提高回轉窯球團生產穩定性研究

李 斌，曹建國

（河鋼唐鋼青龍爐料有限公司，河北 唐山063000）

1 球團焙燒過程概述

球團法也稱為制粒法，它是將精礦通過添加添加劑或粘合劑等物質，進行精細研磨，并按照一定比例，然后在制粒機中滾動以形成一定數量的球，然后使用干燥和焙燒或其他方法進行一系列的物理和化學反應，以加強硬化。該方法稱為顆粒法，所得產物稱為顆粒。在造粒過程中，材料會由于致密顆粒而改變其物理性質，從而提高材料的冶金性能。

2 回轉窯氧化顆粒焙燒工藝

球團生產的過程通常包括精礦的預處理，精礦的脫水，改善游離精礦的接受度，溶劑和燃料的制備，篩式膨潤土的制備和粉碎，配料的制備，混合和制粒篩分，底球的設置，生球布的邊緣放置和干燥，生球的預熱，焙燒，潤濕和冷卻，成品的存儲以及返回礦石存儲的生產，以及參與配料和加工的其他過程。球團的生產過程由幾個連續的過程組成，每個過程都是在不同類型的設備上進行的完整過程，是特定的具體的生產流程。如圖1 所示。

3 球團焙燒過程需要解決的問題

球團焙燒過程是非常復雜的物理和化學過程。整個退火過程涉及燃料的燃燒反應，氧化物的分解反應，固相的反應，液相的形成和凝結等，其整個程序包括熱力學與動力學，流體動力學和晶體礦物學。影響球團焙燒過程的因素很多，而影響焙燒過程的各種因素密切相關。通常，顆粒在焙燒過程中的影響因素不僅包括進入生產過程的材料，例如原料和返回礦石的組成，濕度，粒徑和體積，還包括不同操作的參數，例如：層厚，透氣度顆粒的程度和大小，鏈機中回轉窯的速度，空氣壓力，風量和覆蓋壓力等。

簡而言之，顆粒焙燒過程是一個復雜的物理和化學變化過程，具有許多干擾因素，如：非線性、強協調性和嚴重的不確定性。它取決于許多檢測儀器的手動監控，并且控制參數的調整在技術上很難被意識到，這對生產的穩定運行是非常不利的。因此，球團焙燒過程的計算機過程控制應主要解決以下問題：

（1）焙燒生產整個過程是大而復雜的，需要對整個系統進行集中控制，并且對于局部控制和過程干擾具有足夠的協調控制能力。在滿足產品生產要求的情況下，將重要控制參數的變化保持在可控的范圍內，避免了手動調整導致的工作條件波動，并穩定了生產過程。

（2）對多個過程中可檢測參數的互聯網集中監控，使現場操作人員能夠及時，準確地了解球團焙燒過程的運行狀況。

（3）在長期的生產和維護過程中，技術人員已經積累了許多工作經驗和現場數據，但是他們還沒有針對復雜多變的過程條件和主觀變化形成一套完整的控制策略。在對工作生產的理解上，操作人員往往會做出不同的判斷，采用不同的控制方案，不利于維護系統的穩定和優化。因此，有必要形成一種有效的球團焙燒工藝控制策略，并通過計算機控制來實現。

（4）在生產過程中以自動化方式執行諸如存儲，管理和打印與生產相關的數據和記錄之類的功能，并執行遠程數據傳輸和數據共享。

4 球團過程控制系統

硬件配置主要是整個系統的特定硬件配置，包括以下主要內容：站的供電系統，中央處理器，輸入和輸出設備以及遙控器的特定配置，網絡設備配置，網絡系統的結構和設置網絡參數。

4.1 程序控制系統的網絡配置

所謂的網絡系統設計是整個網絡拓撲的設計，就是每個通信站之間的通信設備的設計以及網絡通信協議的設計。網絡配置使用通信卡在狀態網絡上交換數據。主站與現場控制設備之間的接口在很大程度上認可了西門子的遠程通訊方式。

4.2 PLC 與PLC 之間的通訊

由于顆粒焙燒過程的計算機控制過程的不同站點之間的數據交換需要實時性強，數據量大，通信距離相對較長，因此網絡架構的選擇采用工業以太網通訊。介質為光纖，傳輸距離長，抗干擾能力強，已選擇西門子工業以太網協議作為主要通信協議。

4.3 監控系統通訊

監視系統的主要功能是對電氣設備，儀器儀表和現場設備進行監視和控制。操作人員通過監視系統發布現場設備的控制指令。通過設置兩個冗余交換服務器，監視站直接與現場通信，而其他監視站與兩個服務器的主服務器通信。當主服務器出現故障時，通信會自動切換到輔助服務器，并采用服務器通信方式，這也減少了網絡上的通信數據量，減少了監控站之間的通信負載和通信協議選擇協議。

4.4 PLC 與遠程I / O 之間的通訊

PLC 主站通過模塊收集數據并執行控制指令，并通過協議與遙控器進行通信，以實現模塊的數據收集。主站與遙控器之間的通信使用主從通信方法。

5 PLC控制系統實現的功能

球團顆粒整個自動化生產過程是由下位機進行控制，自動控制各個組件通過開放式現場總線連接，由一個分布式控制系統組成，以此實現邏輯、聯動、順序，以及收集信號、預警等功能，此外在這個操作過程中還有一個手動急停按鈕，便于緊急情況下進行人工干預。在整個自動化控制過程中，工程師站提供了檢視和離線維護，及系統測試、開發等功能，并在該系統的軟件管理器窗口上進行顯示。

本文所介紹的顆粒燒結生產控制系統是采用結構化的編程方法，可分為功能塊、組織塊和共享數據塊。其中最常用的生產控制系統為鏈蓖機-回轉窯氧化顆粒生產控制系統，共分為啟動階段、正常運行階段和停止階段運行三個階段，在啟動和停止階段，需要完成回轉窯、循環冷卻器等設備的啟動和停止操作，以確保實現設備的正常功能。正常運行階段，主要涉及過程變量，在過程變量環節主要是對基本回路閉環控制操作和高級優化控制操作，主要包括邏輯互鎖控制、基本回路控制和優化控制功能等，這是確保實現顆粒燒結生產控制系統的關鍵，也是工藝和維修人員關注的焦點。

5.1 邏輯連鎖控制功能

邏輯連鎖控制功能可以實現每臺設備的獨立啟停，及全線所有設備的聯動啟停運行，是實現顆粒燒結自動控制系統運行的關鍵。邏輯聯鎖控制可自動讀取附屬開關和觸點的狀態，自動檢索每個設備的工作條件和連鎖關系，并按照系統預先設計好的條件發出開關量輸出信號，以控制每個設備的啟動和停止，以及閥門的打開和關閉。同時強調一點，電動機、風門的順序控制不是手動操作的簡單安排，是按照整個系統的特性和變化規律，系統自動進行判斷，并操作。

5.2 基本的回路控制功能

基本的回路控制是結合程序設定的參數，對生產的過程進行控制操作，本文所介紹的球團顆粒生產過程控制系統主要包括自動配料、造粒水分、滾筒部分罩溫度、干燥部分罩和預熱部分罩的溫度等。燒結生產過程控制系統中的主要控制功能是通過控制系統設備的基本操作設計的，即現場手動模式和遠程集中模式。系統會監控所有過程和所連接的電氣設備。系統除了處理常規的控制信號（例如電動機的啟動和停止，操作選擇，接觸器，熱繼電器等）外，還將大電動機運行電流信號作為標準信號發送到系統進行監視。

6 球團焙燒生產過程控制系統的生產操作功能描述

根據現場操作規程的要求，有硬手動、軟手動和全自動控制三種操作方式。硬手動控制模式是對現場各種控制臺、機柜的控制功能，設備調試過程中，設備大修及計算機控制系統調試和維護的情況下，此控制方法可確保實際需要滿足場地的一部分，以滿足基本生產的需求。操作員可以通過低壓配電柜或現場操作箱，操作按鈕或手柄開關，通過手動直接在現場設備上執行啟動和停止操作，以對手動調節器和其他執行器進行硬手動控制。在優先級上，現場手動控制模式是最高的。在此模式下，任何自動模式均無效。軟手動控制模式允許操作人員根據現場的具體情況直接操作各種設備的啟動和停止，并調節控制室中各種閥門的開度。全自動控制控制模式當操作員選擇全自動模式時，自動控制系統將根據預制的應用，聯鎖控制以及根據實際的生產和運行狀況，根據一定的控制策略自動啟動和停止各種設備。