生球抗压强度在线取样分析系统

生球抗压强度在线取样分析系统

张德锋1孙海新2林立1张巍1高品1

1（中冶北方工程技术有限公司 辽宁大连 116000）  2（鞍钢集团矿业弓长岭有限公司球团分公司 辽宁辽阳 111000）

摘  要：对于冶金球团工序，铁精粉混料在造球盘内成球团生球，生球需具备一定抗压强度才能保证焙烧与运输过程的稳定，因此实现对生球抗压强度的实时在线分析，对控制造球过程改善生球强度具有重要意义，但目前国内外只能靠人工采样实验室检测，实时性差无法形成在线闭环控制。本设计提出一套生球抗压强度在线取样分析系统，设计在线取球系统、送球溜槽、落球器、压球系统、压力传感器、返料系统、控制柜及检测与分析系统，实现从取球、送球、压球、分析全流程的生球抗压强度检测系统。达到优化生产指标，减少劳动强度的目的。

关键词：球团；抗压强度；在线分析

1 引 言

在冶金球团生产过程中，铁精粉混合料在造球盘内随球盘运行成球，因未经焙烧故称为生球，对球团生产而言，生球需要具备一定的抗压强度，才能保证焙烧与运输过程的稳定，因此实现对生球抗压强度的实时在线取样分析，对控制造球过程改善生球强度具有十分重要的意义。目前国内外球团厂尚未有成熟的在线取样分析产品，只能靠人工采样，实验室检测，工作量巨大且不具备实时性，无法形成在线闭环控制。

本设计针对上述问题提出。设计一套生球抗压强度在线取样分析系统，实现实时在线分析，进而达到优化生产指标，减少劳动强度的目的。

2系统结构

生球抗压强度在线取样分析系统由硬件及软件两大部分构成。

硬件系统包括：在线取球装置、送球溜槽、落球器、压球装置、压力传感器、返料装置、控制柜及上位机分析装置，功能包含取球、送球、压球、分析、返料等环节，构成完整的生球抗压强度检测系统。

软件系统包括：取球、送球、压球、分析、返料等环节的智能分析与自动控制，包括系统控制画面及后台算法程序。

整套系统设计成完整的生球抗压强度检测系统，实现闭环控制，最终达到优化生产指标，减少人工劳动强度的目的。

3系统硬件配置

图 1 系统硬件配置

工艺环境：如图1所示，生球运输一般采用胶带机输送，合格生球粒径为8~16mm，胶带机皮带运行速度通常为1~16m/s，皮带宽度为800~1200mm，本设计在线取样分析系统针对该工况完成取球检测分析。

系统硬件构成如附图1所示，包含以下装置：

3.1取球装置

在线取球系统实现对运行胶带机上的生球的在线取球，取球系统采用皮带式取球结构，取球皮带上每间隔17mm设置一块高17mm的取球隔板，取料皮带取料方向与生球皮带运行方向垂直运行，完成在线连续取球，并将生球样本落至送球溜槽，取料系统的启停由软件通过PLC进行控制。

取球装置采用皮带式传动，皮带头轮传动，传动电机220V AC供电，可接收PLC控制信号控制启停动作，皮带有效带宽设计为17mm，皮带上设计每间隔17mm设置一块高17mm的方形取球隔板构成正方体存球空间，同时设计返球溜槽保证多余的取料球返回工艺流程。

3.2送球溜槽及落球器

送球溜槽设计为直径18mm圆形溜槽，圆形溜槽结构，中部设有落球器安装孔，前端设防跑球挡板，下端对接压力传感器。

倾斜安装便于生球滚落，溜槽前端设置的挡板用于防止跑球，下端对接压力传感器用于送球，溜槽中下部设置的落球器，用于控制生球单球下落，落球完成压力测试，落球器可通过软件控制电机转动完成90°旋转，完成下球与挡球动作。落球器尾部设计半圆形结构，前部锥形机构，带电机转动完成90旋转，电机供电220V AC,可接收PLC控制信号控制90°旋转动作，完成下球与挡球。

3.3压球装置与压力传感器

设计压球装置完成生球压力测试，压球系统与压力传感器采用弧形结构保证下压位置准确，当系统发出落球器放球指令后，延时控制压球系统下落，完成压球动作，随着压球系统下压，下方传感器检测到压力逐渐增大，当生球压碎时，压力传感器数据发生跳崖式下降，下降前数据即为该生球抗压强度。

压球装置电机供电220V AC,行程可调节，头部设置弧形结构。

压力传感器采用压力称重结构，传感器设置弧形机构，总部带球形凹槽，电气部分带压力变送器，输出4~20mA DC标准信号。

3.4 碎料溜槽及吹扫装置：

当生球在压力传感器上破碎后，利用吹扫系统将碎料吹扫至碎料溜槽，碎料溜槽安装在压力传感器侧方，碎料经溜槽下落至返料皮带，完成碎料自动返料。

碎料溜槽采用不锈钢材质，喷涂防挂料涂层。吹扫装置喷吹管道采用不锈钢材质，设计管径DN30,并配远程控制阀门，阀门供电220V AC，可接收远程阀门开关信号控制启停。

3.5控制柜

控制柜包括PLC、控制器、控制屏、供电系统等，完成整套系统的联锁控制，控制系统功能包括取球系统的启停控制，落球器的落球控制，压球系统的升降控制，破碎料的吹扫控制等。

PLC主要参数：配置工控PLC模块，AI,AO,DI,DO模件卡各一台及相应电源及安装附件。

控制设备主要参数：工控服务器一台，控制屏一台，工业级，运行稳定。

供电系统主要参数：电源220V AC，总开关额定电流20A，下设10路分控开关，单路额定电流6A,为控制柜内设备及现场设备供电。

4系统软件功能

本设计开发软件程序对采样、分析全过程实现分析及控制，具体流程如下：

1：启动取球系统运行，设计画面设定持续运行或间歇运行两种模式；

2：延时N秒后（等待取球系统将球送进送球溜槽），控制旋转落球器，完成落球一个；

3：延时N秒后（等待生球滚落至压力传感器中心凹槽位置），控制压球系统下行；

4：实时监测压力传感器数据；

5：判断压力持续缓慢增大，保持压球系统持续下行给压；

6：判断压力数据，当压力值出现断崖式下降（生球破裂导致失去持续压力），压球系统停止下行；

7：记录破碎前压力值，返回抗压强度；

8：打开吹扫阀门,吹扫n秒钟关闭，将碎球物料吹至碎料溜槽；

9：启动返料皮带，将碎料返回至系统流程内。

10：返回步骤2，程序循环执行.

整套系统采用PLC控制，选用西门子、施耐德等主流PLC保证系统稳定运行，配套PLC编程实现对测量分析过程设备的顺序控制及逻辑分析，同时设计人机画面实现远程及就地操作，人机画面功能包括：

控制功能模块：1取球装置启停控制；2落球器启停控制；3压球装置启停控制；3吹扫装置启停控制；4返料皮带启停控制；5系统自动检测分析启停控制。

显示功能模块：1生球抗压强度实时显示；2各类设备运行状态显示；6压力传感器显示；4各类故障报警显示。

5 结束语

本设计所述生球抗压强度在线取样分析系统，检测分析与自动控制是整套系统的关键，实时稳定运行是系统精准测量分析前提，本系统采用稳定合理的结构，搭载工业PLC控制系统，有效的配合工艺环境，实现稳定精确的测量分析，更为重要的是，实时的测量为整个球团生产指标的实时调整提供了在线测量数据。

参考文献

[1] 严照照,卢建光.碱度对生球质量和球团矿抗压强度的影响[J].钢铁钒钛,2018(12).

[2] 蒙飞宇, 黄帮福.钒钛磁铁矿氧化球团固结性能强化研究[J].烧结球团,2020(10).

[3] 胡鹏, 蒋胜.提高全钒钛球团矿抗压强度技术研究与应用[J].钢铁钒钛,2022(08).

第一作者简介：姓名：张德锋 性别：男    出生日期：1984.09.01   籍贯：辽宁海城    学历：硕士研究生 职称：高级设计师    设计研究领域：冶金工业智能制造及先进控制技术

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