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1、 硕士学位论文硕士学位论文 （工程硕士）（工程硕士） 球团厂配料造球自动控制系统的研制 DESIGN AND REALIZATION OF PELLETING AND MIXTING AUTOMATIC CONTROL SYSTEM IN BALL FACTURY 丁玉国 哈尔滨工业大学 2010 年 6 月 国内图书分类号：TG441.3 学校代码：10213 国际图书分类号：621 密级：公开 硕士学位论文 (工程硕士) 球团厂配料造球自动控制系统的研制 硕 士 研 究 生：丁玉国 导师：陈志刚 副教授 申 请 学 位：工程硕士 学科：机械工程 所 在 单 位：济南钢铁集团公司 答 辩 日
2、 期：2010 年 6 月 授予学位单位：哈尔滨工业大学 Classified Index：TG441.3 U.D.C.：621 Dissertation for the Master Degree in Engineering DESIGN AND REALIZATION OF PELLETING AND MIXTING AUTOMATIC CONTROL SYSTEM IN BALL FACTURY Candidate： Ding Yuguo Supervisor： Associate Professor Chen Zhigang Academic Degree Applied for：
3、Master of Engineering Speciality： Mechanical Engineering Affiliation： Jinan Iron 鞍山黑色金属矿山设计院进行了利用固体燃料在直井式焙烧炉中焙烧成品球团的研究5，由以上分析可知，我国成品球团生产技术的研究和球团厂的建设，起步并不算晚，早在 20 世纪 50、60 年代就已开始，而且在60 年代中期还刮起一次“球团风”。但是，由于对成品球团生产技术的科学规律的不尊重，在工厂设计中盲目地确定工艺和造球、焙烧设备(例如用烧结机作焙烧机，不考虑温度和材质的重要性;赤铁矿采用竖炉焙烧工艺;铁精矿性能不能满足造球和焙烧的要求等)
4、，而导致了生产的失败。也由于这几次的失败(如武钢二烧带式球团和昆钢竖炉球团等)和在 80、90 年代激增钢铁产量的客- 3 - 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 观需要，忽视了成品球团生产这一技术，使我国球团生产技术的发展长期处于缓慢和裹足不前的状态。仅在磁铁矿的竖炉球团方面有了长足的进步，1968年济南钢铁厂建成投产我国第一座竖炉，到 2008 年我国竖炉已达 80 余座，年产成品球团 4600 万吨。 由于近十年来我国的钢铁工业的快速发展，对成品球团的需求急剧增加，而目前我国的成品球团的生产远远不能满足钢铁工业发展的需求，仅在 2003年进口成品球团就达到 1600 万吨。按 2006 年国
5、产成品球团将占高炉含铁炉料的 14.6的比例预测，我国成品球团缺口较大，每年还需从国外进口大量的成品球团。2006 年进口成品球团 2250 万t，2007 年进口成品球团 2600 万t6。鉴于此，国内的大型钢铁企业也纷纷上马自己的成品球团生产基地。 2003 年，中国成品球团的产量约为 3000 万 t，其中 63 座竖炉生产成品球团 2400 万 t，所占比例为 82.25；2 台带式焙烧机产量为 325.3 万 t，所占比例为 11.225；3 座链篦机回转窑生产成品球团为 193.3 万 t(不含 2003 年新投产设备)，所占比例为 6.6。 2006 年，全年成品球团产量 670
6、5 万t，其中链篦机回转窑生产成品球团 3045 万t，占 45；在产的 80 余座竖炉生产成品球团 3340 万t，占 50；带式焙烧机 320 万t，占 5。2007 年全国全年共生产成品球团 12019 万t，其中 52 条链篦机-回转窑生产线生产成品球团 6570 万t，占 54.66%；69 家企业118 座竖炉生产成品球团 5099 万t，占 42.42%7。 在国民经济快速发展，市场需求不断增长的拉动下，我国钢铁工业迅速发展。2006 年粗钢产量达到 4.32 亿 t，生铁产量达到 4.1 亿 t，为国民经济快速发展做出了贡献。为搞好高炉炼铁存在的问题，需要在技术上改进薄弱环节，
7、继续加强节能、精料、长寿方面的工作，就精料技术而言，由于各个钢铁公司注重精料工作，使高炉的入炉品位有明显的提高，而且在炉料结构中酸性成品球团的比例得到明显提高。在没有自产成品球团时，炉料结构中采用高品位块矿是可取的，因为进口块矿的价格比进口成品球团低。作为目前酸性成品球团的来源有三：进口成品球团，竖炉生产的成品球团，链篦机回转窑(带式焙烧机)成品球团。目前国产的大量精粉用于球团生产，完全可以用国内成品球团代替进口成品球团，从而大大降低炼铁生产成本。近年来国产成品球团在改进高炉炉料结构中起了很好的作用。 我国精料技术的进步和高炉炉料结构的调整促进了国内球团生产的发展，目前，我国成品球团在高炉炼铁
8、炉料中所占的比例约为 14。使用成品球团最高的企业是杭钢，2003 年成品球团入炉比例提高到 28.03。另外，莱钢二铁、长治、通钢、济(南)钢、新临钢、萍钢、邢钢、南京、凌钢、鄂钢、重- 4 - 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 钢、酒钢、宣钢、马钢、呼钢等企业的 88 座高炉成品球团的配比超过 20。但大型钢铁联合企业的配比较低，为提高成品球团使用的比例，国内大型钢铁企业均在添置生产球团的设备，如武钢建立大冶球团竖炉的基础上又上马了链篦机回转窑生产线，用于提高高炉成品球团的配比，如首钢链篦机回转窑二期工程项目，鞍钢的链篦机回转窑球团工程。要达到 2010 年中国钢铁工业的入炉球团比例20的目
9、标，还存在很大的差距，见表 1-1。 表 1-1 我国球团生产增长和短缺情况 年份 成 品 球 团年产量/万t 生 铁 年 产量/万 t 铁 料 需 求总量/万 t成品球团所占比例/% 20 成 品 球 团配比缺口/万 t 25 成 品 球 团配比缺口/万 t 2002 2585.1 16908 27053 9.56 2825.5 4178.2 2003 3320 20331 32530 10.21 3186 4812.5 2004 4020 23500 37600 10.69 3500 5380 2005 5020 26700 42720 11.75 3524 5660 2006 6700
10、42768 68288 9.81 6957 10372 2007 12019 46944 78865 15.24 3754 7697 2008 10748 47067 79072 13.59 5066 9020 （1）竖炉球团 近十几年来竖炉球团技术发展十分迅速，1999 年全国竖炉的的平均利用系数为 5.232t/m2h，2003 年提高到 6.310 t/m2h，2006 年提高到6.86 t/m2h，一些厂家如南钢球团和马钢一烧等已经达到 8.0 t/m2h以上8。这一指标的改善，标志着同一设备在此期间增加产量 20.6。竖炉球团的发展为满足高炉生产提供了良好的条件，但目前国内成品球团的
11、生产总量仍不能满足我国钢铁生产对成品球团产量的需求。因此，扩大投资增加生产设备成为提高成品球团产量的最主要手段，而深入挖掘目前在线设备的生产潜能，即在线设备的高效化生产成为球团工作者面临的重要课题。截止 2007 年底，我国在产球团竖炉达到 118 座，年生产能力达到 5099 万t。大部分竖炉规格为8.0m2,也有 5.5m2、10m2、14m2，最大规格为本钢的 16m2竖炉。济钢现有球团竖炉 4 座，规格为 8m2、10m2及两座 14m2。 （2）带式焙烧机球团 目前有包钢(162m2)和鞍钢(320m2)各一座。其主体设备均来自国外。包钢球团的主厂房设计来自日本的库存设备;鞍钢球团来
12、自澳大利亚罗布河的二手设备。包钢球团在长期的技术攻关后，到90年代中期才实现了正常生产，但热耗仍然很高。鞍钢球团投产后，生产顺利，产品质量良好，满足了大高炉炼铁的要求。 - 5 - 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 （3）链蓖机-回转窑球团 随着首钢迁安球团厂链篦机-回转窑技术改造的成功和主要设备逐渐实现国产化，链篦机-回转窑球团工艺在中国开始得到快速发展，单窑生产能力从几十万吨到 120万t/a、到 240万t/a、再到 500万t/a，技术装备水平有了极大的进步。目前投产、在线的链篦机-回转窑球团生产线52条。如国内单线生产能力最大武钢鄂州球团厂的500万t/a链篦机-回转窑生产线2005年
13、12月的投产表明，将来一定会与世界球团行业一样，链篦机-回转窑球团法占据国内球团生产的绝对地位。 1.3 国内外造球配料自动控制技术的发展现状和趋势 精准配料是造球的基础，“造好球”是球团焙烧的基础，没有质量好的生球，再好的焙烧工艺和技术也不可能生产出优质的成品球团，因而配料造球这两个工艺环节在球团生产中非常重要。为此，要选择先进的自动控制方法对配料造球工序进行过程控制，做到各种物料料比精准、合理加水，严格控制生球水分，不断提高生球成球率，稳定生球质量，减少返粉率，提高劳动效率。 1.3.1 国外造球配料自动控制技术的发展现状 国外从20世纪60年代初就开始在球团生产中应用电子计算机。起初仅利
14、用计算机进行检测、报警、记录和打印等，后来逐步用于生产过程开环和闭环控制。球团生产自20世纪70年代开始采用集散型控制系统(DCS)，着重解决企业的整体管理自动化问题。在20世纪80年代将人工智能技术应用于球团过程控制以来，球团过程控制达到了一个较高的水平，即在计算机控制的硬件系统和软件系统两方面，都达到了管理信息系统自动化与生产过程自动化相结合的三级计算机控制水平，实现了球团过程的优化控制9。例如，日本力崎钢铁公司水岛厂和千叶厂，新日铁公司室兰厂和名古屋厂等造球配料系统，采用了集散型控制系统10。 LKAB公司是欧洲最大的铁矿石生产者和先进控制技术的率先应用者。80年代后期，LKAB公司在硝
15、典基律纳的选矿-球团厂引用了先进的控制技术，使每一工序实现更 大的生产率、更高的效率和更低的成本，改善了全厂的生产面貌。而目前，据1990年制订的2000年发展计划，LKAB公司正在以先进的优化控制策略逐步实施从单元到全厂的自动化，并取得了初步效益，使生产率提高3%-5%，产量增加10%，并降低了成本，改善了产品质量。 - 6 - 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 1.3.2 国内配料造球控制技术的发展现状 80年代以来，我国球团技术进步的一大显著特点是球团过程广泛采用计算机控制系统。许多老厂结合技术改造对个别关键生产设备及环节或重要工艺参数实现了微机控制。“七五”期间，本钢16m2竖炉原料配料
16、、混合造球系统以及热工系统分别采用计算机控制9，使我国球团厂的自动化控制水平向前迈进了一大步。部分老厂，如攀钢、太钢、马钢、安钢等厂，对定量配料、混合料水分、矿槽料位、点火温度实行微机控制，对稳 定生产、提高产品质量、减轻工人劳动强度取得了很好的效果。 随着球团技术的进步，国内许多厂家不断进行技术改造和自动控制系统的改造，以期提高球团的产量、质量和球团厂的竞争能力。 1.3.3 配料造球自动控制技术发展的新趋势 （1）计量设备的选择 1）粉状物料计量设备 核子皮带秤和电子皮带秤都是对皮带输送机输送的物料进行计量的一种设备。就国内固体物料连续计量设备来说，上世纪50、60年代是以机械式皮带秤为主，20世纪60年代末电子皮带秤开始使用，并全面取代了机械式皮带秤。1984年起引进了美国伽瑞(Kay-Ray)公司的核子皮带秤后，以较快的速度发展，各类核子皮带秤相
