气体料位计在球团辊压操作中的应用.pdf

技术应用532023,Vol.61,No.4收稿日期：2023-08-14通讯作者：刘原，女，工程师。E-mail：气体料位计在球团辊压操作中的应用魏国良1，刘曙光1，张力2，徐继伟2，刘原2，贾雄1（1.包钢稀土钢炼铁厂 内蒙古自治区 包头 014020；2.北京智冶互联科技有限公司 北京 100144）摘要：高压辊磨机能量利用率较高且显著提高混合精粉比表面积，降低其粒度。球团生产中普遍使用高压辊磨机来有效提高混合料成球性能，改善后续干燥工艺段工况。高压辊磨机在生产过程由于直漏内料位检测困难，严重影响了辊压效果，对此，对常用料位计应用效果进行了分析，并根据设备安装条件及混合料物料特性设计了气体料位计。通过生产试验验证了气体料位计为检测辊压直漏内料位的可行解决方案，并以此为基础构建辊压操作控制模型。模型投用后，混合料比表面积由辊压前的 868.84 cm2/g 提高至 1138.65 cm2/g，-200 目粒级占比由辊压前的63.94%增加至 68.59%，效果显著。关键词：高压辊磨；气体料位计；操作控制中图分类号：TP2文献标识码：B文章编号：1003-0514(2023)04-0053-04Application of gas level gauge in pellet rolling operation Wei Guoliang1，Liu Shuguang1，Zhang Li2，Xu Jiwei2，Liu Yuan2，Jia Xiong1（1.Baotou Steel Iron Making Plant，Baotou 014020，China；2.Beijing Zhiye Internet Technology Co.，Ltd.，Beijing 100144，China）Abstract：High pressure roller mill has a high energy utilization rate and significantly increases the specific surface area of blend of iron concentrates,reducing its particle size.High pressure roller mills are commonly used in pellet production to effectively improve the balling performance of the mixture and improve the subsequent drying process conditions.Due to the difficulty in detecting the material level inside the direct discharge silo during the production process of the high pressure roller,the rolling effect has been seriously affected.Therefore,the application effect of commonly used material level meters has been analyzed,and a gas level gauge has been designed based on the installation conditions of the equipment and the characteristics of the mixed materials.Through production experiments,it was verified that the gas level gauge is a feasible solution for detecting the material level inside the direct discharge silo,and based on this,a roller press operation control model was constructed.After the model was put into use,the specific surface area of the mixture increased from 868.84 cm2/g before rolling to 1138.65cm2/g,and the proportion of-200 mesh particle size increased from 63.94%before rolling to 68.59%,the application effect is significant.Key words：high pressure roller；gas level gauge；operation control1引言高压辊磨机主要由动辊、静辊、两台驱动电机及液压系统等构成。正常工作时，通过液压系统向动辊施加压力，通过静辊与动辊间的料柱受到静辊与动辊施加的径向及切向压力等，使铁精矿颗粒间在径向压力以及切向等多向力的相互作用下，被破冶金标准化与质量2023,Vol.61,No.454碎1-2。达到改变物料的粒度组成、物料颗粒形状、以及物料的比表面积的目的。高压辊磨工艺能大幅提高造球原料的比表面积和粒级的分散度，提高生球强度3，降低膨润土用量。球团生产中膨润土用量是影响球团矿品位、高炉利用系数、焦比的重要因素，高压辊磨工序显著提高生球落下强度4，有效降低造球中膨润土使用量，对提高球团矿品位、改善其冶金性能有着重要作用。球团生产过程中，预配料、辊压、配料、造球及成品工序的存储、转运均涉及到料仓料位检测5，随着球团生产自动化技术升级及智能化改造，使得料仓料位仪表测量和计算机显示对生产来说显得尤为重要。当前钢铁行业普遍推行的料位计有：雷达料位计、重锤料位计、称重料位计、超声料位计和气体料位计等。雷达料位计6-7为电磁波非接触式测量，安装于料仓顶部，对发射、接收天线的角度有要求。主要运用在成品仓中，效果良好，对颗粒状物体测量反应灵敏。其优点是没有活动部件，不容易出现机械故障。缺点是持续进料时扬尘大，易出现虚假回波。且发射接收喇叭口易出现挂料，产生虚假料位，必须定期清理黏附物料。超声料位计10为超声波非接触式测量，主要设备由超声波换能器，温度传感器、智能超声波物位计组成。主要应用于熔剂仓料位、台车料厚检测等。优点是精度高、不与被测介质直接接触较易实现连续测量。缺点是对安装位置要求高，持续进料或粘附时也易产生虚假回波。重锤料位计8为电子机械接触式测量，测量原理是利用现场的传感器（探头）控制重锤快速下降至物料表面，感应锤一旦触及被测物料表面便立即回收，返回待测位置。常安装于料仓顶部，需考虑料仓结构，远离进料口及舱壁。常使用在燃料、熔剂等细料仓中，不易埋锤，对料位的连续检测有很好的保障。优点是抗粉尘、振动等环境干扰能力强。缺点是持续进料时容易塌料埋锤，且执行机构动作频繁，易出现机械故障，日常维护需检查钢带，自动校准。称重料位计9为电子机械式非接触测量，是与称重传感器组及控制器配套使用，通过对料仓的称重来实现料位连续检测。原理为在料仓底部或侧面安装多个重量传感器（一般使用电阻应变片压力传感器），将料重按相应比例转化为料位高度。适用于生产过程的缓冲仓、预配料仓。优点是结构简单、成本低、测量精度高、稳定安全性高。缺点是对于快速进料的缓冲仓波动大。辊压机直漏为持续进、出料缓冲仓，常用的几类料位计中接触式的重锤料位计等不具备应用条件11。而非接触式测量料位计中，雷达料位计、超声料位计均易受持续进料影响产生虚假料位，且安装于直漏内的料位计也由于裸露，无法避免粘附铁料问题，达到一定量后料位准确性产生明显数据偏差。称重料位计对于快速进料的辊压直漏也由于传感器安装位置难以满足、振动等问题应用困难。气体料位计为非接触式测量，主要由气管、压力表及阀门等部件组成。其原理为由气源输出稳定的压缩空气，通过气管连通至直漏料仓上选定的适宜上位点和下位点，当混合料处于不同料位高度时，对应上位点和下位点压力按规律变化。优点是在气源压力稳定条件下，抗现场粉尘、振动、噪音能力强，检测结果稳定、可靠。且设备结构简单、可靠性强，通过改进气体出口端结构，能有效降低混合料粘附影响，日常维护简便，满足辊压直漏仓使用环境。2气体料位计设计、安装及测试综合考虑常用料位计应用于辊压直漏的实际情况，及球团混合料粉尘大、易粘附等特点，设计了适用于高压辊磨机直漏的气体料位计。根据辊压机设备条件、球团混合精粉特性等条件选定最佳辊压效果所需仓内料柱高度，再根据现场辊压直漏高度、设备平台条件等计算出适宜的下位点、上位点位置。具体条件为最佳料位高度位于上位、下位点之间，料位处于上位、下位点之间时上位点和下位点有明显压差，且料位处于上位点处保障直漏仓不冒料。气源总管、上位点及下位点支管处分别安装量程适宜的压力传感器。上、下位点处与辊压直漏为焊接钢管连通，压力稳定的压缩空气通过 pvc 管传输，具体结构如图 1 所示。为提高料位检测可靠性及精度，在上位、下位点钢管内接入 pvc 管，pvc 管斜切口，且切口向下，技术应用552023,Vol.61,No.4图 1气体料位计安装示意图具体如图 2 所示。本措施为保障管路内气体压力稳定性，优化气体料位计检测效果，并显著改善混合料在与直漏仓连接处物料粘附问题，减轻气体料位计日常维护压力，保障设备长期稳定运行。图 2料位计结构示意图图3气体料位计测试示意图在硬件安装完成后进行实际生产测试，图中箭头方向为压缩空气流向，P 为总管压力、P1 为上位点压力、P2 为下位点压力。具体为：1）压缩空气总管开启，适当增加辊压机转速保障直漏内无料柱，获取此时上位点和下位点压力；2）关闭上位点 P1 和下位点 P2 阀门，此时无压缩空气进入直漏，且缓冲仓圆盘不下料，对比上位点和下为点压力，以此核查管路漏气、压力传感器是否正常运行等问题；3）压缩空气总管、上位点和上位点支管均开启，首先排空直漏内混合料，后增加缓冲仓圆盘给料机给料量，提高仓内料柱高度，全程记录总管、上位点和下位点压力数据。上述压力数据均通过数据接口接入系统，在计算机上显示，为后续数据处理，辊压智能操作模型调用相关数据提供实时数据。3辊压操作控制模型在气体料位计可实时监测高压辊磨机直漏内料柱高度范围基础上，构建辊压操作控制模型。图 4辊压操作控制模型图 4 为辊压操作控制模型图，模型整体逻辑为在保障辊压工序正常生产状态下，通过调控相关参数维持料位高度在下位点与上位点之间，优化混合料的辊压效果。辊压正常生产状态主要判断驱动侧压力、非驱动侧压力、辊压机转速、缓冲仓圆盘转速等是否处于设定的适宜范围。并监测缓冲仓料位和电机电流运行参数，当超出适宜范围时调节对冶金标准化与质量2023,Vol.61,No.456应参数使其回归适宜范围14-15。在上述基础上通过控制直漏仓内料柱由低至高、再下降，全程程记录电机电流、总管压力、上位点压力、下位点压力等数据，通过对多次试验数据处理，完成辊压控制模型中下位点压力范围、上位点压力范围等参数的设置。某次试验数据如表 1 所示。表 2辊压操作控制模型投用时辊压前后混合料物理性能对比样品比表面积/（cm2g-1）-0.075mm+0.045mm/%-0.045mm/%辊压前868.8449.1214.82辊压后1138.6550.8717.72表 1气体料位计压力数据时间/min电机电流/A总压力/kPa下位点压力/kPa上位点压力/kPa辊压直漏内料位情况017.4328.54.23.3直漏无料柱251.7333.554.43.4料柱开始上升1561.5299.46.23.0料位到达下位点1867.4299.310.53.0料柱位于高点2063.3303.68.43.0料柱下降2261.8305.66.83.0料柱下降试验时，保持辊压圆盘转速不变，通过调节辊压机转速来调节仓内物料高度。由表可知，直漏内无料柱时，电机电流较低为17.4 A，下位点和上位点压力分别为 4.2、3.3 kPa，当料柱开始上升时，下位点压力显著提高，上位点压力不变，此时电机电流也明显增加，表明随着料柱上升，辊压效果逐渐增强。料柱位于高点时下位点压力提高至 10.5 kPa，电机电流提高至 67.4 A。随着直漏仓内料柱从高点开始下降，电机电流和下位点压力也降低。上述试验过程为现场正常生产时进行，为保障现场安全生产避免直漏仓内冒料，料柱高度未提高至上位点之上。通过多次试验数据可知下位点压力、上位点压力、电机电流和料柱高度范围存在明显对应关系，证明以气体料位计实时监测直漏仓内料位的辊压操作控制模型可行。4应用及效果根据现场生产条件及试验数据完成参数设置及控制模型优化，在正常生产状态下进行辊压操作控制模型投用。为验证控制模型投用效果，当在模型控制下直漏内料柱高度在适宜范围（下位点和上位点间）时，对辊压前后的混合料进行取样，按照标准对样品的物理性能进行检测，某批次样品检测结果如表 2 所示。由表 2 可知，在辊压控制模型调控直漏仓内料柱高度至辊压效果较好的高度后，混合料物料性能较辊压前明显改善。比表面积由辊压前的868.84 cm2/g 提高至 1 138.65 cm2/g，-200 目粒级占比由辊压前的 63.94%增加至 68.59%。5结语气体料位计为非接触式测量设备，通过试验确定了上位点压力、下位点压力与直漏内料位高度范围的对应关系，在应用于连续进出料、振动大、粉尘多、混合料易粘附的辊压直漏内，具有设备安装简单、抗环境干扰能力强、测量效果稳定和维护方便等特点。在实际应用后能在计算机上实时、准确显示料位范围。以此为基础的集计算机通信技术、大数据分析、智能优化模型于一体的辊压操作控制系统投用后代替了人工粗犷的经验式操作，极大改善辊压工序效果。可进一步推广到水泥、化工、电力等行业，应用前景广阔。当然，本系统在设备硬件上有较大优化空间，以提高测量稳定性及精度；在软件模型上可引入生产物料平衡、原料特性、设备检修周期等数据，在生产工况波动协同优化、设备异常预警等方面都有较大改善空间。（下转第 59 页）技术应用592023,Vol.61,No.4偏低容易加剧补水碳钢管道的腐蚀，增加循环水处理药剂成本，加剧循环水系统腐蚀。建议钢铁企业在引用淡化海水作为循环水补水时，要做好以下应对措施：补水管道选择 PE 或者球墨铸铁管（必须含水泥内衬），在淡化海水补入循环水系统前根据当地淡化海水和自来水水质进行合理掺混，掺混后补水硬度控制在60 mg/L以上、碱度控制在30 mg/L以上，在提高常规水资源利用率的同时保障循环水系统稳定运行。参考文献1 佚名.碧水源 9 亿元中标青岛首个海水淡化 PPP 项目 J.中国建设信息,2015，000（009）：32-32.2 陈桧华,肖淦平,钟灵.适合低碱低硬度水的复合缓蚀阻垢剂的研制 J.广东化工，2009,36（6）：3.3 魏成吉，张宇菲，吴绍全,等.自来水与淡化海水掺混和调质对城市供水管网腐蚀性研究 J.水处理技术,2016,42（12）；5.4 温柔,刘文君.淡化海水水质调节技术对管网铁释放的影响 J.给水排水,2016，42（9）：6.不锈钢挂片图 4挂片腐蚀速率图 5循环水总铁含量（上接第 56 页）参考文献1 刘建远，黄瑛彩.高压辊磨机在矿物加工领域的应用 J.金属矿山，2010（06）：1-8.2 刘曙.RP3.6-120/50B 辊压机在程潮球团生产中的使用 C/中国金属学会.2006 年全国炼铁生产技术会议暨炼铁年会文集.2006：115-121.3 罗主平，刘建华，李生奇.高压辊磨作业对矿石后续碎磨性影响研究 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