燒結(jié)廠智能化配料、配水實踐與應(yīng)用

甄 眾，韓春濤，李智勇

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司天津301500）

0 引言

聯(lián)合特鋼燒結(jié)廠有2 條230 m2燒結(jié)機生產(chǎn)線，2010 年4 月投產(chǎn)，年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦630 萬噸。 在實際生產(chǎn)中，由于原料的問題，生石灰倉、混合料倉、煤粉燃料倉會經(jīng)常出現(xiàn)噴倉、懸倉情況，導(dǎo)致下料波動大、配料不均勻；同時混合料加水無檢測設(shè)備，全憑職工經(jīng)驗判斷，不能準確控制混合料的水分。

為此，聯(lián)合特鋼燒結(jié)廠對燒結(jié)配料系統(tǒng)各種物料的性能、設(shè)備運行狀況等進行了分析，對燒結(jié)配料控制系統(tǒng)采取了一系列改進措施。 本文重點對配料系統(tǒng)的石灰倉料位自動控制改進、燒結(jié)配料智能控制改進、混合料水分檢測和配水控制改進的措施和控制原理進行了闡述。

1 燒結(jié)配料工藝簡介

燒結(jié)就是在粉狀鐵物料中配入適當數(shù)量的熔劑和燃料，在燒結(jié)機上點火燃燒，借助高溫作用產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，把其它未熔化的燒結(jié)顆料粘結(jié)起來，冷卻后成為多孔質(zhì)礦塊。 配料是燒結(jié)生產(chǎn)的必要環(huán)節(jié)，配料的準確性也就決定了燒結(jié)礦質(zhì)量的好壞。

1.1 燒結(jié)配料主要設(shè)備

配料工序是穩(wěn)定燒結(jié)礦成分，提高質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)。聯(lián)合特鋼燒結(jié)廠每條配料生產(chǎn)線配有14個料倉： 其中包括2 個冷返料倉，6 個混勻料倉，1個重?；覀}，1 個除塵灰倉，2 個生石灰倉，2 個煤粉燃料倉。 每個料倉均裝有倉壁振打器，倉下配有調(diào)速圓盤給料機和稱量皮帶秤，實現(xiàn)定量給料。

1.2 燒結(jié)配料、配水控制系統(tǒng)

1.2.1 燒結(jié)配料控制

燒結(jié)配料主要是用圓盤給料機與稱重皮帶秤配合實現(xiàn)定量給料，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)PLC 自動控制配料，使燒配料成分逐步趨于穩(wěn)定。 燒結(jié)配料控制系統(tǒng)主要包括：工控機；PLC 控制系統(tǒng)；稱重控制器；變頻圓盤給料機；稱重給料皮帶；測速傳感器等。 控制原理圖如圖1 所示。

（1）在工控機操作界面，將配料設(shè)定料層預(yù)置到PLC，PLC 模擬量輸出模塊給定4～20 mA 電流信號到稱重控制器，稱重控制器通過PI 調(diào)節(jié)輸出控制電流到圓盤給料機變頻器，控制圓盤給料機的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)圓盤下料量。

（2）物料通過圓盤給料機送至配料皮帶秤，經(jīng)稱重傳感器檢測物料的瞬時重量，同時裝在皮帶秤尾部的測速傳感器可以檢測皮帶機的速度信號，把速度信號和重量信號一起送入稱重控制器中進行計算，即可給出圓盤下料的瞬時流量[1]。

（3）圓盤下料瞬時流量通過稱重控制器與設(shè)定值進行比對，其偏差經(jīng)過稱重控制器的PID 運算后，輸出信號至圓盤給料機變頻器，調(diào)節(jié)圓盤給料機的運行速度，控制給料機的下料量，最終實現(xiàn)恒流量給料的要求。

1.2.2 燒結(jié)配水控制

燒結(jié)配料PLC 控制系統(tǒng)接收稱重控制器反饋的各種物料的實際流量，操作人員在工控機操作界面設(shè)定混勻料的配水系數(shù)到PLC，PLC 根據(jù)各種物料的實際流量和配水系數(shù)計算出配水量，并通過跟蹤、 控制一、 二混配水設(shè)施實現(xiàn)自動配水功能。 但混合料配水設(shè)施無水份檢測設(shè)備，混合料配水質(zhì)量全憑職工經(jīng)驗判斷，該方式不能準確控制混合料的水分。

圖1 配料系統(tǒng)控制原理圖

2 燒結(jié)配料、配水控制的改進措施

2.1 石灰倉料位自動控制的改造

2017 年8 月，聯(lián)合特鋼燒結(jié)廠技術(shù)人員開始對燒結(jié)配料石灰倉雷達料位計測量不準的問題研究改進。 經(jīng)過研究論證，最后確定采用阻旋式料位計替代雷達料位計。 阻旋式料位計插入灰倉深度3米，距離倉壁2 米。 通過觀察，改進后的料位計能夠準確檢測出石灰料倉內(nèi)的料位。

在配料PLC 系統(tǒng)增加石灰倉倉位自動控制功能。 當石灰倉料滿以后，在工控機上提示料滿報警，同時PLC 控制系統(tǒng)將石灰風送切換到另外一個料倉；當兩個料倉都提示料滿以后，自動停止風送系統(tǒng)并報警給操作人員。 石灰料倉增加倉位自動控制以后，解決了料位檢測不準確引發(fā)的石灰噴倉的問題，同時提高了石灰風送效率。 石灰倉料位自動控制如圖2 所示。

圖2 石灰倉料位自動控制

2.2 燒結(jié)配料累計計量的改進

燒結(jié)配料秤由于環(huán)境的干擾因素，在秤體停止運行的情況下會有假信號輸入到計量表中，導(dǎo)致出現(xiàn)停止狀態(tài)的秤體會計量料量，如果不加以改造會影響燒結(jié)車間對消耗的統(tǒng)計與質(zhì)量分析。

為了去除信號干擾，在現(xiàn)場對設(shè)備進行檢測和分析，發(fā)現(xiàn)被干擾元器件為測速傳感器。 為此著手研究，如何在秤體停止狀態(tài)下阻斷測速傳感器發(fā)出的信號，最終以控制箱的運行顯示燈作為繼電器的控制點，將測速信號接入繼電器，可以實現(xiàn)秤體停止運行時阻斷傳感器的信號，去除了傳感器在停止狀態(tài)下的干擾影響[2]。

2.3 燒結(jié)配料智能控制的改進

以高爐為中心，保障高爐燒結(jié)礦高質(zhì)量的供應(yīng)是燒結(jié)生產(chǎn)的重中之重。 而高質(zhì)量的燒結(jié)礦就要求配料系統(tǒng)按配比提供連續(xù)、穩(wěn)定的原料供應(yīng)，要求每一臺皮帶秤都要按照設(shè)定量穩(wěn)定下料。 然而在實際生產(chǎn)中，有時會出現(xiàn)斷料的問題，這在生產(chǎn)中是很難完全避免。

2.3.1 燒結(jié)配料波動的分析

由懸料引起料倉下料波動，導(dǎo)致燒結(jié)配料稱重和給料波動。 當某一個或幾個倉懸料后，配料就會出現(xiàn)偏差，如果工人發(fā)現(xiàn)、處理不及時就會導(dǎo)致生產(chǎn)質(zhì)量事故的發(fā)生。 對于自動化程度越來越高的設(shè)備，面對一些不可預(yù)見的事故，我們可以做好預(yù)防措施，及時解決潛在事故隱患，確保燒結(jié)配料系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定運行。

2.3.2 燒結(jié)配料波動問題的改進

為了避免懸倉、 斷料造成的燒結(jié)質(zhì)量事故，將倉壁振動電機與配料皮帶秤進行連鎖智能控制。 配料智能控制組態(tài)如圖3 所示。

圖3 配料智能控制組態(tài)

（1）在PLC 程序里對每臺配料秤下料波動進行對比計算，當實際下料量低于或者高于設(shè)定值5%后自動開啟倉壁振動電機，當下料平穩(wěn)以后自動停止倉壁振動電機。 同時在主控室和現(xiàn)場皮帶秤旁增加聲光報警，提示崗位工人該料倉下料不穩(wěn)定，需要加強關(guān)注和及時處理。

（2）對每個料倉的倉壁振動電機進行智能化的控制，將全部倉壁振動電機在PLC 程序里設(shè)置成自動/手動兩種狀態(tài)。 當選擇自動狀態(tài)時，振動電機會自己按照操作人員設(shè)定的運行、 停止時間進行工作，保證下料穩(wěn)定的同時也降低了振動電機由于長時間工作燒毀線圈的問題； 當選擇手動狀態(tài)時，由操作人員根據(jù)實際情況手動控制振動電機的工作時間。 料倉振打操作窗口如圖4 所示。

圖4 料倉振打操作窗口

通過配料智能控制的改進，料倉下料波動報警問題明顯減少，有效的降低了由于斷料或料量波動造成的燒結(jié)礦質(zhì)量不合格的現(xiàn)象，為高爐的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供了充足的燒結(jié)礦供應(yīng)。

2.4 混合料水分檢測和配水控制的改進

燒結(jié)混合料水分含量是燒結(jié)生產(chǎn)工藝中必須嚴格控制的一個重要參數(shù)，燒結(jié)混合料中水分含量的大小直接影響燒結(jié)的生產(chǎn)效率。 當混合料水分含量過小時，物料顆粒間的固結(jié)力小，混合料成球能力差，導(dǎo)致燒結(jié)料層透氣性差，燒結(jié)的生產(chǎn)效率受到影響； 當混合料水分過大時，雖然混合料成球能力強，但是在燒結(jié)過程中，上部燒結(jié)蒸發(fā)的飽和水蒸汽遇下部冷料層時又會重新凝結(jié)，造成局部物料過濕、料層透氣性變差，同樣影響燒結(jié)的生產(chǎn)效率[3]。 因此必須按照配水參數(shù)精準、穩(wěn)定的控制燒結(jié)混合料的水分含量，而燒結(jié)混合料水分含量的準確檢測是控制混合料水分含量的前提。

2.4.1 增加混合料水分檢測裝置

采用多頻譜微波水分檢測儀檢測燒結(jié)混合料水分含量。 水分檢測儀分別安裝在一次混合機和二次混合機出料口，檢測數(shù)據(jù)作為反饋來調(diào)節(jié)一混和二混的配水量。

2.4.2 增加混合料配水控制系統(tǒng)

由于配混中間水存在著較大的滯后性，影響水分因素較多，因此一混、二混配水系統(tǒng)需采取前饋-反饋控制。 燒結(jié)混料系統(tǒng)如圖5 所示，燒結(jié)混合料水分控制流程如圖6 所示。

一次加水前饋-反饋系統(tǒng)： 將原料含水量與一次混合料設(shè)定含水量比較，再根據(jù)原料的輸送量計算出加水量，作為一次加水流量設(shè)定值，即前饋作用； 由一次混合料水分檢測儀測得實際水分值，與一次水分設(shè)定值的偏差作為反饋，對一次配水量進行校正。

二次加水前饋-反饋系統(tǒng)：將一次實測含水量與目標含水量比較，再根據(jù)原料的輸送量計算出加水量，作為二次加水流量的設(shè)定值，即前饋作用；由二次混合料水分檢測儀測得的實際水分值，與二次水分設(shè)定值的偏差作為反饋，對二次配水量進行校正[4]。

混合料水分自動檢測與配水控制系統(tǒng)的投運，解決了燒結(jié)混合料水分的穩(wěn)定性問題。 燒結(jié)混合料水分的穩(wěn)定可以降低燃料的消耗、提高燒結(jié)礦的成品率和合格率。

圖5 燒結(jié)混料系統(tǒng)

圖6 燒結(jié)混合料水分控制流程圖

2.5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的完善

控制系統(tǒng)自動化、智能化是我們提高作業(yè)效率、降低工人勞動強度、節(jié)約人力成本的一個重要手段。另外我們對現(xiàn)場重點設(shè)備增加視頻監(jiān)控，通過視頻監(jiān)控能夠更加清晰的了解現(xiàn)場的生產(chǎn)、 設(shè)備的運行情況，對生產(chǎn)穩(wěn)定運行起到了一個輔助作用[5]。 配料監(jiān)控畫面如圖7 所示。

圖7 配料監(jiān)控畫面

3 結(jié)語

通過對天鋼聯(lián)合特鋼兩條230 m2燒結(jié)生產(chǎn)線石灰倉料位自動控制、燒結(jié)配料智能控制、混合料水分檢測和配水控制等的改進，燒結(jié)配料系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性大大提高，促進了燒結(jié)礦質(zhì)量的提高，滿足了燒結(jié)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的要求。

燒結(jié)配料、 配水控制的改進措施投入至今，還沒有出現(xiàn)因配料皮帶秤故障或下料波動及配水不穩(wěn)定造成的燒結(jié)生產(chǎn)質(zhì)量事故，多次避免事故的擴大，減輕了崗位工人的工作負擔。 該控制方法在天鋼聯(lián)合特鋼多個配料地方推廣使用。