燒結廠智能化配料、配水實踐與應用

甄 眾，韓春濤，李智勇

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司天津301500）

0 引言

聯合特鋼燒結廠有2 條230 m2燒結機生產線，2010 年4 月投產，年產優質燒結礦630 萬噸。 在實際生產中，由于原料的問題，生石灰倉、混合料倉、煤粉燃料倉會經常出現噴倉、懸倉情況，導致下料波動大、配料不均勻；同時混合料加水無檢測設備，全憑職工經驗判斷，不能準確控制混合料的水分。

為此，聯合特鋼燒結廠對燒結配料系統各種物料的性能、設備運行狀況等進行了分析，對燒結配料控制系統采取了一系列改進措施。 本文重點對配料系統的石灰倉料位自動控制改進、燒結配料智能控制改進、混合料水分檢測和配水控制改進的措施和控制原理進行了闡述。

1 燒結配料工藝簡介

燒結就是在粉狀鐵物料中配入適當數量的熔劑和燃料，在燒結機上點火燃燒，借助高溫作用產生一定數量的液相，把其它未熔化的燒結顆料粘結起來，冷卻后成為多孔質礦塊。 配料是燒結生產的必要環節，配料的準確性也就決定了燒結礦質量的好壞。

1.1 燒結配料主要設備

配料工序是穩定燒結礦成分，提高質量的一個重要環節。聯合特鋼燒結廠每條配料生產線配有14個料倉： 其中包括2 個冷返料倉，6 個混勻料倉，1個重粒灰倉，1 個除塵灰倉，2 個生石灰倉，2 個煤粉燃料倉。 每個料倉均裝有倉壁振打器，倉下配有調速圓盤給料機和稱量皮帶秤，實現定量給料。

1.2 燒結配料、配水控制系統

1.2.1 燒結配料控制

燒結配料主要是用圓盤給料機與稱重皮帶秤配合實現定量給料，在此基礎上實現PLC 自動控制配料，使燒配料成分逐步趨于穩定。 燒結配料控制系統主要包括：工控機；PLC 控制系統；稱重控制器；變頻圓盤給料機；稱重給料皮帶；測速傳感器等。 控制原理圖如圖1 所示。

（1）在工控機操作界面，將配料設定料層預置到PLC，PLC 模擬量輸出模塊給定4～20 mA 電流信號到稱重控制器，稱重控制器通過PI 調節輸出控制電流到圓盤給料機變頻器，控制圓盤給料機的轉速，調節圓盤下料量。

（2）物料通過圓盤給料機送至配料皮帶秤，經稱重傳感器檢測物料的瞬時重量，同時裝在皮帶秤尾部的測速傳感器可以檢測皮帶機的速度信號，把速度信號和重量信號一起送入稱重控制器中進行計算，即可給出圓盤下料的瞬時流量[1]。

（3）圓盤下料瞬時流量通過稱重控制器與設定值進行比對，其偏差經過稱重控制器的PID 運算后，輸出信號至圓盤給料機變頻器，調節圓盤給料機的運行速度，控制給料機的下料量，最終實現恒流量給料的要求。

1.2.2 燒結配水控制

燒結配料PLC 控制系統接收稱重控制器反饋的各種物料的實際流量，操作人員在工控機操作界面設定混勻料的配水系數到PLC，PLC 根據各種物料的實際流量和配水系數計算出配水量，并通過跟蹤、 控制一、 二混配水設施實現自動配水功能。 但混合料配水設施無水份檢測設備，混合料配水質量全憑職工經驗判斷，該方式不能準確控制混合料的水分。

圖1 配料系統控制原理圖

2 燒結配料、配水控制的改進措施

2.1 石灰倉料位自動控制的改造

2017 年8 月，聯合特鋼燒結廠技術人員開始對燒結配料石灰倉雷達料位計測量不準的問題研究改進。 經過研究論證，最后確定采用阻旋式料位計替代雷達料位計。 阻旋式料位計插入灰倉深度3米，距離倉壁2 米。 通過觀察，改進后的料位計能夠準確檢測出石灰料倉內的料位。

在配料PLC 系統增加石灰倉倉位自動控制功能。 當石灰倉料滿以后，在工控機上提示料滿報警，同時PLC 控制系統將石灰風送切換到另外一個料倉；當兩個料倉都提示料滿以后，自動停止風送系統并報警給操作人員。 石灰料倉增加倉位自動控制以后，解決了料位檢測不準確引發的石灰噴倉的問題，同時提高了石灰風送效率。 石灰倉料位自動控制如圖2 所示。

圖2 石灰倉料位自動控制

2.2 燒結配料累計計量的改進

燒結配料秤由于環境的干擾因素，在秤體停止運行的情況下會有假信號輸入到計量表中，導致出現停止狀態的秤體會計量料量，如果不加以改造會影響燒結車間對消耗的統計與質量分析。

為了去除信號干擾，在現場對設備進行檢測和分析，發現被干擾元器件為測速傳感器。 為此著手研究，如何在秤體停止狀態下阻斷測速傳感器發出的信號，最終以控制箱的運行顯示燈作為繼電器的控制點，將測速信號接入繼電器，可以實現秤體停止運行時阻斷傳感器的信號，去除了傳感器在停止狀態下的干擾影響[2]。

2.3 燒結配料智能控制的改進

以高爐為中心，保障高爐燒結礦高質量的供應是燒結生產的重中之重。 而高質量的燒結礦就要求配料系統按配比提供連續、穩定的原料供應，要求每一臺皮帶秤都要按照設定量穩定下料。 然而在實際生產中，有時會出現斷料的問題，這在生產中是很難完全避免。

2.3.1 燒結配料波動的分析

由懸料引起料倉下料波動，導致燒結配料稱重和給料波動。 當某一個或幾個倉懸料后，配料就會出現偏差，如果工人發現、處理不及時就會導致生產質量事故的發生。 對于自動化程度越來越高的設備，面對一些不可預見的事故，我們可以做好預防措施，及時解決潛在事故隱患，確保燒結配料系統連續、穩定運行。

2.3.2 燒結配料波動問題的改進

為了避免懸倉、 斷料造成的燒結質量事故，將倉壁振動電機與配料皮帶秤進行連鎖智能控制。 配料智能控制組態如圖3 所示。

圖3 配料智能控制組態

（1）在PLC 程序里對每臺配料秤下料波動進行對比計算，當實際下料量低于或者高于設定值5%后自動開啟倉壁振動電機，當下料平穩以后自動停止倉壁振動電機。 同時在主控室和現場皮帶秤旁增加聲光報警，提示崗位工人該料倉下料不穩定，需要加強關注和及時處理。

（2）對每個料倉的倉壁振動電機進行智能化的控制，將全部倉壁振動電機在PLC 程序里設置成自動/手動兩種狀態。 當選擇自動狀態時，振動電機會自己按照操作人員設定的運行、 停止時間進行工作，保證下料穩定的同時也降低了振動電機由于長時間工作燒毀線圈的問題； 當選擇手動狀態時，由操作人員根據實際情況手動控制振動電機的工作時間。 料倉振打操作窗口如圖4 所示。

圖4 料倉振打操作窗口

通過配料智能控制的改進，料倉下料波動報警問題明顯減少，有效的降低了由于斷料或料量波動造成的燒結礦質量不合格的現象，為高爐的高產、穩產提供了充足的燒結礦供應。

2.4 混合料水分檢測和配水控制的改進

燒結混合料水分含量是燒結生產工藝中必須嚴格控制的一個重要參數，燒結混合料中水分含量的大小直接影響燒結的生產效率。 當混合料水分含量過小時，物料顆粒間的固結力小，混合料成球能力差，導致燒結料層透氣性差，燒結的生產效率受到影響； 當混合料水分過大時，雖然混合料成球能力強，但是在燒結過程中，上部燒結蒸發的飽和水蒸汽遇下部冷料層時又會重新凝結，造成局部物料過濕、料層透氣性變差，同樣影響燒結的生產效率[3]。 因此必須按照配水參數精準、穩定的控制燒結混合料的水分含量，而燒結混合料水分含量的準確檢測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裝置

采用多頻譜微波水分檢測儀檢測燒結混合料水分含量。 水分檢測儀分別安裝在一次混合機和二次混合機出料口，檢測數據作為反饋來調節一混和二混的配水量。

2.4.2 增加混合料配水控制系統

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、二混配水系統需采取前饋-反饋控制。 燒結混料系統如圖5 所示，燒結混合料水分控制流程如圖6 所示。

一次加水前饋-反饋系統： 將原料含水量與一次混合料設定含水量比較，再根據原料的輸送量計算出加水量，作為一次加水流量設定值，即前饋作用； 由一次混合料水分檢測儀測得實際水分值，與一次水分設定值的偏差作為反饋，對一次配水量進行校正。

二次加水前饋-反饋系統：將一次實測含水量與目標含水量比較，再根據原料的輸送量計算出加水量，作為二次加水流量的設定值，即前饋作用；由二次混合料水分檢測儀測得的實際水分值，與二次水分設定值的偏差作為反饋，對二次配水量進行校正[4]。

混合料水分自動檢測與配水控制系統的投運，解決了燒結混合料水分的穩定性問題。 燒結混合料水分的穩定可以降低燃料的消耗、提高燒結礦的成品率和合格率。

圖5 燒結混料系統

圖6 燒結混合料水分控制流程圖

2.5 視頻監控系統的完善

控制系統自動化、智能化是我們提高作業效率、降低工人勞動強度、節約人力成本的一個重要手段。另外我們對現場重點設備增加視頻監控，通過視頻監控能夠更加清晰的了解現場的生產、 設備的運行情況，對生產穩定運行起到了一個輔助作用[5]。 配料監控畫面如圖7 所示。

圖7 配料監控畫面

3 結語

通過對天鋼聯合特鋼兩條230 m2燒結生產線石灰倉料位自動控制、燒結配料智能控制、混合料水分檢測和配水控制等的改進，燒結配料系統的穩定性和準確性大大提高，促進了燒結礦質量的提高，滿足了燒結穩產、高產的要求。

燒結配料、 配水控制的改進措施投入至今，還沒有出現因配料皮帶秤故障或下料波動及配水不穩定造成的燒結生產質量事故，多次避免事故的擴大，減輕了崗位工人的工作負擔。 該控制方法在天鋼聯合特鋼多個配料地方推廣使用。