一种烧结混合料的智能控水方法与流程

1.本发明属于钢铁冶金烧结矿混合料水分监测技术领域，涉及一种烧结混合料的智能控水方法。


背景技术：

2.钢铁行业是国民经济的支柱性产业，高炉炼铁是钢铁行业的关键组成部分。在金属冶炼过程中，烧结生产工艺是高炉炼铁的前段工序，为高炉炼铁提供原料。烧结工艺是粉末冶金中的重要步骤，包括配料
①
、混合
②
、烧结
③
、破碎系统
④
、冷却系统
⑤
及筛分系统
⑥
组成，如附图1所示。其对产品性能起着决定性的作用。所谓烧结，就是固体粉末/颗粒的一种热处理方式，目的在于提高矿石品位，提高其强度及致密化程度。它将铁矿粉、煤粉、熔剂等配水混合造粒后置于烧结台车上点火燃烧获得高炉炼铁所需的烧结矿。
3.烧结成品的质量与烧结混合料的透气性密切相关，而影响混合料造粒和料层透气性的一个重要工艺参数是混合料的水分含量。因此，水分含量对烧结成品的质量、产量等均有直接影响，对整个烧结生产过程影响最大。首先，烧结混合料加水量对生石灰消化、造粒等起着至关重要的作用；其次，在烧结过程中，水分含量的多少决定了原料的透气性，直接影响垂直燃烧速度，增加能源消耗，水分偏低会出现花脸烧不透现象，水分偏大会出现过溶、鳞片状粘台车现象；再次，水分含量上下波动会直接影响烧结成品矿的强度和产量。在烧结过程中，水含量不仅影响烧结质量，而且还影响生产效率，因此，水是影响钢铁工业烧结的重要因素之一。适宜的含水量是原料均匀混合、造粒效果好、透气性好的基础条件，这就需要实时掌握混合料的实际含水量情况，根据实际含水情况调整额外加水量、燃烧时间和温度，使混合料的含水量在烧结工艺生产过程中维持在一个稳定的范围。
4.现国内多数钢铁企业的原料现状是铁矿石种类繁多、成分波动大，混合料适宜含水量波动较大，人工加水过程中的配水量难以保证精度，给烧结过程带来很大困难。同时气候的变化也会导致原料的水分发生很大的变化。然而在实际生产中,烧结混合料配水量往往是固定的，其改变滞后于原料变化,一旦烧结工序出现明显的质量问题时,才有可能调整加水量等工艺参数。岗位工人对原料变化引起的混合加水量行为变化缺乏有效的评估。上述多种因素都导致烧结混合料的含水量难以稳定的控制在适宜值。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的烧结控水的技术难题，本发明的目的在于提供了一种烧结混合料的智能控水方法，利用在线微波测水仪进行水含量实时监测，plc控制系统实现精准加水，提高对烧结矿的质量与产量。
6.为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：
7.一种烧结混合料的智能控水方法，准备烧结混合料的装置，包括以下步骤：
8.s1：根据工艺要求设定一混及二混物料的含水量目标值；
9.s2：测水系统测得一混机进料端的物料的质量及含水量数据，并将结果送至计算
机；
10.s3：计算机根据所接收数据与一混含水量目标值，按公式(1a)或公式(1b)计算出一混加水量，并将结果送至加水系统；
11.一混加水量
12.一混加水量q1＝ω
1,0
m1‑
ω1m1 αm
cao
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1b)
13.s4：计算机控制加水系统对一混混合料进行加水；
14.s5：测水系统测得二混机进料端的物料的质量及含水量数据，并将结果送至计算机；
15.s6：计算机按公式(2)对s3中的加水量进行修正，将结果发送至加水系统，并进入s4；
16.一混加水量修正q
’1＝ω
1,0
m
s1
‑
ω
s1
m
s1
q1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
17.s7：计算机根据二混机进料端的物料的质量及含水量数据与二混含水量目标值，按公式(3)计算出二混加水量，并将结果并将结果送至加水系统；
18.二混加水量q2＝ω
2,0
m
s1
‑
ω
s1
m
s1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
19.s8：计算机控制加水系统对二混混合料进行加水；
20.s9：测水系统获取烧结台车进料端的物料的质量、含水量，并将结果送至计算机；
21.s10：计算机按公式(4)对s7中的加水量进行修正，将结果发送至加水系统，并进入s8；
22.二混加水量修正q
’2＝ω
2,0
m
s2
‑
ω
s2
m
s2
q2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
23.式中：ω
1,0
为一混含水量目标值，％；ω
2,0
为二混含水量目标值，％；ω
i
为第i个物料输送皮带上物料的水分，％；m
i
为第i个物料输送皮带上物料的质量流量，kg/h；α为cao的活性度系数；m
cao
为物料中cao的质量流量，kg/h；m1为一混进料前的质量流量，kg/h；ω1为在线微波测水仪检测的一混前物料的实际含水量，％；ω
s1
为在线微波测水仪检测的一混实际含水量，％；m
s1
为一混出料皮带上物料的质量流量，kg/h；ω
s2
为在线微波测水仪检测的二混实际含水量，％；m
s2
为二混出料皮带上物料的质量流量，kg/h；i为大于等于1的整数。
24.优选地，还包括s11：根据烟道中气体湿度计中的数据对s7中的加水量进行调整，将结果发送至加水系统，并进入s8。
25.优选地，若烟道管中气体湿度计指数小于45％，则说明烟气过干燥，需增加二混加水量；若烟道管中气体湿度计指数在45％～80％范围内，则说明修正后的二混加水量适宜，无需调整；若烟道管中气体湿度计指数大于80％，则说明烟气过湿，需减少二混加水量。
26.优选地，所述步骤s11中，根据气体湿度计调剂二混加水量的计算模型为：
27.δq＝k(h0‑
h)m
s2
(1
‑
ω
s2
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
28.式中：δq为需要调整的二混加水量，kg/h，δq为正时，则表明需要增加二混加水量；δq为负时，则表明需要减少二混加水量；k为校正系数，h0为烟道中气体湿度计指数目标范围，％；h为烟道中气体湿度计实测数，％。
29.优选地，所述校正系数取0.02。
30.优选地，所述烧结混合料的装置包括配料仓、配料皮带，配料皮带的下游端依次设置一混进料皮带、一混机、一混出料皮带、二混机、二混出料皮带、烧结台车；
31.还包括与计算机连接的测水系统、加水系统，所述测水系统用于测量一混机进料端、二混机进料端、烧结台车进料端的物料的质量、含水量，所述加水系统用于向一混机、二混机加水，所述计算机用于设定含水量目标值，并根据测水系统的测量结果与含水量目标值的差值，控制加水系统的加水量；
32.所述测水系统包括分别设于一混机进料端、二混机进料端、烧结台车进料端的在线微波测水仪，以及分别设于一混机进料端、二混机进料端、烧结台车进料端的皮带上的电子皮带秤；
33.所述测水系统还包括设于烧结台车烟道中的气体湿度计，所述计算机根据气体湿度计的测量结果对二混的加水量作进一步修正，使烧结混合料的含水量最终稳定控制在设定目标值范围内；
34.还包括配料主皮带，所述配料仓、配料皮带的数量为多个，所述配料主皮带设于配料皮带、一混进料皮带之间，用于将各配料皮带输出的物料一起输入一混进料皮带。
35.优选地，在线微波测水仪分别安装于各配料皮带上方、一混出料皮带及二混出料皮带的上方，所述电子皮带秤分别安装于各配料皮带下方、一混出料皮带及二混出料皮带的下方，所述步骤s3中，计算机按公式(1a)计算出一混加水量；
36.或者，所述在线微波测水仪分别安装于一混进料皮带、一混出料皮带及二混出料皮带的上方，所述电子皮带秤分别安装于各配料皮带下方、一混出料皮带及二混出料皮带的下方，所述步骤s3：计算机按公式(1b)计算出一混加水量。
37.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
38.1、本发明有效改善了人工控制配水量精度难以保证的缺点，实现了混料过程中加水量的自动化控制，降低了岗位工作的劳动强度；
39.2、稳定了烧结混合料中的含水量，减少水分的波动，改善了气候、空气湿度等客观因素对加水量的影响，有效提高了烧结料层的透气性，提高了烧结质量及生产效率，降低能耗。
附图说明
40.图1为本发明实施例提供的一种测水系统结构示意图；
41.图2为本发明实施例提供的又一种测水系统结构示意图；
42.图3为本发明的加水系统示意图；
43.附图中，1、配料仓；2、在线微波测水仪；3、配料皮带；4、电子皮带秤；5、配料主皮带；6、一混进料皮带；7、一混机；8、一混出料皮带；9、二混机；25、二混出料皮带；10、烧结台车；11、烟气管道；12、气体湿度计；13、破碎系统；14、冷却系统；15、筛分系统；16、高炉；17、返矿；
44.18、水箱；19、手动阀；20、电磁切断阀；21、变频离心泵；22、电磁流量计；23、压力传感器；24、智能比例调节阀。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、技术方案和有点更加清楚明白，下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于支持本发明，并不为对本
发明的限定。
46.实施例一
47.本试例提供一种用于烧结混合料的智能控水系统，包括测水系统和加水系统。所述测水系统如附图1所示，包括在线微波测水仪2、电子皮带秤4、气体湿度计12。所述在线微波测水仪2分别安装于各配料皮带上方、一混出料皮带8及二混出料皮带25的上方。所述电子皮带秤4分别安装于各配料皮带下方、一混出料皮带8及二混出料皮带25的下方。所述气体湿度计12安装于烟气管道11中。所述加水系统如附图3所示，包括水箱18、手动阀19、电磁切断阀20、变频离心泵21、电磁流量计22、压力传感器23、比例智能调节阀24，并与plc控制系统串联。
48.实施本实施例时，首先在计算机中预设一混及二混含水量目标值ω
1,0
与ω
2,0
；经在线微波测水仪2测得各配料皮带中物料的含水量ω
i
，电子皮带秤4测得对应的物料质量m
i
，并将检测结果发送至计算机中；计算机中的处理器将数据按算水模型计算出一混加水量；并将计算结果发送至加水系统中，加水系统接收到加水量信号后经plc控制启动阀门对一混机进行加水；安装于一混出料皮带上的在线微波测水仪2测得一混物料实际含水量ω
s1
，安装于一混皮带处的电子皮带秤4测得一混物料质量m
s1
，并将检测结果发送至计算机中；计算机中的处理器将数据按q
’1＝ω
1,0
m
s1
‑
ω
s1
m
s1
q1对一混加水量进行修正，修正后的加水量q
’1发送至加水系统中；计算机中的处理器将数据按q2＝ω
2,0
m
s1
‑
ω
s1
m
s1
算水模型计算出二混加水量；并将计算结果发送至加水系统中，加水系统接收到加水量信号后经plc控制启动阀门对二混机进行加水；安装于二混出料皮带上的在线微波测水仪2测得二混物料实际含水量ω
s2
，安装于二混皮带处的电子皮带秤4测得二混物料质量m
s2
，并将检测结果发送至计算机中；计算机中的处理器将数据按q
’2＝ω
2,0
m
s2
‑
ω
s2
m
s2
q2对二混加水量进行修正，修正后的加水量q
’2发送至加水系统中，完成混合料在线精准加水工作。
49.在生产现场安装好如附图1所示的在线微波测水系统，在线微波测水仪2分别安装于配料皮带3上、一混出料皮带8上及二混出料皮带25上，电子皮带秤4分别安装于配料皮带3下方、一混出料皮带8下方及二混出料皮带25下方。随后将加水系统安装于一混机及二混机进料口处，安装管道如附图3所示。
50.以某烧结厂烧结加水控制过程为例，测得相关数据如下所示：
51.含水量目标值一混ω
1,0
二混ω
2,0
ω
i
,％7.007.50
52.名称配料仓1配料仓2配料仓3配料仓4配料仓5配料仓6配料仓7一混出料皮带二混出料皮带ω
i,
％7.026.766.786.450.050.044.736.987.49m
i，kg/h
36000355003750035000100001000016000182000182900
53.测得cao的活性度系数为0.37。
54.一混的理论加水量计算过程如下：
[0055][0056]
通过plc控制完成一混加水量后，安装于一混出料皮带上的在线微波测水仪2测得一混物料实际含水量ω
s1
＝6.98％，安装于一混皮带处的电子皮带秤4测得一混物料质量m
s1
＝182000kg/h；根据实际含水量情况对一混加水量q1进行修正，修正计算过程如下：
[0057]
q
’1＝ω
1,0
m
s1
‑
ω
s1
m
s1
q1[0058]
＝7/100*182000
‑
6.98/100*182000 9507.2＝9543.6kg/h
[0059]
即，一混实际加水量应为9543.6kg/h。
[0060]
二混的理论加水量计算过程如下：
[0061]
q2＝ω
2,0
m
s1
‑
ω
s1
m
s1
＝7.5/100
×
182000
‑
6.98/100
×
182000
[0062]
＝946.4kg/h
[0063]
通过plc控制完成二混加水量后，安装于二混出料皮带上的在线微波测水仪2测得二混物料实际含水量ω
s2
＝7.49％，安装于一混皮带处的电子皮带秤4测得一混物料质量m
s2
＝182900kg/h；根据实际含水量情况对一混加水量q2进行修正，修正计算过程如下：
[0064]
q
’2＝ω
2,0
m
s2
‑
ω
s2
m
s2
q2[0065]
＝7.5/100
×
182900
‑
7.49/100
×
182900 946.4＝964.69kg/h
[0066]
本实施例中烟道管中气体湿度计指数为53％，湿度控制合理，则不对二混加水量进行修改。即，二混实际加水量应为964.69kg/h。
[0067]
实施例二
[0068]
本试例提供一种用于烧结混合料的智能控水系统，包括测水系统和加水系统。所述测水系统如附图2所示，包括在线微波测水仪2、电子皮带秤4、气体湿度计12。所述在线微波测水仪2分别安装于一混进料皮带6、一混出料皮带8及二混出料皮带25的上方。所述电子皮带秤4分别安装于各配料皮带下方、一混出料皮带8及二混出料皮带25的下方。所述气体湿度计12安装于烟气管道11中。计算机中的处理器将数据按q1＝ω
1,0
m1‑
ω1m1 αm
cao
算水模型计算出一混加水量；并将计算结果发送至加水系统中，二混计算过程同实施例一。所述加水系统如附图3所示，包括水箱18、手动阀19、电磁切断阀20、变频离心泵21、电磁流量计22、压力传感器23、比例智能调节阀24，并与plc控制系统串联。
[0069]
以某烧结厂烧结加水控制过程为例，测得相关数据如下所示：
[0070]
含水量目标值一混ω
1,0
二混ω
2,0
ω
i
,％7.007.50
[0071]
名称一混进料皮带一混出料皮带二混出料皮带ω
i
,％4.737.027.51m
i
，kg/h120000123000123600
[0072]
该配料中cao的质量流量为18000kg/h，测得其的活性度系数为0.36。
[0073]
一混的理论加水量计算过程如下：
[0074][0075]
通过plc控制完成一混加水量后，安装于一混出料皮带上的在线微波测水仪2测得一混物料实际含水量ω
s1
＝7.02％，安装于一混皮带处的电子皮带秤4测得一混物料质量m
s1
＝123000kg/h；根据实际含水量情况对一混加水量q1进行修正，修正计算过程如下：
[0076]
q
’1＝ω
1,0
m
s1
‑
ω
s1
m
s1
q1＝7/100
×
123000
‑
7.02/100
×
123000 9204
[0077]
＝9179.4kg/h
[0078]
即，一混实际加水量应为9179.4kg/h。
[0079]
二混的理论加水量计算过程如下：
[0080]
q2＝ω
2,0
m
s1
‑
ω
s1
m
s1
＝7.5/100
×
123000
‑
7.02/100
×
123000
[0081]
＝590.4kg/h
[0082]
通过plc控制完成二混加水量后，安装于二混出料皮带上的在线微波测水仪2测得二混物料实际含水量ω
s2
＝7.51％，安装于一混皮带处的电子皮带秤4测得一混物料质量m
s2
＝123600kg/h；根据实际含水量情况对一混加水量q2进行修正，修正计算过程如下：
[0083]
q
’2＝ω
2,0
m
s2
‑
ω
s2
m
s2
q2[0084]
＝7.50/100
×
123600
‑
7.51/100
×
123600 590.4
[0085]
＝578.04kg/h
[0086]
本实施例中烟道管中气体湿度计指数为70％，湿度过高，需对修正后的二混加水量按计算模型(5)进行调整，即δq＝k(h0‑
h)m
s2
(1
‑
ω
s2
)＝0.01
×
[(70％
‑
60％)/100]
×
123600
×
[(1
‑
7.51％)/100]＝
‑
8.04kg/h
[0087]
对二混加水量进行调节，则二混实际加水量q＝578.04
‑
8.04＝570kg/h。
[0088]
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和实用性。