燒結終點的模糊控制

周翠霞　胡文江　趙軍　王釗　王文君

摘 要：在無法獲得精確數學模型的情況下，根據模糊控制方面的理論成果與技術，結合現場的燒結專家經驗，采用快速、慢速的模糊控制方法，實現燒結終點的智能優化控制。

關鍵詞：燒結終點；BTP；模糊控制

引言

燒結是鋼鐵工業生產的主要過程，燒結礦作為高爐的主要原料之一，其質量對生鐵質量以及高爐順產起著極其重要的影響。燒結終點是指燒結過程終了時的位置，通常用料層燒透時對應的風箱位置來表示，如果燒結終點提前，說明燒結礦過燒，這意味著沒有充分利用燒結機的生產能力，說明還可以提高燒結機速度，從而提高燒結礦產量；如果燒結終點滯后，說明燒結礦欠燒，即燒結過程還沒有結束，臺車上的混合料已經運行到燒結機機尾卸料端被卸下，從而導致燒結礦強度降低，返粉增多，燒結礦產、質量下降，成本上升。因此，燒結生產要求將燒結終點控制在工藝要求的位置上。

燒結過程是一個綜合反應過程，有物理反應、化學反應，其涉及因素眾多，各個因素又相互作用，相互制約，具有復雜性、滯后性以及非線性的特點，燒結終點的優化控制一直是燒結過程控制的薄弱環節，它對于提高燒結礦產量、質量有著極為重要 的意義。

文章主要針對燒結的工藝要求，結合淄博張鋼鋼鐵有限公司的現場情況，將專家的經驗與模糊技術相結合，建立燒結終點（BTP）的模糊控制系統，以實現燒結終點的優化智能控制。

1 燒結終點位置的判斷

按照燒結料層中從上至下的溫度變化以及物理化學反應過程，燒結料層可分為五個帶（或五層），從上至下依次出現燒結礦帶、燃燒帶、預熱帶、干燥帶、過濕帶。這些反應帶隨著燒結過程的進行而逐步下移，在到達臺車爐篦后才依次消失，最后只剩下燒結礦帶。

正確的燒結終點一般控制在燒結機機尾倒數第二個風箱的位置，在此位置，整個料層燒結過程結束，這個終點位置的表征是：（1）倒數第二個風箱位置的廢氣溫度最高，一般可達300～400℃（張鋼350℃左右），比前后兩個風箱的溫度要高。（2）總管廢氣溫度：110～150℃（張鋼燒結機控制在大于110℃）。（3）機尾斷面無生料，燃燒層已達鋪底料，無火苗冒出，上層黑色和下層赤紅部分各占2/3與1/3斷面高。（4）成品礦與返礦的殘碳都低且穩定。在以上條件（2）～（4）達到要求的情況下，如果倒數第二個風箱廢氣溫度最高，說明燒結過程已經達到"終點"，如果倒數第二個風箱廢氣溫度低于倒數第一個風箱廢氣溫度，說明燒結終點滯后，混合料沒有燒透，如果倒數第二個風箱的廢氣溫度比倒數第三個風箱廢氣溫度低，則意味著燒結終點提前，燒結過燒。

2 燒結終點的計算模型

在實際生產中，燒結終點通常用風箱的廢氣溫度來表示。張鋼燒結廠燒結機有效燒結長度為60m。準確地控制燒結終點就是將燒結終點位置控制在倒數第2個風箱（19#風箱）上。如圖1所示，以風箱的編號為橫坐標，以風箱的廢氣溫度為縱坐標，繪制廢氣溫度曲線。

由圖1看出，廢氣溫度曲線的后段近似于二次函數曲線，由曲線的最高三點可以計算出燒結燒結終點的位置。根據二次方程式y=ax2+bx+c，對其進行其微分，將其微分設為零，則可求出最高風箱溫度對應的風箱位置（BTP位置）。

通過燒結機末端3個風箱的廢氣溫度測量并經過計算可求出最高溫度對應的位置xmax

由此求得二次函數曲線的極大值Xmax，即為BTP位置。

3 燒結終點的模糊控制

3.1 燒結終點模糊控制的策略

張鋼180m2燒結機燒結終點的模糊控制采取了快速模糊規則以及慢速模糊控制規則兩種模糊控制方式。根據生產實際，相應地采取不同的控制策略，進而使燒結終點能夠穩定在系統設定的范圍之內。

3.2 燒結終點模糊控制模型計算流程

燒結終點模糊控制模型計算流程分為以下步驟：

（1）首先是根據燒結機第14-20#風箱上安裝的熱電偶測量得

到的溫度采樣數據，利用曲線擬合法計算出燒結終點位置BTP，同時將數據保存于系統的數據庫中。（2）計算燒結終點位置偏差E、偏差變化率EC。為防止因熱電偶損壞等原因引起的溫度誤差，模型求取數據庫當中最新的5個燒結終點位置的平均值后，將其作為當前的燒結終點位置。當前的偏差為：E=BTPc-BTPsp；當前的偏差變化率為：EC=El-E2；（3）如果誤差（E）或誤差變化率（EC）比較大，同時控制時間間隔達到5分鐘時，此時系統選用快速模糊控制規則，用快速模糊控制規則來調整燒結機速度，使燒結終點位置及時向系統設定值靠近。（4）如果誤差（E）與誤差變化率（EC）較小是，同時控制時間間隔達到10分鐘時，此時系統選用慢速模糊控制規則，用慢速模糊控制規則來調整燒結機速度，使燒結終點位置及時向系統設定值靠近。（5）當誤差E以及誤差變化率EC在較小的范圍之內時，如果沒有達到控制時間間隔10分鐘時，模型會維持原來的控制狀態不變。

3.3 快速模糊控制規則

據系統誤差（E）、誤差變化率（EC）以及臺車速度控制量（U），系統通過進行公式計算，得到相應的精確量；然后將其模糊化，分別得到其在各自模糊集合E、EC、U上的模糊子集PB、PS、ZE、NS、NB。根據手動控制策略，總結出在燒結終點控制系統中的一組模糊條件語句。慢速模糊控制器的控制規則類似。

3.4 輸出信息的模糊判決

然后建立模糊控制器查詢表，將其存儲在系統的數據庫中，同時編制一個查找查詢表的子程序。在燒結實際生產運行過程中，將每一個控制周期中采集到的實測誤差E（k）和計算得到的誤差變化率EC（k），乘以查詢表得到的E（xi）和EC（yi）后，根據模糊規則查詢表，得到輸出所需的控制量變化U（zi），再乘以比例因子Ku，即得到燒結機速度控制量。

4 模型應用效果

燒結終點控制模型目前已經在張鋼180m2燒結生產線上投入使用。燒結機運行效果良好、操作簡便，維護率低、控制精度高，生產成本降低。

參考文獻

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作者簡介：周翠霞（1970，7-），高級工程師，內蒙古科技大學。