焦炭全自動質檢系統的設計

(石橫特鋼集團有限公司，山東 肥城 271600)

0 引言

在高爐冶煉的過程中，冶金焦炭發揮著極其重要的作用，隨著裝置水平和工藝技能的不斷提升，對焦炭的質量控制及檢測工作提出了更高的要求。這些年以來，各個大型鋼鐵廠所采用的質檢方法依舊是傳統的自動化水平較低的采樣、制樣及人工轉鼓試驗相結合的方法，已經不能滿足生產的實際需求，因此對焦炭的質量進行自動化的在線檢測，已逐漸成為生產過程中所必須解決的問題。

1 系統設備的構成

系統內的設備主要分為兩部分，分別為電氣控制與機械裝置。其中，機械裝置所包含的裝置主要有頭部取樣機、稱重料斗、破碎機等；電氣裝置所包含的裝置主要有顯示器、變頻器、檢測部件、接觸器等?？刂葡到y又可以劃分為3種，分別為自動化控制、上位工控機和人為控制。

2 檢驗的工藝流程

對焦炭進行檢測的一個完整流程主要包含了自動采集料流中的樣品、制樣、試驗等一系列操作，具有較強的復雜性。

1)采集樣品。頭部取樣機每間隔20 min就可以從皮帶機的頭部下料處來采集樣品，橫截全流幅大約收集了30 kg的樣品。

2)分樣。樣品可以經過頭部三通器傳輸到二分器內，其內存在的一部分子樣品可以溜到大顆破碎機內，一部分會溜到五級滾筒篩內。

3)制樣縮分。頭部取樣機將相應的物料輸送至大鄂破機，并實施粉碎操作，之后電動縮分器可以再次將物料均勻的輸送至1#三級滾筒篩內的錘式破碎機內，其篩分出的粒度處于21～25 mm之間，經過縮分器的縮分作用所取得的樣品主要應用于焦炭性能的檢測工作。錘式破碎機在對樣品進行破碎之后傳給縮分器，經過縮分之后可以供給焦炭工業分析所用。

4)粒級檢測與自動轉鼓試驗。通過運用二分器，五級滾筒篩可以得到相應的試樣，其粒度主要存在五個粒級，分別為<25 mm、 25～40 mm、40～60 mm、6～080 mm 、>80 mm，分別位于1#、2#、3#、4#、5#稱斗之內，當這些稱斗的總重量大于225 kg，且4#與5#的總重量大于50 k乳頭的時候，通過運用相應的電氣控制系統來完成配鼓電振給料機的信號輸入，根據二級配鼓要求來得出各個配鼓粒度所需的配鼓重量，再通過配鼓三通器與配鼓輸送帶抵達鼓前稱斗來完成相應的重量稱重，當配鼓的重量大于50 kg的時候，自動轉鼓將會開始相應的試驗。轉鼓在四分鐘內旋轉了100圈之后，試樣將會被自動倒入2#三級滾筒篩內，其篩孔的大小分別為40和10 mm，在經過三級滾筒篩的篩分之后，利用鼓后秤斗來稱取粒度的重量，其分別為<10 mm、10 mm～40 mm、>40 mm，進而得到耐磨性及抗碎性。

5)屏料返回：縮分器與1#、2#、3#砰斗中存在的棄料，可以經過棄料收集輸送帶來轉移至斗提機內，再利用該設備將其返送至主皮帶運輸機內，再次回到主料流。

6)應急系統：當自動取樣系統發生故障的時候，利用頭部三通器來將試樣轉移至人工取樣溜管內，使試樣可以為人工制樣、人工檢測焦炭的粒度及冷強度所使用。

3 PLC控制系統的組成

該控制系統主要包含兩個部分，分別為強度測定組與取樣篩分組。兩者都是通過共同的PLC系統與工控機來進行控制的。在該檢驗系統內，由于各個設備都是利用PLC系統來進行控制的，因此存在較多的點數，且任務流程較為繁瑣。為了避免系統因PLC出現故障而發生癱瘓，進而對正常的質檢工作造成影響，此外又單獨配置了一套PLC系統，這兩個系統可以彼此轉換，從而提升了該質檢系統的作業效率。

系統的構成主要有上位機與下位機。其中上位機運用聯想工控機，其系統為Wind 2000，組態軟件則運用了SMATICW lNCC6.0，其圖形頁面可以將各個現場設備運行的狀態及參數進行實時顯示，操作人員可以通過點擊相關的按鈕，對現場各個設備的運行與停止進行控制、對運行參數進行相應的更改，操作較為簡單，具有較好的人機界面。下位機則運用了主控制站及遠程I/O技術，兩者之間的連接主要利用Profibus總線而實現。主站的構成包含了電源、CPU、閉環控制等多個模塊。其中CPU運用MPI接口，利用Profibus來與遠程I/O或者現場智能儀表之間建立通信，上位機與下位機之間的通信都是利用MPI接口所實現。

4 自動配鼓控制及工作原理

自動配鼓控制系統通過運用質量配料法，各個粒級的焦炭根據之前所計算出的配比，并運用電子配料秤來進行配料。由于配料所具有的精度將會對轉鼓試驗的數據造成直接的影響，因此針對該控制系統提出了更高的要求。自動配料系統的構成部分主要為電子皮帶秤、變頻器、顯示器等。當利用計算機得到各個粒級的配比之后，物料的流量將會經過相應的設備而轉換成為4～20 mA的信號，之后再輸入到閉環控制單元中的功能板塊，經過A/D轉換器可以轉變為數字量，與計算得到的數值進行對比，再通過相應的運算來取得控制量的數字值，經過D/A轉換器可以轉換成4～20 mA的模擬量，并傳輸給變頻器，變頻器可以利用該信號對電振給料器的頻率進行控制，從而確保給料器時刻圍繞著計算數值來進行給料，完成自動配料。

5 運行效果及性能特點

通過持續7 d的試運行及功能考核，對取制樣進行檢測，其結果顯示：該系統對焦炭的粒度及冷強度所進行的檢測分析均與相關的標準相滿足，各個性能指標都可以滿足設計要求。

1)在頭部取樣機開展取樣工作的時候，可以對其間隔進行調整，確保每天所需的檢測工作得以實現，簡單有效。

2)利用PLC系統可以對強度測定組與取樣分篩組進行有效的控制，具備較好的簡便性。

3)自動打印報表：在每次進行鼓前篩分的時候，可以對各個粒級及其配鼓的重量、篩分出+40 mm和-10 mm粒級的重量、耐磨性、抗碎性等進行統計，并試驗結束之后將其打印出來。

4)屏常狀況自動報警：在運行的過程中，控制系統會對各個設備的運行狀況進行監控，當設備發生故障或者電器保護受到破壞時，報警器就會立即發出警報，并且上位機會出現閃爍的紅色字體，以此來作出提示。

5)簡單的秤斗零點校正作用：該系統只有具備對應的權限才可以進到參數界面，專業的標秤人員可以對各個秤斗加以置零，對稱量值進行校正，促使數據結果具備更高的精確性。

6)棄料反排的自動化：使棄料實現了循環再用，節省了資源，達到了環保的目的。

6 結語

焦炭全自動質檢系統通過生產實踐的嚴格檢驗顯示：試樣具備較強的可靠性與代表性，可以實時監測及反應焦炭的質量及波動狀況，并將信息及時傳輸給高爐操作人員;多粒級篩分稱量機具有較多的優勢，如較好的篩透性、較高的篩分效率、無卡頓、無殘留等；系統采取的技術路線及工藝較為先進合理，設備也較為可靠，與國內相同類型的系統相比，該系統具有較強的自動性。隨著該系統的不斷應用，焦炭質量檢測工作更為標準、高效，并且實現了自動化，在國內位于領先地位。