燒結(jié)廠智能化配料、配水實(shí)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(jī)生產(chǎn)線(xiàn)，2010 年4 月投產(chǎn)，年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦630 萬(wàn)噸。 在實(shí)際生產(chǎn)中，由于原料的問(wèn)題，生石灰倉(cāng)、混合料倉(cāng)、煤粉燃料倉(cāng)會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)噴倉(cāng)、懸倉(cāng)情況，導(dǎo)致下料波動(dòng)大、配料不均勻；同時(shí)混合料加水無(wú)檢測(cè)設(shè)備，全憑職工經(jīng)驗(yàn)判斷，不能準(zhǔn)確控制混合料的水分。

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

1 燒結(jié)配料工藝簡(jiǎn)介

燒結(jié)就是在粉狀鐵物料中配入適當(dāng)數(shù)量的熔劑和燃料，在燒結(jié)機(jī)上點(diǎn)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(lái)，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(zhǔn)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(gè)重要環(huán)節(jié)。聯(lián)合特鋼燒結(jié)廠每條配料生產(chǎn)線(xiàn)配有14個(gè)料倉(cāng)： 其中包括2 個(gè)冷返料倉(cāng)，6 個(gè)混勻料倉(cāng)，1個(gè)重粒灰倉(cāng)，1 個(gè)除塵灰倉(cāng)，2 個(gè)生石灰倉(cāng)，2 個(gè)煤粉燃料倉(cāng)。 每個(gè)料倉(cāng)均裝有倉(cāng)壁振打器，倉(cāng)下配有調(diào)速圓盤(pán)給料機(jī)和稱(chēng)量皮帶秤，實(shí)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(pán)給料機(jī)與稱(chēng)重皮帶秤配合實(shí)現(xiàn)定量給料，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)PLC 自動(dòng)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(jī)；PLC 控制系統(tǒng)；稱(chēng)重控制器；變頻圓盤(pán)給料機(jī)；稱(chēng)重給料皮帶；測(cè)速傳感器等。 控制原理圖如圖1 所示。

（1）在工控機(jī)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(hào)到稱(chēng)重控制器，稱(chēng)重控制器通過(guò)PI 調(diào)節(jié)輸出控制電流到圓盤(pán)給料機(jī)變頻器，控制圓盤(pán)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)圓盤(pán)下料量。

（2）物料通過(guò)圓盤(pán)給料機(jī)送至配料皮帶秤，經(jīng)稱(chēng)重傳感器檢測(cè)物料的瞬時(shí)重量，同時(shí)裝在皮帶秤尾部的測(cè)速傳感器可以檢測(cè)皮帶機(jī)的速度信號(hào)，把速度信號(hào)和重量信號(hào)一起送入稱(chēng)重控制器中進(jìn)行計(jì)算，即可給出圓盤(pán)下料的瞬時(shí)流量[1]。

（3）圓盤(pán)下料瞬時(shí)流量通過(guò)稱(chēng)重控制器與設(shè)定值進(jìn)行比對(duì)，其偏差經(jīng)過(guò)稱(chēng)重控制器的PID 運(yùn)算后，輸出信號(hào)至圓盤(pán)給料機(jī)變頻器，調(diào)節(jié)圓盤(pán)給料機(jī)的運(yùn)行速度，控制給料機(jī)的下料量，最終實(shí)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(chēng)重控制器反饋的各種物料的實(shí)際流量，操作人員在工控機(jī)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(shí)際流量和配水系數(shù)計(jì)算出配水量，并通過(guò)跟蹤、 控制一、 二混配水設(shè)施實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配水功能。 但混合料配水設(shè)施無(wú)水份檢測(cè)設(shè)備，混合料配水質(zhì)量全憑職工經(jīng)驗(yàn)判斷，該方式不能準(zhǔn)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(jìn)措施

2.1 石灰倉(cāng)料位自動(dòng)控制的改造

2017 年8 月，聯(lián)合特鋼燒結(jié)廠技術(shù)人員開(kāi)始對(duì)燒結(jié)配料石灰倉(cāng)雷達(dá)料位計(jì)測(cè)量不準(zhǔn)的問(wèn)題研究改進(jìn)。 經(jīng)過(guò)研究論證，最后確定采用阻旋式料位計(jì)替代雷達(dá)料位計(jì)。 阻旋式料位計(jì)插入灰倉(cāng)深度3米，距離倉(cāng)壁2 米。 通過(guò)觀察，改進(jìn)后的料位計(jì)能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出石灰料倉(cāng)內(nèi)的料位。

在配料PLC 系統(tǒng)增加石灰倉(cāng)倉(cāng)位自動(dòng)控制功能。 當(dāng)石灰倉(cāng)料滿(mǎn)以后，在工控機(jī)上提示料滿(mǎn)報(bào)警，同時(shí)PLC 控制系統(tǒng)將石灰風(fēng)送切換到另外一個(gè)料倉(cāng)；當(dāng)兩個(gè)料倉(cāng)都提示料滿(mǎn)以后，自動(dòng)停止風(fēng)送系統(tǒng)并報(bào)警給操作人員。 石灰料倉(cāng)增加倉(cāng)位自動(dòng)控制以后，解決了料位檢測(cè)不準(zhǔn)確引發(fā)的石灰噴倉(cāng)的問(wèn)題，同時(shí)提高了石灰風(fēng)送效率。 石灰倉(cāng)料位自動(dòng)控制如圖2 所示。

圖2 石灰倉(cāng)料位自動(dòng)控制

2.2 燒結(jié)配料累計(jì)計(jì)量的改進(jìn)

燒結(jié)配料秤由于環(huán)境的干擾因素，在秤體停止運(yùn)行的情況下會(huì)有假信號(hào)輸入到計(jì)量表中，導(dǎo)致出現(xiàn)停止?fàn)顟B(tài)的秤體會(huì)計(jì)量料量，如果不加以改造會(huì)影響燒結(jié)車(chē)間對(duì)消耗的統(tǒng)計(jì)與質(zhì)量分析。

為了去除信號(hào)干擾，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)被干擾元器件為測(cè)速傳感器。 為此著手研究，如何在秤體停止?fàn)顟B(tài)下阻斷測(cè)速傳感器發(fā)出的信號(hào)，最終以控制箱的運(yùn)行顯示燈作為繼電器的控制點(diǎn)，將測(cè)速信號(hào)接入繼電器，可以實(shí)現(xiàn)秤體停止運(yùn)行時(shí)阻斷傳感器的信號(hào)，去除了傳感器在停止?fàn)顟B(tài)下的干擾影響[2]。

2.3 燒結(jié)配料智能控制的改進(jìn)

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(tái)皮帶秤都要按照設(shè)定量穩(wěn)定下料。 然而在實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷料的問(wèn)題，這在生產(chǎn)中是很難完全避免。

2.3.1 燒結(jié)配料波動(dòng)的分析

由懸料引起料倉(cāng)下料波動(dòng)，導(dǎo)致燒結(jié)配料稱(chēng)重和給料波動(dòng)。 當(dāng)某一個(gè)或幾個(gè)倉(cāng)懸料后，配料就會(huì)出現(xiàn)偏差，如果工人發(fā)現(xiàn)、處理不及時(shí)就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)質(zhì)量事故的發(fā)生。 對(duì)于自動(dòng)化程度越來(lái)越高的設(shè)備，面對(duì)一些不可預(yù)見(jiàn)的事故，我們可以做好預(yù)防措施，及時(shí)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(yùn)行。

2.3.2 燒結(jié)配料波動(dòng)問(wèn)題的改進(jìn)

為了避免懸倉(cāng)、 斷料造成的燒結(jié)質(zhì)量事故，將倉(cāng)壁振動(dòng)電機(jī)與配料皮帶秤進(jìn)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(duì)每臺(tái)配料秤下料波動(dòng)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，當(dāng)實(shí)際下料量低于或者高于設(shè)定值5%后自動(dòng)開(kāi)啟倉(cāng)壁振動(dòng)電機(jī)，當(dāng)下料平穩(wěn)以后自動(dòng)停止倉(cāng)壁振動(dòng)電機(jī)。 同時(shí)在主控室和現(xiàn)場(chǎng)皮帶秤旁增加聲光報(bào)警，提示崗位工人該料倉(cāng)下料不穩(wěn)定，需要加強(qiáng)關(guān)注和及時(shí)處理。

（2）對(duì)每個(gè)料倉(cāng)的倉(cāng)壁振動(dòng)電機(jī)進(jìn)行智能化的控制，將全部倉(cāng)壁振動(dòng)電機(jī)在PLC 程序里設(shè)置成自動(dòng)/手動(dòng)兩種狀態(tài)。 當(dāng)選擇自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，振動(dòng)電機(jī)會(huì)自己按照操作人員設(shè)定的運(yùn)行、 停止時(shí)間進(jìn)行工作，保證下料穩(wěn)定的同時(shí)也降低了振動(dòng)電機(jī)由于長(zhǎng)時(shí)間工作燒毀線(xiàn)圈的問(wèn)題； 當(dāng)選擇手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由操作人員根據(jù)實(shí)際情況手動(dòng)控制振動(dòng)電機(jī)的工作時(shí)間。 料倉(cāng)振打操作窗口如圖4 所示。

圖4 料倉(cāng)振打操作窗口

通過(guò)配料智能控制的改進(jìn)，料倉(cāng)下料波動(dòng)報(bào)警問(wèn)題明顯減少，有效的降低了由于斷料或料量波動(dòng)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(cè)和配水控制的改進(jìn)

燒結(jié)混合料水分含量是燒結(jié)生產(chǎn)工藝中必須嚴(yán)格控制的一個(gè)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(dāng)混合料水分含量過(guò)小時(shí)，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(dāng)混合料水分過(guò)大時(shí)，雖然混合料成球能力強(qiáng)，但是在燒結(jié)過(guò)程中，上部燒結(jié)蒸發(fā)的飽和水蒸汽遇下部冷料層時(shí)又會(huì)重新凝結(jié)，造成局部物料過(guò)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(zhǔn)、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(zhǔn)確檢測(cè)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(cè)裝置

采用多頻譜微波水分檢測(cè)儀檢測(cè)燒結(jié)混合料水分含量。 水分檢測(cè)儀分別安裝在一次混合機(jī)和二次混合機(jī)出料口，檢測(cè)數(shù)據(jù)作為反饋來(lái)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(jì)算出加水量，作為一次加水流量設(shè)定值，即前饋?zhàn)饔茫?由一次混合料水分檢測(cè)儀測(cè)得實(shí)際水分值，與一次水分設(shè)定值的偏差作為反饋，對(duì)一次配水量進(jìn)行校正。

二次加水前饋-反饋系統(tǒng)：將一次實(shí)測(cè)含水量與目標(biāo)含水量比較，再根據(jù)原料的輸送量計(jì)算出加水量，作為二次加水流量的設(shè)定值，即前饋?zhàn)饔茫挥啥位旌狭纤謾z測(cè)儀測(cè)得的實(shí)際水分值，與二次水分設(shè)定值的偏差作為反饋，對(duì)二次配水量進(jìn)行校正[4]。

混合料水分自動(dòng)檢測(cè)與配水控制系統(tǒng)的投運(yùn)，解決了燒結(jié)混合料水分的穩(wěn)定性問(wèn)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(dòng)化、智能化是我們提高作業(yè)效率、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約人力成本的一個(gè)重要手段。另外我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)設(shè)備增加視頻監(jiān)控，通過(guò)視頻監(jiān)控能夠更加清晰的了解現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)、 設(shè)備的運(yùn)行情況，對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行起到了一個(gè)輔助作用[5]。 配料監(jiān)控畫(huà)面如圖7 所示。

圖7 配料監(jiān)控畫(huà)面

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)天鋼聯(lián)合特鋼兩條230 m2燒結(jié)生產(chǎn)線(xiàn)石灰倉(cāng)料位自動(dòng)控制、燒結(jié)配料智能控制、混合料水分檢測(cè)和配水控制等的改進(jìn)，燒結(jié)配料系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性大大提高，促進(jìn)了燒結(jié)礦質(zhì)量的提高，滿(mǎn)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(jìn)措施投入至今，還沒(méi)有出現(xiàn)因配料皮帶秤故障或下料波動(dòng)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(kuò)大，減輕了崗位工人的工作負(fù)擔(dān)。 該控制方法在天鋼聯(lián)合特鋼多個(gè)配料地方推廣使用。