燒結(jié)混合機(jī)自動(dòng)加水研究

張家強(qiáng)，張洪明

（包鋼煉鐵廠，內(nèi)蒙古 包頭014010）

1 混合機(jī)崗位現(xiàn)狀分析

崗位人員需要定期進(jìn)行設(shè)備巡檢。改造前一次混合崗位主要負(fù)責(zé)的設(shè)備有H1、H2 皮帶機(jī)和ZL1、ZL2、ZL3 皮帶機(jī)；混合機(jī)、制粒機(jī)2 臺(tái)、S1 皮帶機(jī)、油泵3 臺(tái)、加水泵等水箱附屬設(shè)施。隨著外來(lái)勞務(wù)人員清退，崗位清掃工作量增加，一次混合崗位主要負(fù)則H1、H2 皮帶機(jī)和ZL1、ZL2、ZL3 等5 條皮帶的清掃工作，同時(shí)還需要負(fù)責(zé)托輥、擋皮、分料器的維護(hù)工作。

從工藝調(diào)整來(lái)說(shuō)，水分在燒結(jié)工藝中的主要起到制粒、導(dǎo)熱、潤(rùn)滑、助燃的作用。水分控制的穩(wěn)定性對(duì)燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)有直接影響。水分控制大，透氣不均，局部夾生，產(chǎn)量與強(qiáng)度均降低。水分控制小，制粒效果差，垂速下降，產(chǎn)量降低。

因此，水分控制穩(wěn)定性越高越有利于使燒結(jié)過(guò)程得到強(qiáng)化，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)得到提升?，F(xiàn)階段水分控制流程為接到上料量和結(jié)構(gòu)變更通知，記錄時(shí)間并查看水分，調(diào)整加水門開度，查看水分是否適宜，如果合適繼續(xù)觀察水分變化，不合適再次調(diào)整加水門開度。

2 根據(jù)混合機(jī)工藝需求提出的控制要求

通過(guò)分析該崗位人員情況、崗位安全生產(chǎn)的工作環(huán)境、工作強(qiáng)度以及影響燒結(jié)礦質(zhì)量的工藝要求等，提出如下問(wèn)題。

①如何在穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)水分控制，能否根據(jù)上料量變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整加水量；②能否實(shí)現(xiàn)水分控制精度在設(shè)定值±0.2%；③自動(dòng)狀態(tài)與手動(dòng)狀態(tài)可根據(jù)需求進(jìn)行切換，且切換過(guò)程不會(huì)影響水分控制穩(wěn)定性。

3 混合機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加水可行性分析

3.1 燒結(jié)混合機(jī)水分分析

燒結(jié)原料水分波動(dòng)，將會(huì)引起配料的波動(dòng)。因?yàn)榕淞鲜前窗俜种俚臐窳吓淙?，按干料進(jìn)行計(jì)算，各種原因的水分都是假定不變的，若原料的水分發(fā)生波動(dòng)，必然會(huì)引起配料的波動(dòng)，也會(huì)對(duì)混合料水分穩(wěn)定帶來(lái)影響?；旌狭霞尤胨堪凑铡耙砸换鞛橹鳎淞鲜覟檩o，二混適當(dāng)補(bǔ)充加足”[1]。二混加水只是對(duì)一混加水不足的補(bǔ)充。

一次混合的目的主要是混勻和加水潤(rùn)濕，使混合料中各成分、粒度均勻分布，并使混合料水分達(dá)到二次混合要求，同時(shí)當(dāng)使用熱返礦時(shí)，可以將物料預(yù)熱；二次混合除有繼續(xù)混合的作用外，主要任務(wù)是加強(qiáng)混合過(guò)程中的制粒，使細(xì)粒物料粘附在核粒子上，形成粒度大小一定的粒子。同時(shí)還有補(bǔ)充水分、通入蒸汽預(yù)熱任務(wù)，從而改善混合料粒度組成，使混合料在具有良好透氣性的情況下，保持最好的水分含量和必要的料溫，保證燒結(jié)料層具有良好的透氣性。一段式混合工藝在現(xiàn)代燒結(jié)工藝中基本不再采用。國(guó)內(nèi)外燒結(jié)工藝為強(qiáng)化混合制粒，甚至增加了第三次混合機(jī)。

3.2 燒結(jié)混合機(jī)調(diào)整工藝情況

本次改造考慮3#燒結(jié)機(jī)正常工況下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加水功能，不考慮異常情況，比如放灰、啟車、事故狀態(tài)下變化料量等特殊情況。該套控制程序能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的自動(dòng)加水控制。 3#燒結(jié)機(jī)工藝系統(tǒng)為一段混合加水，沒(méi)有分段系統(tǒng)，不存在多段混合分段調(diào)節(jié)功能，混合機(jī)加水量的多少必須一次調(diào)節(jié)成功，否則將會(huì)帶來(lái)生產(chǎn)質(zhì)量事故。傳統(tǒng)應(yīng)用PID 通過(guò)給水調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)一段混合加水的水分閉環(huán)控制很難保證水分調(diào)節(jié)精度，系統(tǒng)擾動(dòng)會(huì)造成水分波動(dòng)較大，影響燒結(jié)礦質(zhì)量，容易造成重大質(zhì)量事故。

同一配料結(jié)構(gòu)下，燒結(jié)過(guò)程所需水分為定值。假設(shè)物料原始帶入水分一定，則加入水量也一定，且加水量與混合料上料量之間呈線性關(guān)系。即：

加水量=（實(shí)測(cè)水分值-水分設(shè)定值）*上料量設(shè)定值

建立加水量與加水閥門開度的關(guān)系，通過(guò)自動(dòng)程序則可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)下的水分自動(dòng)控制。

4 制定混合機(jī)改造實(shí)施方案

4.1 燒結(jié)混合機(jī)自動(dòng)加水原理

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況分析，系統(tǒng)為大滯后且影響水分調(diào)節(jié)因素較多，長(zhǎng)期以來(lái)均是通過(guò)看水工現(xiàn)場(chǎng)用鐵鍬搓料，查看混合料水分大小。因此，如何解決大滯后過(guò)程控制問(wèn)題以及如何解決料量、水分、水量之間的關(guān)系問(wèn)題就是該系統(tǒng)要因。

針對(duì)該系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題，首先需要解決大滯后環(huán)節(jié)問(wèn)題，基于現(xiàn)場(chǎng)看水工實(shí)際操作過(guò)程分析，調(diào)節(jié)周期較長(zhǎng)，大約在5～6min，甚至10min 才根據(jù)水分值調(diào)節(jié)一次水量。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工況下，調(diào)節(jié)范圍較小。在加灰及變料情況下，才需要大幅調(diào)節(jié)水量。因此,采用傳統(tǒng)PID 單回路閉環(huán)控制無(wú)法滿足系統(tǒng)要求，通過(guò)對(duì)包鋼的新體系調(diào)研，對(duì)方采用三級(jí)混合，一混粗調(diào)，二混細(xì)調(diào)，工藝設(shè)備較本人所在工廠較為合理，對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加水可借鑒度不高。要想解決該問(wèn)題，必須找到能夠模擬看水工經(jīng)驗(yàn)判斷操作過(guò)程的方法。

4.2 控制原理

通過(guò)混合機(jī)出口水分儀實(shí)測(cè)混合料水分，正常情況下，若混合料水分在（6.8%～7.2%),正?？刂圃O(shè)定在7.0%，加水量計(jì)算公式如下：加水量=（實(shí)測(cè)水分-水分設(shè)定值）*上料量設(shè)定值

實(shí)測(cè)水分：從水分超限開始計(jì)時(shí)，在90s（根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)定）內(nèi)，每秒取一個(gè)值，做平均數(shù)

水分設(shè)定值：7.0%(根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)定)

上料量設(shè)定值：上料總量含返礦量

通過(guò)實(shí)測(cè)瞬時(shí)水量與調(diào)節(jié)閥開度，找出兩者的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系。再通過(guò)函數(shù)關(guān)系找出閥位與加水量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣通過(guò)加水量找出對(duì)應(yīng)閥位，手自動(dòng)切換過(guò)程中，跟蹤當(dāng)前閥位。

Y=0.571X+10（X:調(diào)節(jié)閥開度；Y：瞬時(shí)流量）

Z=X1+ X2（X1:當(dāng)前調(diào)節(jié)閥開度；X2：換算閥位；Z：輸出調(diào)節(jié)閥開度）

4.3 采集連續(xù)3 個(gè)月8000 條數(shù)據(jù)(截取部分?jǐn)?shù)據(jù)）

開度（%）瞬時(shí)流量（m3/h）開度（%）瞬時(shí)流量（m3/h）開度（%）瞬時(shí)流量（m3/h）開度（%）瞬時(shí)流量（m3/h）13 15 12.5 11 12 10 18.8 19.7 18.6 14.9 17.7 16.3 8.9 18.3 16.6 17.3 29 35 15.4 21.6 20.2 20.8 27.6 30.4 13.9 32 30 30.5 28 25 18.9 30.4 28.3 29.5 27.5 26.6 21.1 10.1 10.8 10.6 16 17 24.03 16.18 16.88 16.7 20.5 21.1

5 項(xiàng)目實(shí)施

該系統(tǒng)采用采樣控制實(shí)現(xiàn)了大滯后系統(tǒng)的控制要求?；緦?shí)現(xiàn)了單一混合機(jī)的自動(dòng)加水功能。通過(guò)利用原有混合機(jī)出口水分儀、水量調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、手操器及浙大JX300 控制系統(tǒng)等現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)采樣控制實(shí)現(xiàn)了3#燒結(jié)機(jī)正常工況下，混合機(jī)自動(dòng)加水功能。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能能夠?qū)崿F(xiàn)加灰等小范圍變料情況下的系統(tǒng)擾動(dòng)。如果通過(guò)控制室崗位人員在變料情況下，實(shí)時(shí)改變水分設(shè)定值，也能很快達(dá)到調(diào)節(jié)要求。同時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)的調(diào)節(jié)效果要明顯好于看水工的人為調(diào)節(jié)。針對(duì)系統(tǒng)的大滯后環(huán)節(jié)，采用按周期采樣斷續(xù)控制的原理，在相鄰兩次采樣之間保持控制信號(hào)不變，直到下一個(gè)采樣控制周期信號(hào)到來(lái)，延時(shí)時(shí)間大于純滯后時(shí)間。這樣重復(fù)動(dòng)作，逐步校正被控對(duì)象的偏差值。直到系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這種控制思想就是“控一控，等一等”，放慢控制速度，減少控制器過(guò)渡調(diào)節(jié)[2]。

6 結(jié)論

改造后通過(guò)實(shí)際效果驗(yàn)證，水分控制穩(wěn)定性較人工手動(dòng)控制有大幅改善，水分控制精度可控制在中值±0.2%，有效提高了水分控制穩(wěn)定性。除配料除塵器放灰時(shí)間段外全部采用自動(dòng)加水，每日運(yùn)行時(shí)間約為23.5h，有效降低了崗位勞動(dòng)強(qiáng)度，可使職工將更多精力投入設(shè)備巡檢及清掃工作中。此次3#燒結(jié)機(jī)混合機(jī)自動(dòng)加水改造在充分利用原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)看水工的實(shí)際操作情況，通過(guò)控制程序模擬手動(dòng)人工判斷，實(shí)際運(yùn)行效果較好，基本改變了燒結(jié)系統(tǒng)多年來(lái)由于工藝條件限制無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加水的現(xiàn)狀。