摘要 濟(jì)鋼為加強(qiáng)燒結(jié)混合料水分的在線檢測與控制，采用了MM710紅外水分儀。本文介紹了該水分儀的基本結(jié)構(gòu)和原理，重點(diǎn)介紹了該水分儀在濟(jì)鋼第一燒結(jié)廠的應(yīng)用情況與所取得的效果。
關(guān)鍵詞 燒結(jié) 紅外水分儀 控制
1 前 言
濟(jì)鋼2×120m2燒結(jié)機(jī)自1994年投產(chǎn)以來，經(jīng)過多次技術(shù)改造，有了很大進(jìn)步，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)入全國同類機(jī)型前三名。但是,由于濟(jì)鋼沒有自己的礦山基地，幾乎全部礦粉都從國外進(jìn)口，種類較雜，粒度不均勻，含水量隨季節(jié)的變化而變化較大；另外，燒結(jié)過程中單獨(dú)配加的廢棄物（如煉鐵污泥，氧化鐵皮等）特別多，因此，混合料水分控制一直是個難題。
2002年，我廠自動化裝備已達(dá)到較高的水平，現(xiàn)場主要生產(chǎn)工藝設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)采用PLC控制，完全實(shí)現(xiàn)了自動開、停機(jī)。但是，燒結(jié)過程控制在我廠卻完全是空白，已影響到生產(chǎn)的穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提高。為了彌補(bǔ)這一薄弱環(huán)節(jié)，我廠在2002年11月引進(jìn)了芬蘭羅德洛基公司的燒結(jié)專家控制系統(tǒng)。該專家控制系統(tǒng)包括燃料比率控制模型、返礦比率控制模型、混合料水分控制模型、混合料料量控制模型、混合料下料量控制模型及混合料點(diǎn)火控制模型，除混合料水分控制模型外，其他5個模型經(jīng)過調(diào)試以投入生產(chǎn)使用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。混合料水分控制模型，因采用的中子水分儀測量精度較差和響應(yīng)時間滯后，難以滿足工藝要求而一直無法投入生產(chǎn)使用。鑒于MM710紅外水分儀在韶鋼和首鋼的成功應(yīng)用，2004年1月我廠采用了北京宇宏泰公司的MM710紅外水分儀，經(jīng)過四個多月的試用，效果良好，參數(shù)穩(wěn)定。
2 MM710系列水分儀的基本結(jié)構(gòu)原理
紅外線水分儀是根據(jù)OH分子鍵吸收特定波長的紅外光能量的原理工作的。
水分儀的探頭里裝有一個石英鹵素?zé)襞? 該燈發(fā)出的光線通過光學(xué)系統(tǒng)，產(chǎn)生以下兩種波長的紅外光束：一種為吸收波長，它的能量將被所要求檢測物質(zhì)里的水分子強(qiáng)烈吸收；另一種為參考波長，它的特點(diǎn)是其能量不被檢測物質(zhì)里的水分子吸收，但其他因素（如測量距離、材料顏色等）對它的影響與對吸收波長的影響相同。
紅外光束照到物料表面，然后又部分反射回來，通過精確測量吸收波長在被物質(zhì)中水分吸收前后的能量的變化，并經(jīng)數(shù)學(xué)函數(shù)的計(jì)算，得出一個和被測物質(zhì)水分有一定比例關(guān)系的輸出信號。
3 控制方案
混合料水分控制模型硬件包括：安裝在一次混合機(jī)的污泥電子調(diào)節(jié)閥、質(zhì)量流量計(jì)，安裝在一次混合機(jī)后混料皮帶上的紅外水分儀、電子皮帶秤，安裝在二次混合機(jī)的電子式電動調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)及PLC系統(tǒng)和上位機(jī)。
混合料水分控制模型是基于燒結(jié)物料平衡的原理。采取的控制方法是：根據(jù)物料中已有的水分，對一、二混要加入的水進(jìn)行分配?？傮w原則為：主控室智能工通過上位機(jī)調(diào)節(jié)污泥電子調(diào)節(jié)閥的開度，在一混添加污泥水，總量控制在總加水量的85％～90％之間，其余的水量通過模型計(jì)算在二混添加。具體方式為：通過一混后皮帶上的紅外水分儀進(jìn)行水分測量和電子皮帶稱對物料流量進(jìn)行測量，主控室智能工對二混出口的水分目標(biāo)值通過上位機(jī)進(jìn)行設(shè)定，采用前饋－反饋方式進(jìn)行控制，經(jīng)過PLC內(nèi)部計(jì)算出二混的加水量。混合料水分控制模型的控制流程見圖1。
圖1 混合料水分控制模型流程圖
圖1中的公式計(jì)算如下：
Msp%=(Wwater+Waddwater)/(Wdrymat+Wwater+Waddwater) （1）
其中：Msp%―目標(biāo)水分值
Wwater―物料中原有的水分重量
Wdrymat―物料的干基重量（不含水分的重量）
Waddwater―要達(dá)到目標(biāo)水分需加的水的重量
對（1）式進(jìn)行整理，就可以得到：
Waddwater=[ Msp%×Wdrymat+( Msp%-1) ×Wwater]/(1- Msp%) （2）
公式（2）得到了要達(dá)到目標(biāo)水分值需要加入的水的重量。
公式（2）中的Wwater和Wdrymat是根據(jù)每一種物料流量與含水量分別進(jìn)行計(jì)算得到的，如：
Wwater＝（中和料中的水分＋燃料水分－生石灰消化所需的水分＋灰漿中的水）/（中和料總量＋燃料總量＋生石灰總量＋灰漿重量） （3）
公式（3）給出了物料中水分計(jì)算的方法，對不同的配料配方可以遵照此思路計(jì)算，Wdrymat的計(jì)算同理。需要注意的是，這里采用的是每一種物料的瞬時計(jì)算值按工藝流程分時累計(jì)的結(jié)果，決不是將某一時刻各種物料的瞬時流量簡單的相加。每種物料的水分來自于每種物料的水分化驗(yàn)值，這個值對于每一批物料，在沒有下雨等其他因素的干擾下，一般可以認(rèn)為是定值參與運(yùn)算。
根據(jù)公式（2）和測量得到的物料水分以及物料流量值，并考慮到測量點(diǎn)到加水點(diǎn)的時間延遲后，進(jìn)行系數(shù)修正，再根據(jù)特定的算法計(jì)算出二混要添加的水量（通過調(diào)整電子式電動調(diào)節(jié)閥開度），從而完成水分的控制。
該控制思路的適應(yīng)性較好，同樣可以在有熱返礦、除塵灰集中分時排放的混合料加水系統(tǒng)中使用。
4 現(xiàn)場影響因素
MM710紅外水分儀在我廠具體使用中，我們發(fā)現(xiàn)有某些現(xiàn)場因素對其測量精度有一定的影響。
1）燒結(jié)料配比，料堆料頭，料尾發(fā)生變化對測量精度的影響。由于燒結(jié)料配比發(fā)生變化時，引起整個燒結(jié)料顆粒大小的變化，從而引起物料特性、表面水分與物料濕重比的變化，進(jìn)而引起紅外光反射強(qiáng)度的變化，而紅外光反射強(qiáng)度的變化又引起測量值的變化，這樣就影響了測量的精度。
2）一混清洗污泥泵過濾網(wǎng)，以及混合機(jī)由加污泥水切換至加工業(yè)清水時對測量精度的影響。紅外水分儀測試物料的水分，是通過近紅外光探測物質(zhì)表面HO根含量來進(jìn)行水分計(jì)算的。由于紅外水分儀在現(xiàn)場標(biāo)定是以一次混合機(jī)加污泥水為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校正的，當(dāng)混合機(jī)加水由污泥水切換至工業(yè)清水時，測量值會出現(xiàn)一個相應(yīng)的偏差。出現(xiàn)偏差的原因是由于污泥水與工業(yè)清水對近紅外光能量的吸收是不一樣的，當(dāng)污泥水與工業(yè)清水與燒結(jié)料充分混合后，在燒結(jié)料表面形成不同的薄膜，現(xiàn)場測量時由于工業(yè)清水與污泥水吸收能量的不同引起紅外光反射能量的變化，從而引起紅外水分儀測量值的變化。
這種測量偏差是在測量結(jié)果與實(shí)際值之間出現(xiàn)的一個固定偏差。針對這種情況，我們采取了兩種方法加以修正：一是通過在操作界面中設(shè)置并下載不同的產(chǎn)品工作單；另一種是在主控室中修正水分目標(biāo)值。經(jīng)過近四個月的生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，證明這兩種修正方法是行之有效的，保證了燒結(jié)生產(chǎn)的順利運(yùn)行。
5 MM710紅外水分儀的應(yīng)用效果
在一次混合機(jī)后安裝MM710紅外水分儀進(jìn)行水分自動測量控制后，我們在現(xiàn)場進(jìn)行了采樣測定水分。即在二次混合機(jī)后對燒結(jié)料進(jìn)行現(xiàn)場取樣，并烘干測水，每次同時取4個樣，時間持續(xù)一個月，以檢驗(yàn)二次混合機(jī)后燒結(jié)料水分的穩(wěn)定性。取其中三天的具體數(shù)據(jù)為例，列于表1。
表1 二混后混合料水分現(xiàn)場取樣測定值
日期 二混目標(biāo)值/% 烘箱測量值/%
3．31 6．5 6．1
6．6
6．2
6．7
4．10 6．8 6．5
6．4
6．7
7．0
4．22 6．6 6．3
6．6
6．5
由表1可以看出，使用MM710紅外水分儀后，燒結(jié)混合料水分的控制與目標(biāo)值相近，且相當(dāng)穩(wěn)定。燒結(jié)混合料水分完全實(shí)現(xiàn)了在線測量與控制，為穩(wěn)定燒結(jié)生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的條件。隨著二次混合機(jī)后燒結(jié)料水分的穩(wěn)定性的提高，燒結(jié)礦的品位、燃耗、產(chǎn)量都有了顯著地提高（見表2）。
表2 各項(xiàng)指標(biāo)在使用MM710紅外水分儀前后的對比
時間 利用系數(shù)/ 轉(zhuǎn) 鼓/ 固體燃耗/ 5-10mm粒級/ R穩(wěn)定率/
t.m-2.h-1 % kg.t-1 % %
使用前 1.63 75.49 56.7 30.0 89.8
使用后 1.65 76.00 55.0 27.8 91.0 6 結(jié) 論
1）生產(chǎn)實(shí)踐證明，MM710紅外水分儀應(yīng)用于生產(chǎn)后，各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定可靠，能準(zhǔn)確及時地測定混合料中水的含量，響應(yīng)時間及精度可以滿足工藝要求。
2）該設(shè)備應(yīng)用于生產(chǎn)后，可以與原有的燒結(jié)過程控制系統(tǒng)相匹配，從而使混合料水分控制模型得到完善，為生產(chǎn)穩(wěn)定創(chuàng)造了條件。
3）整個系統(tǒng)投入后，因生產(chǎn)穩(wěn)定，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都有明顯程度的提高。
4）因測量機(jī)理的原因，MM710紅外水分儀易受配料比、料堆料頭、料尾等的影響而造成測量精度偏差這一薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)進(jìn)一步從技術(shù)上予以解決。 |
