烧结混合机自动加水研究

张家强，张洪明

（包钢炼铁厂，内蒙古 包头014010）

1 混合机岗位现状分析

岗位人员需要定期进行设备巡检。改造前一次混合岗位主要负责的设备有H1、H2 皮带机和ZL1、ZL2、ZL3 皮带机；混合机、制粒机2 台、S1 皮带机、油泵3 台、加水泵等水箱附属设施。随着外来劳务人员清退，岗位清扫工作量增加，一次混合岗位主要负则H1、H2 皮带机和ZL1、ZL2、ZL3 等5 条皮带的清扫工作，同时还需要负责托辊、挡皮、分料器的维护工作。

从工艺调整来说，水分在烧结工艺中的主要起到制粒、导热、润滑、助燃的作用。水分控制的稳定性对烧结矿的产质量指标有直接影响。水分控制大，透气不均，局部夹生，产量与强度均降低。水分控制小，制粒效果差，垂速下降，产量降低。

因此，水分控制稳定性越高越有利于使烧结过程得到强化，产品质量指标得到提升。现阶段水分控制流程为接到上料量和结构变更通知，记录时间并查看水分，调整加水门开度，查看水分是否适宜，如果合适继续观察水分变化，不合适再次调整加水门开度。

2 根据混合机工艺需求提出的控制要求

通过分析该岗位人员情况、岗位安全生产的工作环境、工作强度以及影响烧结矿质量的工艺要求等，提出如下问题。

①如何在稳定生产状态下，实现自动水分控制，能否根据上料量变化实现自动调整加水量；②能否实现水分控制精度在设定值±0.2%；③自动状态与手动状态可根据需求进行切换，且切换过程不会影响水分控制稳定性。

3 混合机实现自动加水可行性分析

3.1 烧结混合机水分分析

烧结原料水分波动，将会引起配料的波动。因为配料是按百分之百的湿料配入，按干料进行计算，各种原因的水分都是假定不变的，若原料的水分发生波动，必然会引起配料的波动，也会对混合料水分稳定带来影响。混合料加入水量按照“以一混为主，配料室为辅，二混适当补充加足”[1]。二混加水只是对一混加水不足的补充。

一次混合的目的主要是混匀和加水润湿，使混合料中各成分、粒度均匀分布，并使混合料水分达到二次混合要求，同时当使用热返矿时，可以将物料预热；二次混合除有继续混合的作用外，主要任务是加强混合过程中的制粒，使细粒物料粘附在核粒子上，形成粒度大小一定的粒子。同时还有补充水分、通入蒸汽预热任务，从而改善混合料粒度组成，使混合料在具有良好透气性的情况下，保持最好的水分含量和必要的料温，保证烧结料层具有良好的透气性。一段式混合工艺在现代烧结工艺中基本不再采用。国内外烧结工艺为强化混合制粒，甚至增加了第三次混合机。

3.2 烧结混合机调整工艺情况

本次改造考虑3#烧结机正常工况下，实现自动加水功能，不考虑异常情况，比如放灰、启车、事故状态下变化料量等特殊情况。该套控制程序能够实现系统稳定时的自动加水控制。 3#烧结机工艺系统为一段混合加水，没有分段系统，不存在多段混合分段调节功能，混合机加水量的多少必须一次调节成功，否则将会带来生产质量事故。传统应用PID 通过给水调节实现一段混合加水的水分闭环控制很难保证水分调节精度，系统扰动会造成水分波动较大，影响烧结矿质量，容易造成重大质量事故。

同一配料结构下，烧结过程所需水分为定值。假设物料原始带入水分一定，则加入水量也一定，且加水量与混合料上料量之间呈线性关系。即：

加水量=（实测水分值-水分设定值）*上料量设定值

建立加水量与加水阀门开度的关系，通过自动程序则可实现稳定状态下的水分自动控制。

4 制定混合机改造实施方案

4.1 烧结混合机自动加水原理

经过现场实际运行工况分析，系统为大滞后且影响水分调节因素较多，长期以来均是通过看水工现场用铁锹搓料，查看混合料水分大小。因此，如何解决大滞后过程控制问题以及如何解决料量、水分、水量之间的关系问题就是该系统要因。

针对该系统存在的主要问题，首先需要解决大滞后环节问题，基于现场看水工实际操作过程分析，调节周期较长，大约在5～6min，甚至10min 才根据水分值调节一次水量。系统稳态工况下，调节范围较小。在加灰及变料情况下，才需要大幅调节水量。因此,采用传统PID 单回路闭环控制无法满足系统要求，通过对包钢的新体系调研，对方采用三级混合，一混粗调，二混细调，工艺设备较本人所在工厂较为合理，对实现自动加水可借鉴度不高。要想解决该问题，必须找到能够模拟看水工经验判断操作过程的方法。

4.2 控制原理

通过混合机出口水分仪实测混合料水分，正常情况下，若混合料水分在（6.8%～7.2%),正常控制设定在7.0%，加水量计算公式如下：加水量=（实测水分-水分设定值）*上料量设定值

实测水分：从水分超限开始计时，在90s（根据生产需要设定）内，每秒取一个值，做平均数

水分设定值：7.0%(根据生产需要设定)

上料量设定值：上料总量含返矿量

通过实测瞬时水量与调节阀开度，找出两者的对应函数关系。再通过函数关系找出阀位与加水量的对应关系。这样通过加水量找出对应阀位，手自动切换过程中，跟踪当前阀位。

Y=0.571X+10（X:调节阀开度；Y：瞬时流量）

Z=X1+ X2（X1:当前调节阀开度；X2：换算阀位；Z：输出调节阀开度）

4.3 采集连续3 个月8000 条数据(截取部分数据）

开度（%）瞬时流量（m3/h）开度（%）瞬时流量（m3/h）开度（%）瞬时流量（m3/h）开度（%）瞬时流量（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 项目实施

该系统采用采样控制实现了大滞后系统的控制要求。基本实现了单一混合机的自动加水功能。通过利用原有混合机出口水分仪、水量调节阀、流量计、手操器及浙大JX300 控制系统等现有设备的基础上，通过采样控制实现了3#烧结机正常工况下，混合机自动加水功能。经过现场检验，系统调节功能能够实现加灰等小范围变料情况下的系统扰动。如果通过控制室岗位人员在变料情况下，实时改变水分设定值，也能很快达到调节要求。同时系统稳态时的调节效果要明显好于看水工的人为调节。针对系统的大滞后环节，采用按周期采样断续控制的原理，在相邻两次采样之间保持控制信号不变，直到下一个采样控制周期信号到来，延时时间大于纯滞后时间。这样重复动作，逐步校正被控对象的偏差值。直到系统达到稳定状态。这种控制思想就是“控一控，等一等”，放慢控制速度，减少控制器过渡调节[2]。

6 结论

改造后通过实际效果验证，水分控制稳定性较人工手动控制有大幅改善，水分控制精度可控制在中值±0.2%，有效提高了水分控制稳定性。除配料除尘器放灰时间段外全部采用自动加水，每日运行时间约为23.5h，有效降低了岗位劳动强度，可使职工将更多精力投入设备巡检及清扫工作中。此次3#烧结机混合机自动加水改造在充分利用原有设备的基础上，结合现场看水工的实际操作情况，通过控制程序模拟手动人工判断，实际运行效果较好，基本改变了烧结系统多年来由于工艺条件限制无法实现自动加水的现状。