CN114563300A - 一种圆筒混合机制粒效果在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种圆筒混合机制粒效果在线检测方法。所述的方法包括下述步骤：计算烧结原料的进料速度；计算并调整圆筒混合机出料口处的可调倾角式多级筛分通道的落料面角度，采集每级筛分通道筛下物的重量数据，上传到在线检测服务器；在线检测服务器根据通道分级情况、筛孔直径、筛下物重量计算混合机制粒效果。本发明通过设置入口进料速度检测、可调倾角式多级筛分通道和针对不同级别筛下物的称重传感器，实现了对圆筒混合机出口处的物料粒度进行在线检测和分析，制定评价指标对制粒效果进行定量评价，实现对混合机制粒效果的在线检测。

Description

一种圆筒混合机制粒效果在线检测方法

技术领域：

本发明涉及一种圆筒混合机制粒效果在线检测方法检测装置和检测方法。

背景技术：

铁矿石烧结是现代钢铁冶金流程中的重要环节，其最主要生产环节是在台车式烧结机上将混合均匀的小颗粒状原料点火燃烧，使其熔合成块状烧结矿。为保证烧结矿结结块的强度和化学成分，需要原料在烧结机上得到充分燃烧。烧结生产的多种原料进入烧结机前必须为混合均匀、呈颗粒状、湿度适中的混合料。其中，混合均匀是为了保证物料化学成分的一致性；颗粒状是为了保证燃烧时具有足够的透气性，增加物料外表面，提升燃烧的一致性；湿度适中主要是为了提高混合料形成颗粒时的物理强度，提升制粒效果。

圆筒混合机就是铁矿石烧结生产流程中进行混合制粒的关键设备，被称为烧结厂四大主机之一，其主要用途是将粉矿、燃料、熔剂按一定的比例混合，形成散状的颗粒物送入烧结机进行烧结。圆筒混合机一般分为一次混合机和二次混合机。一次混合机是将物料按比例混合均匀和湿润，二次混合机是使物料形成水分均匀、透气性良好的颗粒状物体，故也被称之为制粒机。圆筒混合机通过皮带输送机将物料从进料端口送入圆筒。由于圆筒安装有一定的倾斜度并做匀速圆周运动，因此物料在筒体内呈螺旋状的滚落过程中混匀，潮湿、制粒，再由排料端口将物料送到皮带输送机。

圆筒混合机主要由筒体、传动装置、挡托轮支承装置、辅助装置和罩壳平台漏斗等部件构成。传统的混合制粒生产过程中，圆筒混合机的筒体长度固定，传动装置采用高压电机工频驱动，安装支承的倾斜角度也是固定的，所以并没有有效手段对混合制粒过程进行控制。同时，混合机的制粒效果无法通过简单的物理量进行测量和描述，导致圆筒混合机的生产只能通过人工观察进行监测，而无法自动定量在线检测。这种烧结原料混合生产过程的不可测不可控状态，使得难以实现该过程的精确过程控制，铁矿石烧结过程的混合料制备质量无法保证，会出现局部散料或大块粘连料的情况，影响了烧结后续生产过程的正常运行，从而降低烧结矿成品的质量稳定。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明目的在于提出一种圆筒混合机制粒效果在线检测方法，通过设置入口进料速度检测、可调倾角式多级筛分通道和针对不同级别筛下物的称重传感器，实现了对圆筒混合机出口处的物料粒度进行在线检测和分析，制定评价指标对制粒效果进行定量评价，实现对混合机制粒效果的在线检测。

为达到上述目的，本发明圆筒混合机制粒效果在线检测方法，包括下述步骤：

计算烧结原料的进料速度；

计算并调整圆筒混合机出料口处的可调倾角式多级筛分通道的落料面角度，

采集每级筛分通道筛下物的重量数据，上传到在线检测服务器；

在线检测服务器根据通道分级情况、筛孔直径、筛下物重量计算混合机制粒效果。

进一步的，所述的方法具体为：

第一步：计算烧结原料供料速度；设烧结原料供料速度为m₀，单位为(t/h)；称重传感器测量值为W₀，单位为(t)；测速传感器测量值为s₀，单位为(m/h)；称重传感器测量的有效长度范围为l₀，单位为(m)；则烧结原料供料速度为m₀计算公式如下：

第二步：根据合适的料层厚度目标值计算并调整可调倾角式多级筛分通道的角度；

设烧结原料供料速度为m₀，单位为(t/h)；料层厚度目标值为h₁，单位为(m)，筛分通道设定倾角为s_p，单位为(°)；筛分通道设定倾角s_p计算公式如下：

其中，τ₁为倾角调节系数，单位为(°mh/t)，可以根据现场试验结果取值；

第三步：根据烧结原料供料速度和检测采样率计算称重信号采集周期；采样周期的计算公式如下：

其中，h₂为各级通道的平均长度，单位为(m)；k为采样率，k∈(0,1]，τ₂为采样周期调节系数，单位为(st/m)，可以根据现场试验结果取值；

第四步：根据采样周期，定时采集可调倾角式多级筛分通道的筛下物称重信号，并传送到在线检测服务器；对采集到的成组的筛下物称重信号进行标记，将一次的称重信号记为W₁＝{w_1i}，，其中，w_1i为第i级筛分通道筛下物称重值，i为分级筛分通道的通道序号，i＝{1,…,n}，n为筛分通道的级数；

第五步：分别计算制粒效果判别的三个指标：颗粒物数量指标、颗粒物尺寸指标和颗粒物均匀度指标。

其中，

设γ₁为颗粒物数量指标；颗粒物数量指标γ₁计算公式如下：

其中，

为第i级筛分通道筛下物重量标准值，

为通过多级筛分通道后的筛上剩余物重量标准值；

设γ₂为颗粒物尺寸指标；颗粒物尺寸指标γ₂计算公式如下：

其中，d_i为第i级筛分通道筛孔孔径，d₀为混合料目标直径，k为大直径颗粒物校正系数，k∈[0,1]；

设γ₃为颗粒物均匀度指标；颗粒物均匀度指标γ₃计算公式如下：

其中，

为

的标准差；

为

的均值。

进一步的，还包括

第六步：计算制粒效果综合评价指标；

设制粒效果综合评价指标为γ，制粒效果综合评价指标γ计算公式如下：

其中，γ_j为上一步骤计算得到的制粒效果分项判别指标，ω_j为第j项判别指标的权重，j＝{1,2,3}。

为达到上述目的，本发明的圆筒混合机制粒效果在线检测装置，包括圆筒混合机，在圆筒混合机进料口处设置有进料皮带，在所述的进料皮带上设置称重检测传感器和皮带速度检测传感器；在圆筒混合机出料口设置一条可调倾角式多级筛分装置，所述的可调倾角式多级筛分装置中的筛孔逐级由小变大，以将混合料按照颗粒度逐级分离；

在每级筛分装置处安装称重传感器，以对不同颗粒度的筛下物分别进行称重，

还包括一在线检测控制装置；在线检测控制装置通过接收进料皮带上的称重检测传感器、皮带速度检测传感器、以及每级筛分装置安装的称重传感器所传回的数据，对圆筒混合机制粒效果进行评测。

进一步的，所述的可调倾角式多级筛分装置的控制输入端与在线检测控制装置的信号输出端连接。

本发明的优点：

1.由于传统的检测方法难以有效的在线检测混合机制粒效果，而本发明提出的基于可调倾角式多级筛分通道的圆筒混合机制粒效果在线检测方法，通过逐级分离不同颗粒度物料并称重计量的方式，实现了圆筒混合机生产过程的实时在线检测。

2.本发明提出的通过可调倾角式多级筛分通道按照可调节的速率逐级分离不同颗粒度的物料，改善了物料杂乱混合、难以在线检测的现象，实现了在线实时颗粒度检测。

3.本发明提出的制粒效果综合评价指标，对混合机生产进行了连续量化评价，使混合机生产过程有了在线反馈信号，可以通过构建反馈控制系统，实现混合机生产的工艺过程控制。

4.本发明提出的颗粒物数量指标、颗粒物尺寸指标和颗粒物均匀度指标，从数量、质量、均匀性等多方面对混合料进行综合评价，较完整的评判了混合机制粒效果。

5.本发明提出的，对分级筛下物进行分别称重和分析的方法，可以快速对物料的快速分析，算法简单可靠，不依赖价格较高的专业分析软件，对在线检测服务器硬件要求低，利于以较低成本构建混合机制粒效果在线检测系统的软硬件。

6.本发明提出的，根据混合机进料速度检测确定可调倾角式多级筛分通道倾角和采样周期的方法，将混合机检测系统的参数与烧结生产的工艺过程参数结合起来，既避免了参数设定的随意性，又可以灵活有序的调节检测率，有效的提高检测系统可靠性。

7.本发明提出的，在人工监督下通过制粒效果基准值修正和单项指标权重修正，对圆筒混合机制粒效果综合评价指标进行修正的方法，为不同烧结生产线圆筒混合机在线检测系统的快速调节和稳定运行提供了的便利，使本发明具有快速推广的能力。

附图说明：

图1本发明的检测和硬件系统示意图

图2本发明的检测系统原理图

图3本发明的制粒效果在线检测工作流程图

图4本发明的在线检测量化指标计算流程图

具体实施方式

现以国内典型的烧结生产中的二次圆筒混合生产过程为例，对本发明进行说明：

本发明提供一种圆筒混合机制粒效果在线检测方法，该方法的内容描述如下。在圆筒混合机进料口处的皮带上设置称重检测和皮带速度检测装置，用来计量混合机进料速度。在圆筒混合机出料口设置一条可调倾角式多级筛分通道，混合后物料将首先落到筛分通道的落料面上，筛分通道的筛孔逐级由小变大，可以将混合料按照颗粒度逐级分离，而筛下的散料通过筛下的通道滑落至混合料外运皮带上。通过调节该筛分通道落料面的倾角，可以控制混合料落料速度以确保筛分效果。在每级筛分通道处安装称重传感器，采用定时称重的方式，对不同颗粒度的筛下物分别进行称重，并上传至在线检测服务器。在线检测服务器对现场采集的按粒度划分的称重信号进行分析，构造混合料中的颗粒物数量指标、尺寸指标和均匀度指标这三个评价判据，再通过分项加权计算得到圆筒混合机制粒效果综合评价指标。生产初期可以人工评判分项判据和综合评价指标是否合理，并根据经验对评价指标中的参数进行修正，使在线检测结果满足当前生产线的特性和生产要求。

本发明的检测和硬件系统见图1，检测系统原理图见图2。圆筒混合生产使用的原料是经过加水和预混合后的半成型烧结原料，输出的产品的是呈颗粒状的烧结混合料。圆筒混合生产的主体设备是圆筒混合机、进出料皮带和附属检测装置。原料经过进料皮带送到圆筒混合机筒体内，圆筒混合机筒体会转动，原料经过加水搅拌后，从卸料口的料斗排出筒体，经过检测后由混合料外运皮带送到烧结机处。本发明设计的圆筒混合机在线检测方法，在圆筒混合机入口的进料皮带上安装称重和皮带速度检测装置，该装置对混合机进料速度进行计量。在圆筒混合机卸料口下方增设一条可调倾角式多级筛分通道，该筛分通道会由在线检测服务器根据烧结供料速度计算倾角设定值，从而调节物料运输速度，使混合料出料和进料进度保持一致，以确保筛分的效果。多级筛分通道落料板上的筛孔逐级增加，使较大的颗粒保留在落料板上，而较小的颗粒落到筛下通道中。每一级筛分通道分别设置称重传感器，对该级的筛下物进行重量测量并送到在线检测服务器，进行分析处理。在线检测服务器会根据定时采集的不同颗粒度物料的重量、筛孔直径、分层状态等数据计算制粒效果的各评价指标。对于在线检测量化指标的计算结果，设置了人工指导系统对计算结果进行评价和参数修正，保证调试过程和物料品种切换过程中，检测结果的有效性。在该系统首次上线运行初期，可以定期人工抽检，判断在线检测结果与人工抽检结果是否有偏差，如果有偏差的话，就可以通过人工指导系统进行修正，经过一段时间的参数优化期，系统即可视为稳定运行，制粒效果评价指标就可以作为可信检测结果用于圆筒混合机的在线生产检测。

传统的生产过程中，圆筒混合机进行加水、搅拌和制粒，得到的颗粒状烧结混合料只能测定其含水率，而至关重要的形状、粒度大小、散料比例等指标却无法在线检测和定量评价。传统的人工检验，主要是通过肉眼观察颗粒大小和分布的方式对混合料是否合格进行评判，缺乏快速有效的在线检测和自动分析方法对混合制粒效果进行定量评价。所以本发明通过在物料转运过程中进行分级筛分和称重的方法，构造了对烧结混合料制粒效果的定量评价指标，使烧结过程的圆筒混合机生产实现在线检测和定量评估。

在现有的圆筒混合机及辅助机构中，物料以堆叠状态进行生产和运输，颗粒状物料和粉状物料混杂在一起，所以需要对不同颗粒度的物料进行分离后再进行检测。所以本发明提出了一种基于分级筛分去除干扰的辅助检测机构，提高了检测精度，增强了定量评价标准的可靠性。

为了实现在线式检测，多级筛分通道通过效率必须和进料速度相匹配。为了解决这一问题，本发明提出筛分通道的倾角和和入口物料检测相关联的计算方法，实现了产能匹配的前提下的粒度分离在线检测。

传统检测过程中，圆筒混合机制粒效果通常采用自然语言描述的方式记录，或者采用合格和不合格两种标签进行标记，这样的检测判别方式缺少连续量化指标对其进行记录。因此，本发明提出一种以颗粒物数量指标、颗粒物尺寸指标和颗粒物均匀度指标三者复合而成制粒效果综合评价指标，实现了圆筒混合机制粒效果的数值化评价。

本发明的在线检测工作流程见图3。

第一步：烧结原料通过进料皮带运送到混合机入口，在进料皮带处设置称重检测装置和速度检测装置，通过称重和皮带测速，得到烧结原料的进料速度。烧结原料在圆筒混合机中进行搅拌混合，形成颗粒状混合料。

第二步：圆筒混合机出料口的混合料落到可调倾角式多级筛分通道上，可调倾角式多级筛分通道通过通道角度调节装置改变落料面角度，进而改变混合料滑行速度，达到调节料流平衡、提升筛分效果的目的。同时，物料通过筛分通道落料板上的筛孔，会筛除其中的过小颗粒，为图像检测创造条件。

第三步：称重传感器根据采集周期，定时采集每级筛分通道筛下物的重量数据，上传到在线检测服务器。

第四步：在线检测服务器根据通道分级情况、筛孔直径、筛下物重量等数据，计算混合机制粒效果的分项评价指标和综合评价指标。

第五步：判断评价指标是否需要人工修正，如果需要人工修正的话，则对制粒效果的分项评价指标和综合评价指标计算参数进行优化。

第六步：评价计算模型已经完成参数优化，不需要人工修正的话，该综合评价指标就可以作为混合机制粒效果在线检测结果供用户使用。

本发明的在线检测计算流程见图4。

第一步：计算烧结原料供料速度。设烧结原料供料速度为m₀，单位为(t/h)；称重传感器测量值为W₀，单位为(t)；测速传感器测量值为s₀，单位为(m/h)；称重传感器测量的有效长度范围为l₀，单位为(m)；则为一种典型的烧结原料供料速度为m₀计算公式如下：

第二步：计算可调倾角式多级筛分通道的角度设定值。由于重力关系，筛分通道的落料面倾角越大，混合料滑落的越快，料层会越薄。较薄的料层有利于筛分效果的提升，但是过快的速度也会造成小颗粒物料迅速通过难以筛除。为了解决这一矛盾，所以需要根据合适的料层厚度目标值计算筛分通道的倾角设定值。

设烧结原料供料速度为m₀，单位为(t/h)；料层厚度目标值为h₁，单位为(m)，筛分通道设定倾角为s_p，单位为(°)。一种典型的筛分通道设定倾角s_p计算公式如下：

其中，τ₁为倾角调节系数，单位为(°mh/t)，可以根据现场试验结果取值。

第三步：根据烧结原料供料速度和检测采样率可以计算出称重信号采集周期，采样率越高，采样周期越短，但是过高的采样周期会带来数据冗余，造成计算资源的能力。设采样周期为T，单位为(s)，本发明设计采样周期的计算公式如下：

其中，h₂为各级通道的平均长度，单位为(m)；k为采样率，k∈(0,1]，τ₂为采样周期调节系数，单位为(st/m)，可以根据现场试验结果取值。

第四步：根据采样周期，定时采集可调倾角式多级筛分通道的筛下物称重信号，并传送到在线检测服务器，由服务器对称重信号进行分析。对采集到的成组的筛下物称重信号进行标记，将一次的称重信号记为W₁＝{w_1i}，，其中，w_1i为第i级筛分通道筛下物称重值，i为分级筛分通道的通道序号，i＝{1,…,n}，n为筛分通道的级数。

第五步：分别计算制粒效果判别的三个指标：颗粒物数量指标、颗粒物尺寸指标和颗粒物均匀度指标。

颗粒物数量指标定义为该混合料段中的颗粒物数量与目标数量的契合度。设γ₁为颗粒物数量指标。一种典型的颗粒物数量指标γ₁计算公式如下：

其中，

为第i级筛分通道筛下物重量标准值，

为通过多级筛分通道后的筛上剩余物重量标准值。

颗粒物尺寸指标定义为该混合料段中的颗粒物尺寸与目标尺寸的契合度。设γ₂为颗粒物尺寸指标。一种典型的颗粒物尺寸指标γ₂计算公式如下：

其中，d_i为第i级筛分通道筛孔孔径，d₀为混合料目标直径，k为大直径颗粒物校正系数，k∈[0,1]。

颗粒物均匀度指标定义为该混合料段中的颗粒物尺寸大小的均匀度。设γ₃为颗粒物均匀度指标。一种典型的颗粒物均匀度指标γ₃计算公式如下：

其中，

为

的标准差；

为

的均值。

第六步：计算制粒效果综合评价指标。

设制粒效果综合评价指标为γ，一种典型的制粒效果综合评价指标γ计算公式如下：

其中，γ_j为上一步骤计算得到的制粒效果分项判别指标，ω_j为第j项判别指标的权重，j＝{1,2,3}。

第七步：制粒效果综合评价指标的人工修正环节。本步骤为抽检步骤，正常生产时不需要执行此步骤。

设ξ为设定的制粒效果综合评价指标γ的阈值。γ≤ξ时服务器程序判别混合矿制粒效果合格；γ>ξ时服务器程序判别混合矿制粒效果不合格。再计算机判别后，在经过人工检查对判别结论进行复核，如果二者结论一致，则认为制粒效果综合评价指标合理。如果结论不一致，则认为制粒效果综合评价指标不合理。在制粒效果综合评价指标不合理的情况下，根据偏差情况，对第五步、第六步计算参数进行修正。

其中，对第五步计算过程，进行制粒效果基准值修正，调整计算步骤中的目标数量n₀、目标最大内径d₀，使颗粒数数量指标和颗粒物尺寸指标在正常状态下的数量级趋于一致。

其中，对第六步计算过程，进行单项指标权重修正，调整各项指标的权重{ω₁,ω₂,ω₃}，使综合评价指标在正常状态下的数值趋于正态分布。

通过以上七个步骤，就可以在线获取合理的制粒效果综合评价指标γ作为混合机生产的在线检测量化指标。

本发明的特点如下：

1.通过使用特定频率采集不同尺寸混合料的分级称重信息进行烧结生产圆筒混合机制粒效果在线分析的方法；

2.通过圆筒混合机本体与可调倾角式多级筛分通道配合获取连续分布的分级称重数据的方法，该方法为混合料颗粒度的可靠分析提供了必要条件；

3.根据混合机进料速度检测，对圆筒混合机系统中多级筛分通道的倾角和称重数据采集频率进行调节的方法，该方法为检测过程提供了具有可解释性的检测率调节手段；

4.通过计算颗粒物数量指标、颗粒物尺寸指标和颗粒物均匀度指标，构造了一种数值化的制粒效果综合评价指标，该指标为烧结圆筒混合机生产在线质量诊断的基础。

5.在人工监督下，通过制粒效果基准值修正和单项指标权重修正，对圆筒混合机制粒效果综合评价指标进行修正的方法，该方法为不同烧结生产线圆筒混合机在线检测系统的快速调节和稳定运行提供了的便利。

Claims (4)

1.一种圆筒混合机制粒效果在线检测方法，其特征在于，所述的方法包括下述步骤：

计算烧结原料的进料速度；

计算并调整圆筒混合机出料口处的可调倾角式多级筛分通道的落料面角度，

采集每级筛分通道筛下物的重量数据，上传到在线检测服务器；

在线检测服务器根据通道分级情况、筛孔直径、筛下物重量计算混合机制粒效果。

2.如权利要求1所述的圆筒混合机制粒效果在线检测方法，其特征在于，所述的方法具体为：

第一步：计算烧结原料供料速度；设烧结原料供料速度为m₀，单位为(t/h)；称重传感器测量值为W₀，单位为(t)；测速传感器测量值为s₀，单位为(m/h)；称重传感器测量的有效长度范围为l₀，单位为(m)；则烧结原料供料速度为m₀计算公式如下：

第二步：根据合适的料层厚度目标值计算并调整可调倾角式多级筛分通道的角度；

设烧结原料供料速度为m₀，单位为(t/h)；料层厚度目标值为h₁，单位为(m)，筛分通道设定倾角为s_p，单位为(°)；筛分通道设定倾角s_p计算公式如下：

其中，τ₁为倾角调节系数，单位为(°mh/t)，可以根据现场试验结果取值；

第三步：根据烧结原料供料速度和检测采样率计算称重信号采集周期；采样周期的计算公式如下：

其中，h₂为各级通道的平均长度，单位为(m)；k为采样率，k∈(0，1]，τ₂为采样周期调节系数，单位为(st/m)，可以根据现场试验结果取值；

第四步：根据采样周期，定时采集可调倾角式多级筛分通道的筛下物称重信号，并传送到在线检测服务器；对采集到的成组的筛下物称重信号进行标记，将一次的称重信号记为W₁＝{w_1i}，，其中，w_1i为第i级筛分通道筛下物称重值，i为分级筛分通道的通道序号，i＝{1，…，n}，n为筛分通道的级数；

第五步：分别计算制粒效果判别的三个指标：颗粒物数量指标、颗粒物尺寸指标和颗粒物均匀度指标。

3.如权利要求2所述的圆筒混合机制粒效果在线检测方法，其特征在于，

设γ₁为颗粒物数量指标；颗粒物数量指标γ₁计算公式如下：

其中，

为第i级筛分通道筛下物重量标准值，

为通过多级筛分通道后的筛上剩余物重量标准值；

设γ₂为颗粒物尺寸指标；颗粒物尺寸指标γ₂计算公式如下：

其中，d_i为第i级筛分通道筛孔孔径，d₀为混合料目标直径，k为大直径颗粒物校正系数，k∈[0，1]；

设γ₃为颗粒物均匀度指标；颗粒物均匀度指标γ₃计算公式如下：

其中，

为

的标准差；

为

的均值。

4.如权利要求3所述的圆筒混合机制粒效果在线检测方法，其特征在于，还包括

第六步：计算制粒效果综合评价指标；

设制粒效果综合评价指标为γ，制粒效果综合评价指标γ计算公式如下：

其中，γ_j为上一步骤计算得到的制粒效果分项判别指标，ω_j为第j项判别指标的权重，j＝{1，2，3}。

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