張家強，張洪明

（包鋼煉鐵廠，內蒙古 包頭014010）

1 混合機崗位現(xiàn)狀分析

崗位人員需要定期進行設備巡檢。改造前一次混合崗位主要負責的設備有H1、H2 皮帶機和ZL1、ZL2、ZL3 皮帶機；混合機、制粒機2 臺、S1 皮帶機、油泵3 臺、加水泵等水箱附屬設施。隨著外來勞務人員清退，崗位清掃工作量增加，一次混合崗位主要負則H1、H2 皮帶機和ZL1、ZL2、ZL3 等5 條皮帶的清掃工作，同時還需要負責托輥、擋皮、分料器的維護工作。

從工藝調整來說，水分在燒結工藝中的主要起到制粒、導熱、潤滑、助燃的作用。水分控制的穩(wěn)定性對燒結礦的產(chǎn)質量指標有直接影響。水分控制大，透氣不均，局部夾生，產(chǎn)量與強度均降低。水分控制小，制粒效果差，垂速下降，產(chǎn)量降低。

因此，水分控制穩(wěn)定性越高越有利于使燒結過程得到強化，產(chǎn)品質量指標得到提升?，F(xiàn)階段水分控制流程為接到上料量和結構變更通知，記錄時間并查看水分，調整加水門開度，查看水分是否適宜，如果合適繼續(xù)觀察水分變化，不合適再次調整加水門開度。

2 根據(jù)混合機工藝需求提出的控制要求

通過分析該崗位人員情況、崗位安全生產(chǎn)的工作環(huán)境、工作強度以及影響燒結礦質量的工藝要求等，提出如下問題。

①如何在穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)下，實現(xiàn)自動水分控制，能否根據(jù)上料量變化實現(xiàn)自動調整加水量；②能否實現(xiàn)水分控制精度在設定值±0.2%；③自動狀態(tài)與手動狀態(tài)可根據(jù)需求進行切換，且切換過程不會影響水分控制穩(wěn)定性。

3 混合機實現(xiàn)自動加水可行性分析

3.1 燒結混合機水分分析

燒結原料水分波動，將會引起配料的波動。因為配料是按百分之百的濕料配入，按干料進行計算，各種原因的水分都是假定不變的，若原料的水分發(fā)生波動，必然會引起配料的波動，也會對混合料水分穩(wěn)定帶來影響?；旌狭霞尤胨堪凑铡耙砸换鞛橹?，配料室為輔，二混適當補充加足”[1]。二混加水只是對一混加水不足的補充。

一次混合的目的主要是混勻和加水潤濕，使混合料中各成分、粒度均勻分布，并使混合料水分達到二次混合要求，同時當使用熱返礦時，可以將物料預熱；二次混合除有繼續(xù)混合的作用外，主要任務是加強混合過程中的制粒，使細粒物料粘附在核粒子上，形成粒度大小一定的粒子。同時還有補充水分、通入蒸汽預熱任務，從而改善混合料粒度組成，使混合料在具有良好透氣性的情況下，保持最好的水分含量和必要的料溫，保證燒結料層具有良好的透氣性。一段式混合工藝在現(xiàn)代燒結工藝中基本不再采用。國內外燒結工藝為強化混合制粒，甚至增加了第三次混合機。

3.2 燒結混合機調整工藝情況

本次改造考慮3#燒結機正常工況下，實現(xiàn)自動加水功能，不考慮異常情況，比如放灰、啟車、事故狀態(tài)下變化料量等特殊情況。該套控制程序能夠實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定時的自動加水控制。 3#燒結機工藝系統(tǒng)為一段混合加水，沒有分段系統(tǒng)，不存在多段混合分段調節(jié)功能，混合機加水量的多少必須一次調節(jié)成功，否則將會帶來生產(chǎn)質量事故。傳統(tǒng)應用PID 通過給水調節(jié)實現(xiàn)一段混合加水的水分閉環(huán)控制很難保證水分調節(jié)精度，系統(tǒng)擾動會造成水分波動較大，影響燒結礦質量，容易造成重大質量事故。

同一配料結構下，燒結過程所需水分為定值。假設物料原始帶入水分一定，則加入水量也一定，且加水量與混合料上料量之間呈線性關系。即：

加水量=（實測水分值-水分設定值）*上料量設定值

建立加水量與加水閥門開度的關系，通過自動程序則可實現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)下的水分自動控制。

4 制定混合機改造實施方案

4.1 燒結混合機自動加水原理

經(jīng)過現(xiàn)場實際運行工況分析，系統(tǒng)為大滯后且影響水分調節(jié)因素較多，長期以來均是通過看水工現(xiàn)場用鐵鍬搓料，查看混合料水分大小。因此，如何解決大滯后過程控制問題以及如何解決料量、水分、水量之間的關系問題就是該系統(tǒng)要因。

針對該系統(tǒng)存在的主要問題，首先需要解決大滯后環(huán)節(jié)問題，基于現(xiàn)場看水工實際操作過程分析，調節(jié)周期較長，大約在5～6min，甚至10min 才根據(jù)水分值調節(jié)一次水量。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工況下，調節(jié)范圍較小。在加灰及變料情況下，才需要大幅調節(jié)水量。因此,采用傳統(tǒng)PID 單回路閉環(huán)控制無法滿足系統(tǒng)要求，通過對包鋼的新體系調研，對方采用三級混合，一混粗調，二混細調，工藝設備較本人所在工廠較為合理，對實現(xiàn)自動加水可借鑒度不高。要想解決該問題，必須找到能夠模擬看水工經(jīng)驗判斷操作過程的方法。

4.2 控制原理

通過混合機出口水分儀實測混合料水分，正常情況下，若混合料水分在（6.8%～7.2%),正常控制設定在7.0%，加水量計算公式如下：加水量=（實測水分-水分設定值）*上料量設定值

實測水分：從水分超限開始計時，在90s（根據(jù)生產(chǎn)需要設定）內，每秒取一個值，做平均數(shù)

水分設定值：7.0%(根據(jù)生產(chǎn)需要設定)

上料量設定值：上料總量含返礦量

通過實測瞬時水量與調節(jié)閥開度，找出兩者的對應函數(shù)關系。再通過函數(shù)關系找出閥位與加水量的對應關系。這樣通過加水量找出對應閥位，手自動切換過程中，跟蹤當前閥位。

Y=0.571X+10（X:調節(jié)閥開度；Y：瞬時流量）

Z=X1+ X2（X1:當前調節(jié)閥開度；X2：換算閥位；Z：輸出調節(jié)閥開度）

4.3 采集連續(xù)3 個月8000 條數(shù)據(jù)(截取部分數(shù)據(jù)）

開度（%）瞬時流量（m3/h）開度（%）瞬時流量（m3/h）開度（%）瞬時流量（m3/h）開度（%）瞬時流量（m3/h）13 15 12.5 11 12 10 18.8 19.7 18.6 14.9 17.7 16.3 8.9 18.3 16.6 17.3 29 35 15.4 21.6 20.2 20.8 27.6 30.4 13.9 32 30 30.5 28 25 18.9 30.4 28.3 29.5 27.5 26.6 21.1 10.1 10.8 10.6 16 17 24.03 16.18 16.88 16.7 20.5 21.1

5 項目實施

該系統(tǒng)采用采樣控制實現(xiàn)了大滯后系統(tǒng)的控制要求?；緦崿F(xiàn)了單一混合機的自動加水功能。通過利用原有混合機出口水分儀、水量調節(jié)閥、流量計、手操器及浙大JX300 控制系統(tǒng)等現(xiàn)有設備的基礎上，通過采樣控制實現(xiàn)了3#燒結機正常工況下，混合機自動加水功能。經(jīng)過現(xiàn)場檢驗，系統(tǒng)調節(jié)功能能夠實現(xiàn)加灰等小范圍變料情況下的系統(tǒng)擾動。如果通過控制室崗位人員在變料情況下，實時改變水分設定值，也能很快達到調節(jié)要求。同時系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時的調節(jié)效果要明顯好于看水工的人為調節(jié)。針對系統(tǒng)的大滯后環(huán)節(jié)，采用按周期采樣斷續(xù)控制的原理，在相鄰兩次采樣之間保持控制信號不變，直到下一個采樣控制周期信號到來，延時時間大于純滯后時間。這樣重復動作，逐步校正被控對象的偏差值。直到系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。這種控制思想就是“控一控，等一等”，放慢控制速度，減少控制器過渡調節(jié)[2]。

6 結論

改造后通過實際效果驗證，水分控制穩(wěn)定性較人工手動控制有大幅改善，水分控制精度可控制在中值±0.2%，有效提高了水分控制穩(wěn)定性。除配料除塵器放灰時間段外全部采用自動加水，每日運行時間約為23.5h，有效降低了崗位勞動強度，可使職工將更多精力投入設備巡檢及清掃工作中。此次3#燒結機混合機自動加水改造在充分利用原有設備的基礎上，結合現(xiàn)場看水工的實際操作情況，通過控制程序模擬手動人工判斷，實際運行效果較好，基本改變了燒結系統(tǒng)多年來由于工藝條件限制無法實現(xiàn)自動加水的現(xiàn)狀。