CN112000137A - 一种烧结原料自动控水工艺系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烧结原料自动控水工艺系统,包括微波水分在线分析仪和智能加水控制系统,所述微波水分在线分析仪通过微波测量烧结原料的含水量并产生微波信号,所述微波水分测试仪一侧安装有高度检测仪,所述高度检测仪用于检测原料的高度并产生高度信号,所述微波水分在线分析仪对微波信号和高度信号通过水分计算模型进行处理分析计算水分含量得到水分含量信号,所述智能加水控制系统用于接收微波水分在线分析仪的水分含量信号,并且对水分含量信号处理后与工艺设定值进行比较得到加水量,并自动补水。可以实现烧结生产工艺水分含量的实时在线精确测定与控制,避免因原料水分含量不稳定而导致烧结废料的产生,节约人力、能耗。
Description
技术领域
本发明涉及烧结原料水分监测技术领域,尤其涉及一种烧结原料自动控水工艺系统。
背景技术
烧结原料水分含量对整个烧结生产过程影响较大。首先,烧结原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,水分多少决定了原料的透气性,直接影响垂直燃烧速度,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,水分含量不稳定会直接影响烧结的强度和产量等。
目前,我国钢铁厂烧结原料现场水分添加多采用人工直接加水,采用的水分测试方法有人工差重法、红外法、核磁共振法等。人工加水系统主要由一混加水系统、二混加水系统和辅助设备组成。人工检测是利用加热前后水分蒸发的重量差来求得的水分含量。这种方法需要对待测试样进行取样、处理、干燥、冷却称重等多个程序,耗时耗力,得到原料水分数据时测试样可能已进入下一工序段的生产,不适用于现今快节奏的生产模式。红外水分仪根据热重原理,通过对烧结原料的特征波长吸光度加以计算分析就可以得到水分含量,但红外测水仪器使用时需要保证足够的气源,还需要有一定专业技术基础的人员操作,此外,烧结原料的颜色、显溶性等对红外波长的采集有较大影响。核磁共振检测法是一种具有普适性的分析方法,但若利用核磁共振检测烧结原料的单一水分,不仅成本高,制作还复杂。
发明内容
针对上述现有技术的不足,本专利申请所要解决的技术问题是:如何提供一种利用微波原理进行水含量实时监测,提高烧结原料水含量的精确度的烧结原料自动控水工艺系统。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种烧结原料自动控水工艺系统,包括微波水分在线分析仪和智能加水控制系统,所述微波水分在线分析仪通过微波测量烧结原料的含水量并产生微波信号,所述微波水分测试仪一侧安装有高度检测仪,所述高度检测仪用于检测原料的高度并产生高度信号,所述微波水分在线分析仪对微波信号和高度信号通过水分计算模型进行处理分析计算水分含量得到水分含量信号,所述智能加水控制系统用于接收微波水分在线分析仪的水分含量信号,并且对水分含量信号处理后与工艺设定值进行比较得到加水量并产生加水信号,自动补水。
其中,所述微波水分在线分析仪同时使用两个不同频率的微波信号,微波频率范围在300MHz~300GHz。
其中,所述水分计算模型为
式中,表示待测料的水分的质量百分比,%;ρ为原料的密度,仪表测得,g/cm3;h为原料的高度,高度仪测得,mm;α1、α2、…αn表示微波强度度衰减程度,α≥0,dB;表示微波相偏移量,rad;a0、b1、b2、…bn、c1、c2、…cn均为模型修正系数。
其中,包括以下步骤:
S1:确定如权利要求3中所涉及的模型修正系数;
S2:安装于一混进口的微波水分在线分析仪测量进口原料的含水量;
S3:将S2中计算结果与一混工艺设定值进行比较,根据差值计算出加水量;
S4:智能加水控制系统对一混料进行自动补水;
S5:安装于一混出口的微波水分在线分析仪测量出口原料的含水量;
S6:将S5中计算结果与二混工艺设定值进行比较,计算出加水量;
S7:智能加水控制系统对二混料进行自动补水;
S8:安装于二混出口的微波水分在线分析仪测量出口原料的含水量;
S9:存储以上数据。
其中,智能加水控制系统为基于微处理器的PLC控制系统,内环控制水流量的稳定性,外环根据水分偏差算出加水量的修正值。
其中,所述PLC控制系统可以存储并显示原料含水量。
微波水分在线分析仪工作原理:采用穿透式工作模式的微波水分在线分析仪进行烧结原料水含量的测定,基于微波穿透烧结原料后,由水分子在微波场的极化作用下发生相移和衰减测得水含量。
智能加水控制系统工作原理:当智能加水控制系统接收到加水信号时,内环控制的主机运算模块根据测量结果与工艺设定值的差值与物料重量计算出加水量,外环控制加水量的修正值,然后将加水量转变为信号输送给控制器,随后控制器启动变频水泵,通过管道输送系统、调节阀,从而确保开关水的及时性,实现精准加水。
微波水分在线分析仪是利用微波穿透法实现水分检测的,当微波通过含水原料和干燥原料时,微波在传播方向上的传播速度和强度会发生不同的变化,含水物料会使微波的传播速度变慢,强度减弱。微波水分在线分析仪的测量原理就是通过检测在穿过原料后微波的这两种物理相应变化来计算原料中的水分含量。由于微波完全穿透过程物料,所以所有的物理性水份都能被测定。这不仅适用于表面的水份,而且也适于内部的水份。该技术保证了装置很高的测量准确性和精度,物料的颜色和表面结构不会影响测量结果。
与现有技术相比,本发明的有益效果是微波水分在线分析仪和智能加水系统的配置与优化,实现烧结生产工艺水分含量的实时在线精确测定与控制,最大程度的稳定烧结生产过程,避免了因原料水分含量不稳定而导致烧结废料的产生,保证了烧结生产的稳定运行。为烧结工艺生产节约了人力、能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,类似的仪或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各仪或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为控制系统图a;
图2为本发明微波水分在线分析仪的结构示意图;
图3为本发明智能加水控制系统的结构示意图;
图4为控制系统图b;
图5为控制系统图c;
图6为该工艺系统各异常状态的安全联锁处理机制;
图7为本发明的智能加水控制系统图;
图8为该工艺系统一混水含量控制记录曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。在本实施例中,术语“上”“下”“左”“右”“前”“后”“上端”“下端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述,而不是指示或暗示所指的装置或仪必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作,因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一:
参照图1,一种烧结原料自动控水工艺系统,包括电子皮带秤2、高度检测仪3、微波水分在线分析仪4、智能加水控制系统5、一混机6、二混机7。
电子皮带秤2安装于皮带下方,高度检测仪3安装于微波水分在线分析仪4一侧,微波水分在线分析仪4分别安装于一混机6前方、二混机7前方、二混机7后方,智能加水控制系统5分别安装于一混机6和二混机7之间。
在一混机6前方的出料皮带1上安装高度检测仪3和微波水分在线分析仪4,高度检测仪3将物料高度变化的高度信号通过传感器传送到微波水分在线分析仪4中的水分计算模型进行计算,针对不同批次的原料调整控制水分的误差范围在0.03%以内,以确保不同批次物料变化时增加水量的准确性。
如图2所示,微波水分在线分析仪3的结构示意图,所述微波水分在线分析仪同时使用两个不同频率的微波信号,微波频率范围在300MHz~300GHz,包括主机11、交流模块12、计算模块13、微波模块14、Vivaldi发射天线16、电子皮带秤2、Vivaldi接收天线17、高度检测仪18。
如图3所示,智能加水控制系统5的结构示意图,包括水箱19、滤网20、手动调节阀21、变频水泵22、阀门23、比例智能调节阀24。
如图6所示,智能加水控制系统5的PLC控制系统图,内环控制水流量的稳定性,外环根据水分偏差算出加水量的修正值,内环和外环串联控制,使得加水量更加精确。
如图7所示,本系统对各异常状态的安全联锁处理机制,料量、混合机启停、皮带启停与切断阀连锁,如生产需要急停、顺起顺停无需岗位关阀,系统会自动判断切断加水。系统安全联锁功能主要包括断流、皮带停转、水压低、系统检修等状态。
一种烧结原料自动控水工艺系统,包括以下步骤:
S1:确定水分计算模型中的模型修正系数;
S2:安装于一混进口的微波水分在线分析仪测量进口原料的含水量;
S3:将S2中计算结果与一混工艺设定值进行比较,根据差值计算出加水量;
S4:智能加水控制系统对一混料进行自动补水;
S5:安装于一混出口的微波水分在线分析仪测量出口原料的含水量;
S6:将S5中计算结果与二混工艺设定值进行比较,计算出加水量;
S7:智能加水控制系统对二混料进行自动补水;
S8:安装于二混出口的微波水分在线分析仪测量出口原料的含水量;
S9:存储以上数据。
实施例二:
参照图4,一种烧结原料自动控水工艺系统,包括电子皮带秤2、高度检测仪3、微波水分在线分析仪4、智能加水控制系统5、一混机6、二混机7、配料皮带秤26。
配料皮带秤26安装于配料仓25的下方,配料皮带秤26与配料仓25一一对应,电子皮带秤2分别安装于一混机出料皮带6下方、二混机出料皮带下方,高度检测仪3安装于微波水分在线分析仪4一侧,微波水分在线分析仪3分别安装于一混机6前方、二混机7前方、二混机7后方,智能加水控制系统5分别安装于一混机6和二混机7之间。
在配料仓25下方安装配料皮带秤26,在一混机6前方的出料皮带1上安装高度检测仪3和微波水分在线分析仪4,高度检测仪3将物料高度变化的高度信号通过传感器传送到微波水分在线分析仪4中的水分计算模型进行计算,针对不同批次的原料调整控制水分的误差范围在0.03%以内,以确保不同批次物料变化时增加水量的准确性。
实施例三:
参照图5,一种烧结原料自动控水工艺系统,包括电子皮带秤2、高度检测仪3、微波水分在线分析仪4、智能加水控制系统5、一混机6、二混机7、配料皮带秤28。
配料皮带秤26安装于配料仓25的下方,配料皮带秤26与配料仓25一一对应,电子皮带秤2分别安装于二混机进料皮带7-A、7-B下方,高度检测仪3安装于微波水分在线分析仪4一侧,微波水分在线分析仪3分别安装于一混机6前方、一混机6后方、二混机7-A后方、二混机7-B后方,智能加水控制系统5分别安装于一混机6上方、二混机7-A和7-B之间。
高度检测仪3将物料高度变化的高度信号通过传感器传送到微波水分在线分析仪4中的水分计算模型进行计算,针对不同批次的原料调整控制水分的误差范围在0.03%以内,以确保不同批次物料变化时增加水量的准确性。
实施例四:
安装好如实施例一所示的一种烧结原料自动控水工艺系统,开机,选择微波水分在线分析仪工作频率,本实施例选用两个高低不同的频率,即n=2;根据工厂实验室历史原料水分数据选择微波水分在线分析仪的工作范围,使用一组已知水分含量的烧结原料为样品,将样品依次放在图2中的电子皮带秤2处,以感应微波衰减和相移,样品高度和密度分别由高度仪和仪表测得。将样品进行多次测量获得相对应的微波衰减和相移数据,剔除异常值后用多元回归对其进行拟合计算,以确定适用于不同原料的模型修正系数。以某烧结厂一混机出料为例,测得相关数据如下所示:
经拟合计算得出修正系数如下表所示:
即,该厂的一混出料水含量计算模型为:
若α=0或不考虑衰减的情况下,
经拟合计算得出修正系数如下表所示:
经拟合计算得出修正系数如下表所示:
a<sub>0</sub> | b<sub>1</sub> | b<sub>2</sub> |
13.9084 | 124.8180 | 624.4390 |
即,该一混出料水含量计算模型为:
综上,在一混、二混区域设置多个测量点,微波水分在线分析仪与智能加水控制系统相配合,采用前测量后自动加水再测量的模式,较好的解决了现有人工加水方法误差大、测量方式与生产节奏不匹配等问题,且测量精度和实时性得到了提高。
如图8所示,为该工艺系统在某烧结现场检测实时数据;可以看出,使用该烧结原料自动控水工艺系统可将水分含量稳定控制在±0.03%以内。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解;其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围,其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (6)
1.一种烧结原料自动控水工艺系统,其特征在于,包括微波水分在线分析仪和智能加水控制系统,所述微波水分在线分析仪通过微波测量烧结原料的含水量并产生微波信号,所述微波水分测试仪一侧安装有高度检测仪,所述高度检测仪用于检测原料的高度并产生高度信号,所述微波水分在线分析仪对微波信号和高度信号通过水分计算模型进行处理分析计算水分含量得到水分含量信号,所述智能加水控制系统用于接收微波水分在线分析仪的水分含量信号,并且对水分含量信号处理后与工艺设定值进行比较得到加水量并产生加水信号,自动补水。
2.根据权利要求1所述的一种烧结原料自动控水工艺系统,其特征在于,所述微波水分在线分析仪同时使用多个不同频率的微波信号,微波频率范围在300MHz~300GHz。
4.根据权利要求1所述的一种烧结原料自动控水工艺系统,其特征在于,包括以下步骤:
S1:确定如权利要求3中所涉及的模型修正系数;
S2:安装于一混进口的微波水分在线分析仪测量进口原料的含水量;
S3:将S2中计算结果与一混工艺设定值进行比较,根据差值计算出加水量;
S4:智能加水控制系统对一混料进行自动补水;
S5:安装于一混出口的微波水分在线分析仪测量出口原料的含水量;
S6:将S5中计算结果与二混工艺设定值进行比较,计算出加水量;
S7:智能加水控制系统对二混料进行自动补水;
S8:安装于二混出口的微波水分在线分析仪测量出口原料的含水量;
S9:存储以上数据。
5.根据权利要求4所述的一种烧结原料自动控水工艺系统,其特征在于,智能加水控制系统为基于微处理器的PLC控制系统,内环控制水流量的稳定性,外环根据水分偏差算出加水量的修正值。
6.根据权利要求5所述的一种烧结原料自动控水工艺系统,其特征在于,所述PLC控制系统可以存储并显示原料含水量。
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