回轉窯焙燒自動控制問題探討

2020-12-27 04:55:36張瑞先黃世來高緒松段再基

冶金動力 2020年1期

張瑞先,黃世來,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

近年來隨著高爐的大型化、現代化發展，保證高爐生產穩定順行，高產低耗是鋼鐵企業的重點攻關課題。酸性球團礦搭配堿性燒結礦，能顯著改善高爐爐料結構、提高高爐利用系數。然而，球團礦的生產是高能耗工藝，改善布料的均勻性和自動控制焙燒能夠提高球團礦的質量并降低生產過程中的能耗以及設備損壞率，降低人工成本，最終降低生產成本，達到節能增效的目的。

1 存在問題

馬鋼煉鐵總廠鏈篦機-回轉窯球團生產線于2008 年8 月投產，2010 年3 月大修擴產為年產球團礦220 萬t，擔負著A、B 兩座高爐的球團礦供應。在生產過程中由于技術原因，鏈-回-環系統生產過程一直是人工手動操作模式，沒有形成標準自動控制方法，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帶來一定程度的不確定性。

人工操作很難做到生球量與鏈篦機速度匹配的實時性，從而造成篦床布料厚度不均勻，又會造成生球烘干不一致，料層溫差較大。料層薄的部分生球會因為溫升過快，而爆裂；料層厚的部分會因為溫度過低沒有燒透而出現殘次品，最終造成窯內氣氛差，成品球亞鐵等各項技術指標不能有效控制，對高爐生產造成直接影響；爆裂球粉化嚴重時，會產生大量的粉末，導致透氣性較差，溫度分布失衡和回轉窯內結大塊現象；同時散料也造成大量反料和粉塵，造成嚴重空氣污染和資源浪費，大量粉塵對風機葉輪磨損嚴重；布料不均勻，也造成篦板局部過燒變形，嚴重損壞篦板，造成篦床有漏洞，篦板復位不好，鏈篦機運行卡阻，對產量、質量及設備都有很大影響。

因此，解決均勻布料、保持鏈-回-環系統熱平衡是實現回轉窯自動焙燒的關鍵。

2 物料進出均衡控制的探討

精礦粉在造球盤內滾動成球，生球篩分匯集后，經過擺動機構→寬皮帶→大輥篩→鏈篦機（干燥、預熱、部分結固硬化）→回轉窯（焙燒、固結）→環冷機（1250 ℃的熱球團礦將冷卻到150 ℃）→成品球輸送系統→成品礦倉（或落地料場），最終供應高爐。馬鋼煉鐵總廠鏈篦機-回轉窯球團正常生產過程中，生球量在250～380 t/h，因此，我們分析生球量在該區間，物料均衡通過鏈篦機、回轉窯、環冷機時速度匹配問題。

2.1 機速運行控制

生球進入鏈篦機后，沿臺車運行方向分別通過鼓風干燥段、抽風干燥段、預熱I 段和預熱II 段。當生球量固定時，單位時間內物料通過鏈篦機上的時間間隔是固定的，當機速過快時，鏈篦機單位面積上的生球量會減少，從而使得鏈篦機上料層過薄，反之，如果機速過慢時，鏈篦機上料層會出現過厚的現象，這樣，鏈篦機料層厚度縱向呈W 型（波浪型）分布。如果鏈篦機上的料層厚度出現波動大的情況，會使得料層的透氣性變差，從而導致鏈篦機溫度控制效果也變差。這種高頻次、高幅度的生球量波動，僅僅依靠中控工手動操作技能和責任心調整機速，難以實現鏈篦機縱向均勻布料。

通過對鏈篦機運動過程分析，保證物料在鏈篦機篦床縱向均衡分布，才能保障在同等煤氣量的情況下，各段溫度控制達到工藝操作要求，這就要求保持機速與生球量匹配。因此，鏈篦機的速度調節要求自動化系統能夠根據當前生球產量在一個合適范圍內，通過控制鏈篦機機速來控制鏈篦機料層厚度，以達到穩定生產產量和質量的目的。

工藝操作要求鏈篦機速度控制與生球量對應關系滿足表1

表1 鏈篦機速度控制與生球量對應關系

根據鏈篦機速度控制與生球量對應關系表得出圖1所示線性關系圖

圖1 鏈篦機速度與生球量對應關系圖

2.2 窯速運行控制

球團經過鏈篦機干燥預熱，然后經鏟料板、溜料槽進入回轉窯內進行高溫固結。在回轉窯窯內，火焰射流以及二次回熱風從窯頭射入窯中，球團隨回轉窯窯體轉動，從窯尾翻滾至窯頭；殘留的磁鐵礦顆粒繼續氧化，而生成的赤鐵礦晶粒擴散增強并產生再結晶，再結晶的晶粒生長使得顆粒間孔隙充盈，球團孔隙率下降，體積收縮，整體變得致密，抗壓強度大幅度上升。在此環節中，窯速的控制，影響著球團礦高溫焙燒時間、回轉窯填充率、球團焙燒溫度等。要實現鏈篦機-回轉窯球團焙燒自動控制系統，需要設計針對窯速的自動控制，保持窯內相對穩定的填充率，才能保障系統熱能的穩定，有利于提升質量均衡，降低能耗。

工藝操作要求回轉窯速度控制與生球量對應關系滿足表2。