CN113359465A - 一种烧结配料成分智能控制的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烧结配料成分智能控制的系统及方法，提高烧结配料的精确度。一种烧结配料成分智能控制的系统，包括：配料仓、转动圆盘、配料皮带、机械手、荧光元素分析仪、在线微波测水仪、计算机。一种烧结配料成分智能控制的方法，包括：S1：预设配料成分比，并控制下料；S2：机械手取样；S3：荧光元素分析仪进行定性及定量分析；S4：机械手返还所取试样，并进行下一次取样；S5：循环步骤S2‑S4；S6：在线微波测水仪获取配料皮带上物料的含水量；S7：计算机根据接收数据计算配料成分比，并与S1中的预设值进行对比；S8：计算机根据所接收信号，调节配料仓的阀门开度、转动圆盘的速度，以及配料皮带的速度。

Description

一种烧结配料成分智能控制的系统及方法

技术领域

本发明涉及炼钢技术领域，特别是涉及一种烧结配料成分智能控制的系统及方法。

背景技术

烧结是钢铁工艺中比较重要的工艺之一，烧结矿的质量直接决定着高炉的产量，而烧结工艺包括配料、混合、烧结、破碎、冷却、筛分过程，旨在将各种原料按比例充分混合后形成混合料进入烧结机，然后经过高温烧结形成物理化学性能稳定的、适宜于高炉冶炼的烧结矿。

一般来说，烧结的配料过程指的是从配料矿仓开始，经过一次混合和二次混合后，到烧结室的配合料矿仓为止。烧结原料包括铁矿粉(原料和精矿粉)、熔剂(石灰石、白云石或生石灰)、燃料(焦粉或无烟煤)、附加物(硫酸渣、轧钢皮、钢铁厂回收的粉尘、铁屑等)及返矿。按一定的比例配合的烧结原料经过混合后的混匀料，混匀料不仅要有一定的化学成分，而且又要有一定的化学成分稳定性和良好的透气性。因用于烧结的含铁原料、熔剂和燃料的品种甚多，而且他们在化学成分和物理性质方面又有很大差异，所以必须根据炼铁对烧结矿化学成分的要求以及原料的供应状况把各种原料按一定的比例进行配料，因此，在现代烧结生产过程中，需有专门的配料作业。这样，通过烧结生产出来的烧结矿才能在化学成分方面和物理性能方面都合乎高炉炼铁的要求。

在烧结工艺过程中，配料又是其中一道比较复杂而又关键的工序，配料的好坏直接决定着烧结矿质量的好坏。目前很多烧结厂的配料环节都是由技术员根据经验来完成的。随着科学的发展和精细化管理要求的出现，靠人工凭经验配料已经不能满足稳定生产高品质烧结矿的需要。但是，烧结配料系统较为复杂，难以建立数学模型。在这种情况下，如采用传统的PID控制器存在超调量大，调节时间长，系统频繁的调节引起系统的振荡，且参数不易实时在线调整的缺点，即不易维护，也难以满足实时控制的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种烧结配料成分智能控制的系统及方法，本发明利用荧光原理进行成分实时检测，微波原理进行水含量实时监测，提高烧结配料的精确度。

本发明的目的是这样实现的：

一种烧结配料成分智能控制的系统，包括：

配料仓，用于装载烧结所需的各种物料；

转动圆盘，安装在配料仓底部，用于放出所需的各种物料；

配料皮带，设于转动圆盘的下方，用于输出从转动圆盘接收的各种物料，所述配料皮带具有电子皮带秤、配料皮带变频器，电子皮带秤用于连续称量物料的重量，配料皮带变频器用于调节配料皮带的速度；

机械手，设于配料皮带的上方，用于对通过的物料取样；

荧光元素分析仪，用于对取样的配料进行荧光分析，获得物料的成分；

在线微波测水仪，用于对物料进行水分检测；

计算机，与配料仓、转动圆盘、配料皮带变频器、荧光元素分析仪、在线微波测水仪连接，用于根据检测结果控制配料仓、配料皮带、转动圆盘。

一种烧结配料成分智能控制的方法，包括以下步骤：

S1：预设配料成分比，在计算机中给定下料参数，并控制转动圆盘进行下料动作；

S2：机械手对配料皮带上的物料进行取样；

S3：荧光元素分析仪对机械手所取样进行定性及定量分析，并将检测结果发送至计算机中；

S4：荧光元素分析仪检测完成后，机械手返还所取试样，并进行下一次取样；

S5：循环步骤S2-S4；

S6：在线微波测水仪获取配料皮带上物料的含水量，并将检测结果发送至计算机中；

S7：计算机根据接收数据计算配料成分比，并将计算结果与S1中的预设值进行对比，将对比结果发送至计算机；

S8：计算机根据所接收信号，调节配料仓的阀门开度、转动圆盘的速度，以及配料皮带的速度。

优选地，根据生产现场确定配料仓的排列顺序，选定配料成分比的计算模型；若返矿为最后一个配料仓，则选用a计算模型进行计算；若返矿为任意一个非最后一个的配料仓，则选用b计算模型进行计算；

所述步骤S7中，计算机计算配料成分比的计算模型为：

a计算模型：

b计算模型：

a计算模型：

b计算模型：

a计算模型：

b计算模型：

ΔTFe＝TFe₀-TFe (5)

ΔR＝R₀-R (6)

式中：ω_M表示物料中某种元素质量流量，Kg/h；m_i表示第i个配料皮带上物料的质量流量，Kg/h；ω_i表示第i个配料皮带上物料的含水量，％；

表示第i个配料皮带上物料中M元素的含量，％；t_i表示第i个配料皮带上物料位置的同时性，s；L_i表示第i个配料仓起始位置与第i+1个配料仓的距离，m；V为主皮带的运行速度，m/s；TFe为实测全铁含量，％；R为实测二元碱度值；

表示第i个配料皮带上物料中铁元素的含量，％；

表示第i个配料皮带上物料中钙元素的含量，％；

表示第i个配料皮带上物料中硅元素的含量，％；TFe₀为全铁工艺设定值，％；R₀为二元碱度设定值范围；ΔTFe为全铁工艺设定值与实测全铁含量之间的差值，％；ΔR为二元碱度设定值范围与实测二元碱度值之间的差值。

优选地，所述步骤S8中，调节方式为：

若ΔTFe>0，则说明实际配料中的TFe小于目标值，则开启铁矿石调节仓，进行下料操作，直至TFe满足目标要求；

若ΔTFe≤0，则说明实际配料中的TFe符合生产要求，不进行调节；

若ΔR>0，则说明实际配料中的R未达标，则开启生石灰调节仓，进行下料操作，直至R满足目标要求；

若ΔR<0，则说明实际配料中的R过高，则开启铁矿石调节仓，进行下料操作，直至R满足目标要求；

若ΔR＝0，则说明实际配料中的R符合生产要求，不进行调节。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、通过荧光元素分析仪可快速检测出配料皮带上物料的元素及其含量；

2、采用PLC自动化控制烧结矿的配料成分，提高了配料精度，进而提高了烧结矿的质量；

3、在线连续监测模式实现了物料的实时测量，减少人员的劳动量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的智能配料控制的原理图。

附图标记

附图中，1、配料仓；2、转动圆盘；3、配料皮带；4、荧光元素分析仪；5、电子皮带秤；6、机械手；7、在线微波测水仪；8、配料皮带变频器；9、计算机。

具体实施方式

实施例一

参见图1，一种烧结配料成分智能控制的系统，包括：配料仓1用于装载烧结所需的各种物料；转动圆盘安装在配料仓底部，用于放出所需的各种物料；配料皮带设于转动圆盘的下方，用于输出从转动圆盘接收的各种物料，所述配料皮带具有电子皮带秤、配料皮带变频器，电子皮带秤用于连续称量物料的重量，配料皮带变频器用于调节配料皮带的速度；机械手，设于配料皮带的上方，用于对通过的物料取样；荧光元素分析仪，用于对取样的配料进行荧光分析，获得物料的成分；在线微波测水仪，用于对物料进行水分检测；计算机，与配料仓、转动圆盘、配料皮带变频器、荧光元素分析仪、在线微波测水仪连接，用于根据检测结果控制配料仓、配料皮带、转动圆盘。

电子皮带秤5安装于配料皮带3的中间；荧光元素分析仪4安装于配料皮带3上；机械手6安装于荧光元素分析仪4的下方；在线微波测水仪7安装于荧光元素分析仪4的后边。

荧光元素分析仪工作原理：当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时,驱逐一个内层电子从而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的状态，当较外层的电子跃迁到空穴时，产生一次光电子，击出的光子可能再次被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，发生俄歇效应，亦称次级光电效应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不被原子内吸收，而是以光子形式放出，便产生X射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差。因此，射线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。由Moseley定律可知，只要测出荧光X射线的波长，就可以知道元素的种类。此外，荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，可以对元素进行定量分析。

参见图2，一种烧结配料成分智能控制的方法，包括以下步骤：

S1：根据生产现场确定配料仓的排列顺序，返矿为最后一个配料仓，则选用a模型进行计算；

S2：预设配料成分比，在计算机中给定下料参数，并控制转动圆盘进行下料动作；

S3：机械手对配料皮带上的物料进行取样；

S4：荧光元素分析仪对机械手所取样进行定性及定量分析，并将检测结果发送至计算机中；

S5：荧光元素分析仪检测完成后，机械手返还所取试样，并进行下一次取样；

S6：循环步骤S3-S5；

S7：在线微波测水仪获取配料皮带上物料的含水量，并将检测结果发送至计算机中；

S8：计算机根据接收数据计算配料成分比，并将计算结果与S2中的预设值进行对比，将对比结果发送至计算机；

S9：计算机根据所接收信号，调节配料仓的阀门开度、转动圆盘的速度，以及配料皮带的速度。

所述步骤S8中，计算机计算配料成分比的计算模型为：

ΔTFe＝TFe₀-TFe (5)

ΔR＝R₀-R (6)

式中：ω_M表示物料中某种元素质量流量，Kg/h；m_i表示第i个配料皮带上物料的质量流量，Kg/h；ω_i表示第i个配料皮带上物料的含水量，％；

表示第i个配料皮带上物料中M元素的含量，％；t_i表示第i个配料皮带上物料位置的同时性，s；L_i表示第i个配料仓起始位置与第i+1个配料仓的距离，m；V为主皮带的运行速度，m/s；TFe为实测全铁含量，％；R为实测二元碱度值；

表示第i个配料皮带上物料中铁元素的含量，％；

表示第i个配料皮带上物料中钙元素的含量，％；

表示第i个配料皮带上物料中硅元素的含量，％；TFe₀为全铁工艺设定值，％；R₀为二元碱度设定值范围；ΔTFe为全铁工艺设定值与实测全铁含量之间的差值，％；ΔR为二元碱度设定值范围与实测二元碱度值之间的差值。

S9：计算机根据所接收信号，调节配料仓的阀门开度、转动圆盘的速度，以及配料皮带的速度。调节方式为：

若ΔTFe>0，则说明实际配料中的TFe小于目标值，则开启铁矿石调节仓，进行下料操作，直至TFe满足目标要求；

若ΔTFe≤0，则说明实际配料中的TFe符合生产要求，不进行调节；

若ΔR>0，则说明实际配料中的R未达标，则开启生石灰调节仓，进行下料操作，直至R满足目标要求；

若ΔR<0，则说明实际配料中的R过高，则开启铁矿石调节仓，进行下料操作，直至R满足目标要求；

若ΔR＝0，则说明实际配料中的R符合生产要求，不进行调节。

如附图2所示，本发明的控制方法进行自动配料控制时，采用PLC控制方式，在计算机中设定相应的给料量、成分比等参数，目标值输入到PLC控制系统后，系统开始下料，荧光元素分析仪检测各配料中的元素及含量，经转换器转换为4-20mA的电流信号作为物料实际的成分检测值输送至PLC控制系统中；在线微波测水仪检测各配料中的水含量，经转换器转换为4-20mA的电流信号作为物料实际的水分含量值输送至PLC控制系统中；电子皮带秤检测到各配料的排料量，经转换器转换为4-20mA的电流信号作为物料实际的质量输送至PLC控制系统中，PLC控制系统中的处理器将收集到的数据按

及

模型计算出配料成分比，实际计算结果与目标值相对比，把得到的输出控制信号通过线路传输至配料仓阀门开度变频调节系统及配料皮带变频器调速系统，变频调节系统根据这个信号改变电机的转速，从而使各给料装置的给料量、成分比符合目标值，实现自动智能配料功能。

以某钢铁厂的配料过程为例，化学成分目标值如下所示：

名称	TFe，％	R
			目标值	≥60	1.6～2.5

该厂生产工艺参数：

名称	主皮带运行速度，m/s	料仓总长，m	料仓间隔，m
				数据	1.2	4	4

荧光元素分析仪、在线微波测水仪、电子皮带秤的实测相关数据如下所示：

根据成分计算模型，计算得出相关数据如下所示：

铁矿石1中物料位置的同时性为

铁矿石2中物料位置的同时性为

铁矿石3中物料位置的同时性为

铁矿石4中物料位置的同时性为

铁矿石5中物料位置的同时性为

铁矿石6中物料位置的同时性为

煤粉7中物料位置的同时性为

生石灰8中物料位置的同时性为

石灰石9中物料位置的同时性为

铁矿石调节仓10中物料位置的同时性为

生石灰调节仓11中物料位置的同时性为0s

ΔTFe＝TFe₀-TFe＝60％-53.43％＝6.57％＞0，说明实际配料中的TFe小于目标值，则增加铁矿石调节料仓的下料量。此时，PLC控制系统根据信号，传输至铁矿石调节仓中，调节仓开始增加下料，各系统将结果进行累计计算，直至实际值与目标值相符为止。

ΔR＝R₀-R＝(1.6～2.5)-1.79＝-0.19<0，说明实际配料中的R达标。此时，PLC控制系统则根据信号，不对生石灰调节仓的下料量进行调节。

实施例二

参见图2，一种烧结配料成分智能控制的方法，包括以下步骤：

S1：根据生产现场确定配料仓的排列顺序，返矿为第9个配料仓，非最后一个配料仓，则选用b模型进行计算；

S2：预设配料成分比，在计算机中给定下料参数，并控制转动圆盘进行下料动作；

S3：机械手对配料皮带上的物料进行取样；

S4：荧光元素分析仪对机械手所取样进行定性及定量分析，并将检测结果发送至计算机中；

S5：荧光元素分析仪检测完成后，机械手返还所取试样，并进行下一次取样；

S6：循环步骤S3-S5；

S7：在线微波测水仪获取配料皮带上物料的含水量，并将检测结果发送至计算机中；

S8：计算机根据接收数据计算配料成分比，并将计算结果与S2中的预设值进行对比，将对比结果发送至计算机；

S9：计算机根据所接收信号，调节配料仓的阀门开度、转动圆盘的速度，以及配料皮带的速度。

所述步骤S8中，计算机计算配料成分比的计算模型为：

ΔTFe＝TFe₀-TFe (5)

ΔR＝R₀-R (6)

式中：ω_M表示物料中某种元素质量流量，Kg/h；m_i表示第i个配料皮带上物料的质量流量，Kg/h；ω_i表示第i个配料皮带上物料的含水量，％；

表示第i个配料皮带上物料中M元素的含量，％；t_i表示第i个配料皮带上物料位置的同时性，s；L_i表示第i个配料仓起始位置与第i+1个配料仓的距离，m；V为主皮带的运行速度，m/s；TFe为实测全铁含量，％；R为实测二元碱度值；

表示第i个配料皮带上物料中铁元素的含量，％；

表示第i个配料皮带上物料中钙元素的含量，％；

表示第i个配料皮带上物料中硅元素的含量，％；TFe₀为全铁工艺设定值，％；R₀为二元碱度设定值范围；ΔTFe为全铁工艺设定值与实测全铁含量之间的差值，％；ΔR为二元碱度设定值范围与实测二元碱度值之间的差值。

S9：计算机根据所接收信号，调节配料仓的阀门开度、转动圆盘的速度，以及配料皮带的速度。调节方式为：

若ΔTFe>0，则说明实际配料中的TFe小于目标值，则开启铁矿石调节仓，进行下料操作，直至TFe满足目标要求；

若ΔTFe≤0，则说明实际配料中的TFe符合生产要求，不进行调节；

若ΔR>0，则说明实际配料中的R未达标，则开启生石灰调节仓，进行下料操作，直至R满足目标要求；

若ΔR<0，则说明实际配料中的R过高，则开启铁矿石调节仓，进行下料操作，直至R满足目标要求；

若ΔR＝0，则说明实际配料中的R符合生产要求，不进行调节。

以某烧结厂的配料生产过程为例，相关数据如下所示：

名称	TFe，％	R
			目标值	≥56	1.5～2.0

工艺参数：

名称	主皮带运行速度，m/s	料仓总长，m	料仓间隔，m
				数据	1.05	4	5

配料仓成分检测相关数据：

根据成分计算模型，计算得出相关数据如下所示：

焦粉1中物料位置的同时性为：

焦粉2中物料位置的同时性为：

铁矿石3中物料位置的同时性为：

铁矿石4中物料位置的同时性为：

铁矿石5中物料位置的同时性为：

铁矿石6中物料位置的同时性为：

铁矿石7中物料位置的同时性为：

铁矿石8中物料位置的同时性为：

返矿9中物料位置的同时性为：

生石灰10中物料位置的同时性为：

石灰石11中物料位置的同时性为：

轻烧12中物料位置的同时性为：

除尘灰13中物料位置的同时性为：

白云石14中物料位置的同时性为：0s

ΔTFe＝TFe₀-TFe＝56％-56.02％＝-0.02％<0，则说明实际配料中的全铁含量符合目标值要求。此时PLC控制系统则根据信号，不对全铁含量进行调节。

ΔR＝R₀-R＝(1.5～2.0)-1.52＝-0.02<0，说明实际配料过程中的二元碱度达标。此时，PLC控制系统根据信号，不对生石灰量进行调节。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种烧结配料成分智能控制的系统，其特征在于，包括：

配料仓，用于装载烧结所需的各种物料；

转动圆盘，安装在配料仓底部，用于放出所需的各种物料；

配料皮带，设于转动圆盘的下方，用于输出从转动圆盘接收的各种物料，所述配料皮带具有电子皮带秤、配料皮带变频器，电子皮带秤用于连续称量物料的重量，配料皮带变频器用于调节配料皮带的速度；

机械手，设于配料皮带的上方，用于对通过的物料取样；

荧光元素分析仪，用于对取样的配料进行荧光分析，获得物料的成分；

在线微波测水仪，用于对物料进行水分检测；

计算机，与配料仓、转动圆盘、配料皮带变频器、荧光元素分析仪、在线微波测水仪连接，用于根据检测结果控制配料仓、配料皮带、转动圆盘。

2.一种烧结配料成分智能控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：预设配料成分比，在计算机中给定下料参数，并控制转动圆盘进行下料动作；

S2：机械手对配料皮带上的物料进行取样；

S3：荧光元素分析仪对机械手所取样进行定性及定量分析，并将检测结果发送至计算机中；

S4：荧光元素分析仪检测完成后，机械手返还所取试样，并进行下一次取样；

S5：循环步骤S2-S4；

S6：在线微波测水仪获取配料皮带上物料的含水量，并将检测结果发送至计算机中；

S7：计算机根据接收数据计算配料成分比，并将计算结果与S1中的预设值进行对比，将对比结果发送至计算机；

S8：计算机根据所接收信号，调节配料仓的阀门开度、转动圆盘的速度，以及配料皮带的速度。

3.根据权利要求2所述的一种烧结配料成分智能控制的方法，其特征在于，根据生产现场确定配料仓的排列顺序，选定配料成分比的计算模型；若返矿为最后一个配料仓，则选用a计算模型进行计算；若返矿为任意一个非最后一个的配料仓，则选用b计算模型进行计算；

所述步骤S7中，计算机计算配料成分比的计算模型为：

a计算模型：

b计算模型：

a计算模型：

b计算模型：

a计算模型：

b计算模型：

ΔTFe＝TFe₀-TFe (5)

ΔR＝R₀-R (6)

式中：ω_M表示物料中某种元素质量流量，Kg/h；m_i表示第i个配料皮带上物料的质量流量，Kg/h；ω_i表示第i个配料皮带上物料的含水量，％；

表示第i个配料皮带上物料中M元素的含量，％；t_i表示第i个配料皮带上物料位置的同时性，s；L_i表示第i个配料仓起始位置与第i+1个配料仓的距离，m；V为主皮带的运行速度，m/s；TFe为实测全铁含量，％；R为实测二元碱度值；

表示第i个配料皮带上物料中铁元素的含量，％；

表示第i个配料皮带上物料中钙元素的含量，％；

表示第i个配料皮带上物料中硅元素的含量，％；TFe₀为全铁工艺设定值，％；R₀为二元碱度设定值范围；ΔTFe为全铁工艺设定值与实测全铁含量之间的差值，％；ΔR为二元碱度设定值范围与实测二元碱度值之间的差值。

4.根据权利要求3所述的一种烧结配料成分智能控制的方法，其特征在于，所述步骤S8中，调节方式为：

若ΔTFe>0，则说明实际配料中的TFe小于目标值，则开启铁矿石调节仓，进行下料操作，直至TFe满足目标要求；

若ΔTFe≤0，则说明实际配料中的TFe符合生产要求，不进行调节；

若ΔR>0，则说明实际配料中的R未达标，则开启生石灰调节仓，进行下料操作，直至R满足目标要求；

若ΔR<0，则说明实际配料中的R过高，则开启铁矿石调节仓，进行下料操作，直至R满足目标要求；

若ΔR＝0，则说明实际配料中的R符合生产要求，不进行调节。

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