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冶金工程學術語
燒結混合料是指通過混合和接着的造粒加工燒結混合料。通過混合和接着的造粒加工燒結混合料，該燒結混合料包括具有細組分的礦石、至少一種助熔劑、來自後續燒結過程的燒結返料和必要時的粘合劑。
- 中文名:燒結混合料
- 外文名:Sinter mixture
- 學 科:冶金工程
- 領 域:冶煉
- 組 成:細組分的礦石、至少一種助熔劑等
- 定 義:混合和接着的造粒加工
材料介紹
在我國, 90 %以上的高爐入爐爐料是靠燒結法提供的, 可以說, 燒結對於我國的鋼鐵工業起着舉足輕重的作用。燒結混合料的水分含量及水分含量的穩定性對混合料的透氣性影響非常大, 燒結混合料的透氣性對燒結礦的質量和燒結生產率影響又很大, 所以, 實現混合料水分控制的自動化是提高燒結生產率和經濟效益的關鍵。
長期以來, 燒結配水的過程在很大程度上是由操作工憑經驗來控制的, 由於生產數據採集和檢測中存在滯後與波動, 以及操作者存在操作知識的差異、判斷能力的高低、環境等諸多因素的影響, 人工操作不可避免地導致操作控制的波動, 從而給生產帶來不利的影響, 尤其是隨着燒結機設備向大型化發展, 這種影響就更大。
工業現場運行證明, 採用常規的PID 控制, 難以滿足運行控制指標的要求, 採用一般的自適應控制效果也不理想, 大多數工業現場仍採用人工手動的控制方式。因此, 設計有效的自動配水控制系統成為亟待解決的問題 [1] 。
製備
本方法包括將濕鐵礦混合料發送到造球機工作腔內；採用滾動法造球，此時形成球團礦上升撤落層和下降撤落層；將濕混合料導向壓縮氣流上，從而形成氣體濕混合料流，將氣體濕混合料流引向球團礦上升層，此時便向球團礦表面噴撤濕混合料，用濕混合料處理球團礦。混合流對球團礦表面的壓力構成諾浩。本發明可提高球團礦的強度12.6-18.2%，提高造球機生產效率8.2-14.4%。由於噴撤混合料，在造球過程中濕球團礦的質量增長速度提高了0.4-5.1倍，而硬化速度提高了0.15-0.32倍。向球團礦噴撒混合料時水分衝擊強度提高了0.16-1.75倍，而球團礦水分在噴撒之後降低了10-40%，這樣在燒結機中進行熱處理時可降低燃燒5-10%，提高生產率2-4%。採用本方法不必停產,設備體積小,裝備消耗低，而且便於管理。本發明可用於各種散裝材料的燒結，造粒等工藝中。
加工
通過混合和接着的造粒加工燒結混合料，該燒結混合料包括具有細組分的礦石、至少一種助熔劑、來自後續燒結過程的燒結返料和必要時的粘合劑。為了實現高產量，其中避免裝置部件的磨損和由此引起的運行故障，在礦石與助熔劑並與必要時配有的粘合劑混合以後添加燒結返料。
現場工藝難點
燒結混合料水分的在線測量難的主要原因在於:從混合機出來的混合料下料不均勻, 料面起伏不定,有時還會發生堆料現象; 物料表面有大量蒸汽, 熱返礦的多少對蒸汽多少的影響較大, 而且在冬季為提高料溫而加入的預熱蒸汽使蒸汽的影響更加嚴重。因此, 要實現燒結混合料水分的在線測量, 除需要在測量方法上完善測量技術外, 還必須要考慮各種干擾因素的影響, 並採取相應的工藝措施進行保護處理。
在燒結混合料的一混、二混兩次配水過程中, 有多種因素會產生對過程的擾動, 要實現對配水的較好控制, 就必須對各干擾因素有充分的考慮, 對混合料進行自動配水控制的擾動因素有:
(1) 從配水調節到混合料含水量的檢測需要經過3～5min 的延遲時間;
(2) 進入到一混(二混) 的混合料的流量及水分值的波動;
(3) 配料輸送中產生斷料、停料過程;
(4) 冷、熱返礦的流量及溫度變化;
(5) 生石灰消化過程中對水分的影響;
(6) 配水用水源壓力的波動;
(7) 混合料在輸送過程中環境對水分的影響;
(8) 給水調節閥門的閥門特性。
考慮到各種因素對過程的影響, 該過程可看作是一個多變量、大滯後的過程。由於數據測量的誤差以及生產過程的大滯後性, 頻繁的調整會造成生產上大的波動。
綜上所述, 燒結混合料水分的在線測量問題和控制對象的大滯後問題, 是燒結混合料水分控制問題的兩大主要難題。
現存問題解決
自動配水控制系統的實現
針對自動配水控制系統存在的問題, 北京金日新事業技術有限公司投入精力進行研究, 最終開發設計出解決存在大滯後的燒結混合料自動配水控制系統,並在鄂鋼燒結廠進行了實際應用, 取得了顯著的效果。
從自動配水系統結構框圖可以看出, 整個系統可以分為五個部分: 現場數據採集部分、控制輸出部分、配料數據傳送部分、配水控制站和配水操作站。
現場數據的採集是應用研華數據採集模塊, 通過RS485 通訊把現場信號傳送到配水控制站; 配料數據的傳送就是配料工控機把配料數據通過RS485 通訊傳送到配水控制站; 控制輸出是通過RS485 通訊把控制站計算出的控制值應用研華模塊輸出給執行器進行控制調節; 配水操作站作為人機交互的窗口, 顯示系統的監控信息和便於用戶查詢歷史的生產數據信息, 接受用戶的設置和參數輸入; 整個系統的核心是配水控制站, 在控制站內綜合所有的數據信息, 並對數據信息進行處理, 通過控制器的控制算法進行處理, 實現最終的自動控制輸出。操作站同控制站之間通過以太網實現信息的交換, 實現各自的任務。
1在線水分測量
在燒結混合料的水分測量方面應用最多的主要有兩種方法: 中子在線測量和紅外在線測量。這兩種方法各有長處, 可以根據用戶的實際需要進行選擇, 因放射性產品存在放射性, 國家對放射性產品的使用要求比較嚴格, 在此主要介紹紅外在線測量的方法。
紅外水分儀的測量原理是: 水對一些特定波長的紅外光表現出強烈的吸收特性, 當用這些特定波長的紅外光照射物料時, 物料中所含的水就會吸收部分紅外光的能量, 含水越多吸收也越多, 因此可以通過測量反射光的減少量來計算物料的水分。
在線紅外水分儀的應用相對於中子在線水分儀來說比較成熟, 但其在燒結混合料的水分測量應用也剛起步, 對於燒結現場的特殊測量環境, 還需要採取許多的工藝措施來提高紅外水分儀的測量精度和穩定性。通過在現場的應用及大量實驗, 我們已經總結出使用紅外水分儀的應用方法和保護措施, 確保了紅外水分儀的測量精度和穩定性, 為系統的自動控制提供了基礎。
2水分控制
由於燒結配水過程是一個典型的大滯後過程, 所以系統的控制器採用專用的J RPS 控制軟件, 它可以隨着過程對象的增益變化動態調整當前控制策略, 從而實現對於過程增益變化的自適應控制, 具有滯後時間變化時的抗滯後能力, 這種技術極大地提高了抗滯後控制的有效性和實用性, 可以有效地解決工程對控制的要求。
在控制迴路的配置上, 採用水分—給水流量的串級控制迴路, 前饋與反饋相結合的方法: 外環控制被控變量是水分值, 操作變量是給水流量, 即內環控制器迴路給定值; 內環控制迴路的被控變量為給水流量值, 操作變量為給水閥門開度。
其中, 總流量、冷返礦流量、熱返礦流量為外環前饋量, 水壓力為內環前饋量。
(1) 控制器
J RPS 控制軟件的核心是相對獨立的控制器, 分為專用抗滯後控制器和普通控制器。根據不同的現場工藝情況, 通過控制器的接口可以方便地實現組態。
J RPS 控制軟件組態後同外界數據交互的方式也比較靈活, 可以通過DDE 的方式連接, 也可以通過OPC的方式進行連接。在本配水系統中採用的是OPC 連接方式, J RPS 控制軟件作為OPC 的客戶端,組態軟件作為OPC 的服務器, 這樣由J RPS 控制軟件組態的控制迴路就象一個子函數, 可以被系統調用, 完成系統的控制。
本系統中由控制軟件組態實現的是串級控制迴路, 外環選用專用抗滯後控制器, 可以解決控制對象存在的大滯後問題, 內環選用普通控制器, 實現內環水流量控制。
(2) 前饋考慮
在配水過程中對混合料水分會產生影響的因素主要有: 配料總流量的變化、生石灰流量的變化、冷熱返礦的流量變化、進入混合機的混合料原始水分的變化; 在控制過程中給水的壓力變化會影響給水流量的控制, 引起內環波動, 進而影響系統的水分波動。
綜合考慮各干擾因素之間的關係, 在系統中需要考慮的前饋量有: 配料總流量、冷返礦流量、熱返礦流量和水壓力, 其中前三個量為外環前饋量, 後一個量為內環前饋量。在現場進行調試的過程中, 根據各前饋量的變化引起的干擾大小進行相應的前饋增益值的設定, 使得控制器能夠在各前饋量變化時及時得到響應處理 [2] 。
總結
最初的仿真實驗及現場的實際生產應用都顯示出了本自動配水系統的可行性和有效性。
系統實際應用時的控制曲線, 是在給定初始值偏大, 使得水分測量值高出目標值的前提下觀察控制器的控制效果的 控制曲線圖。
目標值是指給定的目標水分值, 加水流量是控制輸出的加水流量值, 水分值是實際測量的水分值。
由上面的仿真和實際應用可以看出:針對燒結混合料設計的自動配水系統是成功的, 而且在實際的生產過程中也顯示出該系統的優越性。系統由於採用專用的控制器, 不但能夠解決加水過程的大滯後, 而且系統本身設計了自學習功能, 可以在不具備投入全自動控制的條件下(例如在配水的啟動過程中, 系統還沒有檢測到混合料的水分值) 接管系統的控制, 根據進入混合機的混合料的總流量查詢以前生產過程中學習到的最佳控制值, 作為當前的控制輸出, 當檢測到混合料的水分值後, 再切換到控制器進行自動調節控制。這樣, 使系統的啟動停止全部由上位機自動切換完成, 無須人工對系統的啟動過程進行干預, 不但為用戶減輕了工作量, 而且提高了經濟效益 [3] 。
視頻
燒結磚是我們經常見的，但是它到底是什麼樣的一種材料？