濟鋼燒結(jié)混合料水分的在線測量與控制
周軍 王興璞 李真明 管襄華 計量處 王慶河
(濟鋼燒結(jié)廠)
摘要 濟鋼為加強燒結(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，重點介紹了該水分儀在濟鋼第一燒結(jié)廠的應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
濟鋼2×120m2燒結(jié)機自1994年投產(chǎn)以來，經(jīng)過多次技術(shù)改造，有了很大進步，技術(shù)經(jīng)濟指標進入全國同類機型前三名。但是,由于濟鋼沒有自己的礦山基地，幾乎全部礦粉都從國外進口，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到較高的水平，現(xiàn)場主要生產(chǎn)工藝設備的運轉(zhuǎn)采用PLC控制，完全實現(xiàn)了自動開、停機。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)量的進一步提高。為了彌補這一薄弱環(huán)節(jié)，我廠在2002年11月引進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燈泡, 該燈發(fā)出的光線通過光學系統(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)里的水分子強烈吸收；另一種為參考波長，它的特點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)學函數(shù)的計算，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：安裝在一次混合機的污泥電子調(diào)節(jié)閥、質(zhì)量流量計，安裝在一次混合機后混料皮帶上的紅外水分儀、電子皮帶秤，安裝在二次混合機的電子式電動調(diào)節(jié)閥、電磁流量計及PLC系統(tǒng)和上位機。
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、二混要加入的水進行分配。總體原則為：主控室智能工通過上位機調(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行水分測量和電子皮帶稱對物料流量進行測量，主控室智能工對二混出口的水分目標值通過上位機進行設定，采用前饋－反饋方式進行控制，經(jīng)過PLC內(nèi)部計算出二混的加水量。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中的公式計算如下：
Msp%=(Wwater+Waddwater)/(Wdrymat+Wwater+Waddwater) （1）
其中：Msp%―目標水分值
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―要達到目標水分需加的水的重量
對（1）式進行整理，就可以得到：
Waddwater=[ Msp%×Wdrymat+( Msp%-1) ×Wwater]/(1- Msp%) （2）
公式（2）得到了要達到目標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行計算得到的，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算的方法，對不同的配料配方可以遵照此思路計算，Wdrymat的計算同理。需要注意的是，這里采用的是每一種物料的瞬時計算值按工藝流程分時累計的結(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，一般可以認為是定值參與運算。
根據(jù)公式（2）和測量得到的物料水分以及物料流量值，并考慮到測量點到加水點的時間延遲后，進行系數(shù)修正，再根據(jù)特定的算法計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，進而引起紅外光反射強度的變化，而紅外光反射強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根含量來進行水分計算的。由于紅外水分儀在現(xiàn)場標定是以一次混合機加污泥水為標準進行校正的，當混合機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值。經(jīng)過近四個月的生產(chǎn)實踐檢驗，證明這兩種修正方法是行之有效的，保證了燒結(jié)生產(chǎn)的順利運行。
5 MM710紅外水分儀的應用效果
在一次混合機后安裝MM710紅外水分儀進行水分自動測量控制后，我們在現(xiàn)場進行了采樣測定水分。即在二次混合機后對燒結(jié)料進行現(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，以檢驗二次混合機后燒結(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值相近，且相當穩(wěn)定。燒結(jié)混合料水分完全實現(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 各項指標在使用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)實踐證明，MM710紅外水分儀應用于生產(chǎn)后，各項指標穩(wěn)定可靠，能準確及時地測定混合料中水的含量，響應時間及精度可以滿足工藝要求。
2）該設備應用于生產(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，各項技術(shù)經(jīng)濟指標都有明顯程度的提高。
4）因測量機理的原因，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)，應進一步從技術(shù)上予以解決。

THE ON-LINE MEASUREMENT AND CONTROL OF SINTER MIX MOISTURE IN JIGANG
Zhou Jun et al.
Abstract In order to realize the on-line measurement and control of sinter mix moisture, the MM710 moisture meter was adopted in JIGANG. In this paper, the principle of MM710 moisture meter was presented, and its application effect in JIGANG №1 sintering plant was emphasized.
Key words sintering, infrared ray moisture meter, control,

收稿日期：2004-06-24 聯(lián)系人：周軍（250101）
山東 濟南鋼鐵公司燒結(jié)廠。聯(lián)系電話：0531-8867181