CN108398026B - 一种烧结过程匀质性检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种烧结过程匀质性检测系统及方法，包括由保护套管、烟气取样管和取样杯组成的烟气取样装置、烟气分析仪以及由数据处理单元和控制调节单元组成的烟气控制装置。取样管对所在烧结台车底部区域对应的每个点火器烧嘴的点火区域以及每个布料辅门控制的下料区域分别进行烟气取样；烟气控制装置依据烟气成分计算每个取样管所对应区域的有效风率，分析比较同一烟气取样装置中不同取样管所对应区域以及相邻风箱烟气取样装置的不同取样管中所对应区域的有效风率，根据有效风率在误差范围内是否一致，对应调节对应区域的点火器烧嘴和布料辅门。本发明可实现烧结混合料床均匀状态的定量分析，提高烧结质量和产量，并避免过烧，减轻台车炉条磨损。

Description

一种烧结过程匀质性检测系统及方法

技术领域

本发明属于烧结技术领域，特别涉及一种烧结过程匀质性检测系统及方法。

背景技术

在钢铁生产中，铁矿石进入高炉冶炼之前需要经过烧结系统处理，也就是将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后，布放在烧结台车上焙烧，使其发生一系列物理化学变化，形成容易冶炼的烧结矿，这一过程称之为烧结。

烧结工序中，影响烧结矿产量和质量的因素很多，其主要因素可归纳为化学成分波动和烧结终点控制不当。在一定的原料结构下，为了烧结矿优质高产，对烧结终点准确控制非常重要，包括对烧透点沿台车方向的位置控制和烧透点横向均匀性的控制。

若台车断面垂直烧结速度不均匀，将导致烧结料层同一横向断面不同纵向区域内的混合料的烧结终点位置不同。对某些纵向区域，混合料还未到达理想烧结终点就已烧透，即烧结终点提前，导致烧结面积无法充分利用，降低烧结矿的产量；某些纵向区域，混合料还未完全烧透就运行到机尾被卸下，即烧透终点滞后，导致生料增多、返矿量增加、成品率降低，因此，在烧结过程中，烧结料层的同一断面上，垂直烧结速度是否均匀，直接影响烧结指标、烧结矿质量、返矿率和固体燃耗等。

为了抑制这种台车横向垂烧速度的非均匀性，一般需要对布料进行控制。传统的烧结布料控制技术仅能对整体料层厚度进行自动控制，而对于横向垂烧速度的不一致，则只能依靠操作工的经验，根据烧结机尾部烧透点附近的风箱温度分布，人工判断台车物料的横向烧透均匀性。

北京科技大学与济南钢铁集团公司联合研制的“烧结机尾红外热成像计算机视觉及信息处理系统”，采用了近红外CCD摄像方法。该系统是目前国内第一个成功在线运行的系统，为进一步开发和完善烧结机尾在线监测系统提供了有益的经验。但受波长限制，高温段出现饱和现象，阻碍了诊断分析。

现有技术中，由于设备的局限性，烧结台车同一横断面上的温度检测点很少，并不能区分不同布料辅门对应区域的烧结情况之间的差别。因此，现有技术不能分区域地调整烧结终点的位置，不能精确检测烧结台车横向和纵向断面料层烧结过程的均匀性。

烧结排放烟气是烧结过程中产生的气体和烧结烟气的残留，主要成分为O₂、氮氧化物(NO_X)、CO、CO₂、硫氧化物(SO_X)以及水汽等。烧结烟气的组分浓度可以反映烧结过程的反应情况，根据烧结烟气的浓度变化情况来监测烧结过程的匀质性是可行的。

发明内容

本发明的目的是提供一种烧结过程均匀性指数的检测系统及方法，以实现混合料床均匀状态的定量分析，解决烧结过程中由于横向和纵向不均造成的烧结矿质量波动，返矿量高且不稳定的问题。

为达此目的，本发明采取了如下技术解决方案：

一种烧结过程匀质性检测系统，包括烧结台车、烧结风箱、布料辅门和点火器烧嘴，还包括：烟气取样装置、烟气分析仪及烟气控制装置。

所述烟气取样装置包括保护套管、烟气取样管和取样杯，保护套管固定在靠近烧结台车底部位置的风箱侧梁板上，保护套管两端至少有一个为开口端，保护套管正对烧结料层一侧开有4～6个套管孔；烟气取样管前端由保护套管开口端穿入，再分别从套管孔中穿出，烟气取样管的前端通过螺纹连接有漏斗形取样杯，取样杯上口设有滤尘筛网；在烧结机头刚出点火器的相邻2～4个风箱上分别安装有一个烟气取样装置，称为第一取样组；在烧结机尾相邻的2～4个风箱上分别安装有一个烟气取样装置，称为第二取样组；第一取样组和第二取样组，其烟气取样装置的每个取样管所在烧结台车底部区域分别对应每个点火器烧嘴的点火区域和每个布料辅门控制的下料区域。

所述烟气分析仪设置在安装有烟气取样装置的风箱上，检测每个取样管中烧结烟气的成分。

所述烟气控制装置，由数据处理单元和控制调节单元组成；数据处理单元分析烟气分析仪所得到的每个取样管的数据；控制调节单元依据数据处理单元的分析结果，相应调节对应区域的点火器烧嘴或布料辅门。

所述取样杯的上口面积为1～4dm²。

一种烧结过程匀质性检测方法，按如下步骤进行：

(1)烟气取样装置的每个取样管，对所在烧结台车底部区域对应的每个点火器烧嘴的点火区域以及每个布料辅门控制的下料区域，分别进行烟气取样。

(2)烟气分析仪对每个取样管中来自不同部位的烧结烟气成分进行检测分析。

(3)烟气控制装置依据检测的取样管中的烟气成分，计算每个取样管所对应区域的有效风率；比较和分析同一烟气取样装置中不同取样管中所对应区域即同一纵向烧结区域不同横向部位的有效风率；同时比较和分析相邻风箱烟气取样装置的不同取样管中所对应区域的有效风率，即同一横向烧结区域纵向不同部位的有效风率。

(4)当同一烟气取样装置中不同取样管所对应区域的有效风率在误差范围内一致时，不进行调节；当同一取样装置中不同取样管所对应区域的有效风率在误差范围内不一致时，则烟气控制装置自动调节对应区域的点火器烧嘴和布料辅门，使同一纵向烧结区域不同横向部位的有效风率趋于一致。

当相邻风箱烟气取样装置的横向对应取样管烟气的有效风率差值在误差范围内一致时，不进行调节；相邻风箱烟气取样装置的横向对应取样管烟气有效风率的差值在误差范围内不一致时，烟气控制装置自动调节对应区域的点火器烧嘴和布料辅门，使同一横向烧结区域不同纵向部位的有效风率趋于一致。

本发明的有益效果为：

1、本发明可实现烧结混合料床均匀状态的定量分析，解决烧结过程横向和纵向不均，能够更加精确的监测料层横向和纵向烧结过程的均匀性，提高烧结的质量和产量。

2、本发明可以精确控制烧结终点，提高烧结过程有效风率，避免烧结矿过烧，降低烧结固体燃耗。

附图说明

图1是烧结过程匀质性检测系统安装状态主视图；

图2是烧结过程匀质性检测系统安装状态俯视图；

图3是烧结过程匀质性检测系统安装状态断面图。

图中：点火器1、烧结台车2、风箱3、烟气取样装置4、布料辅门5、点火器烧嘴6、取样杯7、保护套管8、取样管9、烟气控制装置10、烟气分析仪11。

具体实施方式

由附图可见，本发明烧结过程匀质性检测系统，是在原点火器1、烧结台车2、风箱3、布料辅门5和点火器烧嘴6的基础上，增设了烟气取样装置4、烟气控制装置10及烟气分析仪11。

烟气取样装置4包括保护套管8、取样管9和取样杯7，保护套管8固定在靠近烧结台车2底部位置的风箱3侧梁板上，保护套管8两端至少有一个为开口端，保护套管8正对烧结料层一侧开有4～6个套管孔；取样管9前端由保护套管8开口端穿入，再分别从套管孔中穿出，取样管9的前端通过螺纹连接有漏斗形取样杯7，取样杯7上口设有滤尘筛网，取样杯7的上口面积为1～4dm²。在烧结机头刚出点火器1的相邻2～4个风箱3上分别安装有一个烟气取样装置4，称为第一取样组；在烧结机尾相邻的2～4个风箱3上分别安装有一个烟气取样装置4，称为第二取样组；第一取样组和第二取样组，其烟气取样装置4的每个取样管9所在烧结台车2底部区域分别对应每个点火器烧嘴6的点火区域和每个布料辅门5控制的下料区域。

在安装有烟气取样装置的风箱上设置有烟气分析仪11，用于检测每个取样管9中烧结烟气的成分。

烟气控制装置10，由数据处理单元和控制调节单元组成；数据处理单元分析烟气分析仪所得到的每个取样管的数据；控制调节单元依据数据处理单元的分析结果，相应调节对应区域的点火器烧嘴6或布料辅门5。

实施例1：

保护套管8正对烧结料层侧开有4个套管孔；4个取样管9前端由保护套管8的开口端穿入，分别从套管孔中穿出，取样杯上口的面积为10mm²。2个烟气取样装置4分别安装在机头刚出点火器1的相邻2个风箱3上，称为第一取样组；2个烟气取样装置4分别安装在机尾倒数第3个和第2个风箱3上，称为第二取样组。第一取样组和第二取样组，其烟气取样装置4的每个取样管9所在烧结台车2底部区域分别对应每个点火器烧嘴6的点火区域和每个布料辅门5控制的下料区域。

烧结过程匀质性检测方法的具体步骤为：

烟气分析仪11对每个取样管9中来自不同部位的烧结烟气成分进行检测。烟气控制装置10依据取样管9中的烟气成分，按如下方法计算每个取样管9所对应区域的有效风率：

根据物质不变定律，空气中氮气和氧气的含量稳定，这样根据烟气中氮气量和被氧化的氮气量由公式(1)计算参与反应的氧气量。

其中，空气中氧气量/空气中氮气量为一个常数；被氧化氮气量可以通过烟气分析仪11检测得的NO、NO₂量计算得到；烟气中氮气量也可以通过烟气分析仪11检测得到的N₂量计算得到。

当计算得到参与反应氧气量后，利用公式(2)，可以计算得到有效风率。

其中：烟气中剩余氧气量可以通过烟气分析仪11得出的O₂量计算得到。

经过计算，第一取样组两个相邻风箱3上的烟气取样装置4的烟气有效风率为f₁₁、f₁₂、f₁₃、f₁₄和f₂₁、f₂₂、f₂₃、f₂₄。由烟气控制装置10的数据处理单元分析得出f₁₁、f₁₂、f₁₃、f₁₄在误差范围一致，f₂₁、f₂₂、f₂₃、f₂₄在误差范围内一致，|f_2i-f_1i|(i＝1、2、3、4)在误差范围内一致，说明烧结混合料刚出点火器1在横向和纵向上烧结过程均匀，故不用调节。

第二取样组两个相邻风箱3上的烟气取样装置4的烟气有效风率为s₁₁、s₁₂、s₁₃、s₁₄和s₂₁、s₂₂、s₂₃、s₂₄。由烟气控制装置10的数据处理单元分析得出s₁₁、s₁₂、s₁₃、s₁₄在误差范围内一致；s₂₁、s₂₂、s₂₃、s₂₄在误差范围内不一致，s₂₄较大；|s_2i-s_1i|(i＝1、2、3)在误差范围内一致，|s₂₄-s₁₄|较大。减小s₂₄对应区域的布料辅门5开度和提高该区域混合料透气性，使s₂₁、s₂₂、s₂₃、s₂₄趋于一致。

实施例1的烧结固体燃耗降低2.2kg/t,，烧结利用系数提高3.5％，烧结矿转鼓强度提高1.5％。

实施例2：

保护套管8开6个套管孔；6个取样管9前端由保护套管8的开口端穿入，再分别从套管孔中穿出，取样杯7上口的面积为3dm2。3个烟气取样装置4分别安装在机头刚出点火器1的相邻3个风箱3上，称为第一取样组；3个烟气取样装置4分别安装在机尾倒数第4个、第3个和第2个风箱3上，称为第二取样组。第一取样组和第二取样组，其烟气取样装置4的每个取样管9所在烧结台车2底部区域分别对应每个点火器烧嘴6的点火区域和每个布料辅门5控制的下料区域。烟气分析仪11检测每个取样管9中烧结烟气的成分。

按实施例1式(1)和式(2)计算烟气有效风率，经过计算：

第一取样组三个相邻风箱3烟气取样装置4的烟气有效风率为t₁₁、t₁₂、t₁₃、t₁₄、t₁₅、t₁₆,t₂₁、t₂₂、t₂₃、t₂₄、t₂₅、t₂₆和t₃₁、t₃₂、t₃₃、t₃₄、t₃₅、t₃₆。由烟气控制装置10的数据处理单元分析得出t₁₂、t₁₃、t₁₄、t₁₅在误差范围内一致，t₁₁和t₁₆较小；t₂₁、t₂₂、t₂₃、t₂₄、t₂₅、t₂₆在误差范围内一致；t₃₁、t₃₂、t₃₃、t₃₆在误差范围内一致，t₃₄、t₃₅较大；控制调节单元调节t₁₁和t₁₆所对应区域的布料辅门5和点火器烧嘴6，适当减少该区域布料量和增强对应区域的点火强度，使t₁₁、t₁₂、t₁₃、t₁₄、t₁₅、t₁₆,趋于一致；控制调节单元调节t₃₄、t₃₅对应区域布料辅门5和点火器烧嘴6，增加该区域布料量和降低对应区域的点火强度，使t₃₁、t₃₂、t₃₃、t₃₄、t₃₅、t₃₆,趋于一致。

第二取样组两个相邻风箱3的烟气取样装置4的烟气有效风率为w₁₁、w₁₂、w₁₃、w₁₄、w₁₅、w₁₆，w₂₁、w₂₂、w₂₃、w₂₄、w₂₅、w₂₆和w₃₁、w₃₂、w₃₃、w₃₄、w₃₅、w₃₆。w₁₁、w₁₂、w₁₃、w₁₄、w₁₅、w₁₆在误差范围内一致；w₂₁、w₂₂、w₂₃、w₂₄、w₂₅、w₂₆在误差范围内一致；w₃₁、w₃₂、w₃₃、w₃₄、w₃₅、w₃₆在误差范围内一致，且趋于为0。|w_2i-w_1i|(i＝1、2…6)和|w_3i-w_2i|(i＝1、2…6)在误差范围内一致，说明在烧结机烧结过程在横向和纵向上一致，且同时到达烧结终点。

实施例2烧结固体燃耗降低3.5kg/t,，烧结利用系数提高4.2％，烧结矿转鼓强度提高2.4％。

Claims (3)

1.一种烧结过程匀质性检测系统，包括烧结台车、烧结风箱、布料辅门和点火器烧嘴，其特征在于，还包括烟气取样装置、烟气分析仪及烟气控制装置；

所述烟气取样装置包括保护套管、烟气取样管和取样杯，保护套管固定在烧结台车底部的风箱侧梁板上，保护套管两端至少有一个为开口端，保护套管正对烧结料层一侧开有4～6个套管孔；烟气取样管前端由保护套管开口端穿入，再分别从套管孔中穿出，烟气取样管的前端通过螺纹连接有漏斗形取样杯，取样杯上口设有滤尘筛网；在烧结机头刚出点火器的相邻2～4个风箱上分别安装有一个烟气取样装置，称为第一取样组；在烧结机尾相邻的2～4个风箱上分别安装有一个烟气取样装置，称为第二取样组；第一取样组和第二取样组，其烟气取样装置的每个取样管所在烧结台车底部区域分别对应每个点火器烧嘴的点火区域和每个布料辅门控制的下料区域；

所述烟气分析仪设置在安装有烟气取样装置的风箱上，检测每个取样管中烧结烟气的成分；

所述烟气控制装置，由数据处理单元和控制调节单元组成；数据处理单元分析烟气分析仪所得到的每个取样管的数据；控制调节单元依据数据处理单元的分析结果，相应调节对应区域的点火器烧嘴或布料辅门。

2.根据权利要求1所述的烧结过程匀质性检测系统，其特征在于，所述取样杯的上口面积为1～4dm²。

3.一种应用权利要求1所述烧结过程匀质性检测系统的方法，其特征在于，具体方法和步骤为：

(1)烟气取样装置的每个取样管，对所在烧结台车底部区域对应的每个点火器烧嘴的点火区域以及每个布料辅门控制的下料区域，分别进行烟气取样；

(2)烟气分析仪对每个取样管中来自不同部位的烧结烟气成分进行检测分析；

(3)烟气控制装置依据检测的取样管中的烟气成分，计算每个取样管所对应区域的有效风率；比较和分析同一烟气取样装置中不同取样管中所对应区域即同一纵向烧结区域不同横向部位的有效风率；同时比较和分析相邻风箱烟气取样装置的不同取样管中所对应区域的有效风率，即同一横向烧结区域纵向不同部位的有效风率；

(4)当同一烟气取样装置中不同取样管所对应区域的有效风率在误差范围内一致时，不进行调节；当同一取样装置中不同取样管所对应区域的有效风率在误差范围内不一致时，则烟气控制装置自动调节对应区域的点火器烧嘴和布料辅门，使同一纵向烧结区域不同横向部位的有效风率趋于一致；

当相邻风箱烟气取样装置的横向对应取样管烟气的有效风率差值在误差范围内一致时，不进行调节；相邻风箱烟气取样装置的横向对应取样管烟气有效风率的差值在误差范围内不一致时，烟气控制装置自动调节对应区域的点火器烧嘴和布料辅门，使同一横向烧结区域不同纵向部位的有效风率趋于一致。