淺議燒結過程控制技術

陶宇

摘 要：燒結是人造富鐵礦的主要生產方法之一。本文首先簡單介紹了燒結工藝，其次分析了我國目前燒結工藝的難點，最后提出了幾點智能化燒結過程控制技術，以期能夠為相關工作人員提供一定的資料參考。

關鍵詞：燒結；粉末；難點；控制技術

燒結過程是將粉狀物料進行高溫燃燒，在不完全熔化的條件下使其燒結成塊，為高爐生產提供含鐵原料的工藝流程。燒結過程控制對粉末冶金整個工藝過程起著至關重要的作用，控制不好，將導致燒結后的零件在尺寸和性能上不穩定或達不到產品設計要求，并可能出現氧化、脫碳、滲碳、崩裂和積碳等工業中常見的問題。

一、燒結工藝介紹

鐵礦石是高爐生產的主要原料，但是在天然鐵礦石中，鐵的含量并不高，需要將開采到的鐵礦石進行預處理，將其研磨成粉，進行選礦。經過選礦后，礦粉的質量雖然有所提高，但是依舊不能作為煉鐵原料使用，需要進行人工造塊，生產人造富鐵礦，常用的方法是燒結和球團。目前國際上90%以上的人造富鐵礦都是通過燒結得到的，因此說燒結過程是鋼鐵工業的基礎。燒結礦質量的好壞直接影響高爐生產的質量。隨著燒結設備大型化和高爐對燒結礦質量要求的提高，燒結過程控制技術的應用就顯得更加重要。

二、燒結過程控制難點

（一）燒結過程相對復雜，難以獲得準確的數學模型

燒結過程中會發生復雜的物理化學變化，其中包括燃燒反應、氧化物的分解、還原、再氧化等，涉及熱力學、動力學、傳熱學、流體力學及結晶礦物學等理論知識。對燒結過程有影響的參數可多達幾十個，如：水分、燃料配比、原料配比、熔劑配比、料層厚度、點火溫度、風箱負壓等等。這些參數的影響途徑不同，產生的效果千差萬別。同一個參數如堿度既與熔劑的配比有關，又受到含鐵原料的成分、下料量、水分含量等多個因素的影響。因此要獲得準確的數學模型，對燒結過程進行描述和控制難度很大。

（二）燒結過程具有大滯后性

燒結過程是一個滯后的系統，因為燒結過程工序較多，含鐵的原料經過配料、混合制粒和布料點火，然后燒結形成燒結礦，這個過程根據不同燒結機的工藝情況不同，大約需要1小時左右，這時只能靠在機尾定性地觀察某些燒結狀況來判斷及調整燒成；成品燒結礦的獲得還要經過燒結后的破碎、篩分、冷卻和整粒等工序，這一過程又需要半個多小時的時間；一般燒結廠的產量、質量指標的檢驗環節還要經過2-4小時后才能獲得結果。這些過程決定了燒結過程的大滯后性。

（三）燒結過程具有動態時變性

燒結的過程是一個非常復雜的工藝過程，除了具有復雜性、時滯性以外，還具有連續性、非線性、時變性和不確定性。

三、燒結過程的智能控制技術

（一）燒結配料優化方法

1、線性規劃算法。由于燒結配料過程不涉及化學變化，燒結礦化學成分與各種鐵礦原料的配比之間呈線性關系，因而可以建立以成本最小為目標、化學成分要求為約束的燒結配料優化線性規劃模型，然后采用單純形法、內點法等經典的線性規劃算法求解，得到鐵礦原料的優化配比。2、智能優化算法。隨著神經網絡、支持向量機、模糊系統、專家系統、遺傳算法的發展，各種智能方法展現了在具有強非線性、數學模型難以建立的情況下的顯著優越性，并廣泛應用于工業現場的建模與優化。采用智能集成優化思想在燒結配料建模與優化方面取得了大量的研究成果。根據系統論的方法，采用定性定量綜合集成方法，建立成分預測模型、配比調整專家規則、燒結礦性能指標預測模型、燒結配料優化模型，實現燒結配料優化。

（二）燒結終點控制

燒結終點是燒結過程中最重要的熱狀態參數，是判斷燒結過程正常與否的標志之一。一般情況下燒結終點應當控制在倒數第二個風箱的位置：燒結終點超前，燒結機有效面積沒有得到充分利用，利用系數降低；燒結終點滯后，則卸料時燒結料層未燒透，返礦量增加，成品率下降。因而燒結終點的穩定跟蹤對于提高燒結生產的質量與產量具有重要意義。

中部風箱廢氣溫度可以直接反映燒結終點位置的變化：若中部風箱廢氣溫度升高，則燒結終點有超前的趨勢；中部風箱廢氣溫度降低，則燒結終點有滯后趨勢。因此，反饋模糊控制器與預測控制器的軟切換模型，可以根據中部風箱廢氣溫度與穩態條件下標準溫度的偏差來對當前工況進行判斷，從而確定相應的加權因子ɑ。切換的主要原則是：若中部風箱廢氣溫度與穩態條件下標準溫度的偏差較大，則說明設定值處于穩態。當設定值處于穩態時，為了有效防止預測模型偏差給系統造成的波動，應充分發揮不依賴模型的模糊控制器的優點；當設定值于非穩態時，可充分發揮預測控制超前調節的優勢，克服燒結過程存在的大滯后性，提高控制系統的性能。

（三）點火燃燒控制

在燒結過程中，點火燃燒是影響燒礦質量的重要環節，點火能耗是燒結工序的一項重要能耗指標。根據燃燒機理與燒結工藝要求，建立點火溫度優化設定模型，根據當前的煤氣熱值、料層厚度、臺車速度得到最優的點火溫度。然后采用串級控制思想，對點火溫度設定值進行跟蹤。點火溫度控制分為主副兩個回路，主回路為溫度優化控制回路，實現點火溫度穩定并跟蹤其設定值，保證燒結所需熱量。溫度模糊控制器根據點火溫度設定值與檢測值之間的偏差，得到煤氣流量設定值，進而根據空燃比得到空氣流量設定值；副回路為閥門控制回路，主要保證煤氣流量和空氣流量的穩定并跟蹤其設定值。

四、結語

燒結過程自動控制技術的開發及應用大大提高了我國燒結生產的自動化水平。但是與國外的先進水平相比還是有一定的差距，但是隨著我國科學的不斷進步，會有越來越多的新技術設備應用到燒結控制中來，到那時，這些問題也將迎刃而解。

參考文獻：

[1]譚兆強，王輝.粉末冶金鋼燒結過程控制和分析[J].粉末冶金工業，

2016，06：62-66.endprint