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1、铁矿竖炉焙烧控制系统设计摘要本文题目为铁矿竖炉焙烧控制系统，即是进行铁矿选矿厂的竖炉焙烧部分的设计，使其可以基本实现工业的要求。本文分为五大部分：第一部分是绪论，主要介绍了竖炉的一些基本知识和本设计的工业背景；第二部分为铁矿竖炉焙烧控制系统系统概论，从总体上介绍了本文中涉及的控制原理、工艺流程图和系统框图，是全文的总括；第三部分为系统设备选型，主要是本系统涉及的各种设备的选择，其中还分析了各种设备的工作原理和测量原理，以及他们的选取原则；第四部分为组态设计，主要内容包括对本设计使用的组态软件组态王6.5的基本知识的介绍和竖炉焙烧系统的组态的建立；第五部分为对本系统的一些策略方面的初步探索，它分
2、为系统PLC程序的设计和系统的仿真两部分。关键词：竖炉，设备选型，组态王，PLC，PID，MATLABThe design of Iron ore vertical furnace roast control system AbstractThe topic for iron ore vertical furnace roast control system is the vertical furnace for iron ore-roasting factory part design to be basically fit for the industrial requirements.T
3、his article is divided into five main parts : the first part is the prolegomenon mainly on the vertical stove and some basic knowledge of the industrial design background; The second part is an iron ore vertical furnace system studies roast control system, introducing this overall control principles
4、 involved, giving maps and system diagrams,which is the full text of the omnibus; Part three is about the choice of the equipments which are used in the design, which also analyzed the work of the various principles and measurement equipment principles, and their selection; Part four is divided into
5、 Zutai design. The main elements of the design include the use of software kingview 6.5,the basic knowledge of the kingview 6.5,and the Zutai building of vertical furnace roasting system; The last part of the design is for some of the initial exploration strategy of the systerm, which consists of tw
6、o parts of the design, that is the design of the PLC procedures and the systerm simulation. Keyword: Vertical Furnace, Choice of equipment, kingview,PLC,PID,MATLAB 第 ii 页目录1 绪论i1.1 竖炉的基本知识11.2 本设计的工业背景22 铁矿竖炉焙烧系统概论42.1变量列表42.2系统控制框图及流程图52.2.1燃烧室温度控制52.2.2 炉顶负压控制和还原带还原煤气通入量控制62.2.3 铁矿竖炉焙烧控制系统工艺流程图72.
7、2.4 DCS系统配置模拟图83 设备选型93.1温度检测装置的选择93.1.1 还原带热电偶的选择103.1.2燃烧室红外测温仪的选择113.1.3 预热带和水箱梁热电阻的选择133.2 压力检测装置的选择143.2.1真空计的选择143.2.2 选择正压计163.3变送器的选择173.3.1 变送器基本知识173.3.2 变送器的工作原理183.3.3 各种变送器的选择193.4 执行器的选择203.4.1 执行器原理213.4.2 控制阀选型的原则223.4.3 阀型的选择注意事项223.4.4 选择233.5其他仪器的选择243.5.1 电磁流量计的选择243.5.2 光谱分析仪的选择
8、273.5.3 超声波料位仪的选择283.5.4 电流互感器的选择293.5.5 变频器的选择314 组态设计364.1 组态王介绍364.1.1 组态王的工作原理364.1.2 组态王软件的组成概述364.2 组态王与PLC 的通讯374.3组态王的具体设计404.3.1 动画制作404.3.2实时监控图象424.3.3 历史曲线434.3.4 报警画面445 系统策略初探465.1 PLC部分465.1.1 PLC介绍465.1.2 PLC程序编制505.2 系统仿真525.2.1 仿真工具简介525.2.2 竖炉模型的建立555.2.3 系统仿真566 总结61致谢62参考文献621 绪
9、论竖炉焙烧是选矿厂选矿的第一步工艺流程，竖炉焙烧效果的好坏直接关系到以后各个生产环节的工作运行情况，所以这一部分在整个生产环节中是非常重要和关键的。进行矿石焙烧的设备就是竖炉，可以说焙烧效果的好坏直接由竖炉决定，所以我们很有必要对它进行比较详细的了解。1.1 竖炉的基本知识竖炉的主要作用是提高铁矿石的品味。有些品味不是很高的矿石铁，在竖炉内部进行焙烧，当温度达到一定程度的时候，向竖炉内通入还原性气体（比如CO，等），通过还原性气体与铁氧化物的氧化还原反应，把铁矿石中的有用成分还原为，从而使铁元素进一步富集，达到了提高矿石品味的目的，另外还为以后进行的磁选环节奠定了基础。竖炉主要由炉体、排矿部分
10、和抽烟部分组成，其中炉体是核心部分。炉体从上到下分为预热带、加热带和还原带三部分。预热带是利用上升的气流（废气）预热需要加热的矿石，这一部分的温度大约为150-200摄氏度；加热带是炉体的核心，高度约900-1000毫米，由鼓风机向里面按一定比例通入加热煤气和压缩空气，保证燃烧室有足够高的温度对矿石进行焙烧，这一部分的温度在1100摄氏度左右；还原带从上向下呈逐渐变宽的放射状，目的是使矿石和还原煤气充分接触，还原煤气由鼓风机从下向上吹入。这一部分的温度大约为600-750摄氏度。炉子的最下部两侧装有四个排矿辊，用来排出已经还原的矿石。它的转速可以根据还原的矿石质量进行调节。在排矿辊的下面装有搬
11、出机，用来搬出已还原的矿石，然后把矿石送如下一个环节。为了不使空气通过排矿辊处的排矿口进入还原带（可能会把刚刚还原的铁矿石再氧化掉），需要采用水封装置（水封池），它是一个用混凝土筑成的水槽，其中有循环水。排出的矿石落入水封池中冷却，避免了在矿石送到下一个环节的过程中由于温度过高，而使矿石和空气接触重新被氧化失去磁性的可能性。为排出还原焙烧过程中产生的废气，竖炉还装有一台抽烟机。抽烟机通过废气管道直接和炉内想通。排出的废气同时还可以起到对矿石的预热作用，体现了对能源的充分利用。竖炉焙烧的工艺过程如图1.1竖炉内的加热过程为还原焙烧过程。还原焙烧是在还原气氛中焙烧矿石。通常要向物料中添加还原剂。采
12、用的还原剂有煤粉和碳粉。铁矿过程中还原焙烧主要用于增加铁矿的磁性，其目的均是使赤铁矿和褐铁矿还原成四氧化三铁-一种强磁性物质，这就可以在弱磁场磁选机内进行磁选富集。在这里我们选用高炉煤气和CO的混合气体作为还原剂。图1.1竖炉焙烧工艺过程1.2 本设计的工业背景2005年，酒钢选矿厂欲进行系统扩能改造。之前，酒钢选矿厂有22座100立方米竖炉、8个磨矿系列、10台SHP-3200型强磁选机、5台50米浓缩机、18台过滤机以及配套的矿石输送和动力供应系统，形成了矿石还原焙烧磁选和粉矿强磁选两大生产工艺流程，涉及年处理原矿500万吨。本扩能改造方案设计处理铁矿石为650万吨，年生产铁精矿为333万
13、吨。增加的主要设备有：4台100立方米双层燃烧室竖炉；4台3235球磨机；9台SLON2000型高梯度强磁选机；6台旋流器组；2座25米高效浓缩大井等。由于本次新增的设备比较多，原有控制系统预留部分已不能满足此次扩能改造的要求，需增加相应的网络及控制站。本扩能可分为4部分：铁矿竖炉焙烧部分、球磨部分、溢流浓度部分和现场总线DCS部分。本文就是对其中的第一部分竖炉焙烧部分进行一些具体的设计和研究。2 铁矿竖炉焙烧系统概论2.1变量列表选矿厂新上的4台竖炉系统部分要控制的包括很多的设备和变量，系统需要监控的开关量详细列表如表2.1，需要监控的模拟量详细列表如表2.2。表2.1 竖炉焙烧系统监控的开
14、关量列表序号设备名台数监控点取自DI点数（台数*单台点数）DI点说明DO点数（台数*单台点数）DO说明1鼓风机4低压配电柜4*3运行、过载6*1启停2抽烟机4低压配电柜4*2运行、过载4*1启停3锟式排矿机16低压配电柜16*2运行、过载4斗式搬出机8低压配电柜8*2运行、过载8*1启停5手/自动予切换2主控室4*1手动、自动6还原煤气切断阀4现场4*2开到位、关到位4*1开关阀门表2.2竖炉焙烧系统监控的模拟量详细列表序号测控模拟量测控仪表数量监控点取自AI点数（台数*单台点数）AI点数说明AO点数（台数*单台点数）AO点数说明1燃烧室温度8现场红外测温仪4*2温度检测2还原带温度16现场热电偶4*4温度检测3废气温度4热电阻4*1温度检测续表2.2 序号测控模拟量测控仪表数量监控点取自AI点数（台数*单台点数）AI点数说明AO点数（台数*单台点数）A点数说明4水箱梁温度8热电阻4*2温度检测5加热煤气压力、流量8现场仪表4*2压力流量检
