦倉(cāng)（或落地料場(chǎng)），最終供應(yīng)高爐。馬鋼煉鐵總廠鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)正常生產(chǎn)過(guò)程中，生球量在250～380 t/h，因此，我們分析生球量在該區(qū)間，物料均衡通過(guò)鏈篦機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、環(huán)冷機(jī)時(shí)速度匹配問(wèn)題。

2.1 機(jī)速運(yùn)行控制

生球進(jìn)入鏈篦機(jī)后，沿臺(tái)車運(yùn)行方向分別通過(guò)鼓風(fēng)干燥段、抽風(fēng)干燥段、預(yù)熱I 段和預(yù)熱II 段。當(dāng)生球量固定時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)物料通過(guò)鏈篦機(jī)上的時(shí)間間隔是固定的，當(dāng)機(jī)速過(guò)快時(shí)，鏈篦機(jī)單位面積上的生球量會(huì)減少，從而使得鏈篦機(jī)上料層過(guò)薄，反之，如果機(jī)速過(guò)慢時(shí)，鏈篦機(jī)上料層會(huì)出現(xiàn)過(guò)厚的現(xiàn)象，這樣，鏈篦機(jī)料層厚度縱向呈W 型（波浪型）分布。如果鏈篦機(jī)上的料層厚度出現(xiàn)波動(dòng)大的情況，會(huì)使得料層的透氣性變差，從而導(dǎo)致鏈篦機(jī)溫度控制效果也變差。這種高頻次、高幅度的生球量波動(dòng)，僅僅依靠中控工手動(dòng)操作技能和責(zé)任心調(diào)整機(jī)速，難以實(shí)現(xiàn)鏈篦機(jī)縱向均勻布料。

通過(guò)對(duì)鏈篦機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析，保證物料在鏈篦機(jī)篦床縱向均衡分布，才能保障在同等煤氣量的情況下，各段溫度控制達(dá)到工藝操作要求，這就要求保持機(jī)速與生球量匹配。因此，鏈篦機(jī)的速度調(diào)節(jié)要求自動(dòng)化系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)前生球產(chǎn)量在一個(gè)合適范圍內(nèi)，通過(guò)控制鏈篦機(jī)機(jī)速來(lái)控制鏈篦機(jī)料層厚度，以達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量的目的。

工藝操作要求鏈篦機(jī)速度控制與生球量對(duì)應(yīng)關(guān)系滿足表1

表1 鏈篦機(jī)速度控制與生球量對(duì)應(yīng)關(guān)系

根據(jù)鏈篦機(jī)速度控制與生球量對(duì)應(yīng)關(guān)系表得出圖1所示線性關(guān)系圖

圖1 鏈篦機(jī)速度與生球量對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

2.2 窯速運(yùn)行控制

球團(tuán)經(jīng)過(guò)鏈篦機(jī)干燥預(yù)熱，然后經(jīng)鏟料板、溜料槽進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行高溫固結(jié)。在回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)，火焰射流以及二次回?zé)犸L(fēng)從窯頭射入窯中，球團(tuán)隨回轉(zhuǎn)窯窯體轉(zhuǎn)動(dòng)，從窯尾翻滾至窯頭；殘留的磁鐵礦顆粒繼續(xù)氧化，而生成的赤鐵礦晶粒擴(kuò)散增強(qiáng)并產(chǎn)生再結(jié)晶，再結(jié)晶的晶粒生長(zhǎng)使得顆粒間孔隙充盈，球團(tuán)孔隙率下降，體積收縮，整體變得致密，抗壓強(qiáng)度大幅度上升。在此環(huán)節(jié)中，窯速的控制，影響著球團(tuán)礦高溫焙燒時(shí)間、回轉(zhuǎn)窯填充率、球團(tuán)焙燒溫度等。要實(shí)現(xiàn)鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)焙燒自動(dòng)控制系統(tǒng)，需要設(shè)計(jì)針對(duì)窯速的自動(dòng)控制，保持窯內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的填充率，才能保障系統(tǒng)熱能的穩(wěn)定，有利于提升質(zhì)量均衡，降低能耗。

工藝操作要求回轉(zhuǎn)窯速度控制與生球量對(duì)應(yīng)關(guān)系滿足表2。

表2 回轉(zhuǎn)窯速度控制與生球量對(duì)應(yīng)關(guān)系

實(shí)踐證明，窯速控制采用生球量性線匹配，能保持進(jìn)出回轉(zhuǎn)窯中球量的平衡，保持穩(wěn)定的填充率。

根據(jù)回轉(zhuǎn)窯速度控制與生球量對(duì)應(yīng)關(guān)系表得出圖2所示線性關(guān)系圖。

圖2 回轉(zhuǎn)窯速度與生球量對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

2.3 環(huán)速運(yùn)行控制

焙燒完成的高溫球團(tuán)礦經(jīng)回轉(zhuǎn)窯排出后進(jìn)入環(huán)冷機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)冷卻降溫，以便安全傳輸和儲(chǔ)存；同時(shí)從高溫球團(tuán)中回收熱量用于其前段工序（環(huán)冷機(jī)排出的高溫氣體被送至鏈篦機(jī)、回轉(zhuǎn)窯），因此，合理的、穩(wěn)定的環(huán)速，對(duì)溫度場(chǎng)的穩(wěn)定至關(guān)重要，并且對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的能耗和運(yùn)行成本具有重要影響。

環(huán)速的調(diào)控要保證環(huán)冷料層穩(wěn)定、平整，不能起伏過(guò)大。調(diào)整過(guò)頻，溫度不穩(wěn)定，或因受料庫(kù)積料，造成水封漏球，或因受料庫(kù)存料量不足，布料不平，造成大量冷風(fēng)直接進(jìn)入窯頭，引起溫度劇降。

工藝操作要求環(huán)冷機(jī)速度控制與生球量對(duì)應(yīng)關(guān)系滿足表3

表3 環(huán)冷機(jī)速度控制與生球量對(duì)應(yīng)關(guān)系

根據(jù)環(huán)冷機(jī)速度控制與生球量對(duì)應(yīng)關(guān)系表得出圖3所示線性關(guān)系圖。

圖3 環(huán)冷機(jī)速度與生球量對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

2.4 三機(jī)聯(lián)動(dòng)控制

生球經(jīng)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)→寬皮帶→大輥篩→鏈篦機(jī)→回轉(zhuǎn)窯→環(huán)冷機(jī)，各需要一定時(shí)間。故此，三大機(jī)速度與球量匹配計(jì)算機(jī)時(shí)，要減掉物料通過(guò)時(shí)間，才能保證物料在各設(shè)備中均衡分布、均衡通過(guò)。

3 鏈-回-環(huán)系統(tǒng)熱平衡的探討

3.1 影響鏈-回-環(huán)系統(tǒng)熱平衡因素

影響回轉(zhuǎn)窯焙燒過(guò)程因素有：生球量、焦煤量、機(jī)速、窯速、環(huán)速、環(huán)冷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ風(fēng)門開度、鼓干風(fēng)門開度、東西回?zé)峒爸鞒檗D(zhuǎn)速等。

實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在三大機(jī)固定速度及各風(fēng)門開度相對(duì)固定時(shí)，影響回轉(zhuǎn)窯焙燒過(guò)程因素主要為生球量變化和焦煤量變化。

控制設(shè)想：生球量變化時(shí)，調(diào)整三大機(jī)速度控制物料進(jìn)出鏈-回-環(huán)平衡和調(diào)整各風(fēng)機(jī)風(fēng)門（液偶）開度。同時(shí)選取有代表意義的溫度測(cè)點(diǎn)，如鏈篦機(jī)預(yù)熱II 段溫度的變化來(lái)增減焦煤量，保持鏈-回-環(huán)系統(tǒng)熱平衡，完成回轉(zhuǎn)窯焙燒自動(dòng)控制過(guò)程。

3.2 溫度控制原理

圖4為溫度控制原理。設(shè)定測(cè)點(diǎn)控制的溫度區(qū)間范圍，超出設(shè)定區(qū)間，則通過(guò)PID 調(diào)節(jié)增減焦煤量，保持鏈-回-環(huán)系統(tǒng)熱平衡。

圖4 回轉(zhuǎn)窯溫度控制PID調(diào)節(jié)原理圖

3.3 空燃比設(shè)定

空氣量隨煤氣量自動(dòng)調(diào)整，可以在操作員站上設(shè)定，范圍0.90±0.05。

4 結(jié)語(yǔ)

回轉(zhuǎn)窯焙燒自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)，是馬鋼煉鐵球團(tuán)自動(dòng)化控制水平的一次提高。與操作員手動(dòng)控制比較，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化操作，降低人工成本，生產(chǎn)過(guò)程更加穩(wěn)定，減少了反礦、散料，成品球質(zhì)量得到保障，有利于生產(chǎn)環(huán)境，資源利用，最終實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)成本，節(jié)能增效的目的。為高爐的長(zhǎng)周期穩(wěn)定順行提供保障。