CN117347586A - 一种球团烘干筒出料水分的预测方法及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球团烘干筒出料水分的预测方法及控制方法，属于烧结球团技术领域。预测方法步骤为：S1、获取球团烘干筒尾气温度；S2、建立烘干筒生产数据库；S3、建立烘干出料水分预测模型。控制方法步骤为：(1)设定烘干筒出料水分目标值、烘干筒空煤比以及原料配比，利用上述预测模型，计算得到烘干尾气温度目标值；(2)判断是否对球团烘干筒出料水分进行控制；(3)建立烘干筒出料水分自动控制模型。本发明的预测方法及控制方法避免生产现场粉尘、物料表面水汽多、料面不平整、皮带机抖动大、光照以及仪器维护水平等影响，实现烘干筒出料水分稳定在7.5％到8.5％之间，提高球团生产稳定性，提高球团矿产线的产量和质量。

Description

一种球团烘干筒出料水分的预测方法及控制方法
技术领域
本发明属于烧结球团技术领域，尤其涉及球团矿生产线原料系统的铁精矿预处理技术。
背景技术
球团矿生产过程中，造球给料水分是关键参数之一，对产线产量、质量、成品率以及节能减排都有影响。如造球给料水分不适宜，生球产质量下降，造给料中的水分按其存在形态可以分为吸附水、薄膜水、分子水、毛细水和重力水，毛细水对球的强度和造球过程中均起主导作用，当物料润湿到超过最大分子结合水时，水分开始充填在物料颗粒之间空隙中，形成毛细水，物料亲水性越强，颗粒越细，排列越紧密，毛细力作用越大，成球速度快，因此造球给料水分一般要求～8％。
铁精粉在选矿、运输过程中含水约9％(雨雪天气可能10％以上)，球团厂为了提高产线产质量，一般设有烘干筒，将铁精粉水分控制到约8％。烘干筒工作原理是将含水较高物料从入料端进入，经导料板流入扬料板，由组合扬料板扬起作抛洒运动，同时与高温烟气进行充分的热交换，使其物料水份不断蒸发，在筒体倾斜效应和筒内气流的作用下，被烘物料轴向移动至出料端成为符合含水率要求的物料。
目前球团烘干筒出料水分的检测方法有人工干燥法、在线红外法以及微波法等，人工干燥法耗时长(通常30分钟以上)，检测结果滞后严重，而在线红外法和微波法虽然实现了在线检测烘干筒出料水分，但是受生产现场粉尘、物料表面水汽多、料面不平整、皮带机抖动大、光照以及仪器维护等影响，常出现水分检测误差大情况，不利于产线生产稳定。
经检索，中国专利申请公布号为CN 113053469 A，申请公开日为2021年6月29日公开了烘干物料水分预测方法、装置、计算机设备和存储介质，该预测方法通过获取用于预测烘干物料水分的必要数据，并根据待烘干物料的配方信息确定对应的烘干物料水分预测模型，进而将烘干区的设定温度、烘干机的干燥强度、烘干机中的空气流速以及烘干机中待烘干物料的水蒸发表面积输入烘干物料水分预测模型，以得到烘干机出料口处的烘干物料水分值，从而实现对烘干物料水分的快速预测，不仅节省了通过抽检的方式评估产品的水分含量的时间成本和人力成本，而且避免了因抽检产品的水分含量不合格而导致的物料浪费。但是该模型不适用于球团烘干筒，在生产过程中球团烘干筒是连续旋转的，物料在筒体倾斜效应下轴向移动至出料端，很难获得烘干区的设定温度、烘干机干燥强度、待烘干物料的水蒸发表面积。
因此需根据球团烘干筒的特征建立其出料水分预测模型，另外为了提高球团生产稳定性，需要在其水分预测模型的基础上建立自动控制模型，实现球团烘干筒出料水分的自动控制。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有球团矿生产线因受生产现场物料表面水汽多、料面不平整、皮带机抖动大、光照以及仪器维护水平等原因造成的烘干筒出料水分检测误差大的问题，本发明提供一种球团烘干筒出料水分的预测方法，通过设计球团烘干筒出料水分预测模型，实现了对烘干筒出料水分的预测。
本发明还提供了一种球团烘干筒出料水分的控制方法，通过利用上述球团烘干筒出料水分的预测方法，实现自动控制球团烘干筒出料水分的目的。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种球团烘干筒出料水分的预测方法，选取球团烘干筒出料水分指标集合，基于所述烘干筒出料水分指标集合，统计所述烘干筒的生产数据信息，根据所述生产数据信息，构建烘干筒生产数据库，对所述烘干筒出料水分指标集合和所述烘干筒的生产数据信息进行线性回归分析，获得烘干筒出料水分在线预测模型；对所述烘干筒出料水分在线预测模型进行验证，获得模型验证误差值，基于误差值逐步迭代优化烘干筒出料水分在线预测模型。
具体步骤为：
S1、获取球团烘干筒尾气温度；
S2、建立烘干筒生产数据库：选取影响烘干筒出料水分所有有关指标(环境气温、燃烧室温度、空煤比、尾气温度、进料温度、出料温度、布袋除尘补热流量、炉膛负压、进料量以及原料配比)建表，抽样检测烘干筒进料水分与烘干出料水分，并在上述表格中记全数据，取得足够样本数据(一些关键指标数据要有一定波动幅度，确保建模可靠性)，建立数据库过程中及时检查数据真实性。
S3、建立烘干出料水分预测模型：以烘干出料水分为因变量，以环境气温、进料水分、燃烧室温度、空煤比、尾气温度、进料温度、出料温度、布袋除尘补热流量、炉膛负压、进料量和原料配比作为自变量，进行线性回归分析，得到线性回归方程为烘干出料水分预测模型。
进一步地，步骤S1中，在尾气管道上安装热电偶以获取球团烘干筒尾气温度，所述热电偶与烘干筒尾部的距离为3～5m。
进一步地，所述热电偶插入尾气管道的深度至少达到管道中心线处。
进一步地，步骤S2中，利用专业统计软件SPSS23.0进行线性回归分析，将样本数据导入SPSS23.0，以烘干出料水分为因变量(y)，其余指标为自变量(X1、X2、X3……)，在统计选型中选择“估计值”、“模型拟合”、“部分相关和偏相关性”，然后选择“步进”方法，得到具有统计学意义的烘干筒出料水分预测模型，烘干出料水分＝a*烘干尾气温度+b*空煤比+∑(自变量*系数)+c(y＝aX1+bX2+∑(自变量*系数)+c)，其中a、b、c指模型里的各自变量系数。取样验证烘干筒出料水分预测模型，比对实际检测的出料水分与利用模型预测的出料水分之间误差，经验证数据误差在±0.2％，误差率1.5％以内，拟合情况良好，可以用来预测烘干出料水分。
一种球团烘干筒出料水分的控制方法，基于烘干筒出料水分在线预测模型，构建烘干筒出料水分自动控制模型，一种电子设备根据烘干筒出料水分自动控制模型精准调整烘干筒煤气、助燃风量，使得实际烘干筒出料实际水分与目标水分基本一致。
具体步骤为：
(1)设定烘干筒出料水分目标值、烘干筒空煤比以及原料配比，利用上述的球团烘干筒出料水分的预测方法建立烘干出料水分预测模型，计算得到烘干尾气温度目标值；
(2)判断是否对球团烘干筒出料水分进行控制：
当烘干尾气实际温度与步骤(1)中计算得到的烘干尾气温度目标值误差为±2℃，不对烘干筒出料水分进行控制；
当烘干尾气实际温度高于或低于步骤(1)中计算得到的烘干尾气温度目标值2℃及以上，对烘干筒出料水分进行控制；
(3)建立烘干筒出料水分自动控制模型：
当烘干尾气实际温度高于步骤(1)中计算得到的烘干尾气温度目标值2℃及以上，下调煤气流量；助燃空气流量根据空煤比目标值自动控制；这一步对煤气流量调节阀灵敏度有要求；
当烘干尾气实际温度低于步骤(1)中计算得到的烘干尾气温度目标值2℃及以上，上调煤气流量；助燃空气流量根据空煤比目标值自动控制；这步对煤气流量调节阀灵敏度有要求；
根据以上思路进行计算机编程，建立烘干筒出料水分自动控制模型。
进一步地，步骤(3)中，煤气流量的下调幅度＝200m3/h*(烘干尾气实际温度-烘干尾气温度目标值)。
进一步地，步骤(3)中，煤气流量的上调幅度＝200m3/h*(烘干尾气温度目标值-烘干尾气实际温度)。
进一步地，步骤(3)中，烘干筒出料水分自动控制模型的使用条件为：球团烘干筒正常生产，开、停机过程不考虑。
进一步地，还包括(4)检测物料从烘干筒进料口到出料口时间，确定物料干燥时长，根据干燥时长确定自动控制模型的迭代时间间隔。
进一步地，烘干筒出料水分自动控制模型中数据设定可根据不同工况进行调整。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的预测方法及控制方法，避免生产现场粉尘、物料表面水汽多、料面不平整、皮带机抖动大、光照以及仪器维护水平等影响，通过稳定空煤比、尾气温度、原料配比，使得烘干筒实际出料水分与水分控制目标基本一致，烘干筒出料水分稳定在7.5％到8.5％之间，提高了球团矿产线的产量和质量；
(2)本发明建立烘干筒出料水分预测模型，实现在线快速、准确预测烘干筒出料水分，为及时调整烘干筒煤气流量提供依据。通过专门统计分析软件SPSS23.0对烘干筒实际生产数据库进行线性回归分析，建立球团烘干筒出料水分预测模型，只要得知烘干筒尾气温度、空煤比以及原料配比，即可快速、准确预测出烘干筒出料水分，此模型通过实践验证，即将模型预测的烘干筒出料水分值与人工干燥法检测值进行比对，两者误差率1.5％以内，精准度高；
(3)本发明建立烘干筒出料水分自动精准控制模型，快速、准确调整烘干筒煤气流量，提高造球给料水分稳定性，提高球团生产稳定性。目前国内球团烘干筒自动控制模式主要有两种，第一种模式设定烘干筒燃烧室温度为目标值，根据燃烧室温度变化调整烘干筒煤气流量，第二种模式是保持烘干筒出料水分稳定，根据烘干筒出料水分变化调整烘干筒煤气流量。第一种模式的烘干出料水分合格率较低，第二种模式主要依赖于水分快速检测仪器的准确性，由于生产现场粉尘多、物料表面水汽多、料面不平整、皮带机抖动大、光照以及仪器维护水平等影响，水分快速检测仪器的准确性经常误差大；本专利只要得知烘干筒尾气温度、空煤比以及原料配比即可在线精准预测烘干出料水分，然后根据烘干筒出料水分自动精准控制模型自动快速调整烘干筒煤气，使得实际出料水分与控制目标水分基本一致；
(4)本发明提供了一种球团烘干筒出料水分在线预测及控制方法，为了实现烘干出料水分的稳定，通过专门统计分析软件SPSS23.0对烘干筒实际生产数据库进行线性回归分析，建立球团烘干筒出料水分预测模型，只要通过烘干筒尾气温度、空煤比以及原料配比，即可快速准确预测烘干筒出料水分，然后通过建立烘干筒出料水分自动精准控制模型，在一种电子设备系统上快速、准确调整烘干筒煤气流量，提高造球给料水分稳定性，提高球团生产稳定性，提高球团矿产线的产量和质量。
附图说明
图1为本发明实施例1中球团烘干筒出料水分在线预测及控制方法的流程图；
图2为本发明烘干筒主要结构示意图；
图中：
1、烘干筒进料口；2、鱼鳞密封圈；3、燃烧室；4、烘干筒；5、烘干筒出料口；6、尾气温度热电偶；7、尾气管道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
实施例
本实施例的一种球团烘干筒出料水分的预测方法及控制方法，用于针对解决球团矿生产线因受生产现场物料表面水汽多、料面不平整、皮带机抖动大、光照以及仪器维护水平等原因造成的烘干筒出料水分检测误差大的技术问题，实现烘干出料水分的稳定。
图1为本发明一种球团烘干筒出料水分在线预测及控制方法具体实施步骤，如图1所示，具体方法步骤为：
S100：如图2所示为本实施例烘干筒的结构示意图，烘干筒4左右两端通过鱼鳞密封圈2密封，其中，烘干筒进料口1和燃烧室3分别密封连通在烘干筒4左端口，烘干筒出料口5和尾气管道7分别朝下、朝上密封连通在烘干筒4右端口，在烘干筒4尾部(右端口)与尾气管道7的连接部位选择与烘干筒尾部的距离3～5m的位置安装尾气温度热电偶6，尾气温度热电偶6选型、安装位置以及插入深度都要确保尾气温度检测的准确性。
其中尾气温度热电偶6作为一种典型的传感器，正确掌握热电阻的安装，对提高尾气温度热电偶6的利用率及提高工作效率有重要意义。其中烘干筒尾气温度一般在30～50℃，热电偶选型时需要选量程为0～100℃范围内的热电偶；尾气温度热电偶6安装位置需要在烘干筒尾部与尾气管道的连接处附近，如果尾气温度热电偶6离烘干筒尾部太远，烟气温度在管道里存在一定的温降，受气温影响较大，检测误差大；如果尾气温度热电偶6离烘干筒尾部太近，尾气管道横截面上的尾气温度均匀性较差，同样检测误差大。尾气温度热电偶6插入的深度要求插至尾气管道中心线处，而且热电偶应尽可能与尾气管道垂直安装。
S200：选取影响烘干筒出料水分所有有关指标建表。
具体而言，影响烘干筒出料水分有关指标包括气温、进料水分、燃烧室温度、空煤比、尾气温度、进料温度、出料温度、布袋除尘补热流量、炉膛负压、进料量以及原料配比等。将以上指标在Eexel表内建立统计表，如下表。
S300：抽样检测烘干筒进料与出料水分，建立烘干筒生产数据库。
抽样检测烘干筒出料水分，在下表内记录每个烘干筒出料水分值以及与之对应的同时间的气温、烘干筒进料水分、燃烧室温度、空煤比、尾气温度、进料温度、出料温度、布袋除尘补热流量、炉膛负压、进料量以及原料配比等。根据所述烘干筒生产数据信息，构建烘干筒生产数据库，如下表。
特别的，一定要确保烘干筒出料水分与之相关参数的同时性、取得足够样本数据、样本数据越多、有一定波动幅度，才能提高后续烘干筒出料水分在线预测及控制方法的准确度。
表烘干筒生产数据库
表中，铁精矿品种1、铁精矿品种2、铁精矿品种3、铁精矿品种4本实施例依次选用马钢南山矿凹精矿、马钢白象山铁精矿、秘鲁铁精矿、马钢罗河铁精矿用于制备球团。
S400：线性回归分析，得到具有统计学意义的烘干筒出料水分预测模型。
具体的，打开专业统计软件SPSS23.0，将上表统计好的烘干筒生产数据库导入SPSS，选择分析→回归→线性，进入分析界面主对话框，将烘干出料水分选择为因变量(y)，其余指标为自变量(x1、x2、x3……)，在统计选型中选择“估计值”、“模型拟合”、“部分相关和偏相关性”，在“保存”对话框选择“未标准化”，然后选择“步进”方法，得到各类模型；选择统计学意义最高的烘干筒出料水分预测模型。
实例：根据上表烘干筒数据库建立水分预测模型：y＝-0.121x1-0.120x2+0.867x3+11.530，其中，y为烘干出料水分，x1为烘干尾气温度，x2为铁精矿品种4配比，x3为空煤比，需要说明的是，表中以环境气温、烘干进料料温、进料水分、上料量、烘干煤气流量、烘干助燃风、炉膛温度、炉膛负压、补热阀开度、补热流量、烘干出料温度、铁精矿品种1配比、铁精矿品种2配比、铁精矿品种3配比作为自变量的系数接近0，对烘干出料水分影响不大，故本实施例忽略不计。
S500：验证烘干筒出料水分预测模型，比对实际水分与预测水分误差
取样验证烘干筒出料水分预测模型，比对实际检测的出料水分与利用模型预测的出料水分之间误差，经验证数据误差在±0.2％，误差率1.5％以内，拟合情况良好，可以用来预测烘干出料水分。
特别的，当原料种类大幅度变动时，重新建立预测模型；循环以上步骤，原因是不同物料在热气流作用下，物料水分干燥速度往往有变化，预测值可能与实际值有较大误差。此时需要根据原料配比重新建模，通过迭代优化，直到误差值符合预期为止，提高烘干筒出料水分预测模型准确度。
S600：烘干筒出料水分自动控制建模，计算机编程。
具体的：
①设定烘干筒出料水分目标值、烘干筒空煤比以及原料配比，利用烘干出料水分预测模型可计算出烘干尾气温度目标值。
②如烘干尾气实际温度与目标温度误差±2℃，不触发烘干筒出料水分自动控制。
③如烘干尾气实际温度高于目标温度2℃以上，触发烘干筒出料水分自动控制，执行下调煤气流量指令，煤气流量下调幅度＝200m3/h*(烘干筒尾气实际温度-烘干筒尾气温度目标值)，助燃空气流量根据空煤比目标值自动控制；这一步对煤气流量调节阀灵敏度有要求，所以在选型烘干筒煤气流量调节阀时需要选择高灵敏度煤气调节阀。
④如烘干尾气实际温度低于目标温度2℃以上，触发烘干筒出料水分自动控制，执行上调煤气流量指令，煤气流量上调幅度＝200m3/h*(烘干筒尾气温度目标值-烘干筒尾气实际温度)，助燃空气流量根据空煤比目标值自动控制。
⑤根据以上思路进行计算机编程，建立烘干筒出料水分自动控制模型。
上述模型投入的条件：烘干筒自动控制前提是烘干筒正常生产，开、停机过程不考虑。
⑥检测物料从烘干筒进料口到出料口时间，确定物料干燥时长，根据干燥时长确定自动控制模型的迭代时间间隔。
⑦自动控制中数据设定可根据不同工况进行调整。
特别的，本申请提供的一种烘干筒出料水分在线预测及控制方法，应用于设备中，计算机处理器与烘干筒进行通信电缆连接，计算机处理器通过获取烘干筒尾气温度、空煤比以及原料配比，确定对应的烘干筒出料水分预测模型，进而根据烘干筒出料水分自动控制模型，将烘干筒出料水分预测值与烘干筒出料水分目标值进行比较，当预测烘干筒出料水分偏低时，提高烘干筒尾气温度，当预测烘干筒出料水分偏高时，降低烘干筒尾气温度，快速、准确调整烘干筒煤气流量，提高造球给料水分稳定性，提高球团生产稳定性。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种球团烘干筒出料水分的预测方法，其特征在于：步骤为：
S1、获取球团烘干筒尾气温度；
S2、建立烘干筒生产数据库：影响烘干筒出料水分所有有关指标，至少包括烘干出料水分；
S3、建立烘干出料水分预测模型：以烘干出料水分为因变量，以环境气温、进料水分、燃烧室温度、空煤比、尾气温度、进料温度、出料温度、布袋除尘补热流量、炉膛负压、进料量和原料配比作为自变量，进行线性回归分析，得到线性回归方程为烘干出料水分预测模型。
2.根据权利要求1所述的一种球团烘干筒出料水分的预测方法，其特征在于：步骤S1中，在尾气管道上安装热电偶以获取球团烘干筒尾气温度，所述热电偶与烘干筒尾部的距离为3～5m。
3.根据权利要求2所述的一种球团烘干筒出料水分的预测方法，其特征在于：所述热电偶插入尾气管道的深度至少达到管道中心线处。
4.根据权利要求1所述的一种球团烘干筒出料水分的预测方法，其特征在于：步骤S2中，影响烘干筒出料水分所有有关指标还包括环境气温、进料水分、烘干出料水分、燃烧室温度、空煤比、尾气温度、进料温度、出料温度、布袋除尘补热流量、炉膛负压、进料量以及原料配比。
5.根据权利要求1所述的一种球团烘干筒出料水分的预测方法，其特征在于：步骤S3中，使用统计软件SPSS23.0进行线性回归分析。
6.一种球团烘干筒出料水分的控制方法，其特征在于：步骤为：
(1)设定烘干筒出料水分目标值、烘干筒空煤比以及原料配比，利用权利要求1～5任意一项所述的球团烘干筒出料水分的预测方法建立烘干出料水分预测模型，计算得到烘干尾气温度目标值；
(2)判断是否对球团烘干筒出料水分进行控制：
当烘干尾气实际温度与步骤(1)中计算得到的烘干尾气温度目标值误差为±2℃，不对烘干筒出料水分进行控制；
当烘干尾气实际温度高于或低于步骤(1)中计算得到的烘干尾气温度目标值2℃及以上，对烘干筒出料水分进行控制；
(3)建立烘干筒出料水分自动控制模型：
当烘干尾气实际温度高于步骤(1)中计算得到的烘干尾气温度目标值2℃及以上，下调煤气流量；
当烘干尾气实际温度低于步骤(1)中计算得到的烘干尾气温度目标值2℃及以上，上调煤气流量。
7.根据权利要求6所述的一种球团烘干筒出料水分的控制方法，其特征在于：步骤(3)中，煤气流量的下调幅度＝200m3/h*(烘干尾气实际温度-烘干尾气温度目标值)。
8.根据权利要求6所述的一种球团烘干筒出料水分的控制方法，其特征在于：步骤(3)中，煤气流量的上调幅度＝200m3/h*(烘干尾气温度目标值-烘干尾气实际温度)。
9.根据权利要求6所述的一种球团烘干筒出料水分的控制方法，其特征在于：步骤(3)中，烘干筒出料水分自动控制模型的使用条件为：球团烘干筒正常生产，开、停机过程不考虑。
10.根据权利要求6～9任意一项所述的一种球团烘干筒出料水分的控制方法，其特征在于：还包括(4)检测物料从烘干筒进料口到出料口时间，确定物料干燥时长，根据干燥时长确定自动控制模型的迭代时间间隔。
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