CN114959149A - 一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法。本发明属于尘泥固废治理和自动控制给料领域。其特征在于本发明在高炉主沟加入含碳铁锌尘泥团块和废钢渣钢等团块物料时，通过分析影响团块物料加入量变化因素建立操作模型，可编程控制器按操作模型设定要求自动控制电气控制器，自动控制给料机加入量，将加料料仓中的团块物料稳定加入到主沟中处理。本发明优点是通过建立操作模型，实现了按操作模型自动控制操作，方便操作人员根据不同影响因素变化以及出铁过程能够不断增加团块物料加入量的规律，更好地匹配团块物料与主沟处理实际需要，减少了操作保守和随意，因而可以显著提高加入主沟团块物料处理量，增加经济效益和环保效益。

Description

一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法
技术领域
本发明涉及一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法，特别是涉及一种在高炉主沟处理含碳铁锌尘泥团块和或废钢渣钢等团块物料，获得铁水和挥发脱锌回收锌时，通过总结分析高炉出铁量流速大小和出铁过程中出铁量流速的变化、主沟渣铁温度的变化、团块物料碳氧比的变化、主沟内团块物料反应速度变化和渣铁温度的变化、以及其它影响团块物料加入量变化的因素，建立操作模型，得到一条供操作控制使用的数学模型曲线，操作人员可以根据操作模型，在可编程控制器操作界面上电气控制器控制参数操作输入框输入相对应的控制参数数值，或在可编程控制器操作界面上影响因素参数操作输入框输入相对应的影响因素参数数值，自动控制给料机团块物料加入量，最终实现按操作模型自动控制操作，方便操作人员按要求自动稳定准确地控制高炉主沟处理团块物料加入量，因而可以显著提高加入主沟团块物料处理量，增加经济和环保效益。本发明属于尘泥固废治理和自动控制给料领域。
背景技术
钢铁工业在生产时会产生大量的含铁含锌等有害元素粉尘、污泥。如直接配入烧结重复利用将使锌、铅等有害元素不断循环富集，严重影响高炉正常生产。为此，中国发明专利ZL201410326386.5《一种含碳铁锌等团块用于高炉贮铁式主沟还原成铁水、锌等工艺方法》，公开了一种利用高炉贮铁式主沟进行含碳铁锌尘泥团块处理，获得铁水、挥发脱锌收集回收和分离去除熔渣并回收的生产工艺方法，在主沟处理含碳铁锌尘泥团块，采用加料设备往主沟加入团块时，影响团块加入量大小和影响出铁过程中团块加入量变化，其因素比较多，同时，团块加入控制不准，加入量过多或不稳定，会直接导致主沟内渣铁温度下降过多，甚至影响出铁生产操作。因而合理地确定合适的加入量，稳定准确地控制团块加入量，对于提高加入量，就显得非常重要，同时，高炉出铁过程中有出铁量流速不断增大、主沟内渣铁温度不断升高的变化规律，相对应地，也可以随着出铁的进程不断地适时增加团块加入量。基于此，建立一个操作模型，按照最优要求自动控制团块稳定加入高炉主沟处理，对于减少团块加入对主沟渣铁温度波动和出铁生产影响，满足高炉主沟处理团块工艺要求，提高主沟团块处理量，都显得十分必要。中国发明专利201910931080.5《一种高炉主沟热烟气预热团块物料节能增产的方法》，公开了一种利用高炉炉前主沟热烟气预热含碳铁锌尘泥团块和或废钢渣钢等团块物料增加铁水产量和分离回收锌粉节能增产的方法，发明专利公开了加入主沟处理的不仅有含碳铁锌尘泥团块，还有废钢渣钢等团块物料，采用烟气加热预热装置，利用主沟热烟气对各种团块物料进行加热预热，目的也是为了减少团块物料加入对高炉主沟渣铁温度波动和出铁生产影响，以进一步地增大团块物料处理量，提高铁水产量和水渣产量，提高锌的回收量，最大限度地增加经济效益和环保效益。
发明内容
本发明的目的：为解决以上缺陷，便于确定合适的团块物料加入量，避免操作工人被动操作，不调整或随意调整，主沟团块物料加入控制不准，加入量过多或不稳定，影响主沟内渣铁温度波动和出铁生产，同时，也为了更好地利用和适应高炉出铁过程中出铁量流速不断增大、主沟渣铁温度不断升高的变化规律，相对应地，在出铁的整个进程中，与之相匹配，不断增加团块物料加入量，达到提高加入主沟团块物料处理量的目的，本发明提供一种在高炉主沟处理含碳铁锌尘泥团块和或废钢渣钢等团块物料，获得铁水和挥发脱锌回收锌时，采用一种自动控制主沟团块物料加入量的方法，在团块物料加料系统硬件上，增设一个可编程控制器，在可编程控制器内部系统软件上，通过总结分析高炉出铁量流速大小和出铁过程中出铁量流速的变化、主沟渣铁温度的变化、团块物料碳氧比的变化、主沟内团块物料反应速度变化和渣铁温度的变化、以及其它影响团块物料加入量变化的因素，建立操作模型，得到一条供操作控制使用的数学模型曲线，操作人员可以根据操作模型，确定并不断调整团块物料的合适加入量，分时间段逐步增加团块物料加入量，在可编程控制器操作界面上电气控制器控制参数操作输入框输入相对应的控制参数数值，适时调整、自动控制电气控制器，自动控制给料机加入量，或在可编程控制器操作界面上影响因素参数操作输入框输入相对应的影响因素参数数值，进而改变电气控制器控制参数，自动控制给料机加入量，或在可编程控制器操作界面上影响因素参数操作输入框输入相对应的影响因素参数数值，可编程控制器在计量秤实际加入量计量信号反馈进行动态补偿控制下，自动根据操作模型的数学模型曲线自动调整、校正、改变电气控制器控制参数，自动控制给料机团块物料加入量，最终实现按操作模型自动控制操作，方便操作人员根据各种不同的影响因素变化以及出铁过程能够不断增加团块物料加入量的规律和特点，更好地控制加料料仓中的团块和废钢渣钢等团块物料自动稳定加入到主沟处理，因而可以显著提高加入主沟团块物料处理量，使高炉主沟处理团块物料取到更大的经济效益和环保效益。
本发明的技术方案：一种高炉主沟处理团块物料，获得铁水和挥发脱锌回收锌时，高炉出铁，主沟灼热的高温铁水和熔渣温度高达1400～1600℃，主沟1上或主沟1上面的烟罩2上安装处理团块物料3的料仓4和给料机5，操作人员启动电气控制器7和给料机5，将料仓4中的团块物料3加入到主沟1处理。通常，操作人员根据该炉次出铁量流速、主沟内渣铁温度、团块物料碳氧比确定一个基本的加入量，预先设定好与团块物料3加入量速度相对应的电气控制器7控制参数，通过电气控制器7控制给料机5，将料仓4中的团块物料3加入到主沟1中。通常情况下，在处理过程中，操作人员还会根据出铁量流速不断增大、主沟内渣铁温度不断升高的变化情况，适时地适当调大电气控制器7控制参数，提高给料机5给料量，增加团块物料加入量。例如，对于使用变频调速电机皮带机给料机，增大变频器频率参数，以提高变频调速电机皮带机给料量，尽可能做到既能增加团块物料的加入量，又不影响主沟渣铁温度波动和出铁生产操作。但是，现场操作人员的这种自主操作方式较为被动，既不方便，控制也不准确，操作工人容易简单操作或随意操作，造成团块物料加入量过多或过少、加入量不稳定，与主沟内处理团块物料实际需要不匹配，现场操作工人担心加入过多出问题，往往给定一个加入量后，就很少再调节，造成操作保守，更容易影响团块物料加入量。因此，建立一个操作模型，使得加料系统按操作模型的数学模型曲线自动控制团块物料加入，就显得很有必要。为此，在系统硬件上，设置一个可编程控制器6（即PLC工业控制机)，或接入高炉已有的可编程控制器整体系统中，由可编程控制器6控制电气控制器7，进而自动控制给料机5给料。系统增设计量秤11，计量秤11与可编程控制器6相连，在可编程控制器6上计量数值显示窗口12实时显示团块物料3加入量计量数值，和或团块物料3计量数值信号反馈至可编程控制器6进行动态补偿控制，可编程控制器6按照设定的控制要求控制电气控制器7自动控制给料机5加入量，将团块物料3加入到主沟1处理。在可编程控制器6内部系统软件控制上，通过总结分析影响团块物料加入量变化因素，建立团块物料加入操作模型，在可编程控制器6操作界面上设有电气控制器7控制参数操作输入框8（包括屏幕加减调节操作键）和影响因素参数操作输入框9（包括屏幕加减调节操作键），设有电气控制器7控制参数显示窗口10实时显示和计量秤11计量数值显示窗口12实时显示，操作人员操作时，在可编程控制器6操作界面上电气控制器7控制参数操作输入框8输入相对应的控制参数数值，或在可编程控制器6操作界面上影响因素参数操作输入框9输入相对应的影响因素参数数值，进而改变电气控制器7控制参数，或在可编程控制器6操作界面上影响因素参数操作输入框9输入相对应的影响因素参数数值，可编程控制器6在计量秤11实际加入量计量信号反馈动态补偿控制下，自动根据操作模型的数学模型曲线自动调整、校正、改变电气控制器7控制参数，自动控制给料机5团块物料3加入量，将料仓4中的团块物料3加入到主沟1处理。
料仓4中的团块物料3，通过给料机5加入到主沟1处理，或通过给料机5给入主沟1上烟气加热预热装置13，加入主沟1处理，或通过给料机5给入大倾角斗式皮带机14转运至主沟1上，或转运至主沟1上面的烟罩2上，加入主沟1处理。
团块物料3给料系统设有计量秤11，计量秤11与可编程控制器6相连，团块物料3计量数值在可编程控制器6上计量数值显示窗口12实时显示，计量秤11包括：①电子皮带计量秤②料仓电子计量秤③螺旋式电子计量秤④其它形式的团块物料计量秤。
给料机5包括：①变频调速电机皮带机给料机②电磁振动式给料机③变频振动电机式给料机④变频电机偏心块共振式给料机⑤其它类型的可调流量给料机；电气控制器7包括：①变频器式控制器②可控硅半波整流调节可控硅开放角式控制器③其它形式的控制给料机给料量的控制器。
在高炉主沟附近炉前工人现场操作台旁，设置电气控制器7启动、停止和或暂停操作按钮，供现场操作控制电气控制器7和给料机5给料。设置电气控制器7控制参数显示屏和计量秤11计量数值显示屏，供炉前工人现场监视，并向可编程控制器6操作人员随时反馈主沟团块物料加入量实际变化情况、主沟内团块物料反应速度和渣铁温度的实际变化情况，主沟处理团块物料是否匹配和正常。现场设置电气控制器7控制参数现场操作器，炉前操作工人根据现场发生的有关情况，适时在电气控制器7控制参数现场操作器上调整改变控制参数，或暂停或停止电气控制器7和给料机5运行，并告知可编程控制器6操作人员。
在可编程控制器6操作界面上设有电气控制器7控制参数操作输入框8和出铁量流速、主沟渣铁温度、团块物料碳氧比等影响因素的影响因素参数操作输入框9，或和电气控制器7控制参数显示窗口10和计量秤11计量数值显示窗口12，至少有以下三种操作控制方式：一是操作人员根据各种影响团块物料加入量变化因素，建立操作模型，确定并不断调整团块物料3的合适加入量，和或分段逐步增加团块物料3加入量，在可编程控制器6操作界面上电气控制器7控制参数操作输入框8输入相对应的控制参数数值，同时观察可编程控制器6上电气控制器7控制参数显示窗口10控制参数实时显示数值和计量秤11相对应的团块物料3计量数值显示窗口12实时显示加入量数量，在整个过程中，根据主沟内团块物料实际处理变化情况适时作出适当的调整控制。二是操作人员根据各种影响团块物料加入量变化因素，建立操作模型，在可编程控制器6操作界面上影响因素参数操作输入框9输入相对应的影响因素参数数值，以改变电气控制器7控制参数，同时观察可编程控制器6上电气控制器7控制参数显示窗口10实时显示数值和计量秤11相对应的团块物料3计量数值显示窗口12实时显示加入量数量，在整个过程中，根据主沟内团块物料实际处理变化情况适时作出适当的调整控制。三是操作人员根据各种影响团块物料加入量变化因素，建立操作模型，在可编程控制器6操作界面上影响因素参数操作输入框9输入相对应的影响因素参数数值，建立操作模型数学模型曲线，可编程控制器6在计量秤11实际加入量计量信号反馈进行动态补偿控制下，自动根据操作模型的数学模型曲线自动调整、校正、改变电气控制器7控制参数，自动控制给料机5团块物料3加入量，操作人员同时观察可编程控制器6上电气控制器7控制参数显示窗口10控制参数实时显示数值和计量秤11相对应的团块物料3计量数值显示窗口12实时显示加入量数量，在整个过程中，根据主沟内团块物料实际处理变化情况，作出适当的调整。
主沟1加入团块物料3可编程控制器6操作模型由以下影响团块物料加入量变化因素建立：高炉出铁量流速大小，高炉出铁过程中出铁量流速变化、主沟渣铁温度变化、团块物料碳氧比变化、主沟内处理团块物料反应速度变化和渣铁温度变化、以及其它影响团块物料加入量变化；主沟1加入团块物料3可编程控制器6操作模型的数学模型曲线为一条随着出铁时间增加的团块物料3加入量不断增加，然后趋于稳定的近似向上的抛物线形状的控制曲线，也就是其对应的可编程控制器6上电气控制器7控制参数的操作模型的数学模型曲线是一条随出铁时间增加控制参数数值不断增大，然后数值趋于稳定的近似向上的抛物线，或由多个点分多段控制参数构成的数学模型曲线，因而相对应的受电气控制器7控制参数控制的给料机5的团块物料3加入量数学模型曲线也是一条随出铁时间增加团块物料3加入量数值不断增大，然后加入量数值趋于稳定的近似向上的抛物线，团块物料3加入量Y与出铁时间X的数学方程式为：Y=(a0+b0+c0+d0+e0+····)+∑(ai+bi+ci+di+ei+····)n√X，方程式中a、b、c、d、e····为高炉出铁量流速大小、高炉出铁过程中出铁量流速变化、高炉渣铁温度变化、团块物料碳氧比变化、主沟内处理团块物料反应速度变化和渣铁温度变化、以及其它影响团块物料加入量变化，（ai+bi+ci+di+ei+····）为时间X开n次方的函数的系数，（ai、bi、ci、di、ei····）中的i为1、2、3、4、5····，n√X的n为1、2、3、4、5····。各个高炉并根据出铁过程中团块物料加入流速与主沟处理实际需要量匹配情况, 不断优化完善适应本高炉大小和实际处理需要的操作模型。
电气控制器7控制参数操作模型的数学模型曲线分三种形式控制实现：分时间段进行多段控制、模拟量或通讯控制连续变化控制、分时间段进行多段控制和模拟量或通讯控制连续变化控制相结合控制。
团块物料3包括：含碳含铁或和含锌尘泥团块、废钢、废铁、渣钢、渣铁、磁选渣粒铁、小块铁、磁选铁压块、直接还原铁，含铁尘泥、污泥、除尘灰、赤泥、焚烧飞灰以及其它各种冶金渣固废团块物料，即各种球团状颗粒状块状含碳和或不含碳团块物料。
本发明的有益效果：本发明在团块物料加料系统硬件上，增设一个可编程控制器，在可编程控制器系统软件上，通过总结分析影响团块物料加入量变化因素，建立了操作模型，得到一条供操作控制使用的数学模型曲线，操作人员可以根据操作模型，确定并不断调整团块物料的合适加入量，分时间段逐步增加团块物料加入量，在可编程控制器操作界面上电气控制器控制参数操作输入框输入相对应的控制参数数值，适时调整、自动控制电气控制器，自动控制给料机加入量，或在可编程控制器操作界面上影响因素参数操作输入框输入相对应的影响因素参数数值，进而改变电气控制器控制参数，自动控制给料机加入量，或在可编程控制器操作界面上影响因素参数操作输入框输入相对应的影响因素参数数值，可编程控制器在计量秤实际加入量计量信号反馈进行动态补偿控制下，自动根据操作模型的数学模型曲线自动调整、校正、改变电气控制器控制参数，自动控制给料机团块物料加入量，最终实现了按操作人员意图和操作模型自动控制操作，方便了操作人员根据各种不同的影响因素变化以及出铁过程能够不断增加团块物料加入量的规律和特点，更好地控制加料料仓中的团块和废钢渣钢等团块物料自动控制加入到主沟处理，因而可以显著提高加入主沟团块物料处理量，使高炉主沟处理含碳铁锌尘泥团块和废钢渣钢等团块物料取到更大的经济效益和环保效益。
附图说明
附图1 变频调速电机皮带机给料机自动控制团块物料加入量系统示意图
附图2 电磁振动式给料机自动控制团块物料加入量系统示意图
以上附图中，1－主沟，2－烟罩，3－团块物料，4－料仓，5－给料机，6－可编程控制器，7－电气控制器，8－控制参数操作输入框，9－影响因素参数操作输入框，10－控制参数显示窗口，11－计量秤，12－计量数值显示窗口，13－烟气加热预热装置，14－大倾角斗式皮带机。
具体实施方式
实施例一：在一座1780M3高炉二号出铁场主沟中处理含碳的高炉布袋瓦斯灰与炼钢转炉除尘灰压球机制成的含碳铁锌团块和磁选渣粒铁混合的团块物料，块度约40mm，高炉日产生铁5300吨左右，见图1，在主沟1上面的烟罩2之上安装一个处理团块物料3的料仓4和变频调速电机皮带机给料机5，由变频器式电气控制器7（即变频器）控制变频调速电机皮带机给料机5。在系统硬件上，由可编程控制器6控制电气控制器7，进而控制给料机5给料，系统设置电子皮带计量秤11，计量秤11与可编程控制器6相连。在系统软件控制上，通过总结分析影响团块物料加入量变化因素建立团块物料加入操作模型，可编程控制器6按操作模型软件控制要求程序，自动控制电气控制器7，自动控制给料机5加入量，将料仓4中的团块物料3稳定给入烟气加热预热装置13，然后加入到主沟1处理。
采用变频器式电气控制器7控制变频调速电机皮带机给料机5，采用电子皮带计量秤11进行计量，通过分析高炉出铁量流速大小、主沟渣铁温度变化、团块物料碳氧比变化三个变化因素，得到团块物料加入量操作模型数学方程式:Y=(a0+b0+c0)+(a1+b1+c1)√X，其中√X为X的开二次方，a为高炉出铁量流速变化，b为主沟渣铁温度变化，c为团块物料碳氧比变化，(a0+b0+c0)=4为中值的一定范围调整的三因素调整参数值，(a1+b1+c1)=0.16为中值的一定范围的三因素调整参数值，具体操作模型数学方程式为加入量（吨／小时）Y=4+0.16√X（分钟）。
在控制加入量上，对变频器式电气控制器7的频率分时间段进行多段速控制。出铁前，由操作人员启动变频器式电气控制器7和变频调速电机皮带机给料机5，将料仓4中的团块物料3给入烟气加热预热装置13，然后提前加入到主沟1中铺开预热，数量500公斤。当打开铁口出铁，约5分钟后，主沟内渣铁温度回升，出铁渣铁流趋于稳定，开始往主沟1加入团块物料，初始加入量4吨／小时，前一个小时，每20分钟改变一次变频器式电气控制器7频率参数，即对应改变给料机5每小时团块物料加入量流速，一小时后，每30分钟改变一次变频器式电气控制器7频率参数，即对应改变给料机5每小时团块物料加入量流速，出铁二小时后，加入量保持稳定不变至停止加球，其中20至90分钟之间变频器式电气控制器7频率参数在三个时间段里结合电压模拟量信号控制进行连续变化控制，匀速连续增加频率，从而匀速连续增加加入量流速。
在对变频器式电气控制器7的频率分时间段进行多段速控制电路控制方法上，通过变频器三个端子M1、M2、M3，组合成七个不同的排列组合，001、010、100、011、101、110、111，输出七种不同的变频器频率，同时，对七种变频器频率对应的给料机5加入量分别进行标定，从而，通过控制各时间段变频器频率来控制各时间段给料机5团块物料小时加入量流速达到以下要求（本实施例使用其中的六个时间段变频器频率对应控制给料机5六个时间段团块物料小时加入量流速）：
0～20分钟，4吨／小时；
20～40分钟，20分钟内从5.72吨／小时匀速增至5.01吨／小时；
40～60分钟，20分钟内从5.01吨／小时匀速增至5.24吨／小时；
60～90分钟，30分钟内从5.24吨／小时匀速增至5.53吨／小时；
90～120分钟，5.53吨／小时；
120～ 分钟，5.75吨／小时。
由此可见，将以上6个时间段点连接起来，就是一条以时间变量X为横坐标，以小时加入量Y为纵坐标的以Y=4为起点的向上不断增大的近似抛物线曲线。
该炉铁出铁530吨铁水，处理过程中没有发生暂停中断操作，按以上小时加入量流速加入，出铁时间132分钟，出铁平均流速4.02吨／分钟，有效加入时间为127分钟，整个处理团块物料加入量为出铁前加入0.5吨和出铁过程中加入10.8吨，合计加入量11.3吨，吨铁处理团块物料量为21.32Kg/t。
在实际操作中，高炉炉况向热，出铁渣铁温度比通常设定控制温度1490～1500℃范围要高，达到1520℃，渣铁热量充沛，操作人员根据操作模型数学方程式，将方程式常数b0酌情调高，和或将方程式时间X开平方的函数的系数b1酌情调高，得到新的操作模型方程式，并在可编程控制器6操作界面上影响因素参数操作输入框9输入相对应的常数b0和函数√X的系数b1二个参数数值，根据调整后的操作模型方程式，得到不同时间段对应的团块物料每小时加入量流速，很显然，经过调整后，小时处理团块物料量流速将增大。反之，当发现高炉出铁渣铁温度发生变化，渣铁温度比设定控制温度范围要低时，酌情下调常数b0和函数√X的系数b1二个参数数值，得到新的操作模型数学方程式，经过调整后，小时处理团块物料量流速将减少，以维持主沟渣铁温度的合理。
同时，观察可编程控制器6上变频器控制参数显示窗口10频率实时显示数值和计量秤11相对应的团块物料3计量数值显示窗口12实时显示加入量数量，与操作模型所要求的各时间段对应每小时加入量流速是否相符，并在整个过程中，根据主沟内团块物料实际处理变化情况适时作出适当的调整控制。
在高炉主沟附近炉前操作工人，一方面现场监视变频器控制参数显示屏频率和计量秤11计量数值显示屏所显示的小时加入量数值，并向可编程控制器6操作人员随时反馈团块物料加入量实际变化情况、主沟内团块物料反应速度和渣铁温度的实际变化情况，主沟处理团块物料是否匹配和正常，另一方面，根据现场发生的有关情况，适时在变频器控制参数现场触屏式操作器上调整改变频率参数，或暂停或停止变频器和变频调速皮带机运行，并告知可编程控制器6操作人员。
实施例二：在一座1280M3高炉一号出铁场主沟中处理含锌电炉除尘灰与焦化除尘灰压球机制成的含碳铁锌团块，团块块度约40mm，高炉日产生铁4200吨左右，见图2，在高炉出铁场平台上安装一个处理团块物料3的料仓4和电磁振动式给料机5，通过料仓4下面的大倾角斗式皮带机14，将团块物料3转运至主沟1上面的烟罩2之上的受料斗，然后加入到主沟1处理，由可控硅半波整流调节可控硅开放角式电气控制器7控制电磁振动式给料机5。在系统硬件上，由可编程控制器6控制电气控制器7，进而控制给料机5给料，系统设置料仓电子计量秤11，计量秤11与可编程控制器6相连。在系统软件控制上，通过总结分析影响团块物料加入量变化因素建立团块物料加入操作模型，可编程控制器6按操作模型软件控制要求自动控制电气控制器7，控制给料机5加入量，将料仓4中的团块物料3稳定给入大倾角斗式皮带机14转运至主沟1上面的烟罩2之上，然后加入到主沟1处理。
采用可控硅半波整流调节可控硅开放角式电气控制器7控制电磁振动式给料机5电磁激振器振幅大小，从而控制团块物料加入量，采用料仓电子计量秤11进行计量，建立团块物料加入量操作模型数学方程式：Y=(a0+b0+c0)+(a1+b1+c1)√X，其中√X为X的开二次方，具体操作模型数学方程式为加入量（吨／小时）Y=3.7+0.13√X（分钟）。
在控制加入量上，对电气控制器7可控硅开放角参数同样采取分时间段进行控制。出铁前，由操作人员启动电气控制器7和电磁振动式给料机5以及大倾角斗式皮带机14，将料仓4中的团块物料3提前加入到主沟1中铺开预热，数量500公斤。当打开铁口出铁，约5分钟后，主沟内渣铁温度回升，出铁渣铁流趋于稳定，开始往主沟1加入团块物料，初始加入量3.7吨／小时，前一个小时，每15分钟改变一次电气控制器7可控硅开放角参数，即对应改变电磁振动式给料机5每小时团块物料加入量流速，60分钟后，保持加入量稳定不变至停止加球。
通过控制各时间段电气控制器7可控硅开放角参数来控制各时间段团块物料小时加入量流速达到以下要求（本实施例使用五个时间段电气控制器7可控硅开放角参数对应控制给料机5五个时间段团块物料小时加入量流速）：
0～15分钟，3.7吨／小时；
15～30分钟，4.2吨／小时
30～45分钟，4.41吨／小时；
45～60分钟，4.57吨／小时；
60～ 分钟，4.71吨／小时。
由此可见，将以上五个时间段点连接起来，就是一条以时间变量X为横坐标，以小时加入量Y为纵坐标的以Y=3.7为起点的向上不断增大的近似抛物线曲线。
该炉铁出铁350吨铁水，处理过程中没有发生暂停中断情况，按以上小时加入量流速加入，出铁时间95分钟，出铁平均流速3.68吨／分钟，有效加入时间为90分钟，整个处理团块物料加入量为出铁前加入0.5吨和出铁过程中加入6.59吨，合计加入量7.09吨，吨铁处理团块物料量为20.26Kg/t。
同样的，在出铁过程中，当发现高炉炉况向热或向凉，出铁渣铁温度高于或低于通常设定控制温度范围时，及时地将方程式中b0和b1二个参数数值酌情调高或调低，得到新的操作模型数学方程式，以便及时增减不同时间段对应的团块物料每小时加入量流速，维持主沟渣铁温度的合理。
在实际操作中，操作人员根据操作模型方程式各时间段指定的团块物料每小时加入量所对应的电气控制器7可控硅开放角参数标定值，在可编程控制器6操作界面上电气控制器7控制参数操作输入框8分时间段输入相对应的可控硅开放角参数数值，同时观察可编程控制器6上电气控制器7控制参数显示窗口10可控硅开放角参数实时显示数值和计量秤11相对应的团块物料3计量数值显示窗口12实时显示加入量数量，与操作模型所要求的各时间段对应每小时加入量是否相符，并在整个过程中，根据主沟内团块物料实际处理变化情况适时作出适当的调整控制。
在高炉主沟附近炉前操作工人，一方面现场监视电气控制器7控制参数显示屏可控硅开放角参数实时显示数值和计量秤11计量数值显示屏所显示的小时加入量数值，并向可编程控制器6操作人员随时反馈团块物料加入量实际变化情况、主沟内团块物料反应速度和渣铁温度的实际变化情况，主沟处理团块物料是否匹配和正常，另一方面，根据现场发生的有关情况，适时在电气控制器7控制参数现场操作器上调整改变可控硅开放角参数，或暂停或停止电气控制器7和电磁振动式给料机5运行，并告知可编程控制器6操作人员。
实施例三：在一座2500M3高炉三号出铁场主沟中处理含碳的高炉布袋瓦斯灰与炼钢转炉除尘灰压球机制成的含碳铁锌团块和部分小块废钢铁混合的团块物料，块度约50mm，高炉日产生铁6700吨左右，见图1，在主沟1上面的烟罩2之上安装一个处理团块物料3的料仓4和变频调速电机皮带机给料机5，由变频器式电气控制器7（即变频器）控制变频调速电机皮带机给料机5。在系统硬件上，由可编程控制器6控制变频器式电气控制器7，进而控制变频调速电机皮带机给料机5给料，系统设置电子皮带计量秤11，计量秤11与可编程控制器6相连。在系统软件控制上，首先建立团块物料加入操作模型，可编程控制器6在计量秤11实际加入量计量信号反馈进行动态补偿控制下，自动根据操作模型的数学模型曲线自动调整、校正、改变变频器式电气控制器7频率参数，自动控制给料机5团块物料3加入量，操作人员同时观察可编程控制器6上变频器式电气控制器7控制参数显示窗口10频率参数实时显示数值和计量秤11相对应的团块物料3计量数值显示窗口12实时显示加入量数量。通过计量秤11实际加入量计量信号反馈进行动态补偿控制，自动调整、校正、改变变频器式电气控制器7频率，自动控制给料机5加入量，将料仓4中的团块物料3稳定给入烟气加热预热装置13，然后加入到主沟1处理。并在整个过程中，根据主沟内团块物料实际处理变化情况，作出适当的调整。
采用变频器式电气控制器7控制变频调速电机皮带机给料机5运行速度，从而控制团块物料加入量，采用电子皮带计量秤11进行计量，并进行实际加入量计量信号反馈进行动态补偿控制，同样的，建立团块物料加入量操作模型数学方程式:Y=(a0+b0+c0)+(a1+b1+c1)√X+(a2+b2+c2) (3√X)，其中√X为X的开二次方, (3√X)为X的开三次方，具体操作模型数学方程式为加入量（吨／小时）Y=4.3+0.12√X+0.15（3√X）（分钟）。
在控制加入量上，对变频器的频率采用分时间段进行控制。出铁前，由操作人员启动变频器式电气控制器7和变频调速电机皮带机给料机5，将料仓4中的团块物料3给入烟气加热预热装置13，然后提前加入到主沟1中铺开预热，数量700公斤。当打开铁口出铁，约3分钟后，主沟内渣铁温度回升，出铁渣铁流趋于稳定，开始往主沟1加入团块物料，初始加入量4.3吨／小时，前一个小时，每15分钟改变一次变频器式电气控制器7频率参数，即对应改变给料机5每小时团块物料加入量流速，一小时后，每30分钟改变一次变频器式电气控制器7频率参数，即对应改变给料机5每小时团块物料加入量流速，出铁二小时后，加入量保持稳定不变至停止加球。
通过控制各时间段变频器频率来控制各时间段团块物料小时加入量流速达到以下要求（与实施例一类似，本实施例使用其中的七个时间段变频器频率对应控制给料机5七个时间段团块物料小时加入量流速）：
0～15分钟，4.3吨／小时；
15～30分钟，5.14吨／小时；
30～45分钟，5.42吨／小时；
45～60分钟，5.64吨／小时；
60～90分钟，5.82吨／小时；
90～120分钟，6.11吨／小时；
120～ 分钟，6.36吨／小时。
由此可见，将以上七个时间段点连接起来，就是一条以时间变量X为横坐标，以小时加入量Y为纵坐标的以Y=4.3为起点的向上不断增大的近似抛物线曲线。
该炉铁出铁670吨铁水，处理过程中没有发生暂停中断，按以上小时加入量流速加入，出铁时间170分钟，出铁平均流速3.94吨／分钟，有效加入时间为167分钟，整个处理团块物料加入量为出铁前加入0.7吨和出铁过程中加入16.08吨，合计加入量16.78吨，该炉铁出铁670吨铁水，吨铁处理团块物料量为25.04Kg/t。
同样的，发现高炉炉况较好，用风量较高，预计出铁量流速将明显增大，将方程式中a0和a1、a2三个参数数值酌情调高，得到新的操作模型数学方程式，及时增大团块物料每小时加入量。反之，当发现高炉炉况一般，用风量偏低，预计出铁量流速将明显减少时，可将方程式中a0和a1、a2三个参数数值酌情调低，得到新的操作模型数学方程式，以便及时减少团块物料每小时加入量流速，以维持团块物料的加入量流速与出铁量流速的匹配。
同时，着重观察可编程控制器6上变频器控制参数显示窗口10频率实时显示数值和计量秤11相对应的团块物料3计量数值显示窗口12实时显示加入量数量，观察计量秤11实际加入量计量信号反馈控制动态补偿、自动调整、校正、改变变频器频率是否起作用，与操作模型所要求的各时间段对应每小时加入量是否相符，并在整个过程中，根据主沟内团块物料实际处理变化情况适时作出适当的调整控制。
在高炉主沟附近炉前操作工人，一方面现场监视变频器控制参数显示屏频率和计量秤11计量数值显示屏所显示的小时加入量数量，并向可编程控制器6操作人员随时反馈团块物料加入量实际变化情况、主沟内处理团块物料反应速度和渣铁温度的实际变化情况，主沟处理团块物料是否匹配和正常，另一方面，根据现场发生的有关情况，必要时，适时在变频器控制参数现场操作器上调整改变频率参数，或暂停或停止变频器和变频调速电机皮带机运行，并告知可编程控制器6操作人员。
实施例四：在一座2500M3高炉二号出铁场主沟中处理含碳的高炉布袋瓦斯灰与炼钢转炉除尘灰压球机制成的含碳铁锌团块和部分小块废钢铁混合的团块物料，块度约50mm，高炉日产生铁6700吨左右，见图1，在主沟1上面的烟罩2之上安装一个处理团块物料3的料仓4和变频调速电机皮带机给料机5，由变频器式电气控制器7（即变频器）控制变频调速电机皮带机给料机5。在系统硬件上，由可编程控制器6控制变频器式电气控制器7，进而控制变频调速电机皮带机给料机5给料，系统设置电子皮带计量秤11，计量秤11与可编程控制器6相连。在系统软件控制上，首先建立团块物料加入操作模型，可编程控制器6在计量秤11实际加入量计量信号反馈进行动态补偿控制下，自动根据操作模型的数学模型曲线自动调整、校正、改变变频器式电气控制器7频率参数，自动控制给料机5团块物料3加入量，操作人员同时观察可编程控制器6上变频器式电气控制器7控制参数显示窗口10频率参数实时显示数值和计量秤11相对应的团块物料3计量数值显示窗口12实时显示加入量数量。通过计量秤11实际加入量计量信号反馈进行动态补偿控制，自动调整、校正、改变变频器式电气控制器7频率，自动控制给料机5加入量，将料仓4中的团块物料3稳定给入烟气加热预热装置13，然后加入到主沟1处理。并在整个过程中，根据主沟内团块物料实际处理变化情况，作出适当的调整。
采用变频器式电气控制器7控制变频调速电机皮带机给料机5运行速度，从而控制团块物料加入量，采用电子皮带计量秤11进行计量，并进行实际加入量计量信号反馈进行动态补偿控制，同样的，建立团块物料加入量操作模型数学方程式:Y=(a0+b0+c0)+(a1+b1+c1)√X+(a2+b2+c2)（3√X)，其中√X为X的开二次方,（3√X）为X的开三次方，具体操作模型数学方程式为加入量（吨／小时）Y=4.3+0.12√X+0.15（3√X）（分钟）。
在控制加入量上，采用模拟量控制来对变频器频率进行连续变化控制。出铁前，由操作人员启动变频器式电气控制器7和变频调速电机皮带机给料机5，将料仓4中的团块物料3给入烟气加热预热装置13，然后提前加入到主沟1中铺开预热，数量700公斤。当打开铁口出铁，约4分钟后，主沟内渣铁温度回升，出铁渣铁流趋于稳定，开始往主沟1加入团块物料，初始加入量4.3吨／小时，然后通过电压模拟量信号控制变频器频率按照数学模型曲线不断增加，从而使对应的给料机5每小时团块物料加入量流速按照数学模型曲线的加入量数量不断增加，直至高炉铁出净堵口，停止加球。
通过采用模拟量控制来控制变频器频率按数学模型曲线来控制整个加球时间内团块物料小时加入量按数学模型曲线设定的流速达到以下要求（本实施例采用电压模拟量信号控制来控制变频器频率连续变化控制，使加球时间内的七个时间点变频器频率对应控制给料机5七个时间点团块物料小时加入量流速）：
初始开始加入量流速，4.3吨／小时，然后按照数学模型曲线加入量逐步增加；
在第15分钟时，5.14吨／小时，然后按照数学模型曲线加入量逐步增加；
在第30分钟时，5.42吨／小时，然后按照数学模型曲线加入量逐步增加；
在第45分钟时，5.64吨／小时，然后按照数学模型曲线加入量逐步增加；
在第60分钟时，5.82吨／小时，然后按照数学模型曲线加入量逐步增加；
在第90分钟时，6.11吨／小时，然后按照数学模型曲线加入量逐步增加；
在第120分钟时，6.36吨／小时，然后按照数学模型曲线加入量逐步增加；
最后至166分钟加球结束。
由此可见，将以上七个时间点连接起来，就是一条以时间变量X为横坐标，以小时加入量Y为纵坐标的以Y=4.3为起点的向上不断增大的抛物线曲线。
该炉铁出铁665吨铁水，处理过程中没有发生暂停中断，按以上小时加入量流速加入，出铁时间170分钟，出铁平均流速3.91吨／分钟，有效加入时间为166分钟，整个处理团块物料加入量为出铁前加入0.7吨和出铁过程中加入16.39吨，合计加入量17.09吨，该炉铁出铁665吨铁水，吨铁处理团块物料量为25.70Kg/t。
同样的，发现高炉炉况较好，用风量较高，预计出铁量流速将明显增大，将方程式中a0和a1、a2三个参数数值酌情调高，得到新的操作模型数学方程式，以便及时增大团块物料每小时加入量。反之，当发现高炉炉况一般，用风量偏低，预计出铁量流速将明显减少，可将方程式中a0和a1、a2三个参数数值酌情调低，得到新的操作模型数学方程式，以便及时减少团块物料每小时加入量流速，以维持团块物料的加入量流速与出铁量流速的匹配。
同时着重观察可编程控制器6上变频器控制参数显示窗口10频率实时显示数值和计量秤11相对应的团块物料3计量数值显示窗口12实时显示加入量数量，观察计量秤11实际加入量计量信号反馈控制动态补偿、自动调整、校正、改变变频器频率是否起作用，与操作模型所要求的各时间段对应每小时加入量是否相符，并在整个过程中，根据主沟内团块物料实际处理变化情况适时作出适当的调整控制。
在高炉主沟附近炉前操作工人，一方面现场监视变频器控制参数显示屏频率和计量秤11计量数值显示屏所显示的小时加入量数量，并随时向可编程控制器6操作人员随时反馈团块物料加入量实际变化情况、主沟内处理团块物料反应速度和渣铁温度的实际变化情况，主沟处理团块物料是否匹配和正常，另一方面，根据现场发生的有关情况，必要时，适时在变频器控制参数现场操作器上调整改变频率参数，或暂停或停止变频器和变频调速电机皮带机运行，并告知可编程控制器6操作人员。
以上四个实施例仅列出了具有典型的高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法的具体实施方式，已经清楚描述了根据可编程控制器操作模型，在各种不同形式下，由可编程控制器自动控制电气控制器，进而控制给料机给料，将料仓中的团块物料加入到主沟中处理的具体不同实现形式。本领域的技术人员可以根据以上实施例，按前面所述的一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法，遵循所述方法的精神实质，采用多种不同实施方式进行实施。通过采用所述的一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法，最终实现了按操作人员意图和操作模型自动控制操作，方便了操作人员根据各种不同的影响因素变化以及出铁过程能够不断增加团块物料加入量的规律和特点，更好地自动控制加料料仓中的团块和废钢渣钢等团块物料按控制要求稳定加入到主沟处理，最大限度地达到团块物料加入量与高炉主沟处理实际需要的匹配，可以显著提高加入主沟团块物料处理量，高炉主沟处理团块物料加入量可以稳定地提高到吨铁20Kg/t以上，因而使高炉主沟处理含碳铁锌尘泥团块和废钢渣钢等团块物料能够取到更大的经济效益和环保效益。

Claims (10)

1.一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法，其特征是：在主沟（1）上或主沟（1）上面的烟罩（2）上，安装处理团块物料（3）的料仓（4）和给料机（5），可编程控制器（6）自动控制电气控制器（7），控制给料机（5），将料仓（4）中的团块物料（3）加入到主沟（1）处理。
2.根据权利要求1所述的一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法，其特征是：团块物料（3）包括：含碳含铁或和含锌尘泥团块、废钢、废铁、渣钢、渣铁、磁选渣粒铁、小块铁、磁选铁压块、直接还原铁，含铁尘泥、污泥、除尘灰、赤泥、焚烧飞灰以及其它各种冶金渣固废团块物料，即各种球团状颗粒状块状含碳和或不含碳团块物料。
3.根据权利要求1所述的一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法，其特征是：给料机（5）包括：①变频调速电机皮带机给料机②电磁振动式给料机③变频振动电机式给料机④变频电机偏心块共振式给料机⑤其它类型的可调流量给料机。
4.根据权利要求1所述的一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法，其特征是：可编程控制器（6）设有电气控制器（7）控制参数操作输入框（8）、影响因素参数操作输入框（9），或和电气控制器（7）控制参数显示窗口（10）、计量秤（11）计量数值显示窗口（12）。
5.根据权利要求1所述的一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法，其特征是：电气控制器（7）包括：①变频器式控制器②可控硅半波整流调节可控硅开放角式控制器③其它形式的控制给料机给料量的控制器。
6.根据权利要求1所述的一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法，其特征是：可编程控制器（6）操作界面上设有电气控制器（7）控制参数操作输入框（8）和影响因素参数操作输入框（9），至少有以下三种操作控制方式：一是操作人员根据各种影响团块物料加入量变化因素建立的操作模型，在可编程控制器（6）操作界面上电气控制器（7）控制参数操作输入框（8）输入相对应的控制参数数值，同时观察可编程控制器（6）上电气控制器（7）控制参数显示窗口（10）控制参数实时显示数值和计量秤（11）计量数值显示窗口（12）相对应的团块物料实时显示加入量数量，在整个过程中，根据主沟内团块物料实际处理变化情况，适时作出调整，二是操作人员根据各种影响团块物料加入量变化因素建立的操作模型，在可编程控制器（6）操作界面上影响因素参数操作输入框（9）输入相对应的影响因素参数数值，以改变电气控制器（7）控制参数，同时观察可编程控制器（6）上电气控制器（7）控制参数显示窗口（10）控制参数实时显示数值和计量秤（11）计量数值显示窗口（12）的团块物料实时显示加入量数量，在整个过程中，根据主沟内团块物料实际处理变化情况适时作出适当的调整控制，三是操作人员根据各种影响团块物料加入量变化因素建立的操作模型，在可编程控制器（6）操作界面上影响因素参数操作输入框（9）输入相对应的影响因素参数数值，建立操作模型数学模型曲线，在整个团块物料（3）加入过程中，可编程控制器（6）在计量秤（11）实际加入量计量信号反馈进行动态补偿控制下，自动根据操作模型的数学模型曲线自动调整、校正、改变电气控制器（7）控制参数，自动控制给料机（5）团块物料（3）加入量，操作人员同时观察可编程控制器（6）上电气控制器（7）控制参数显示窗口（10）控制参数实时显示数值和计量秤（11）计量数值显示窗口（12）实时显示加入量数量，在整个过程中，根据主沟内团块物料实际处理变化情况，作出适当的调整。
7.根据权利要求1和权利要求4所述的一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法，其特征是：团块物料（3）给料系统设有计量秤（11），计量秤（11）与可编程控制器（6）相连，团块物料（3）计量数值在可编程控制器（6）上计量数值显示窗口（12）上实时显示，和或团块物料（3）计量数值信号反馈至可编程控制器（6）进行动态补偿控制，按照操作模型的数学模型曲线自动调整、校正、改变电气控制器（7）控制参数，自动控制给料机（5）加入量，将料仓（4）中的团块物料（3）稳定地加入到主沟（1）处理；计量秤（11）包括：①电子皮带计量秤②料仓电子计量秤③螺旋式电子计量秤④其它形式的团块物料计量秤。
8.根据权利要求1所述的一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法，其特征是：料仓（4）中的团块物料（3），通过给料机（5）加入到主沟（1）处理，或通过给料机（5）给入主沟（1）上烟气加热预热装置（13），加入主沟（1）处理，或通过给料机（5）给入大倾角斗式皮带机（14）转运至主沟（1）上，或转运至主沟（1）上面的烟罩（2）上，加入主沟（1）处理。
9.根据权利要求1所述的一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法，其特征是：在高炉主沟附近炉前工人现场操作台旁，设置电气控制器（7）启动、停止和或暂停操作按钮，供现场操作控制电气控制器（7）和控制给料机（5）给料；现场设置电气控制器（7）控制参数现场操作器，设置电气控制器（7）控制参数显示屏和计量秤（11）计量数值显示屏。
10.根据权利要求1所述的一种高炉主沟处理团块物料自动控制加入量的方法，其特征是：主沟（1）加入团块物料（3）可编程控制器（6）操作模型由以下影响团块物料加入量变化因素建立：高炉出铁量流速大小，高炉出铁过程中出铁量流速的变化、主沟渣铁温度的变化、团块物料碳氧比的变化、主沟内处理团块物料反应速度变化和渣铁温度的变化、以及其它影响团块物料加入量的变化；主沟（1）加入团块物料（3）可编程控制器（6）操作模型的数学模型曲线为一条随着出铁时间增加的团块物料（3）加入量不断增加，然后趋于稳定的控制曲线，即对应的可编程控制器（6）上电气控制器（7）控制参数的操作模型的数学模型曲线是一条随出铁时间增加控制参数数值不断增大，然后数值趋于稳定的近似向上的抛物线，或由多个点分多段控制参数构成的数学模型曲线，因而与控制参数曲线相对应的，给料机（5）的团块物料（3）加入量数学模型曲线也是一条随出铁时间增加团块物料（3）加入量数值不断增大，然后数值趋于稳定的近似向上的抛物线，团块物料（3）加入量Y与出铁时间X的数学方程式为：Y=(a0+b0+c0+d0+e0+····)+∑(ai+bi+ci+di+ei+····)n√X，方程式中a、b、c、d、e····为高炉出铁量流速大小、高炉出铁过程中出铁量流速变化、高炉渣铁温度变化、团块物料碳氧比变化、主沟内处理团块物料反应速度的变化和渣铁温度变化、以及其它影响团块物料加入量变化，（ai+bi+ci+di+ei+····）为时间X开n次方的函数的系数，(ai+bi+ci+di+ei+····)中的i为1、2、3、4、5····，n√X的n为1、2、3、4、5····；电气控制器（7）控制参数操作模型的数学模型曲线分三种形式控制：分时间段进行多段控制、模拟量或通讯控制连续变化控制、分时间段进行多段控制和模拟量或通讯控制连续变化控制相结合控制。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115595393A (zh) * 2022-10-08 2023-01-13 阳春新钢铁有限责任公司（Cn） 一种用于高炉主铁沟熔化含铁物料的装置和方法

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