(石橫特鋼集團(tuán)有限公司，山東 肥城 271600)

0 引言

在高爐冶煉的過程中，冶金焦炭發(fā)揮著極其重要的作用，隨著裝置水平和工藝技能的不斷提升，對(duì)焦炭的質(zhì)量控制及檢測(cè)工作提出了更高的要求。這些年以來，各個(gè)大型鋼鐵廠所采用的質(zhì)檢方法依舊是傳統(tǒng)的自動(dòng)化水平較低的采樣、制樣及人工轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)相結(jié)合的方法，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的實(shí)際需求，因此對(duì)焦炭的質(zhì)量進(jìn)行自動(dòng)化的在線檢測(cè)，已逐漸成為生產(chǎn)過程中所必須解決的問題。

1 系統(tǒng)設(shè)備的構(gòu)成

系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備主要分為兩部分，分別為電氣控制與機(jī)械裝置。其中，機(jī)械裝置所包含的裝置主要有頭部取樣機(jī)、稱重料斗、破碎機(jī)等；電氣裝置所包含的裝置主要有顯示器、變頻器、檢測(cè)部件、接觸器等?？刂葡到y(tǒng)又可以劃分為3種，分別為自動(dòng)化控制、上位工控機(jī)和人為控制。

2 檢驗(yàn)的工藝流程

對(duì)焦炭進(jìn)行檢測(cè)的一個(gè)完整流程主要包含了自動(dòng)采集料流中的樣品、制樣、試驗(yàn)等一系列操作，具有較強(qiáng)的復(fù)雜性。

1)采集樣品。頭部取樣機(jī)每間隔20 min就可以從皮帶機(jī)的頭部下料處來采集樣品，橫截全流幅大約收集了30 kg的樣品。

2)分樣。樣品可以經(jīng)過頭部三通器傳輸?shù)蕉制鲀?nèi)，其內(nèi)存在的一部分子樣品可以溜到大顆破碎機(jī)內(nèi)，一部分會(huì)溜到五級(jí)滾筒篩內(nèi)。

3)制樣縮分。頭部取樣機(jī)將相應(yīng)的物料輸送至大鄂破機(jī)，并實(shí)施粉碎操作，之后電動(dòng)縮分器可以再次將物料均勻的輸送至1#三級(jí)滾筒篩內(nèi)的錘式破碎機(jī)內(nèi)，其篩分出的粒度處于21～25 mm之間，經(jīng)過縮分器的縮分作用所取得的樣品主要應(yīng)用于焦炭性能的檢測(cè)工作。錘式破碎機(jī)在對(duì)樣品進(jìn)行破碎之后傳給縮分器，經(jīng)過縮分之后可以供給焦炭工業(yè)分析所用。

4)粒級(jí)檢測(cè)與自動(dòng)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)。通過運(yùn)用二分器，五級(jí)滾筒篩可以得到相應(yīng)的試樣，其粒度主要存在五個(gè)粒級(jí)，分別為<25 mm、 25～40 mm、40～60 mm、6～080 mm 、>80 mm，分別位于1#、2#、3#、4#、5#稱斗之內(nèi)，當(dāng)這些稱斗的總重量大于225 kg，且4#與5#的總重量大于50 k乳頭的時(shí)候，通過運(yùn)用相應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)來完成配鼓電振給料機(jī)的信號(hào)輸入，根據(jù)二級(jí)配鼓要求來得出各個(gè)配鼓粒度所需的配鼓重量，再通過配鼓三通器與配鼓輸送帶抵達(dá)鼓前稱斗來完成相應(yīng)的重量稱重，當(dāng)配鼓的重量大于50 kg的時(shí)候，自動(dòng)轉(zhuǎn)鼓將會(huì)開始相應(yīng)的試驗(yàn)。轉(zhuǎn)鼓在四分鐘內(nèi)旋轉(zhuǎn)了100圈之后，試樣將會(huì)被自動(dòng)倒入2#三級(jí)滾筒篩內(nèi)，其篩孔的大小分別為40和10 mm，在經(jīng)過三級(jí)滾筒篩的篩分之后，利用鼓后秤斗來稱取粒度的重量，其分別為<10 mm、10 mm～40 mm、>40 mm，進(jìn)而得到耐磨性及抗碎性。

5)屏料返回：縮分器與1#、2#、3#砰斗中存在的棄料，可以經(jīng)過棄料收集輸送帶來轉(zhuǎn)移至斗提機(jī)內(nèi)，再利用該設(shè)備將其返送至主皮帶運(yùn)輸機(jī)內(nèi)，再次回到主料流。

6)應(yīng)急系統(tǒng)：當(dāng)自動(dòng)取樣系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，利用頭部三通器來將試樣轉(zhuǎn)移至人工取樣溜管內(nèi)，使試樣可以為人工制樣、人工檢測(cè)焦炭的粒度及冷強(qiáng)度所使用。

3 PLC控制系統(tǒng)的組成

該控制系統(tǒng)主要包含兩個(gè)部分，分別為強(qiáng)度測(cè)定組與取樣篩分組。兩者都是通過共同的PLC系統(tǒng)與工控機(jī)來進(jìn)行控制的。在該檢驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)，由于各個(gè)設(shè)備都是利用PLC系統(tǒng)來進(jìn)行控制的，因此存在較多的點(diǎn)數(shù)，且任務(wù)流程較為繁瑣。為了避免系統(tǒng)因PLC出現(xiàn)故障而發(fā)生癱瘓，進(jìn)而對(duì)正常的質(zhì)檢工作造成影響，此外又單獨(dú)配置了一套PLC系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)可以彼此轉(zhuǎn)換，從而提升了該質(zhì)檢系統(tǒng)的作業(yè)效率。

系統(tǒng)的構(gòu)成主要有上位機(jī)與下位機(jī)。其中上位機(jī)運(yùn)用聯(lián)想工控機(jī)，其系統(tǒng)為Wind 2000，組態(tài)軟件則運(yùn)用了SMATICW lNCC6.0，其圖形頁面可以將各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)及參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，操作人員可以通過點(diǎn)擊相關(guān)的按鈕，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行與停止進(jìn)行控制、對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的更改，操作較為簡(jiǎn)單，具有較好的人機(jī)界面。下位機(jī)則運(yùn)用了主控制站及遠(yuǎn)程I/O技術(shù)，兩者之間的連接主要利用Profibus總線而實(shí)現(xiàn)。主站的構(gòu)成包含了電源、CPU、閉環(huán)控制等多個(gè)模塊。其中CPU運(yùn)用MPI接口，利用Profibus來與遠(yuǎn)程I/O或者現(xiàn)場(chǎng)智能儀表之間建立通信，上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信都是利用MPI接口所實(shí)現(xiàn)。

4 自動(dòng)配鼓控制及工作原理

自動(dòng)配鼓控制系統(tǒng)通過運(yùn)用質(zhì)量配料法，各個(gè)粒級(jí)的焦炭根據(jù)之前所計(jì)算出的配比，并運(yùn)用電子配料秤來進(jìn)行配料。由于配料所具有的精度將會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)的數(shù)據(jù)造成直接的影響，因此針對(duì)該控制系統(tǒng)提出了更高的要求。自動(dòng)配料系統(tǒng)的構(gòu)成部分主要為電子皮帶秤、變頻器、顯示器等。當(dāng)利用計(jì)算機(jī)得到各個(gè)粒級(jí)的配比之后，物料的流量將會(huì)經(jīng)過相應(yīng)的設(shè)備而轉(zhuǎn)換成為4～20 mA的信號(hào)，之后再輸入到閉環(huán)控制單元中的功能板塊，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器可以轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，與計(jì)算得到的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，再通過相應(yīng)的運(yùn)算來取得控制量的數(shù)字值，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器可以轉(zhuǎn)換成4～20 mA的模擬量，并傳輸給變頻器，變頻器可以利用該信號(hào)對(duì)電振給料器的頻率進(jìn)行控制，從而確保給料器時(shí)刻圍繞著計(jì)算數(shù)值來進(jìn)行給料，完成自動(dòng)配料。

5 運(yùn)行效果及性能特點(diǎn)

通過持續(xù)7 d的試運(yùn)行及功能考核，對(duì)取制樣進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果顯示：該系統(tǒng)對(duì)焦炭的粒度及冷強(qiáng)度所進(jìn)行的檢測(cè)分析均與相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)相滿足，各個(gè)性能指標(biāo)都可以滿足設(shè)計(jì)要求。

1)在頭部取樣機(jī)開展取樣工作的時(shí)候，可以對(duì)其間隔進(jìn)行調(diào)整，確保每天所需的檢測(cè)工作得以實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單有效。

2)利用PLC系統(tǒng)可以對(duì)強(qiáng)度測(cè)定組與取樣分篩組進(jìn)行有效的控制，具備較好的簡(jiǎn)便性。

3)自動(dòng)打印報(bào)表：在每次進(jìn)行鼓前篩分的時(shí)候，可以對(duì)各個(gè)粒級(jí)及其配鼓的重量、篩分出+40 mm和-10 mm粒級(jí)的重量、耐磨性、抗碎性等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并試驗(yàn)結(jié)束之后將其打印出來。

4)屏常狀況自動(dòng)報(bào)警：在運(yùn)行的過程中，控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或者電器保護(hù)受到破壞時(shí)，報(bào)警器就會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，并且上位機(jī)會(huì)出現(xiàn)閃爍的紅色字體，以此來作出提示。

5)簡(jiǎn)單的秤斗零點(diǎn)校正作用：該系統(tǒng)只有具備對(duì)應(yīng)的權(quán)限才可以進(jìn)到參數(shù)界面，專業(yè)的標(biāo)秤人員可以對(duì)各個(gè)秤斗加以置零，對(duì)稱量值進(jìn)行校正，促使數(shù)據(jù)結(jié)果具備更高的精確性。

6)棄料反排的自動(dòng)化：使棄料實(shí)現(xiàn)了循環(huán)再用，節(jié)省了資源，達(dá)到了環(huán)保的目的。

6 結(jié)語

焦炭全自動(dòng)質(zhì)檢系統(tǒng)通過生產(chǎn)實(shí)踐的嚴(yán)格檢驗(yàn)顯示：試樣具備較強(qiáng)的可靠性與代表性，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及反應(yīng)焦炭的質(zhì)量及波動(dòng)狀況，并將信息及時(shí)傳輸給高爐操作人員;多粒級(jí)篩分稱量機(jī)具有較多的優(yōu)勢(shì)，如較好的篩透性、較高的篩分效率、無卡頓、無殘留等；系統(tǒng)采取的技術(shù)路線及工藝較為先進(jìn)合理，設(shè)備也較為可靠，與國內(nèi)相同類型的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的自動(dòng)性。隨著該系統(tǒng)的不斷應(yīng)用，焦炭質(zhì)量檢測(cè)工作更為標(biāo)準(zhǔn)、高效，并且實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，在國內(nèi)位于領(lǐng)先地位。