輥壓破碎-有壓熱燜處理液態(tài)鋼渣工藝的自動(dòng)化應(yīng)用

［摘 要］文章分別介紹了輥壓破碎技術(shù)和有壓熱燜處理液態(tài)鋼渣工藝的自動(dòng)化應(yīng)用，分析了自動(dòng)化技術(shù)在輥壓破碎– 有壓熱燜處理液態(tài)鋼渣工藝中面臨的挑戰(zhàn)及解決策略，以期為相關(guān)研究提供參考。

［關(guān)鍵詞］自動(dòng)化技術(shù)；液態(tài)鋼渣工藝；應(yīng)用

［中圖分類號(hào)］TP29 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）02–0069–03

自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用是提高工業(yè)生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵手段。輥壓破碎與有壓熱燜處理液態(tài)鋼渣工藝是現(xiàn)代工業(yè)中的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，其自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提升整個(gè)生產(chǎn)流程的效率和可控性具有顯著作用。

1 輥壓破碎技術(shù)的自動(dòng)化應(yīng)用

1.1 輥壓破碎原理

輥壓破碎是一種常見的顆粒物料破碎工藝，其原理是基于輥軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)物料進(jìn)行擠壓和剪切，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的破碎目的。這種破碎方式主要通過(guò)兩個(gè)平行且相對(duì)旋轉(zhuǎn)的輥軸完成，其中一個(gè)輥軸固定，另一個(gè)輥軸可活動(dòng)。物料被送入兩個(gè)輥軸之間，受到擠壓和剪切力，最終產(chǎn)生破碎效果。

在輥壓破碎的原理中，輥軸的選擇和布局至關(guān)重要。一般情況下，輥軸的表面會(huì)覆蓋一層耐磨材料，以增加其使用壽命。同時(shí)，輥軸的直徑和長(zhǎng)度也會(huì)根據(jù)物料的硬度和破碎要求進(jìn)行調(diào)整。輥軸的工作表面通常設(shè)計(jì)成凹凸不平，以提高對(duì)物料的擠壓效果，從而更好地實(shí)現(xiàn)破碎。

物料進(jìn)入輥壓破碎設(shè)備后，受到輥軸的擠壓和拉力，經(jīng)過(guò)輥軸之間的間隙時(shí)，物料會(huì)發(fā)生裂變和破碎。輥軸的旋轉(zhuǎn)速度和輥軸間距是關(guān)鍵的工藝參數(shù)，其合理的設(shè)置直接影響到破碎效果。通過(guò)調(diào)整這兩個(gè)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)成品顆粒大小的控制，以滿足生產(chǎn)的具體需求。

在破碎過(guò)程中，輥軸的運(yùn)動(dòng)不僅能夠?qū)ξ锪线M(jìn)行有效擠壓，還能夠產(chǎn)生剪切力，有助于破碎過(guò)程的進(jìn)行。此外，通過(guò)合理設(shè)計(jì)的輥軸布局，能夠避免物料在輥軸之間形成堆積，保證了破碎過(guò)程的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

1.2 自動(dòng)化技術(shù)在輥壓破碎中的應(yīng)用

（1）自動(dòng)化應(yīng)用。通過(guò)電機(jī)參數(shù)的程序設(shè)置，調(diào)整輥輪的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，配合設(shè)置冷卻水的自動(dòng)噴灑，達(dá)到快速冷卻破碎的效果。同時(shí)為后續(xù)的自動(dòng)化控制提供實(shí)時(shí)的參考基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和分析，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整輥軸的運(yùn)行參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的破碎效果。

（2）可編程邏輯控制器（PLC）。PLC 系統(tǒng)能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)，自動(dòng)調(diào)整輥輪的轉(zhuǎn)速。這種自動(dòng)化調(diào)整不僅提高了生產(chǎn)效率，還避免了傳統(tǒng)手動(dòng)操作可能產(chǎn)生的誤差，確保了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性和一致性。

（3）調(diào)整輥輪次數(shù)。這使得輥輪輥破的次數(shù)可以在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)調(diào)整，以適應(yīng)不同粘稠程度液態(tài)鋼渣的破碎需求。這種動(dòng)態(tài)的調(diào)整使得輥壓破碎技術(shù)更具靈活性，能在處理不同類型的原料時(shí)保持高效的破碎性能。

（4）遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷技術(shù)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)輥壓破碎設(shè)備的運(yùn)行狀況。系統(tǒng)還具備故障診斷和預(yù)測(cè)功能，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在問(wèn)題，最大程度地減少了生產(chǎn)停機(jī)時(shí)間，提高了設(shè)備的可靠性。

2 有壓熱燜處理液態(tài)鋼渣工藝的自動(dòng)化應(yīng)用

2.1 有壓熱燜處理原理

有壓熱燜處理的前提是液態(tài)鋼渣的存在。在煉鋼過(guò)程中，煉鐵爐中的熔融鐵水常伴隨著一定量的氧化物、硅、錳等雜質(zhì)，形成液態(tài)鋼渣。為了提高鋼的成分純凈度和性能，有壓熱燜處理被引入。其基本原理是通過(guò)對(duì)液態(tài)鋼渣進(jìn)行高溫高壓處理，促使其中的雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)、轉(zhuǎn)化或脫除，從而達(dá)到凈化和改良鋼質(zhì)的目的。

2.2 有壓熱燜處理流程

（1）將經(jīng)過(guò)輥壓破碎后的半固態(tài)鋼渣放置到密封的燜罐中。燜罐具備耐高溫高壓的特性。一旦高溫的鋼渣進(jìn)入燜罐，燜罐會(huì)利用鋼渣自身的高溫快速提升容器內(nèi)的溫度和壓力，使得鋼渣達(dá)到特定的物理狀態(tài)，為隨后的反應(yīng)做好準(zhǔn)備。

（2）高溫高壓條件下的熱反應(yīng)。在這一階段，半固態(tài)鋼渣中的氧化物、硅、錳等雜質(zhì)與注入的冷卻水發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生各種氣體或氧化物。這些氣體和氧化物有助于減少鋼渣中的游離氧化物含量，減輕鋼渣的侵水膨脹，從而穩(wěn)定了質(zhì)量。

（3）冷卻。在高溫高壓條件下完成熱反應(yīng)后，燜罐會(huì)逐漸降低溫度和壓力。這一冷卻過(guò)程有助于穩(wěn)定鋼的成分，防止再次吸收雜質(zhì)。冷卻完成后，燜罐打開，得到經(jīng)過(guò)有壓熱燜處理的鋼渣，其粉化率顯著提高。

2.3 自動(dòng)化技術(shù)在有壓熱燜處理中的應(yīng)用

（1）溫度和壓力控制系統(tǒng)。通過(guò)在燜罐內(nèi)部安裝高精度的溫度傳感器和壓力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液態(tài)鋼渣的溫度和壓力情況。自動(dòng)化控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)整燜罐內(nèi)的溫度和壓力，確保在合適的環(huán)境中進(jìn)行熱反應(yīng)。這種自動(dòng)化控制系統(tǒng)不僅提高了生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性，還防止了溫度和壓力波動(dòng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的不良影響。

（2）熱反應(yīng)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)整。通過(guò)在燜罐內(nèi)部設(shè)置傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熱反應(yīng)釋放的氣體、液態(tài)鋼渣的狀態(tài)等關(guān)鍵參數(shù)。自動(dòng)化系統(tǒng)可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整爐內(nèi)的氣壓、熱量等條件，以確保反應(yīng)的充分進(jìn)行，最終達(dá)到理想的處理效果。

（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控燜罐的運(yùn)行狀況。這使得生產(chǎn)人員能夠隨時(shí)隨地了解到工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題并進(jìn)行調(diào)整，以最大程度地減少生產(chǎn)停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。

3 自動(dòng)化技術(shù)在輥壓破碎–有壓熱燜處理液態(tài)鋼渣工藝中面臨的挑戰(zhàn)及解決策略

3.1 挑戰(zhàn)

（1）輥壓破碎過(guò)程的自動(dòng)化面臨著工藝參數(shù)的精確控制難題。由于液態(tài)鋼渣的物性復(fù)雜，破碎效果受多種因素影響，包括物料的硬度、濕度等。自動(dòng)化系統(tǒng)需要能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整輥軸的工作參數(shù)，以適應(yīng)不同物料特性，確保破碎效果的穩(wěn)定性和一致性。

（2）有壓熱燜處理中的自動(dòng)化技術(shù)面臨溫度和壓力控制的高難度。在高溫高壓環(huán)境下，精準(zhǔn)地控制爐內(nèi)的溫度和壓力是關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。溫度和壓力的波動(dòng)可能影響到熱反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)而影響到液態(tài)鋼渣的處理效果。因此，自動(dòng)化系統(tǒng)需要具備高度靈活性和穩(wěn)定性，以適應(yīng)復(fù)雜多變的生產(chǎn)環(huán)境。

（3）自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷。在輥壓破碎和有壓熱燜處理工藝中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和生產(chǎn)異常情況至關(guān)重要。自動(dòng)化系統(tǒng)需要整合先進(jìn)的傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)分析算法，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷和預(yù)測(cè)，確保生產(chǎn)過(guò)程的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 解決策略

3.2.1 通過(guò)先進(jìn)的傳感器技術(shù)和自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的精確控制

對(duì)于輥壓破碎過(guò)程，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以判斷設(shè)備是否運(yùn)行正常，是否存在異常振動(dòng)或不平衡現(xiàn)象，從而及時(shí)調(diào)整輥軸的參數(shù)，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)保障物料的均勻破碎。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用是將傳感器獲取的數(shù)據(jù)用于實(shí)時(shí)控制輥壓破碎設(shè)備的工藝參數(shù)。采用先進(jìn)的控制算法，系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能調(diào)整，包括輥軸的轉(zhuǎn)速、輥破次數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)。這樣，系統(tǒng)能夠在破碎過(guò)程中動(dòng)態(tài)地適應(yīng)不同物料的特性，保證破碎效果的一致性和穩(wěn)定性。

這種自動(dòng)控制系統(tǒng)的方式，不僅提高了輥壓破碎過(guò)程的自動(dòng)化程度，也使得生產(chǎn)過(guò)程更為智能、高效。通過(guò)精確控制工藝參數(shù)，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以有效地避免過(guò)度能耗，降低設(shè)備磨損，從而提高生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，同時(shí)保證了產(chǎn)品顆粒的一致性和質(zhì)量穩(wěn)定性。

3.2.2 通過(guò)先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)來(lái)解決有壓熱燜處理階段的溫度和壓力控制

（1）將高精度的溫度傳感器嵌入到燜爐內(nèi)部，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爐內(nèi)的溫度變化。這些傳感器能夠快速、準(zhǔn)確地感知液態(tài)鋼渣的溫度，并將數(shù)據(jù)反饋給自動(dòng)化控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)利用這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整罐內(nèi)冷卻水的流量和溫度，確保燜罐內(nèi)部能夠快速冷卻。

（2）將壓力傳感器安裝在燜爐壁或底部，其能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)爐內(nèi)的壓力狀態(tài)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)整爐內(nèi)的氣體流動(dòng)和壓力，確保在高溫高壓的環(huán)境下，液態(tài)鋼渣能夠充分進(jìn)行熱反應(yīng)。先進(jìn)的控制算法可以對(duì)氣體流速、流量等參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以保證燜爐內(nèi)的壓力始終在合適的范圍內(nèi)。

（3）將模型預(yù)測(cè)控制（MPC）等智能化算法應(yīng)用于有壓熱燜處理的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。通過(guò)建立燜爐內(nèi)部溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，MPC 系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)優(yōu)化控制策略。這種預(yù)測(cè)性的控制方法能夠更好地適應(yīng)工藝變化，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。

3.2.3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的應(yīng)用

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的目標(biāo)是通過(guò)整合先進(jìn)的傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)分析算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)輥壓破碎設(shè)備和燜罐等關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，從而提高生產(chǎn)過(guò)程的可靠性和穩(wěn)定性。

（1）傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于輥壓破碎和有壓熱燜處理設(shè)備中，用于采集設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)。例如，振動(dòng)傳感器可監(jiān)測(cè)設(shè)備振動(dòng)情況，溫度傳感器可實(shí)時(shí)采集設(shè)備的表面和環(huán)境溫度，壓力傳感器可監(jiān)測(cè)燜爐內(nèi)部的壓力狀態(tài)等。這些傳感器通過(guò)實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為設(shè)備狀態(tài)提供全面準(zhǔn)確的信息。

（2）數(shù)據(jù)分析算法在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)中起到至關(guān)重要的作用。通過(guò)對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，系統(tǒng)可以快速識(shí)別設(shè)備運(yùn)行中的異常情況。例如，通過(guò)振動(dòng)數(shù)據(jù)的頻譜分析，可檢測(cè)到軸承故障或不平衡，而溫度和壓力數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)則可能提示燃燒問(wèn)題或系統(tǒng)泄漏。這些算法的運(yùn)用使得系統(tǒng)能夠在設(shè)備發(fā)生異常時(shí)迅速做出響應(yīng)，及時(shí)進(jìn)行診斷。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于其能夠進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)。通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)和運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)設(shè)備的壽命、零部件的磨損情況等，提前制訂維護(hù)計(jì)劃，減少計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)設(shè)備的可靠性。

（4）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)也支持遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接，生產(chǎn)人員可以隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程訪問(wèn)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。這種遠(yuǎn)程監(jiān)控方式大幅提高了生產(chǎn)的靈活性和及時(shí)性，有助于降低維護(hù)成本和提高生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

輥壓破碎– 有壓熱燜處理液態(tài)鋼渣工藝的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了顯著的提升。通過(guò)不斷創(chuàng)新和實(shí)踐，自動(dòng)化技術(shù)將成為推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)邁向更高效、智能及可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵引擎。要對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的不斷探索和應(yīng)用充滿信心，相信其將在未來(lái)工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，為人類創(chuàng)造更為先進(jìn)、可持續(xù)的生產(chǎn)方式。

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