提高回转窑球团生产稳定性研究

李 斌，曹建国

（河钢唐钢青龙炉料有限公司，河北 唐山063000）

1 球团焙烧过程概述

球团法也称为制粒法，它是将精矿通过添加添加剂或粘合剂等物质，进行精细研磨，并按照一定比例，然后在制粒机中滚动以形成一定数量的球，然后使用干燥和焙烧或其他方法进行一系列的物理和化学反应，以加强硬化。该方法称为颗粒法，所得产物称为颗粒。在造粒过程中，材料会由于致密颗粒而改变其物理性质，从而提高材料的冶金性能。

2 回转窑氧化颗粒焙烧工艺

球团生产的过程通常包括精矿的预处理，精矿的脱水，改善游离精矿的接受度，溶剂和燃料的制备，筛式膨润土的制备和粉碎，配料的制备，混合和制粒筛分，底球的设置，生球布的边缘放置和干燥，生球的预热，焙烧，润湿和冷却，成品的存储以及返回矿石存储的生产，以及参与配料和加工的其他过程。球团的生产过程由几个连续的过程组成，每个过程都是在不同类型的设备上进行的完整过程，是特定的具体的生产流程。如图1 所示。

3 球团焙烧过程需要解决的问题

球团焙烧过程是非常复杂的物理和化学过程。整个退火过程涉及燃料的燃烧反应，氧化物的分解反应，固相的反应，液相的形成和凝结等，其整个程序包括热力学与动力学，流体动力学和晶体矿物学。影响球团焙烧过程的因素很多，而影响焙烧过程的各种因素密切相关。通常，颗粒在焙烧过程中的影响因素不仅包括进入生产过程的材料，例如原料和返回矿石的组成，湿度，粒径和体积，还包括不同操作的参数，例如：层厚，透气度颗粒的程度和大小，链机中回转窑的速度，空气压力，风量和覆盖压力等。

简而言之，颗粒焙烧过程是一个复杂的物理和化学变化过程，具有许多干扰因素，如：非线性、强协调性和严重的不确定性。它取决于许多检测仪器的手动监控，并且控制参数的调整在技术上很难被意识到，这对生产的稳定运行是非常不利的。因此，球团焙烧过程的计算机过程控制应主要解决以下问题：

（1）焙烧生产整个过程是大而复杂的，需要对整个系统进行集中控制，并且对于局部控制和过程干扰具有足够的协调控制能力。在满足产品生产要求的情况下，将重要控制参数的变化保持在可控的范围内，避免了手动调整导致的工作条件波动，并稳定了生产过程。

（2）对多个过程中可检测参数的互联网集中监控，使现场操作人员能够及时，准确地了解球团焙烧过程的运行状况。

（3）在长期的生产和维护过程中，技术人员已经积累了许多工作经验和现场数据，但是他们还没有针对复杂多变的过程条件和主观变化形成一套完整的控制策略。在对工作生产的理解上，操作人员往往会做出不同的判断，采用不同的控制方案，不利于维护系统的稳定和优化。因此，有必要形成一种有效的球团焙烧工艺控制策略，并通过计算机控制来实现。

（4）在生产过程中以自动化方式执行诸如存储，管理和打印与生产相关的数据和记录之类的功能，并执行远程数据传输和数据共享。

4 球团过程控制系统

硬件配置主要是整个系统的特定硬件配置，包括以下主要内容：站的供电系统，中央处理器，输入和输出设备以及遥控器的特定配置，网络设备配置，网络系统的结构和设置网络参数。

4.1 程序控制系统的网络配置

所谓的网络系统设计是整个网络拓扑的设计，就是每个通信站之间的通信设备的设计以及网络通信协议的设计。网络配置使用通信卡在状态网络上交换数据。主站与现场控制设备之间的接口在很大程度上认可了西门子的远程通讯方式。

4.2 PLC 与PLC 之间的通讯

由于颗粒焙烧过程的计算机控制过程的不同站点之间的数据交换需要实时性强，数据量大，通信距离相对较长，因此网络架构的选择采用工业以太网通讯。介质为光纤，传输距离长，抗干扰能力强，已选择西门子工业以太网协议作为主要通信协议。

4.3 监控系统通讯

监视系统的主要功能是对电气设备，仪器仪表和现场设备进行监视和控制。操作人员通过监视系统发布现场设备的控制指令。通过设置两个冗余交换服务器，监视站直接与现场通信，而其他监视站与两个服务器的主服务器通信。当主服务器出现故障时，通信会自动切换到辅助服务器，并采用服务器通信方式，这也减少了网络上的通信数据量，减少了监控站之间的通信负载和通信协议选择协议。

4.4 PLC 与远程I / O 之间的通讯

PLC 主站通过模块收集数据并执行控制指令，并通过协议与遥控器进行通信，以实现模块的数据收集。主站与遥控器之间的通信使用主从通信方法。

5 PLC控制系统实现的功能

球团颗粒整个自动化生产过程是由下位机进行控制，自动控制各个组件通过开放式现场总线连接，由一个分布式控制系统组成，以此实现逻辑、联动、顺序，以及收集信号、预警等功能，此外在这个操作过程中还有一个手动急停按钮，便于紧急情况下进行人工干预。在整个自动化控制过程中，工程师站提供了检视和离线维护，及系统测试、开发等功能，并在该系统的软件管理器窗口上进行显示。

本文所介绍的颗粒烧结生产控制系统是采用结构化的编程方法，可分为功能块、组织块和共享数据块。其中最常用的生产控制系统为链蓖机-回转窑氧化颗粒生产控制系统，共分为启动阶段、正常运行阶段和停止阶段运行三个阶段，在启动和停止阶段，需要完成回转窑、循环冷却器等设备的启动和停止操作，以确保实现设备的正常功能。正常运行阶段，主要涉及过程变量，在过程变量环节主要是对基本回路闭环控制操作和高级优化控制操作，主要包括逻辑互锁控制、基本回路控制和优化控制功能等，这是确保实现颗粒烧结生产控制系统的关键，也是工艺和维修人员关注的焦点。

5.1 逻辑连锁控制功能

逻辑连锁控制功能可以实现每台设备的独立启停，及全线所有设备的联动启停运行，是实现颗粒烧结自动控制系统运行的关键。逻辑联锁控制可自动读取附属开关和触点的状态，自动检索每个设备的工作条件和连锁关系，并按照系统预先设计好的条件发出开关量输出信号，以控制每个设备的启动和停止，以及阀门的打开和关闭。同时强调一点，电动机、风门的顺序控制不是手动操作的简单安排，是按照整个系统的特性和变化规律，系统自动进行判断，并操作。

5.2 基本的回路控制功能

基本的回路控制是结合程序设定的参数，对生产的过程进行控制操作，本文所介绍的球团颗粒生产过程控制系统主要包括自动配料、造粒水分、滚筒部分罩温度、干燥部分罩和预热部分罩的温度等。烧结生产过程控制系统中的主要控制功能是通过控制系统设备的基本操作设计的，即现场手动模式和远程集中模式。系统会监控所有过程和所连接的电气设备。系统除了处理常规的控制信号（例如电动机的启动和停止，操作选择，接触器，热继电器等）外，还将大电动机运行电流信号作为标准信号发送到系统进行监视。

6 球团焙烧生产过程控制系统的生产操作功能描述

根据现场操作规程的要求，有硬手动、软手动和全自动控制三种操作方式。硬手动控制模式是对现场各种控制台、机柜的控制功能，设备调试过程中，设备大修及计算机控制系统调试和维护的情况下，此控制方法可确保实际需要满足场地的一部分，以满足基本生产的需求。操作员可以通过低压配电柜或现场操作箱，操作按钮或手柄开关，通过手动直接在现场设备上执行启动和停止操作，以对手动调节器和其他执行器进行硬手动控制。在优先级上，现场手动控制模式是最高的。在此模式下，任何自动模式均无效。软手动控制模式允许操作人员根据现场的具体情况直接操作各种设备的启动和停止，并调节控制室中各种阀门的开度。全自动控制控制模式当操作员选择全自动模式时，自动控制系统将根据预制的应用，联锁控制以及根据实际的生产和运行状况，根据一定的控制策略自动启动和停止各种设备。