CN101592441A - 链篦机篦床温度场与气压场综合控制方法及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种链篦机篦床温度场与气压场综合控制方法及其控制系统，涉及冶金工业测控技术领域。发明采用的技术方案是：设计链篦机的热气流流动路线；确定链篦机篦床上各段之间的气压梯度关系；确定链篦机篦床各段之间的温度梯度关系；建立基于链篦机篦床上各段气压梯度场与温度梯度场的综合控制策略。建立链篦机篦床温度场与气压场综合控制系统。通过链篦机篦床温度场与气压场的综合控制，使得链篦机篦床温度梯度场的实时控制更容易、更稳定，以提高热风能量的利用效率，提高了球团抗压强度，保证球团质量，延长链篦机的使用寿命。

Description

链篦机篦床温度场与气压场综合控制方法及其控制系统

技术领域

本发明涉及一种链篦机的篦床温度场与气压场综合控制方法及其控制系统，属于冶金工业测控技术领域，主要用于实现球团链篦机篦床温度场和气压场的实时稳定控制。

背景技术

链篦机是生产球团冶金矿料的关键设备之一，主要用于对生球进行干燥和预热。它是将生球布在慢速运行的链篦机篦床的篦板上，利用环冷机的余热和回转窑排出的热风对生球进行鼓风干燥、抽风干燥以及预热氧化，并达到足够的抗压强度后直接送入回转窑进行焙烧，得到质量可靠的球团。

当链篦机篦床温度场没有得到有效控制时，存在问题是：篦床温度过高，链篦机的使用寿命将大大降低；干燥过程温度上升过快，生球容易爆球；生球预热过程温度达不到要求，生球没有足够的抗压强度，影响球团质量。

查阅目前国内外相关专利、论文和产品介绍等文献，如江苏宏大特种钢机械厂和江苏大学申请的发明专利“球团链篦机篦床温度场间接监控方法及其装置”(CN101140477A)，该专利运用热电偶对链篦机篦床的各段区的空气温度进行测量，利用转换公式来间接表示链篦机篦床温度，仅仅依据对篦床温度场要求，通过调节鼓风干燥段、抽风干燥段、预热I段和II段等各段区的通风量，实现对温度场的间接控制。这样控制方法仅考虑温度场的控制，没有考虑气压场控制，存在的问题是：

(1)当链篦机鼓风干燥段篦床上方气压超过抽风干燥段篦床上方气压，将导致鼓风干燥段的大量较低温度的热气通过隔墙间隙被直接吸入到抽风干燥段，降低了抽风干燥的热风温度，增加了水汽含量，降低抽风干燥段的抽干效果；反之，当鼓风干燥段篦床上方气压大大小于抽风干燥段篦床上方气压时，尽管消除以上影响，但抽风干燥段篦床上方大量热气流向鼓风干燥段，从而使得抽风干燥段底层球团的干燥效果变差，影响生球质量。

(2)当链篦机的抽风干燥段篦床上方气压超过预热段篦床上方气压，将导致该段的含有蒸发水汽的热风流向预热段，影响预热段生球预热温度，降低热源利用效果；反之，当抽风干燥段篦床上方气压大大小于预热段篦床上方气压时，同样预热段篦床上方大量热气流向抽风干燥段，从而使得预热段底层球团的预热效果变差，影响生球质量。

(3)预热段需要的热量主要来自于回转窑，如果预热段负压过小，回转窑的热风便不会顺利进入预热段，会破坏热量平衡，长期工作造成回转窑密封罩和筒体被高温烧坏；反之，如果预热段负压过大，从回转窑出来的大量1000℃的高温气体会使得预热段，会使得篦床温度过高，大幅降低篦床的使用寿命。

以上问题导致热风量流向不合理、不均匀，较低热风流向高温段，热风的利用率低，球团预热温度达不到要求，影响球团质量，同时容易使得链篦机篦床局部温度过高，造成热损坏，降低链篦机的使用寿命。

在冶金领域的温度控制大部分集中在针对各种高炉，如冶金工业部包头钢铁设计研究院申请的发明专利“高炉热风炉交叉并联送风温度控制”(CN85104443A)，该发明属于高炉热风炉控制领域，其特征是用调节热风炉入炉冷风量的办法来改变其热风量；莱芜钢铁集团有限公司对链篦机-回转窑-环冷机球团生产线进行了计算机自动控制系统的开发，但其温度控制主要是针对回转窑而进行的，尚未实施对球团链篦机篦床温度场的监控。首钢球团厂对链篦机温度控制是针对原有的生产线中喷煤系统存在的问题，在喷煤、停煤、倒仓等环节用计算机来实现调节控制，该方法使用的是利用喷煤来对链篦机进行加热，能源耗费高。

影响链篦机篦床温度场的因素不仅涉及到链篦机篦床各段的热风的流速和流量(包括链篦机篦床各段的抽风量或者送风量)，还涉及到热风的流向。链篦机篦床各段的气压场影响热气流流动，因此，间接影响到链篦机篦床温度场及其对球团加热效果。

在现有文献中，还没有对温度场和气压场进行综合控制报道。如中国台湾夏育君的发明专利“水床的温度及气压控制装置”，通过温度控制装置可使床体在外界气温变化以致影响棉被的散热速率时，能维持被窝内温度恒定于最舒适的个人设定值上，通过气压控制装置可使床体的软硬程度自动调整在个人感觉最舒适的设定值上。该专利仅分别考虑了温度控制和气压控制，没有考虑温度与气压之间关系，对温度和气压进行综合控制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的不足，公开一种链篦机篦床温度场与气压场综合控制方法及其控制系统。本发明的温度场与气压场综合控制方法采用的技术方案是：设计链篦机的热气流流动路线；确定链篦机篦床上各段之间的气压梯度关系；根据球团生产工艺要求，确定链篦机篦床各段之间的的温度梯度关系；建立基于链篦机篦床上各段气压梯度场与温度梯度场的综合控制策略，实现链篦机篦床温度场与气压场综合控制。

本发明所述的链篦机篦床温度场与气压场综合控制的热气流流动路线如图1所示。热气流流动路线是：回转窑高温热气(1000℃左右)直接进入预热II段YR2，通过与球团和篦床热交换，经过回热风机抽风和除尘之后得到中温热气(500℃左右)，通过供热气电磁阀门输送到抽风干燥段CG；环冷机高温段提供中高温热气(700℃)经过供热气电磁阀门进入预热I段YR1，在与球团和篦床热交换之后，经过回热风机抽风和除尘之后得到中低温热气(300℃左右)，输送到鼓风干燥段GG的鼓风机；抽风干燥段CG得到的中温热气，通过与球团和篦床热交换，经过抽风机抽风和除尘后排放；鼓风干燥段GG得到的中低温热气，通过与球团和篦床热交换，经过抽风机抽风和除尘后排放。

本发明所述的链篦机篦床温度场与气压场综合控制方法主要包括以下步骤：

(1)确定链篦机篦床上各段气压梯度关系。为了保证回转窑高温热气能够直接进入预热II段YR2，同时防止低温段气体流入高温段，降低高温热气温度，影响高温段气体热能利用率和球团加热温度，篦床上各段气压梯度是：从预热II段YR2、预热I段YR1、抽风干燥段CG，到鼓风干燥段GG，每段均为一小负气压，并且气压逐渐减小。

(2)确定链篦机篦床各段温度梯度关系。为了保证热风温度能够满足球团干燥和预热的工艺要求，提高球团质量，同时防止篦床温度过高，影响篦床工作寿命，篦床各段温度梯度是：从预热II段YR2、预热I段YR1、抽风干燥段CG，到鼓风干燥段GG，篦床上球团温度从最高的回转窑高温热气温度逐渐到接近常温，篦床温度从最高不超过550℃逐渐降低到200℃左右。

(3)建立基于链篦机篦床上各段气压梯度场和温度梯度场的综合控制策略。按照以上确定的链篦机篦床上各段之间的气压梯度和温度梯度，建立温度场和气压场综合控制策略是：

A气压梯度调控初始化：在回转窑燃烧基本正常，并能够提供正常高温热气情况下，通过调节链篦机篦床各段进出口热气风机转速(即通风量)和供热气阀门大小，控制各段气压大小，建立起篦床上方的气压梯度场，为温度场稳定控制提供基础；

B链篦机篦床各段气压梯度和温度梯度调整：按照预热II段负压要求和预热II段篦床下方风箱温度要求，对预热II段抽气量进行微调，在此基础上，按照预热I段、抽风干燥段和鼓风干燥段顺序，分别对各段进气和出气量进行微调，在满足气压梯度前提下，使得链篦机篦床上各段温度值尽可能满足温度梯度要求，并对这一过程进行反复调整，保持各段气压梯度和温度梯度的稳定。

本发明所述的链篦机篦床温度场与气压场综合控制控制系统，硬件部分包括：微机、各段温度检测传感器、气压检测传感器、检测信号调理电路、输入接口、输出接口、输出驱动及信号隔离电路、风机变频调速器及各段的排气风机和供热气电磁阀门；软件部分包括气压梯度调控初始化程序和各段气压梯度和温度梯度调整程序。

本发明与一般链篦机温度控制比较，优点是：通过链篦机篦床温度场与气压场的综合控制，在链篦机篦床上各段建立一定的气压梯度场基础上，使得链篦机篦床温度梯度场的实时控制更容易、更稳定，以提高热风能量的利用效率，提高了球团抗压强度，保证球团质量，确保链篦机篦床最高温度在550℃以下，延长链篦机的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的链篦机篦床温度场与气压场综合控制的热气流流动路线图

图2是本发明的控制系统硬件组成结构图

图3是本发明的控制系统流程图

图1中，1.球团；2.链篦机；3.气压传感器；4.供热气电磁阀门；5.供热气电磁阀门；6.回转窑；7.环冷机；8.抽风机；9.温度传感器；10.回热风机；11.回热风机；12.抽风机；13.鼓风机；14.风罩；15.风箱；16.篦床；GG.鼓风干燥段；CG.抽风干燥段；YR1.预热I段；YR2.预热II段。

具体实施方式

如图1所示，生产的生球团1通过链篦机2的篦床16，分别经过鼓风干燥段GG、抽风干燥段CG、预热I段YR1和预热II段YR2，到回转窑6，经过喷煤高温焙烧，得到熟球团1，送到环冷机7，循环冷却到接近常温，再送往高炉。在链篦机2上方四段风罩14内分别安装有气压传感器3，在鼓风干燥段GG、抽风干燥段CG、预热I段YR1风罩14上分别接有抽风机8、供热气电磁阀门4和5，在链篦机2下方四段风箱15内分别安装有温度传感器9，在鼓风干燥段GG、抽风干燥段CG、预热I段YR1和预热II段YR2风箱15上分别接有鼓风机13、抽风机12、回热风机11和10。

如图1所示，设计热气流流动路线：回转窑6高温热气(1000℃左右)直接进入链篦机2的预热II段YR2，通过与球团1和篦床16热交换之后，经过回热风机10抽风和除尘之后得到中温热气(500℃左右)，通过供热气电磁阀门4输送到抽风干燥段CG；环冷机7高温段提供的中高温热气(700℃)经过供热气电磁阀门5进入预热I段YR1，通过与球团1和篦床16热交换之后，经过回热风机11抽风和除尘之后得到中低温热气(300℃左右)，输送到鼓风干燥段GG的鼓风机13；抽风干燥段CG得到的中温热气，通过与球团1和篦床16热交换之后，经过抽风机12抽风和除尘后排放；鼓风干燥段GG得到的中低温热气，通过与球团1和篦床16热交换之后，经过抽风机8抽风和除尘后排放。

以下针对240万吨链篦机(B4.5×60m)的具体生产工艺要求，对发明内容中涉及到的参数进行计算确定，并设计篦床温度场与气压场综合控制系统。

(1)确定链篦机篦床上各段之间的气压梯度值

为了克服不考虑气压场进行链篦机篦床温度场控制存在的问题，确定链篦机篦床上各段之间的气压梯度关系是：预热II段上罩内负压p_y2为-60Pa，预热I段上罩内负压p_y1为-70Pa，抽风干燥段上罩负压p_C为-75Pa，鼓风干燥段负压p_G为-80Pa，满足：p_y2＞p_y1＞p_C＞p_G，且前后之间气压差在5Pa～10Pa范围之内。

(2)确定链篦机篦床各段温度梯度值

根据球团生产工艺要求，确定链篦机运行时各段温度梯度值控制范围是：

A链篦机预热II段篦床上罩热气来自于回转窑的余热，回转窑提供热气温度为1000℃左右，预热II段篦床上罩进气温度T_y21为900～980℃，预热II段篦床下方风箱抽气温度T_y22控制在450～550℃；

B链篦机预热I段篦床上罩热气来自于环冷机的余热，环冷机提供热气温度为700℃左右，预热I段篦床上罩进气温度T_y11为500～600℃，预热I段篦床下方风箱抽气温度T_y12控制在300～350℃；

C链篦机抽风干燥段篦床上罩热气热气来自于预热II段排出热气的余热，抽风干燥段篦床上罩进气温度T_C1在400～450℃，抽风干燥段篦床下方风箱抽气温度T_C2控制在120～170℃；

D链篦机鼓风干燥段篦床下方风箱热气来自于预热I段排出热气的余热，鼓风干燥段进气温度T_G1为250～300℃，鼓风干燥段篦床上罩排出热气温度T_G2约70～120℃。

(3)链篦机篦床温度场与气压场综合控制系统

本发明所述的链篦机篦床温度场与气压场综合控制系统，硬件组成结构如图2所示，包括：微机、各段温度检测传感器9、气压检测传感器3、检测信号调理电路、输入接口、输出接口、输出驱动及信号隔离电路、风机变频调速器及各段排气风机和供热气电磁阀门。其中，温度检测传感器9和气压检测传感器3信号输给检测信号调理电路，通过输入接口输送到微机，微机通过信息采集、计算和判断处理，输出控制信息给输出接口，通过输出驱动及信号隔离电路，驱动风机变频调速器及其各段排气风机和供热气电磁阀门，自动调节链篦机各段进出风量，实现对篦床温度场与气压场综合控制。

本发明所述的链篦机篦床温度场与气压场综合控制系统控制流程如图3所示，包括气压梯度调控初始化程序和各段气压梯度和温度梯度调整程序。其中，气压梯度调控初始化程序包括气压测试判断和各风机流量控制程序。根据制定的控制策略，各段气压梯度和温度梯度调整程序按照预热II段、预热I段、抽风干燥段和鼓风干燥段顺序，依次进行气压检测和温度检测、判断处理及各风机风量控制程序，依据系统惯性调整控制间隔时间，进行循环往复调整处理，使得链篦机篦床温度场与气压场控制稳定可靠。

Claims (8)

1.一种链篦机篦床温度场与气压场综合控制方法，通过调节鼓风干燥段、抽风干燥段、预热I段和II段等各段区的通风量，实现对链篦机温度场的控制，本发明方法的技术方案特征在于：设计链篦机的热气流流动路线；确定链篦机篦床上各段之间的气压梯度关系；根据球团生产工艺要求，确定链篦机篦床各段之间的的温度梯度关系；建立基于链篦机篦床上各段气压梯度场与温度梯度场的综合控制策略，来实现链篦机篦床温度场与气压场综合控制。

2.根据权利要求1所述的一种链篦机篦床温度场与气压场综合控制方法，其热气流流动路线特征在于：将回转窑(6)产生的高温热气(1000℃左右)直接引入链篦机2的预热II段(YR2)，通过与球团(1)和篦床(16)热交换之后，经过回热风机(10)抽风和除尘之后得到中温热气(500℃左右)，通过供热气电磁阀门(4)输送到抽风干燥段CG；将环冷机(7)高温段提供的中高温热气(700℃)经过供热气电磁阀门(5)引入预热I段(YR1)，通过与球团(1)和篦床(16)热交换之后，经过回热风机(11)抽风和除尘之后得到中低温热气(300℃左右)，输送到鼓风干燥段GG的鼓风机(13)；抽风干燥段CG得到的中温热气，通过与球团(1)和篦床(16)热交换之后，经过抽风机(12)抽风和除尘后排放；鼓风干燥段GG得到的中低温热气，通过与球团(1)和篦床(16)热交换之后，经过抽风机(8)抽风和除尘后排放。

3.根据权利要求1所述的一种链篦机篦床温度场与气压场综合控制方法，其确定的链篦机篦床上各段之间的气压梯度特征在于：预热II段上罩内负压P_y2为-60Pa，预热I段上罩内负压p_y1为-70Pa，抽风干燥段上罩负压p_C为-75Pa，鼓风干燥段负压p_G为-80Pa，满足p_y2＞p_y1＞p_C＞p_G，且前后之间气压差在5Pa～10Pa范围之内。

4.根据权利要求1所述的一种链篦机篦床温度场与气压场综合控制方法，其确定的链篦机运行时各段温度梯度值控制范围特征在于：

A、链篦机预热II段篦床上罩热气来自于回转窑的余热，回转窑提供热气温度为1000℃左右，预热II段篦床上罩进气温度T_y21为900～980℃，预热II段篦床下方风箱抽气温度T_y22控制在450～550℃；

B、链篦机预热I段篦床上罩热气来自于环冷机的余热，环冷机提供热气温度为700℃左右，预热I段篦床上罩进气温度T_y11为500～600℃，预热I段篦床下方风箱抽气温度T_y12控制在300～350℃；

C、链篦机抽风干燥段篦床上罩热气热气来自于预热II段排出热气的余热，抽风干燥段篦床上罩进气温度T_C1在400～450℃，抽风干燥段篦床下方风箱抽气温度T_C2控制在120～170℃；

D、链篦机鼓风干燥段篦床下方风箱热气来自于预热I段排出热气的余热，鼓风干燥段进气温度T_G1为250～300℃，鼓风干燥段篦床上罩排出热气温度T_G2约70～120℃。

5.根据权利要求1所述的一种链篦机篦床温度场与气压场综合控制方法，建立的温度场和气压场综合控制策略特征在于：

A气压梯度调控初始化：在回转窑燃烧基本正常，并能够提供正常高温热气情况下，调节链篦机篦床各段进出口热气风机转速(即通风量)和供热气阀门大小，控制各段气压大小，建立起篦床上方的气压梯度场；

B链篦机篦床各段气压梯度和温度梯度调整：按照预热II段负压要求和预热II段篦床下方风箱抽气温度控制要求，对预热II段抽气量进行微调，在此基础上，按照预热I段、抽风干燥段和鼓风干燥段顺序，分别对各段进气和出气量进行微调，在满足气压梯度前提下，使得链篦机篦床上各段温度值满足温度梯度要求，并对这一过程进行反复调整，保持各段气压梯度和温度梯度的稳定。

6.一种链篦机篦床温度场与气压场综合控制系统，特征在于：硬件部分包括微机、各段温度检测传感器、气压检测传感器、检测信号调理电路、输入接口、输出接口、输出驱动及信号隔离电路、风机变频调速器及各段的排气风机和供热气电磁阀门；软件部分包括气压梯度调控初始化程序和各段气压梯度和温度梯度调整程序。

7.根据权利要求6所述的一种链篦机篦床温度场与气压场综合控制系统，硬件部分特征在于：温度检测传感器9和气压检测传感器3信号输给检测信号调理电路，通过输入接口输送到微机，微机通过信息采集、计算和判断处理，输出控制信息给输出接口，通过输出驱动及信号隔离电路，驱动风机变频调速器及其各段排气风机和供热气电磁阀门，自动调节链篦机各段进出风量。

8.根据权利要求6所述的一种链篦机篦床温度场与气压场综合控制系统，软件部分特征在于：各段气压梯度和温度梯度调整程序按照预热II段、预热I段、抽风干燥段和鼓风干燥段顺序，依次进行气压检测和温度检测、判断处理及各风机风量控制程序，依据系统惯性调整控制间隔时间，进行循环往复调整处理。

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