袁平剛  丁小濤

（敬業(yè)集團(tuán)  河北石家莊050409）

摘要：本文通過研究燒結(jié)機(jī)混合料水分檢測與控制系統(tǒng)，并應(yīng)用至燒結(jié)機(jī)一次混合機(jī)、實(shí)現(xiàn)一次混合機(jī)自動(dòng)補(bǔ)水，解決了人工目測水分不準(zhǔn)確，憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)整不及時(shí)的問題；減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度，保證燒結(jié)機(jī)補(bǔ)水自動(dòng)、精準(zhǔn)控制，混合料中粒徑小于3mm的比例升高8.16%，垂直燒結(jié)速度提高0.44mm/min，利用系數(shù)提高0.015 t/m²/h，改善了混合料原始粒度組成和透氣性，使燒結(jié)過程主要工藝參數(shù)趨于連續(xù)、穩(wěn)定，達(dá)到穩(wěn)定燒結(jié)工藝、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)機(jī)；自動(dòng)補(bǔ)水；精準(zhǔn)控制；工藝參數(shù)；穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)

1  前言

燒結(jié)生產(chǎn)是將鐵礦粉、熔劑、燃料按一定配比進(jìn)行配料、混勻、補(bǔ)水組成燒結(jié)料，燒結(jié)料在高溫熔融條件下進(jìn)行燒結(jié)造塊，鐵礦粉和燃料中自帶部分水，自帶水占自重的7%-8%，折合燒結(jié)料大約占比4.5%-5.5%。隨著熔劑的配加和混勻、造球的需要，在混合機(jī)中需要補(bǔ)充大約2.5%-3.5%水分，以滿足燒結(jié)過程對混合料粒度組成、料層透氣性的要求。“一水、二碳、三聯(lián)系”操作方針是燒結(jié)機(jī)操作與改進(jìn)的基本條件，由此可見，水分是影響燒結(jié)過程的一個(gè)極為重要的因素，對整個(gè)過程的穩(wěn)定起到舉足輕重的作用^[1]。

由于水分有利于燒結(jié)料混勻、造球，改善料層透氣性，同時(shí)原、燃料顆粒被水分潤濕的表面光滑，減少料層阻力，改善料層導(dǎo)熱性。在一定的原、燃料條件下，最適宜的水分波動(dòng)范圍是非常小的，超出這個(gè)范圍會(huì)對混合料的成球性產(chǎn)生顯著影響，導(dǎo)致燒結(jié)混合料的原始粒度，使燒結(jié)過程料層透氣性變差，進(jìn)而影響燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量。為確保燒結(jié)混合料合適的水分，達(dá)到提高燒結(jié)礦的產(chǎn)、質(zhì)量，降低燃料消耗的目標(biāo)，對混合機(jī)補(bǔ)水系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)、精準(zhǔn)控制是很有必要的^[2]。大多數(shù)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)混合料水分檢測與控制完全以人工或者半人工方式手動(dòng)憑經(jīng)驗(yàn)來完成，存在很多偶然和必然的不穩(wěn)定因素。隨著厚料層燒結(jié)工藝的推廣，對混合料水分的穩(wěn)定性、終點(diǎn)水分合格率、料層透氣性等要求越來越高，如何實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水自動(dòng)、精準(zhǔn)控制，提高燒結(jié)混合料終點(diǎn)水分穩(wěn)定率，改善燒結(jié)料原始粒度和燒結(jié)過程透氣性是穩(wěn)定燒結(jié)工藝、保證“燒好、冷透、篩盡”、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的前提^[3]。

2  研究思路

某企業(yè)煉鐵事業(yè)部3號(hào)360m²燒結(jié)機(jī)配備兩臺(tái)混合機(jī)，將配料系統(tǒng)輸送來的原燃料充分混勻、加水潤濕并制粒造球。一次混合機(jī)主要進(jìn)行混勻和加水潤濕，二次混合機(jī)主要進(jìn)行造球，混合機(jī)加水量以一次混合機(jī)為主，入燒混合料水分合理控制范圍一般為7.5%～8.0%。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，因無任何水分自動(dòng)檢測設(shè)備，只靠人工手動(dòng)取樣烘干測水分，這樣不能及時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)，因此看水工只能憑經(jīng)驗(yàn)判斷，靠目測來調(diào)整水分大小，這與崗位工經(jīng)驗(yàn)多少及責(zé)任心等因素密切相關(guān)，因而各班組水分波動(dòng)較大，給穩(wěn)定燒結(jié)工藝操作造成一定困難。同時(shí)、混合料水分的波動(dòng)還會(huì)影響到配碳量的穩(wěn)定，制約著燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量的穩(wěn)定。鑒于上述原因，為進(jìn)一步穩(wěn)定燒結(jié)機(jī)混合料水分，改善混合料的制粒效果、降低固體燃料消耗，提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量，多年來我部也一直在尋求一種可靠的在線自動(dòng)測水儀器，解決以人工方式目測水分的不準(zhǔn)確，調(diào)整憑經(jīng)驗(yàn)和不及時(shí)的問題。我部曾嘗試過中子測水儀，因其價(jià)格昂貴，設(shè)備維護(hù)難度大，且有放射性廢料不好處理、數(shù)據(jù)失真等問題，所以在混合料測水中沒有有效使用。最終選用紅外水分測量儀，作為一種非接觸的在線水分測量儀，其靜態(tài)精度經(jīng)過建模標(biāo)定可以達(dá)到很高的精度，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)機(jī)混合料水分的在線檢測與自動(dòng)、精準(zhǔn)控制，可以在主控室完成混合料水分的自動(dòng)控制，同時(shí)可以對歷史上某個(gè)時(shí)間點(diǎn)、或時(shí)間段或某一批料的混合料水分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行查詢和分析，有效解決燒結(jié)工藝中補(bǔ)水波動(dòng)大的問題^[4]。       

紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)通過安裝水分測控專家系統(tǒng)，在一次混合機(jī)出口輸送帶上方安裝一臺(tái)水分儀，同時(shí)在輸送帶水分儀正前方安裝防護(hù)水分儀的平料器^[5]；在一次混合機(jī)配加“污泥+清水”的補(bǔ)水方式中，通過手動(dòng)控制閥門固定污泥流量，在一次混合機(jī)的補(bǔ)水管道上增加兩條清水控制回路（DN50和DN80管道），該回路中包含流量計(jì)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、切斷閥等；一次混合機(jī)主控室裝配一臺(tái)工控機(jī)，用于記錄、分析水分儀測量數(shù)據(jù)，并形成混合料水分的歷史曲線以及報(bào)警畫面；現(xiàn)場配觸摸屏顯示各項(xiàng)參數(shù)同時(shí)用于操控加水調(diào)節(jié)閥以及系統(tǒng)的手自動(dòng)方式切換等，將混合料水分的歷史曲線上傳至燒結(jié)機(jī)中控室顯示；一次混合機(jī)出口混合料水分控制目標(biāo)值可以在電腦中實(shí)現(xiàn)人工設(shè)定，實(shí)現(xiàn)混合料水分自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)，一次混合機(jī)出口混合料水分穩(wěn)定在目標(biāo)值±0.2%以內(nèi)，日水分穩(wěn)定率達(dá)到95%以上，水分超出目標(biāo)范圍時(shí)，5分鐘之內(nèi)調(diào)整至目標(biāo)范圍。當(dāng)混合機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或停車時(shí)，測控系統(tǒng)能夠自動(dòng)及時(shí)關(guān)閉切斷閥，停止加清水及污泥。

燒結(jié)機(jī)自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)工藝布置圖如下圖1所示：

圖1 燒結(jié)機(jī)自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)工藝布置圖

3  使用效果

在正常生產(chǎn)中一次混合機(jī)以配加污泥為主，清水為輔助補(bǔ)充，正常生產(chǎn)凈水使用DN50或者DN80管道，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)清水流量穩(wěn)定混合料水分，當(dāng)停止使用污泥時(shí)，直接使用DN80管道單獨(dú)配加清水可滿足生產(chǎn)需求。

紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)操作畫面如下圖2所示。

圖2 自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)操作畫面

3.1  安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)對混合料粒徑的影響

我們對二次混合后的混合料粒度進(jìn)行多次取樣并進(jìn)行檢測，取平均值得到數(shù)據(jù)如表1所示：

表1 安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)前后混合料粒度對比

在燒結(jié)混合料中，粒徑小于3mm的部分對燒結(jié)過程的透氣性和垂直燒結(jié)速度影響較大，因此我們對安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)前后的混合料中粒徑小于3mm的比例進(jìn)行柱狀圖分析見圖3所示：

圖3 安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)前后的混合料中粒徑小于3mm的比例柱狀圖

由圖3可以看出，安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)后混合料中粒徑小于3mm的比例較安裝前升高8.16%，因此安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)對于提高混合料加權(quán)粒徑，降低混合料中小于3mm粒徑的比例作用突出，有利于改善燒結(jié)過程透氣性。

3.2  安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)對燒結(jié)過程工藝參數(shù)的影響

為保證安裝前和安裝后操作參數(shù)保持一致，最大程度地消除人為操作因素對燒結(jié)工藝參數(shù)的干擾，我們通過嚴(yán)格控制工藝要點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化操作，盡可能確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、有效。安裝前和安裝后的燒結(jié)過程主要參數(shù)對比如表2所示：

表2 安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)前后燒結(jié)過程工藝參數(shù)對比

通過表2可以看出：安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)后燒結(jié)機(jī)煙道壓力、溫度和垂燒速度等燒結(jié)過程主要參數(shù)有了明顯改善，在燒結(jié)料層不變的條件下，燒結(jié)機(jī)機(jī)速、垂直燒結(jié)速度提高顯著，因此我們對安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)前后的垂直燒結(jié)速度進(jìn)行柱狀圖分析見圖4所示：

圖4 安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)前后的垂直燒結(jié)速度進(jìn)行柱狀圖

通過圖4可以看出，安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)改善了混合料原始粒度組成，提高燒結(jié)過程料層透氣性，在料層不變的條件下，燒結(jié)機(jī)機(jī)速提高0.05m/min，垂直燒結(jié)速度提高0.44mm/min，使燒結(jié)過程主要工藝參數(shù)趨于連續(xù)、穩(wěn)定。

3.3  安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)對燒結(jié)礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響

安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)前后燒結(jié)礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比分別如表3所示：

表3 安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)前后燒結(jié)礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

注：此表中固體燃料統(tǒng)計(jì)按照40%焦末+60%無煙煤，點(diǎn)火煤氣使用純焦?fàn)t煤氣。

由表3可以看出，安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)后，燒結(jié)礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中利用系數(shù)、燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)略有升高，煤氣單耗、5-10mm比例、篩分指數(shù)、固體燃耗、返礦率均降低。我們對安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)前后的燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)進(jìn)行柱狀圖分析見圖5所示：

圖5 安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)前后的燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)進(jìn)行柱狀圖

通過圖5可以看出，安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)后燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)由1.205 t/m2/h提高至1.22 t/m²/h，提高了0.015 t/m²/h。

4  結(jié)論

（1）紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)應(yīng)用于燒結(jié)混合機(jī)水分檢測和控制是可行的。

（2）安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)后混合料中粒徑小于3mm的比例較安裝前升高8.16%，燒結(jié)機(jī)機(jī)速提高0.05m/min，垂直燒結(jié)速度提高0.44mm/min，利用系數(shù)提高了0.015 t/m²/h，安裝紅外自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)對于改善混合料原始粒度組成，提高混合料加權(quán)粒徑，降低混合料中小于3mm粒徑的比例作用突出，有利于改善燒結(jié)過程透氣性等重要參數(shù)。

（3）安裝自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)在燒結(jié)料層、原燃料結(jié)構(gòu)不變的條件下，使燒結(jié)過程主要工藝參數(shù)趨于連續(xù)、穩(wěn)定。燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、利用系數(shù)略有升高，煤氣單耗、5-10mm比例、篩分指數(shù)、固體燃耗、返礦率均降低，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐵礦粉燒結(jié)生產(chǎn)[M] , 北京：冶金工業(yè)出版社,2006,19-20.

[2] 范曉慧.燒結(jié)生產(chǎn)自動(dòng)控制新技術(shù)（上）[J]. 燒結(jié)球團(tuán). 2002，27( 1) : 28-35.

[3] 黎成家,文劍平.燒結(jié)混合機(jī)最佳工業(yè)參數(shù)選擇的研究[J]. 燒結(jié)球團(tuán). 1992，( 4) : 13-17.

[4] 陳略峰.燒結(jié)混合制粒過程水分智能控制策略及工業(yè)應(yīng)用[D]. 長沙：中南大學(xué),2012.

[5] 張鋒.燒結(jié)混合料水分控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D]. 沈陽：東北大學(xué),2011.