一种烧结混合料透气性检测方法、烧结控制方法和烧结机 【技术领域】
本发明涉及一种气体检测方法，烧结控制方法和烧结机。
背景技术
烧结工艺是冶炼技术中的重要环节，用于将不易冶炼的粉状混合原料(下文简称混合料)烧结为易于冶炼的烧结矿。混合料的颗粒状程度，例如颗粒直径的大小，对混合料的透气性有直接的影响。通常，透气性是指固体散料层允许气体通过的难易程度，也是衡量混合料孔隙率的标志，因此，可以用混合料透气性反映混合料的颗粒状程度。混合料的透气性对烧结矿的质量有很大影响，因此混合料透气性是烧结工艺中的重要指标，可以用于烧结过程控制，这对提高烧结矿质量，降低烧结耗能等有着重要的作用。通常，混合料透气性是指在一定的压力条件下，透气性按单位时间内通过单位面积和一定高度的烧结料层的气体量来表示。
图1为烧结系统示意图。铁矿粉和辅料从配料矿槽111经配料传送带123被送入混合机112加水混合。加水混合后的混合料再经混合料传送带113送入混合矿槽114。铺底料矿槽115的底料先铺放到烧结机传送带118上，从混合矿槽114中流出的混合料覆盖在所述铺放好的底料上，和底料一起被送入点火炉116进行高温烧结。然后，通过保温炉117经机尾罩121流向环冷机122进行降温。其中混合料在烧结过程中产生的烟尘采用负压抽风的方法经过烟尘风箱119和大烟道120和除尘装置124排放到大气中。
传统上，由于混合料需要经过混合矿槽铺放到混合机传送带118上，因此混合料透气性可以以混合矿槽中的混合料透气性表示，因此混合料透气性的检测可以在混合矿槽中完成。事实上，混合料透气性还可以在点火炉中检测，但是点火炉的温度较高、现场环境恶劣，极其容易损坏检测设备，为了保护检测设备，目前国内外本领域技术人员都认为在混合矿槽内检测混合料的透气性是最好且唯一的方式。
图2是目前在混合矿槽114中检测混合料透气性的方法示意图。图2中，用于透气性检测的气源从气管211经过气体流量检测阀212和气体控制阀门213由插入混合矿槽215的带孔喷头214喷出。其中，带孔喷头214喷出的气体经过混合料由预先设置在气管中的检测器检测到，进而可以通过计算得到混合料的透气性。
图2中，PT为气体压力检测仪，用于检测气管211的气体压力，其通过安装在气管211上差压表的检测来获得。FT为气管211的气体流量检测仪，可采用孔板或V型锥等流量计来检测；PIC为气管211的压力调节器，通过调节气管211上的气体控制阀门213来保证气管211的压力恒定。UR为多变量处理单元，通过检测信号PT、FT的输入，经计算转换处理得到混合矿槽中混合料的透气性。
但是，由于混合矿槽中的混合料是流动的，采用图2所示的方法会造成检测装置的磨损，使用寿命短；另外，为了保证检测的准确性，还须确保带孔喷头处的混合料与混合矿槽中流动的混合料同步，即流动速度一致，否则会造成死料的情况；而且，混合料从混合矿槽114中流出后需经过布料环节布置到烧结机传送带118上，还须经过刮料与压料环节，这样也会改变烧结机传送带118上混合料的透气性，上述不稳定因素会使混合矿槽114中检测得到的混合料透气性有较大误差，进而影响烧结过程的控制。
【发明内容】
本发明要解决的问题在于，提供一种检测误差较小的烧结混合料透气性检测方法以及利用该方法对烧结机实施控制的烧结机控制方法和一种烧结机。
本发明实施例提供的烧结混合料透气性检测方法，包括：
在烧结机的保温炉和混合矿槽之间设置将烧结机传送带包含于其中的具有气体空间的封闭装置，在所述封闭装置下部设置用于排放气体的排气风箱；
将气体检测装置设置在所述排气风箱中；
将气体输入所述封闭装置中的气体空间中；
所述气体检测装置检测透过烧结机传送带上混合料进入到所述排气风箱中的气体参数，根据所述气体参数得到混合料透气性量化值。
本发明实施例提供的烧结机控制方法，以前述实施例提供的烧结混合料透气性检测方法为基础，用于控制混合机的配料混合操作，包括：
在烧结机的保温炉和混合矿槽之间设置将烧结机传送带包含于其中的具有气体空间的封闭装置，所述封闭装置下部有用于排放气体的排气风箱；
将气体检测装置设置在排气风箱当中；
将气体输入所述封闭装置中的气体空间中；
所述气体检测装置检测透过烧结机传送带上混合料进入到所述排气风箱中的气体参数，根据所述气体参数得到混合料透气性量化值；
根据所述混合料透气性量化值控制配混系统的配料混合操作。
本发明实施例提供的另一种烧结机控制方法，以前述实施例提供的烧结混合料透气性检测方法为基础，用于控制烧结机的烧结操作。
本发明实施例提供烧结机，包括混合矿槽、点火炉、保温炉和烧结机传送带，还包括：
设置在保温炉和混合矿槽之间的、将烧结机传送带包含于其中的具有气体空间的封闭装置；
设置在所述封闭装置下部的、用于检测风量的排气风箱；
将气体输入到所述封闭装置中气体空间的气体输入装置，以及，
设置在所述排气风箱中的气体检测装置，所述气体检测装置用于检测透过烧结机传送带上混合料进入到所述排气风箱中的气体参数，根据所述气体参数得到混合料透气性量化值。
由现有技术方案可知，即使不在混合矿槽中检测混合料的透气性，而在配料、混合部分进行检测也是不合理的，由于在该部分流程上混合料的透气性也在不断变化，即使检测到了也可能毫无实际意义。如果在保温炉以及以后的流程上检测混合料的透气性也是难以完成的，此时混合料分成多个层，如烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层、过湿层等，各层的透气性不一致，且透气性不稳定、变化大，从应用的角度来看，检测到的透气性也没有意义。而采用本发明实施例方案，在烧结机的保温炉和混合矿槽之间设置将烧结机传送带包含于其中的具有气体空间的封闭装置，且在所述封闭装置下部设置用于排放气体的排气风箱，将气体检测装置设置在所述排气风箱中，此时，混合料尚未烧结，其物理、化学性质和状态最为稳定，例如避免了布料过程对透气性的影响。通过向封闭装置的气体空间输送高压气体，该气体被压向烧结机传送带上的混合料，透过混合料的空隙排放到封闭装置下部的排气风箱中。通过在所述封闭装置下部排气风箱中的检测装置，检测透过混合料的气体参数，就可以得到精度高、检测误差小的混合料透气性。也可以通过抽取所述排气空间中气体的方式，通过形成的负压向封闭装置的气体空间输送常温、常压下的气体，这样也可以在所述封闭装置下部设置的用于排放气体的排气风箱检测透过混合料的气体参数，得到精度高、检测误差小的混合料透气性。
同样，依据本发明实施例提供的烧结混合料透气性检测方法，使用本发明实施例提供的烧结机，能够对配料混合操作和烧结机烧结操作的控制精度更高、更有效。
本发明的其它优点在后续的文字中有详尽的叙述。
【附图说明】
图1为烧结系统示意图；
图2是目前在混合矿槽中检测混合料透气性的方法示意图；
图3-1是本发明所述烧结机第一实施例示意图；
图3-2是图3-1所述实施例局部示意图；
图4是本发明所述烧结机第二实施例示意图；
图5是本发明所述混合料透气性检测方法第一实施例第一种检测步骤流程图；
图6是本发明所述混合料透气性检测方法第一实施例步骤2的另一个实施流程图；
图7是图6所述实施例步骤2检测原理图；
图8是混合料厚度检测原理图。
【具体实施方式】
由以上说明可知，本发明将混合料料透气性检测设置在混合矿槽到保温炉之间是比较合理的。下面参照附图对本发明的实施例作详细说明。
图3-1是本发明所述烧结机第一实施例示意图，图3-1中的虚线部分的内容参考图3-2。图3-1所示烧结机，包括混合矿槽114、点火炉116、保温炉117和烧结机传送带118，设置在保温炉117和混合矿槽114之间的具有气体空间的封闭装置311，所述封闭装置311将烧结机传送带118经过自己的部分包含于其中，形成相对封闭的空间，该空间一部分被由一定厚度的混合料312占据，一部分形成一个气体空间314，一个用于将气体从封闭装置311外部输入到所述封闭装置311中气体空间314的气体输入装置313被设置所述封闭装置311上，使得封闭装置311外部的气体能够输入到所述封闭装置311中气体空间314中。
在所述封闭装置311下部由烧结机传送带118间隔开的空间，即所述封闭装置311相对于烧结机传送带118的另一侧，设置有用于检测风量的排气风箱315。排气风箱315的安放位置最好与所述封闭装置311匹配设置，使封闭装置311中气体能够最大限度地透过混合料312排放到排气风箱315中，以减少漏风，提高混合料透气性的检测精度。因此，一个气体检测装置316被设置在所述排气风箱315中，用于检测透过烧结机传送带上混合料进入到所述排气风箱中的气体参数，根据所述气体参数得到混合料透气性量化值。
本实施例中，对所述封闭装置311和排气风箱315的形状和尺寸没有要求，只有能够满足混合料透气性的检测即可。所述封闭装置311可以设置在混合矿槽114在烧结机传送带118上已经布完料的位置到保温炉117之间的任意位置。由于本例中点火炉116和保温炉117紧邻，使得所述封闭装置311设置在混合矿槽114在烧结机传送带118上已经布完料的位置到点火炉116之间紧邻点火炉116，而在本发明的其它烧结机实施例中，所述封闭装置311不必紧邻点火炉116，也可以设置在点火炉116和保温炉117之间。当然，任何情况下排气风箱315都要尽可能与所述封闭装置311匹配设置。
经过本发明申请人的大量实践，证明利用点火炉116和设置在其下部的烟尘风箱119也能较好地完成本发明的任务，从而克服了目前存在的混合料透气性的检测只能在所述混合矿槽114中完成的偏见。因此，在本发明所述烧结机第二实施例中，参考图4，所述封闭装置311采用烧结机的点火炉116，所述排气风箱315采用点火炉下面的烟尘风箱119，将气体输入装置313设置在点火炉116上，而将气体检测装置316设置在烟尘风箱119中。
在图3-2和图4所述实施例中，通过向所述封闭装置311或点火炉116输送高压气体或具有一定压力的气体的方式完成混合料透气性的检测。但是，如果采用负压抽风的方式向所述封闭装置311或点火炉116输送气体，就可以利用封闭装置311或点火炉116的相对封闭的特点，即利用封闭装置311或点火炉116能漏气的缝隙实现向所述封闭装置311或点火炉116输送气体的任务，从而完成混合料透气性的检测。因此，在基于图3-1和图4所述烧结机的本发明第三、第四实施例中，没有设置气体输入装置313。当然，对于基于图3-2和图4所述的第一、第二实施例，也可结合前两种情况，向封闭装置311或点火炉116输送气体，同时采用负压抽风的方式来实现对混合料透气性的检测。
为了方便采用负压抽风的方式来实现对混合料透气性的检测，在上述烧结机的第一和第三实施例中，所述排气风箱315还设置有排气出口，以使进入到排气风箱315中的气体顺利排出和便于混合料透气性检测，尤其是采用负压方式检测气体参数，这样相应构成了本发明的第五和第六实施例。其中第五实施例参考图3-1。而对于上述烧结机的第二和第四实施例，所述排气出口直接采用所述烟尘风箱的抽风口。
另外，在上述烧结机实施例中，鉴于气体检测装置316采用公知的检测仪器或器件，且下文也有相关说明，在此不再赘述。
本发明所述烧结混合料透气性检测方法第一实施例包括两个主要步骤，一个步骤是预处理步骤，用于设置必要的检测装置；另一个步骤是检测步骤，用于完成混合料透气性的检测。其中，步骤1是在烧结机的保温炉和混合矿槽之间设置将烧结机传送带包含于其中的具有气体空间的封闭装置，在所述封闭装置下部设置用于排放气体的排气风箱，以及将气体检测装置设置在所述排气风箱中。可见，步骤1的操作结果，即构成了前述基于图3-1的本发明所述烧结机的第三实施例。如果所述封闭装置采用烧结机的点火炉，所述排气风箱采用点火炉下面的烟尘风箱，即构成了前述基于图4的本发明所述烧结机的第四实施例。
由于所述烧结机的第三实施例适合采用负压抽风的方式向所述封闭装置311中输送气体，因此，在本发明所述烧结混合料透气性检测方法的第二实施例中，步骤1的操作结果，构成了前述基于图3-1的本发明所述烧结机的第一实施例。即，步骤1还包括一个预处理子步骤，在所述封闭装置上设置气体输入装置，用于将气体输入到所述封闭装置中气体空间。显然，所述烧结机的第一实施例是一个采用向所述封闭装置311或点火炉116输送高压气体或具有一定压力的气体的方式(正压方式)完成混合料透气性的检测。
步骤2所述检测步骤涉及的操作是，将气体输入所述封闭装置中的气体空间中；所述气体检测装置检测透过烧结机传送带上混合料进入到所述排气风箱中的气体参数，根据所述气体参数得到混合料透气性量化值。本步骤所述混合料透气性量化值，即是本文所述的混合料透气性，使用公知的方法即可实现本步骤。
首先需要说明，根据烧结机的不同，步骤2中所述将气体输入封闭装置中的气体空间中的方式可以有三种，第一种是利用气体输入装置313送气的方式，第二种是从排气风箱315抽风的方式，第三种是上述两种方式的结合。下面以基于所述烧结机的第三实施例的具体实现为例讨论步骤2的检测过程。
参考图5。图5所示的是采用三个步骤检测气体参数并得到混合料透气性量化值Pe的流程，所述Pe指在单位压力梯度下单位面积上通过的气体流量，因而它是表示混合料透气性的一种指标。
其中，步骤501抽出所述排气风箱中的气体，即开始以负压方式的抽风过程；在抽出所述排气风箱中气体的过程中开始步骤502，检测计算混合料透气性量化值Pe需要的参数。
步骤502有三个顺序无关的子步骤：1)检测所述排气风箱中的气体压力；2)检测或确定所述封闭装置中气体空间的气体压力、排气风箱的抽风面积和混合料层高度；3)检测排气风箱中通过混合料层的风量；
其中，子步骤2)所述检测或确定的含义是，所述封闭装置中气体空间的气体压力、排气风箱的抽风面积和混合料层高度可以通过检测器的即时检测得到，但是上述参数也是可以预先获知的，这种情况下，子步骤2)只需将预先存储的上述参数从存储器中取出使用，或预先固化到检测装置的硬件中，即确定所述封闭装置中的气体空间的气体压力、排气风箱的抽风面积和混合料层高度。
步骤503计算Pe，本例中Pe＝Q/F(h/Δp)n；其中，Pe为混合料透气性指数；Q为透过封闭装置内通过混合料层的风量m3/min；F为封闭装置的面积，即抽风面积m2；h为混合料层高度m；Δp为负压Pa，即所述封闭装置中的气体空间的气体压力与所述排气风箱中的气体压力差；n为混合料指数。
图5所示流程表述的是在一定混合料层高度，且抽风量不变的情况下，混合料透气性可以用气体通过料层时压头损失表示。压头损失愈高，则料层透气性愈差，反之亦然。该检测流程目前广泛用于烧结机的设计及烧结生产过程的分析，优点是计算简便，基本上反应出烧结过程中的主要工艺参数的相互关系。需要说明，采用本方法，n的值是变化的，其中：
①混合料粒度对n的影响。
粒度10-0mm，n＝0.55；6-0mm，n＝0.60；3-0mm，n＝0.95。n值随粒度变化而变化，因此烧结细精矿和烧结富矿粉n值是不同的。
②烧结过程中n值的变化。
点火前n＝0.60；点火瞬间n＝0.65；烧结时的平均数n＝0.60；烧结后n＝0.55。
混合料透气性量化值还有其它表达和计算方式，在本发明所述方法的其它实施例中，按照下述步骤检测气体参数并得到混合料透气性量化值G，该发明表述的是，在一定的压差(真空度)条件下，混合料透气性可以用单位时间内通过单位面积和一定料层高度的气体量来表示。
步骤501，抽出所述排气风箱中的气体，在抽出所述排气风箱中的气体的过程中，开始步骤502。步骤502包括的二个顺序无关的子步骤：1)在标况下检测所述排气风箱中的气体流量；2)检测或确定所述排气风箱的抽风面积和检测花费的时间长度。步骤503计算G，本例中G＝Q/(t·F)；
其中，G为混合料透气性m3/m2·min；Q为标况下的气体流量m3；t为检测的时间长度min；F为封闭装置的面积m2，即抽风面积。
显然，当抽风面积和料层高度一定时，单位时间内通过料层的空气量愈大，则表明混合料的透气性愈好。
需要说明的是，如果混合料透气性量化值采用混合料透气性G表达，需要得知标况下的气体流量Q，而该参数的准确检测实际中有相当的困难，如果采用混合料透气性指数Pe表达，会大大降低检测的难度，因此更具有实践意义。
由于影响混合料透气性的因素较多，如：原料、燃料、熔剂、返矿等的粒度以及其配比、混合料水分率、混合料成球率、布料环节等。另外，随着烧结过程的变化混合料透气性也会改变。为此，本发明也提供了一种利用点火炉和烟尘风箱进行混合料检测的实施例，该实施例更具有实用意义。因此，下面以基于所述烧结机的第四实施例的具体实现为例讨论步骤2。
其中，步骤2包括的步骤501抽出所述排气风箱中的气体，即开始以负压方式的抽风过程；在抽出所述排气风箱中的气体的过程中开始步骤502，检测计算混合料透气性量化值Pe需要的参数。
步骤502的三个顺序无关的子步骤参考图6：601)检测所述烟尘风箱中的气体压力；602)检测或确定所述点火炉中的气体压力、烟尘风箱的抽风面积和混合料层高度；603)检测烟尘风箱中通过混合料层的风量。
步骤503计算Pe，本例中Pe＝Q/F(h/Δp)n；其中，Pe为混合料透气性指数；Q为透过点火炉内混合料气体的风量m3/min；F为点火炉的面积，即抽风面积m2；h为混合料层高度m；Δp为负压Pa，即所述点火炉中的气体压力与所述粉尘风箱中的气体压力差；n为混合料指数。
需要说明的是，步骤501所述抽出排气风箱中的气体也可以采用其它方式，例如正压的方式或者正压、负压结合的方式。
所述步骤502、503设计的参数检测参考图7。图7中，LT为烧结机台车上混合料层厚度检测信号。检测方法一般采用非接触式的超声波、雷达料位仪，也可采用接触式的角位仪来检测。由于台车即烧结机传送带的宽度一般有3到5米，本例在设计混合料层厚检测点时，一般采用多点检测，取其平均值作为那一时刻的瞬时层厚值。PT1为点火炉炉膛微差压，范围为：-100Pa到100Pa，一般采用微差压压力表来检测，取压端一端来自点火炉膛，另一端通大气。PT2为点火炉下风箱压力的平均值，可通过在点火炉下每个风箱上单独设置压力检测仪表，再对所有检测信号进行平均获得PT2值；也可通过在点火炉下每个风箱安装均压管，再统一引入压力检测仪表来获取PT2。FQ为透过点火内物料的气体总流量，可以通过检测点火炉下所有风箱的气体流量总和来获得，也可采用本申请人提供的另外一种软检测技术来实现，具体参考本申请人的另外一片专利申请“一种点火炉废气流量的检测方法及检测系统”。
图7中，FQ为透过点火内物料的气体总流量作为Q；1#、2#、3#风箱压力平均值PT2与炉膛压力PT1的差可作为Δp；混合料厚度LT经过延时移动平均处理成LT’可以作为h；点火炉的面积A可以作为F。
本例中，LT’的处理方法如下：根据检测到的混合料厚度LT过程变量，以队列形式进行延时记录。每次检测到LT值插入队列头部，再从队列尾删除一个值。然后，统计从点火炉入口到点火炉出口位置的队列中的LT值(即从LTk-LTk+m)，计算出其平均值作为LT’使用。参考图8。
本发明提供的所述烧结混合料透气性检测方法、设备的实施例，能够确保混合料的透气性最终性、稳定性，不再因为外界因素造成其特性的改变，也能更好地反映最终混合料的透气性，这样，就可以利用检测到的混合料透气性去反馈调节配料、混合部分的控制，例如调整配料、改变混合料水分率、强化混合料制粒等，以提高混合料的透气性；以及利用检测到的混合料透气性调整烧结速度，使烧结效果最佳、成品质量最好、强度满足要求等。
因此，本发明提供的烧结机控制方法第一实施例，以上述混合料透气性检测方法为基础，先经过预处理步骤在烧结机的保温炉和混合矿槽之间设置将烧结机传送带包含于其中的具有气体空间的封闭装置，在所述封闭装置下部设置用于排放气体的排气风箱；再将气体检测装置设置在排气风箱当中；接着进行混合料透气性检测步骤，该步骤先将气体输入所述封闭装置中的气体空间中；接着，所述气体检测装置检测透过烧结机传送带上混合料进入到所述排气风箱中的气体参数，根据所述气体参数得到混合料透气性量化值；最后根据所述混合料透气性量化值控制配混系统的配料混合操作。
无论混合料透气性量化值采用透气性，还是采用透气性指数表达，只要其低于设定阈值，并且持续一段时间，说明混合料的某些因素不足，影响其透气性。例如，水分不足。为提高混合料的透气性，本实施例控制混合系统的一次加水和/或二次加水设备，调整一次加水和/或二次加水设备的加水量，从而提高混合料的透气性。
本例中，如果混合料透气性量化值低于设定阈值并且持续一段时间，也可能混合料中各种成分的配比不符合生产工艺要求，影响其透气性。因此，为提高混合料的透气性，本实施例也可以单独或与加水控制的同时控制配料矿槽111输送的各种物料的配比，使物料的配比符合生产工艺要求，提高混合料透气性。
本发明提供的烧结机控制方法第二实施例，在得到混合料透气性量化值后，根据所述混合料透气性量化值控制烧结机的烧结操作。
如果混合料透气性量化值低于设定阈值，表明正在点火炉内烧结的混合料透气性较差。由于混合料透气性差直接影响烧结效果，为避免物料烧结不符合生产工艺要求，在本实施例最后的步骤调整烧结系统的烧结机台车运行速度，即烧结机传送带的速度，将烧结机台车运行速度降低，延长混合料在点火内的烧结时间，使物料烧结符合生产工艺要求。
鉴于混合料透气性进行的各种控制有公知资料以及本申请人的其它专利申请讨论，在此不再赘述。
当然，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，还有很多根据其权利要求确定的具体的技术性应用方案。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，但这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。