陶宇

摘 要：烧结是人造富铁矿的主要生产方法之一。本文首先简单介绍了烧结工艺，其次分析了我国目前烧结工艺的难点，最后提出了几点智能化烧结过程控制技术，以期能够为相关工作人员提供一定的资料参考。

关键词：烧结；粉末；难点；控制技术

烧结过程是将粉状物料进行高温燃烧，在不完全熔化的条件下使其烧结成块，为高炉生产提供含铁原料的工艺流程。烧结过程控制对粉末冶金整个工艺过程起着至关重要的作用，控制不好，将导致烧结后的零件在尺寸和性能上不稳定或达不到产品设计要求，并可能出现氧化、脱碳、渗碳、崩裂和积碳等工业中常见的问题。

一、烧结工艺介绍

铁矿石是高炉生产的主要原料，但是在天然铁矿石中，铁的含量并不高，需要将开采到的铁矿石进行预处理，将其研磨成粉，进行选矿。经过选矿后，矿粉的质量虽然有所提高，但是依旧不能作为炼铁原料使用，需要进行人工造块，生产人造富铁矿，常用的方法是烧结和球团。目前国际上90%以上的人造富铁矿都是通过烧结得到的，因此说烧结过程是钢铁工业的基础。烧结矿质量的好坏直接影响高炉生产的质量。随着烧结设备大型化和高炉对烧结矿质量要求的提高，烧结过程控制技术的应用就显得更加重要。

二、烧结过程控制难点

（一）烧结过程相对复杂，难以获得准确的数学模型

烧结过程中会发生复杂的物理化学变化，其中包括燃烧反应、氧化物的分解、还原、再氧化等，涉及热力学、动力学、传热学、流体力学及结晶矿物学等理论知识。对烧结过程有影响的参数可多达几十个，如：水分、燃料配比、原料配比、熔剂配比、料层厚度、点火温度、风箱负压等等。这些参数的影响途径不同，产生的效果千差万别。同一个参数如碱度既与熔剂的配比有关，又受到含铁原料的成分、下料量、水分含量等多个因素的影响。因此要获得准确的数学模型，对烧结过程进行描述和控制难度很大。

（二）烧结过程具有大滞后性

烧结过程是一个滞后的系统，因为烧结过程工序较多，含铁的原料经过配料、混合制粒和布料点火，然后烧结形成烧结矿，这个过程根据不同烧结机的工艺情况不同，大约需要1小时左右，这时只能靠在机尾定性地观察某些烧结状况来判断及调整烧成；成品烧结矿的获得还要经过烧结后的破碎、筛分、冷却和整粒等工序，这一过程又需要半个多小时的时间；一般烧结厂的产量、质量指标的检验环节还要经过2-4小时后才能获得结果。这些过程决定了烧结过程的大滞后性。

（三）烧结过程具有动态时变性

烧结的过程是一个非常复杂的工艺过程，除了具有复杂性、时滞性以外，还具有连续性、非线性、时变性和不确定性。

三、烧结过程的智能控制技术

（一）烧结配料优化方法

1、线性规划算法。由于烧结配料过程不涉及化学变化，烧结矿化学成分与各种铁矿原料的配比之间呈线性关系，因而可以建立以成本最小为目标、化学成分要求为约束的烧结配料优化线性规划模型，然后采用单纯形法、内点法等经典的线性规划算法求解，得到铁矿原料的优化配比。2、智能优化算法。随着神经网络、支持向量机、模糊系统、专家系统、遗传算法的发展，各种智能方法展现了在具有强非线性、数学模型难以建立的情况下的显著优越性，并广泛应用于工业现场的建模与优化。采用智能集成优化思想在烧结配料建模与优化方面取得了大量的研究成果。根据系统论的方法，采用定性定量综合集成方法，建立成分预测模型、配比调整专家规则、烧结矿性能指标预测模型、烧结配料优化模型，实现烧结配料优化。

（二）烧结终点控制

烧结终点是烧结过程中最重要的热状态参数，是判断烧结过程正常与否的标志之一。一般情况下烧结终点应当控制在倒数第二个风箱的位置：烧结终点超前，烧结机有效面积没有得到充分利用，利用系数降低；烧结终点滞后，则卸料时烧结料层未烧透，返矿量增加，成品率下降。因而烧结终点的稳定跟踪对于提高烧结生产的质量与产量具有重要意义。

中部风箱废气温度可以直接反映烧结终点位置的变化：若中部风箱废气温度升高，则烧结终点有超前的趋势；中部风箱废气温度降低，则烧结终点有滞后趋势。因此，反馈模糊控制器与预测控制器的软切换模型，可以根据中部风箱废气温度与稳态条件下标准温度的偏差来对当前工况进行判断，从而确定相应的加权因子ɑ。切换的主要原则是：若中部风箱废气温度与稳态条件下标准温度的偏差较大，则说明设定值处于稳态。当设定值处于稳态时，为了有效防止预测模型偏差给系统造成的波动，应充分发挥不依赖模型的模糊控制器的优点；当设定值于非稳态时，可充分发挥预测控制超前调节的优势，克服烧结过程存在的大滞后性，提高控制系统的性能。

（三）點火燃烧控制

在烧结过程中，点火燃烧是影响烧矿质量的重要环节，点火能耗是烧结工序的一项重要能耗指标。根据燃烧机理与烧结工艺要求，建立点火温度优化设定模型，根据当前的煤气热值、料层厚度、台车速度得到最优的点火温度。然后采用串级控制思想，对点火温度设定值进行跟踪。点火温度控制分为主副两个回路，主回路为温度优化控制回路，实现点火温度稳定并跟踪其设定值，保证烧结所需热量。温度模糊控制器根据点火温度设定值与检测值之间的偏差，得到煤气流量设定值，进而根据空燃比得到空气流量设定值；副回路为阀门控制回路，主要保证煤气流量和空气流量的稳定并跟踪其设定值。

四、结语

烧结过程自动控制技术的开发及应用大大提高了我国烧结生产的自动化水平。但是与国外的先进水平相比还是有一定的差距，但是随着我国科学的不断进步，会有越来越多的新技术设备应用到烧结控制中来，到那时，这些问题也将迎刃而解。

参考文献：

[1]谭兆强，王辉.粉末冶金钢烧结过程控制和分析[J].粉末冶金工业，

2016，06：62-66.endprint