冶金尘泥综合利用自动化生产线工艺控制_王海鹏.pdf

工 业 炉Industrial Furnace第45卷第1期2023年1月Vol.45 No.1Jan.2023我国作为世界上第一大钢铁生产国，2021年粗钢产量已达10.33亿t，以每吨钢产生固体废弃物600800 kg估算1，全年共产生固体废弃物6.28.26亿t。其中含铁尘泥中的高炉瓦斯泥（灰）、转炉和电炉除尘灰等含锌较高，含锌固废的堆放不仅会造成环境污染，还会降低铁原料的利用率，影响经济效益，如果直接投入工序中使用，则容易造成锌富集，危害高炉的生产安全和影响烧结效益等2-3。为积极践行“低碳冶金、绿色能源、能效提升、循环经济”的减排行动，推进“固废不出厂”模式，很多企业采用火法焙烧工艺来处理含锌尘泥。回转窑作为钢铁含锌粉尘提锌选铁的火法工艺之一，和与之并存的转底炉等工艺相比，具有工艺成熟、投资成本较低、设备运行简单等优点4。但是目前回转窑焙烧工艺自动化控制水平普遍偏低，原料系统多为粗放式的行车或装载车拌料，工人劳动环境恶劣；同时回转窑焙烧的稳定性与窑师烧窑水平息息相关，人为因素导致的生产不顺事件时有发生。因此，回转窑焙烧生产线自动化控制水平亟待提高。1工艺介绍回转窑的工作原理是将钢厂含锌较高的除尘灰与焦粉、辅料按照一定的比例混合后送入回转窑焙烧，进入回转窑的物料随回转窑本体的转动由窑尾向窑头呈抛物状运动，物料中的锌、铅等可挥发金属氧化物在1 0501 250 条件下被焦粉以及其生成的一氧化碳还原成为金属蒸汽，金属蒸汽随回转窑烟气进入后道收尘工序中重新氧化成金属氧化物而被收集，氧化沉降室、表冷器（余热锅炉）、布袋收尘器等收尘设备所收集的烟尘即为不同品位的次氧化锌产品，其他的烟气在经过除尘和脱硫工序后达标排放；物料中的其他不挥发的氧化物会形成窑渣，经水淬或干法粒化处理后返回冶炼生产线或其他提炼收稿日期：2022-06-16作者简介：王海鹏（1990），男，工程师，主要从事炼铁工艺设计方面工作.冶金尘泥综合利用自动化生产线工艺控制王海鹏，程学祥，项丛政（马钢集团设计研究院有限责任公司，安徽 马鞍山243000）摘要：针对回转窑焙烧工艺自动化控制水平偏低的现状，结合各类生产线的控制系统配置经验，阐述了回转窑焙烧系统的工艺流程，并对系统的工程设计和工艺控制原理进行了分析，提出了回转窑配料系统以及温度控制系统的原理及流程。关键词：冶金尘泥；回转窑；控制原理中图分类号：X757文献标识码：B文章编号：1001-6988（2023）01-0062-03Process Control of Automatic Production Line for ComprehensiveUtilization of Metallurgical DustWANG Haipeng,CHENG Xuexiang,XIANG Congzheng（Masteel Group Design&Research Institute Co.Ltd.,Maanshan 243000,China）Abstract:In view of the low level of automatic control of the rotary kiln roasting process,combinedwith the control system configuration experience of various production lines,the process flow of rotary kilnroasting system is expounded,the engineering design and process control principle of the system are ana-lyzed,and the principle and flow of rotary kiln batching system and temperature control system are put for-ward.Key words:metallurgical dust;rotary kiln;control principle62工 业 炉第 45 卷第 1 期2023 年 1 月工序。回转窑工艺流程如图1所示。2生产线控制系统配置2.1原料储存及上料系统回转窑的原料主要包括除尘干灰、污泥、焦粉以及辅料。其中干灰、焦粉以及辅料采用气力输灰的方式送入高架灰仓储存，高架灰仓上部设有雷达料位计计重，下部设变频星型卸灰阀、全密封皮带秤及埋刮板机用于向混合机定量供料；污泥通过自卸车运输至接收仓储存，上部设有雷达料位检测系统，下部设有液压滑架、双螺旋出料机以及柱塞泵定量输送至混合机。经混合机充分混合后的原料通过上料皮带送至回转窑焙烧。2.2窑头辅热系统回转窑窑头辅热系统包括烧嘴、助燃风机、助燃空气管线、燃气管线以及检测、调节系统。烧嘴安装在回转窑窑头平台，空、煤气管线与烧嘴连接。在煤气管道上设有手动密闭蝶阀、电动调节阀、手动眼镜阀、快速切断阀及煤气放散管等。另设有用于监视煤气运行状况的煤气流量、压力仪表和自动报警装置。当管道内煤气压力发生异常情况时，可利用快速切断阀将煤气切断，以确保系统安全。助燃风机为变频风机，可以根据生产需要调节助燃风量。2.3焙烧系统回转窑焙烧系统包括回转窑本体、窑头鼓风设施、窑尾收尘设施、窑尾主抽风机以及检测原件等。其中回转窑主传动可以根据生产需要调节回转窑的转速；回转窑本体在冷却段、高温段、烘干段以及预热段分别预埋无线热电偶，热电偶信号可以反馈至控制系统；窑头鼓风风机以及窑尾主抽风机为变频控制；回转窑外壁温度红外连续测定；回转窑窑头设火焰成像系统。3工艺控制原理分析3.1回转窑配料控制原理原料系统的配置是否合理对回转窑稳定运行影响很大。由于各除尘灰之间的成分差别较大，未混匀直接入窑会导致窑内物料间的成分差别较大，在生产过程中碳含量较高的部位容易产生局部高温，生成的化合物熔化形成过多的液相，液相的形成将会使物料之间的粘结作用加剧，从而促进了窑内结圈的发展和长大；含铁较高的部位会形成熔融状态的铁块，加速回转窑结圈4-5。为了抑制因成分不均引起的回转窑结圈，应在配料过程中使用定量配料设施，并在各类除尘灰入窑前设置混合机对原料进行充分混合，尽量确保窑内布料均匀。回转窑自动定量配料是通过计量设备以及控制系统来实现的。控制原理如图2所示：在控制系统中输入原料处理量、原料种类以及成分，控制系统根据物料平衡以及能量平衡自动计算出燃料以及其他辅料的需求量，并控制定量给料设备定量配料，配好的物料送入混合机混匀造粒后经上料系统送入回转窑；同时控制系统可以根据实际情况反馈调节定量给料设备的给料量，例如回转窑焙烧温度控制系统反馈的增加或减少配碳量信号等。其中，除尘干灰、焦粉以及辅料通过全密封皮带秤连续计量给料，污泥通过柱塞泵连续计量给料。回转窑配料控制系统取消了人工铲车拌料，改善了工人的劳动环境，给料更精确、更均匀，同时减少了回转窑结圈现象。3.2回转窑焙烧温度自动控制原理回转窑焙烧过程中的热量来源包括除尘灰中的碳、配加的焦粉以及窑头辅热系统带入的热量。冶金尘泥焙烧回转窑的焙烧温度约为1 1001 200，温度过低会导致锌、铅等金属的收得率不高，温度过高图1回转窑焙烧系统工艺流程示意图污泥坑储灰仓胶带机回转窑混合机窑头鼓风机沉淀池脱硫布袋收粉器余热锅炉沉降室次氧化锌返料图2回转窑配料控制原理示意图原料条件输入控制系统计算定量给料设备给料混匀造球后上料生产状态反馈63会导致回转窑结圈。通过回转窑焙烧温度自动控制系统来调节回转窑系统的热量输入，可以实现锌、铅等金属较高回收率的前提下尽可能地少配碳，避免回转窑焙烧温度过高，有效降低结圈可能。回转窑焙烧温度控制原理为：根据测量的焙烧区温度，通过调节窑头辅热系统热量输入以及配碳量增减，将焙烧温度控制在合理区间。其中，窑头辅热系统调节焙烧区温度效果快，而调整配碳量调节焙烧区温度有一定滞后性。控制流程如图3所示。（1）设定焙烧区温度区间1，控制系统根据物料条件计算出需要的配碳量，并通过自动配料系统进行定量配料。（2）通过回转窑本体设置的无线测温热电偶测量焙烧区温度Ti，并反馈至控制系统作出判断，此时会出现三种情况：第一种情况为温度Ti在设定的焙烧温度区间1内，则控制系统维持现有的生产状态；第二种情况为温度Ti超出温度区间1但是在温度区间2内，此时焙烧区温度与设定温度区间偏差较小，控制系统将通过控制窑头辅热设施调整热量输入，将焙烧温度控制在设定温度区间1内；第三种情况为温度Ti超出温度区间2，此时焙烧区温度与设定温度区间偏差较大，控制系统将通过调整窑头辅热设施的热量输入以及配碳量来调节焙烧温度。3.3回转窑高温段位置控制原理根据窑内各区间温度变化，一般从窑尾至窑头按温度从高到低划分为四段，依次为干燥段、预热段、高温段和冷却段。其中，高温段是锌被还原析出的主要反应段。生产实践表明，高温段温度以1 1001 200、高温段长度以窑身总长的1/32/3为宜，焙烧终点位置距窑头挡料圈0.5 m左右5。除稳定的固定碳量与鼓风供氧外，适当增加鼓风量和窑尾负压，可以延长高温段长度，提高烟气温度，增加产品的收得率，但高温段长度过长造成后面收尘设施的负荷增大，有烧坏布袋的风险。回转窑高温段位置控制原理如图4所示：通过回转窑外壁温度红外连续测定轴向温度，若高温段在合理范围内，则维持现有生产参数；若高温段不在合理范围内，则通过窑头变频罗茨风机、窑尾变频主抽风机调整压头、风量来调整高温段的位置。具体调节为：当高温段靠近窑头时，通过增加窑头鼓风量以及增加窑尾负压来使高温段向窑尾移动，反之则减小窑头鼓风量以及减小窑尾负压来使高温段向窑头移动。同时，结合现有生产所用到的窑头看火经验，通过设置在集控的窑头火焰成像系统来辅助判断回转窑的焙烧情况，不需要去现场看火。4总结冶金尘泥综合利用自动化生产线控制系统的配置，可以实现原料系统的均匀定量给料，避免回转窑生产过程中出现局部含铁或含碳过高，有效降低回转窑的结圈现象；可以实时监测回转窑的焙烧情况，及时调整回转窑热量输入，避免焙烧温度过高造成的能源浪费以及结圈现象；同时可以改善工人的劳动环境，为无人化生产线创造了条件。参考文献:1张寿荣，张卫东.中国钢铁企业固体废弃物资源化处理模式和发展方向J.钢铁，2017，52（4）:1-6.2李肇毅.宝钢高炉的锌危害及其抑制J.宝钢技术，2002（6）:18-203石磊，陈荣欢，王如意.钢铁工业含锌尘泥的资源化利用现状与发展方向J.中国资源综合利用，2009，27（2）:19-22.4郭光新.还原回转窑内结圈的形成因素及其预防J.四川冶金，1985（3）:18.5王天才.回转窑处理钢铁含锌烟尘关键技术探析J中国资源综合利用，2019，37（7）:181-184符号注释T0：初始设定温度Ti：当前测量温度T1：温度区间1变化值T2：温度区间2变化值开始高温段初始化温度区间设定测量回转窑高温段温度Ti结束窑头辅热系统煤气量调整碳粉仓配料调整以及窑头辅热系统煤气量调整NYTi（T0T1）Ti（T0T2）YN图3回转窑焙烧温度控制流程图图4回转窑高温段位置控制原理示意图窑头鼓风量调整窑尾负压调整结束合理区间内YN窑皮红外测温窑头火焰成像自动化控制：冶金尘泥综合利用自动化生产线工艺控制64