基于DCS的钼铁配料系统优化应用探讨

2012-04-27朱要武宫玉川琚成新

中国钼业 2012年4期

朱要武，宫玉川，琚成新

(洛阳钼业集团金属材料有限公司，河南洛阳471000)

0 前言

众所周知，在炉外法冶炼钼铁工艺中，前期的配料操作是工艺的关键控制环节，钼铁混合料组份均匀精准度更是决定冶炼效果的重要工艺控制基础参数之一。

当前在我国钼铁冶炼配料工艺中，较为普遍地采用圆筒混料机和V系列混合机作为配料混料装置。虽然具有投资小，操作简单等优点，但不同程度地存在计量精准度差、物料均匀度不理想等问题，制约着钼铁质量的提高。洛阳钼业集团金属材料有限公司在钼铁配料实际生产中采用AMEC、恩菲先期设计的DCS配料控制系统，在钼铁实际生产实践中，通过对该系统的实际使用性能进行评价分析后，确定进一步的优化改造实施方案，取得了较为满意的实用效果，同时希望通过本文为此类系统的优化设计和运行管理提供参考。

1 DCS钼铁配料系统简述及评价

钼铁配料系统主要由DCS集散控制系统(Distributed Control System)、高位储料仓、减料秤、螺旋输送搅拌机等部分构成，DCS钼铁配料系统的设备连接示意图见图1。

图1 配料系统设备连接示意图

整个系统功能是利用梅特勒－托利多IND560称重终端和PC操作站构成的集中与分散结合的控制方式，将冶炼钼铁的各种预先存放在各储存仓中的原料，通过DCS系统的配方输入功能，精准确认设置操作数据，待减量秤到达设定重量目标值后停止继续给料，后经采取PID闭环、变频控制、Smart Control自学习适应调整技术工作机理的减料秤进行顺控，按设定配比将物料卸出，物料依次混合搅拌，待其全部汇集后，经后续螺旋输送搅拌机将混合料装入料斗用于钼铁冶炼工艺，整个系统运行模式为间断制，图2为减量秤的工作循环。

图2 减量秤工作循环

减量秤是系统精准控制的关键设备，其功能描述为：配方从DCS去减量秤控制仪、控制仪确认配方反馈至DCS、DCS发出批次开车命令及批次完成，运行/故障/停止状态的信号、瞬时和累计值、变频器速度信号、DCS发出时间同步命令等都是通过Profibus DP现场通讯总线完成一系列的配料操作流程。称重秤控制终端有流量输出、瞬时值和累计值的输出、校准、飘移修正、慢喂料重量误差修正、系统联锁、自学习模式、TRAXDSP数字动态滤波技术、高速A/D处理技术、软件抗干扰等功能，且有连接DCS控制系统的通讯端口，DCS有数据冗余容错处理技术及配方断电记忆及故障联锁功能，现场控制有紧急停车及故障即时报警功能等，减量秤原理示意图见图3。

图3 减量秤原理图

经编程后的DCS操作站PC界面功能丰富，可通过工业以太网实现动态数据的远程实时监管控制，可保证系统可靠度及动态计量精度，并可提供配料数据历史趋势图供查询。该系统配备有梅特勒－托利多C750.CF控制器、FWC称重模块、LIW－SS－xxx－000喂料器、丹麦DanfossVLT2900变频器、德国SEW喂料电机、法国施耐德低压电气装置、美国DELL工业计算机等优质设备，设备性能优良，运行可靠。

在各种物料组分均匀的生产状况下，配料系统可实现连续均衡配料，很容易控制单炉钼铁冶炼规模，正常工况运行状态优良，物料达标情况下使用效果理想，冶炼反应优良，可节省炉料发热剂使用量，保证钼铁质量的最优化，利于降低生产成本，优化配料现场环境，物料称重精度准，配料控制安全可靠，自动化程度高，操作劳动强度小。重要的是单位时间段螺旋搅拌机内所搅拌物料量控制合理且连续，钼铁混合料搅拌效果更优良，实现炉外法冶炼钼铁的最佳参数控制。

2 工艺问题分析

(1)钼铁物料混合方式是通过减量秤将物料顺控卸出，后经螺旋搅拌机进行搅拌的方式，即利用时间差控制模式依次启动各个失重秤进行下料混合。其实质为各物料顺序在第2～6点累加进行预混合搅拌，只有当全部物料到达第7点处之后彻底完成混合搅拌，物料混合示意图见图4。显而易见该工艺只可保证到达物料特定积聚混合点的瞬时均匀度，假若批次物料组份不均匀，随着配料时间的推移将导致整个物料体系产生偏差。由此表明，若要到达预期的物料混合效果，保证配料过程的顺畅、精准，减量秤物料输出流量的稳定性及单位批次物料组份的均匀性应作为工艺前期的控制重点，同时对物料规格的控制更为严格，否则可能出现重量相符而组份失真的均匀假象发生，原料规格要求及特性见表1。国外利用该搅拌工艺取得良好效果是基于物料组份的稳定性来保障的，在我国由于实际生产中的种种制约因素的影响，实际效果往往不甚尽如人意。

图4 物料螺旋搅拌示意图

表1 物料规格特性表

(2)系统上料方式是通过斗提机将各种物料通过一条螺旋渠道输送至各个储料仓中，分段上料过程中不可避免地导致少量物料相互间的夹带窜混，影响物料组份的真实性，其结果很可能导致氧化、还原性质截然相反的物料在储料仓某一点积聚，虽然在工业规模状态下物料组份的微偏差现象允许存在，但实际生产中各下料口的积存和控制阀开启失误都会造成物料的窜混，加大精准配料的潜在风险。

(3)系统收尘采用集中收尘工艺，加之上料的频繁性，特定时间段上料的单一性，且大多物料须干燥且粒度细，极易造成物料飞扬损失，即物料粉尘率增大。收集后的收尘料呈多样性且层状分布，物料组份难以确定，从严格工艺角度考虑是不希望这种物料产生的。按照惯例，通常只作简单处理后利用人工添加方式将之返回配料系统，可能存在较大的潜在风险，进一步影响物料组份精度，还会造成某些收尘支管道空载现象发生。

(4)减料秤螺旋输出部分的规格大小是根据物料输出量及物料特性而量身定做的，从稳定物料流量及称重精度等方面考虑，螺旋叶片和壳体内腔壁必然是紧密设计的，实际生产中容易因物料规格问题而造成螺旋卡腔，尤其是秤体内螺旋叶片部分磨损速度加快，满足不了正常的流量输出要求，维修频繁且繁琐。根据减量秤的工作原理，单位时间内物料输出量的减小势必造成设定重量目标值的完成时间滞后，导致配料过程中物料卸出的设定同步性变差而影响混合料的均匀度。螺旋叶片的严重磨损会使后续输送螺旋机腔内物料积存过多，影响配料系统的整体物料平衡。

3 应用优化方案

(1)为优化工艺，提高原材料的原始均匀度，进行高位储料仓“子母仓”匀化器改造，选择在物料流动性好某些储料仓高位内部，分隔制作均匀分布的同规格的5个锥体小料仓，下部出料末端汇集在一起，且上部装料口加装一级筛网以防大块物料及夹带杂物下入料仓，制成简易物料匀化器。通过天车单独上料的方式将10 t批次的物料均摊于各子料仓中，采用分、聚、分的下料口控制阀装置，利用储料仓物料具有的较高重力势能进行下落过程中的自混合，既保证每10 t单位批次物料的品位均匀度，又降低搅拌设备的能源消耗，减少飞扬损失。

(2)为简化配料收尘粉处理工序且有效降低收尘引风机能耗，进行分体式收尘器改造，根据物料产生粉尘量的多少，有选择地在相应料仓上部设计规格不同的简易袋式过滤器进行收尘工作，并依据粉尘率大小设计不同的管径来控制引风量，各引风支管道安装成30°切入角并入引风主管道，且管道弯头采用大钝角设计，以减少管道的弯头阻力损失，用离线脉冲控制系统来完成滤袋的反吹清灰及管道工作状态控制。通过对收尘器阻力的推算证明，效果很好，引风机匹配功率可有效降低。收尘料单独分离存放于各自的储料仓中，避免物料间的混淆交叉，保证物料的同质性，使粉尘准确地自动返回收集于对应料仓，之后合理地进入配料工序。

(3)针对某些减料秤物料输出不畅的问题进行结构改造，依据物料动安置角及堆积密度参数设置不同的料仓锥体倾斜角度，在比重小、易吸潮发生粘结棚料现象的物料仓加装低速机械耙臂和微震动装置，在物料流动性好减量秤的秤体内螺旋上部设置伞状防冲击防挤压结构，分散物料对螺旋直接压力，既保证螺旋叶片的满载运转又有效保护螺旋叶片，延缓磨损速度，使减料秤螺旋处理能力由之前的800 t增加至2 000 t以上。同时对螺旋外壳进行可拆卸合体式设计，便于螺旋叶片的维护。

(4)现工艺对各减量秤开启采用时间差控制，此时间设置参数是在某一时间段由试验验证得出，随着物料及设备状况的改变而时效性变差，若物料流量变化而机械地套用此参数，势必影响物料混合精度，改为传感器控制，并对某些料仓进行对称布局，力求提高减料秤卸料的同步程度，物料实时搅拌控制精度得以提高。

4 效果讨论

4.1 物料均匀度分析

冶炼规模为3.8 t氧化钼/炉的配料完成时间共计18 min，每隔3 min将物料分段取样，试样制备前将钢屑剔除便于制备，后用XGT－1000WR(日本HORIBA)X射线荧光光谱仪检测具有代表性的Mo、Si、Fe、Ca、Al元素含量，用于检验物料的均匀度。实测组份见图5，检测结果显示，钼铁混合物料组份的均匀度可得到保证。

图5 钼铁混合料组份分布趋势图

4.2 反应状况、能耗、合金偏析度分析

冶炼反应连续平稳，每炉8～12 min，这是反映物料组份均匀的显著特征，从而使炉内热损失大为降低，作为炉外法冶炼工艺，这一点对熔渣的流动性改善、金属回收率提高及钼铁晶体结构改良显得尤为重要，合金偏析度由原来的±5%降为±3%，钼铁的组份均匀度得以提高。用成份接近的钼焙砂冶炼能耗分析改造后能耗指标状况，分析结果进一步验证了钼铁冶炼能耗指标在物料均匀度提高的同时可得到有效降低的规律。