焦炭全自动质检系统的设计

(石横特钢集团有限公司，山东 肥城 271600)

0 引言

在高炉冶炼的过程中，冶金焦炭发挥着极其重要的作用，随着装置水平和工艺技能的不断提升，对焦炭的质量控制及检测工作提出了更高的要求。这些年以来，各个大型钢铁厂所采用的质检方法依旧是传统的自动化水平较低的采样、制样及人工转鼓试验相结合的方法，已经不能满足生产的实际需求，因此对焦炭的质量进行自动化的在线检测，已逐渐成为生产过程中所必须解决的问题。

1 系统设备的构成

系统内的设备主要分为两部分，分别为电气控制与机械装置。其中，机械装置所包含的装置主要有头部取样机、称重料斗、破碎机等；电气装置所包含的装置主要有显示器、变频器、检测部件、接触器等。控制系统又可以划分为3种，分别为自动化控制、上位工控机和人为控制。

2 检验的工艺流程

对焦炭进行检测的一个完整流程主要包含了自动采集料流中的样品、制样、试验等一系列操作，具有较强的复杂性。

1)采集样品。头部取样机每间隔20 min就可以从皮带机的头部下料处来采集样品，横截全流幅大约收集了30 kg的样品。

2)分样。样品可以经过头部三通器传输到二分器内，其内存在的一部分子样品可以溜到大颗破碎机内，一部分会溜到五级滚筒筛内。

3)制样缩分。头部取样机将相应的物料输送至大鄂破机，并实施粉碎操作，之后电动缩分器可以再次将物料均匀的输送至1#三级滚筒筛内的锤式破碎机内，其筛分出的粒度处于21～25 mm之间，经过缩分器的缩分作用所取得的样品主要应用于焦炭性能的检测工作。锤式破碎机在对样品进行破碎之后传给缩分器，经过缩分之后可以供给焦炭工业分析所用。

4)粒级检测与自动转鼓试验。通过运用二分器，五级滚筒筛可以得到相应的试样，其粒度主要存在五个粒级，分别为<25 mm、 25～40 mm、40～60 mm、6～080 mm 、>80 mm，分别位于1#、2#、3#、4#、5#称斗之内，当这些称斗的总重量大于225 kg，且4#与5#的总重量大于50 k乳头的时候，通过运用相应的电气控制系统来完成配鼓电振给料机的信号输入，根据二级配鼓要求来得出各个配鼓粒度所需的配鼓重量，再通过配鼓三通器与配鼓输送带抵达鼓前称斗来完成相应的重量称重，当配鼓的重量大于50 kg的时候，自动转鼓将会开始相应的试验。转鼓在四分钟内旋转了100圈之后，试样将会被自动倒入2#三级滚筒筛内，其筛孔的大小分别为40和10 mm，在经过三级滚筒筛的筛分之后，利用鼓后秤斗来称取粒度的重量，其分别为<10 mm、10 mm～40 mm、>40 mm，进而得到耐磨性及抗碎性。

5)屏料返回：缩分器与1#、2#、3#砰斗中存在的弃料，可以经过弃料收集输送带来转移至斗提机内，再利用该设备将其返送至主皮带运输机内，再次回到主料流。

6)应急系统：当自动取样系统发生故障的时候，利用头部三通器来将试样转移至人工取样溜管内，使试样可以为人工制样、人工检测焦炭的粒度及冷强度所使用。

3 PLC控制系统的组成

该控制系统主要包含两个部分，分别为强度测定组与取样筛分组。两者都是通过共同的PLC系统与工控机来进行控制的。在该检验系统内，由于各个设备都是利用PLC系统来进行控制的，因此存在较多的点数，且任务流程较为繁琐。为了避免系统因PLC出现故障而发生瘫痪，进而对正常的质检工作造成影响，此外又单独配置了一套PLC系统，这两个系统可以彼此转换，从而提升了该质检系统的作业效率。

系统的构成主要有上位机与下位机。其中上位机运用联想工控机，其系统为Wind 2000，组态软件则运用了SMATICW lNCC6.0，其图形页面可以将各个现场设备运行的状态及参数进行实时显示，操作人员可以通过点击相关的按钮，对现场各个设备的运行与停止进行控制、对运行参数进行相应的更改，操作较为简单，具有较好的人机界面。下位机则运用了主控制站及远程I/O技术，两者之间的连接主要利用Profibus总线而实现。主站的构成包含了电源、CPU、闭环控制等多个模块。其中CPU运用MPI接口，利用Profibus来与远程I/O或者现场智能仪表之间建立通信，上位机与下位机之间的通信都是利用MPI接口所实现。

4 自动配鼓控制及工作原理

自动配鼓控制系统通过运用质量配料法，各个粒级的焦炭根据之前所计算出的配比，并运用电子配料秤来进行配料。由于配料所具有的精度将会对转鼓试验的数据造成直接的影响，因此针对该控制系统提出了更高的要求。自动配料系统的构成部分主要为电子皮带秤、变频器、显示器等。当利用计算机得到各个粒级的配比之后，物料的流量将会经过相应的设备而转换成为4～20 mA的信号，之后再输入到闭环控制单元中的功能板块，经过A/D转换器可以转变为数字量，与计算得到的数值进行对比，再通过相应的运算来取得控制量的数字值，经过D/A转换器可以转换成4～20 mA的模拟量，并传输给变频器，变频器可以利用该信号对电振给料器的频率进行控制，从而确保给料器时刻围绕着计算数值来进行给料，完成自动配料。

5 运行效果及性能特点

通过持续7 d的试运行及功能考核，对取制样进行检测，其结果显示：该系统对焦炭的粒度及冷强度所进行的检测分析均与相关的标准相满足，各个性能指标都可以满足设计要求。

1)在头部取样机开展取样工作的时候，可以对其间隔进行调整，确保每天所需的检测工作得以实现，简单有效。

2)利用PLC系统可以对强度测定组与取样分筛组进行有效的控制，具备较好的简便性。

3)自动打印报表：在每次进行鼓前筛分的时候，可以对各个粒级及其配鼓的重量、筛分出+40 mm和-10 mm粒级的重量、耐磨性、抗碎性等进行统计，并试验结束之后将其打印出来。

4)屏常状况自动报警：在运行的过程中，控制系统会对各个设备的运行状况进行监控，当设备发生故障或者电器保护受到破坏时，报警器就会立即发出警报，并且上位机会出现闪烁的红色字体，以此来作出提示。

5)简单的秤斗零点校正作用：该系统只有具备对应的权限才可以进到参数界面，专业的标秤人员可以对各个秤斗加以置零，对称量值进行校正，促使数据结果具备更高的精确性。

6)弃料反排的自动化：使弃料实现了循环再用，节省了资源，达到了环保的目的。

6 结语

焦炭全自动质检系统通过生产实践的严格检验显示：试样具备较强的可靠性与代表性，可以实时监测及反应焦炭的质量及波动状况，并将信息及时传输给高炉操作人员;多粒级筛分称量机具有较多的优势，如较好的筛透性、较高的筛分效率、无卡顿、无残留等；系统采取的技术路线及工艺较为先进合理，设备也较为可靠，与国内相同类型的系统相比，该系统具有较强的自动性。随着该系统的不断应用，焦炭质量检测工作更为标准、高效，并且实现了自动化，在国内位于领先地位。