別 威，閆林虎，柴亨睿
（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅730021）
[摘 要] 單純的釩鈦燒結(jié)礦化學(xué)成分波動(dòng)范圍大、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)低、返礦率高，高爐渣鐵流動(dòng)性能差，給后序煉鋼和提取釩鈦造成很大困難，因此，需要在燒結(jié)過(guò)程中加入一定量的普通鐵精粉，但其在混配過(guò)程中容易出現(xiàn)混配不勻、成分不穩(wěn)的問(wèn)題。本文分析了某鋼鐵企業(yè)釩鈦鐵精粉與普通鐵精粉混配中存在問(wèn)題的原因，提出了實(shí)現(xiàn)混勻礦精準(zhǔn)混配的步驟與措施。通過(guò)實(shí)施運(yùn)載鐵粉車(chē)輛信息化管理、料倉(cāng)配套設(shè)備的優(yōu)化改造、提高配料系統(tǒng)稱(chēng)量設(shè)施精度、自動(dòng)配料系統(tǒng)程序的完善等技術(shù)措施，保證了釩鈦鐵精粉和普通鐵精粉混配誤差小于 1%。
[關(guān)鍵詞] 釩鈦燒結(jié)礦；配料系統(tǒng)；混配誤差；鐵精粉；精準(zhǔn)混配
0引言
釩、鈦兩種元素在鋼鐵、化工、航空航天、國(guó)防等領(lǐng)域的作用巨大，在自然界主要存在于釩鈦磁鐵礦中，提取的主要方法是煉鋼轉(zhuǎn)爐提取法。我國(guó)釩鈦磁鐵礦主要分布在攀西 （四川攀枝花-西昌）和河北省承德地區(qū)。如果采用釩鈦磁鐵礦經(jīng)破碎加工的鐵精粉直接生產(chǎn)燒結(jié)礦，則燒結(jié)礦的化學(xué)成分波動(dòng)大、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)低，返礦率高，影響釩鈦燒結(jié)礦高質(zhì)量生產(chǎn)。并且，單純的釩鈦燒結(jié)礦在高爐還原鐵水的過(guò)程中流動(dòng)性能差，是造成高爐爐況產(chǎn)生波動(dòng)的主要原因，也給后序煉鋼生產(chǎn)和提取釩鈦造成很大困難。
實(shí)踐證明，釩鈦鐵精粉在生產(chǎn)燒結(jié)礦前的混配工藝加入一定比例的普通鐵精粉，并精準(zhǔn)混配，對(duì)燒結(jié)、高爐、煉鋼三大工序產(chǎn)生都可以起到積極的作用[1]。本文結(jié)合某鋼鐵企業(yè)釩鈦鐵精粉配加普粉的生產(chǎn)設(shè)施和工藝流程，分析了釩鈦混勻礦混配中存在的混配不勻、成分不穩(wěn)的原因，有針對(duì)性的提出了實(shí)現(xiàn)混勻礦精準(zhǔn)混配的步驟與措施，并對(duì)措施實(shí)施后的效果進(jìn)行了評(píng)估。
1 燒結(jié)混勻礦混配過(guò)程存在的問(wèn)題
該鋼鐵企業(yè)燒結(jié)用含鐵料為釩鈦磁鐵礦配加鐵精粉，所有含鐵料進(jìn)入燒結(jié)配料室前都要進(jìn)行配料和混勻形成成分均勻、穩(wěn)定的釩鈦含鐵混勻礦。該企業(yè)供料作業(yè)區(qū)有三條混勻礦配料作業(yè)線，每條配料作業(yè)線配置有 12 個(gè)料倉(cāng)及其配套的定量圓盤(pán)給料機(jī)和自動(dòng)配料系統(tǒng)。每個(gè)料倉(cāng)儲(chǔ)料量約 1200t，每天供應(yīng)該公司全部燒結(jié)機(jī)混勻礦約 26500t。
因各種含鐵料由汽車(chē)進(jìn)廠并直接卸入混勻配料倉(cāng)，在進(jìn)料倉(cāng)前沒(méi)有進(jìn)行初次混勻，外加各種含鐵料水分、粘度、顆粒度不同，以及混配設(shè)施不完善、配料稱(chēng)量裝置精度不高等原因，混配系統(tǒng)輸出的實(shí)際鐵料量與理論設(shè)定值偏差較大[2]，造成混勻礦混配成分不均勻、不穩(wěn)定。
2 實(shí)現(xiàn)混勻礦精準(zhǔn)混配的步驟與措施
燒結(jié)原料精確混配技術(shù)是一個(gè)綜合應(yīng)用系統(tǒng)，其流程如圖 1 所示。包括釩鈦和普通鐵精粉直供車(chē)輛精準(zhǔn)定位、釩鈦和普通鐵精粉單個(gè)圓盤(pán)精準(zhǔn)混配、鐵粉實(shí)際配料精度驗(yàn)證、釩鈦與普通鐵精粉多套圓盤(pán)物料混配輸出。
2.1 運(yùn)載鐵粉車(chē)輛信息化管理
載有釩鈦和普通鐵精粉汽運(yùn)車(chē)輛在進(jìn)入原料場(chǎng)前依據(jù)貨運(yùn)紙質(zhì)票據(jù)進(jìn)行 IC 卡和電子標(biāo)簽的綁定，IC 卡和電子標(biāo)簽在精準(zhǔn)混配系統(tǒng)是車(chē)輛識(shí)別的唯一標(biāo)識(shí)，從源頭解決釩鈦鐵精粉和普通鐵精粉無(wú)法從外觀識(shí)別的難題，具體流程如圖 2 所示。
IC 卡信息包括：鐵粉來(lái)源（或廠家）、品種、凈重、車(chē)輛牌號(hào)、司機(jī)姓名等信息。該信息經(jīng)物流管理系統(tǒng)上傳至生產(chǎn)環(huán)節(jié)的中控室，中控人員根據(jù)生產(chǎn)需要分配車(chē)輛到具體配料倉(cāng)的鐵篦子上面卸車(chē)。每個(gè)配料圓盤(pán)鐵篦子后面正中央安裝顯示屏，配料倉(cāng)每隔 30m 的上面 6m 高的支柱安裝無(wú)線定位基站，每個(gè)無(wú)線定位基站對(duì) 30 米區(qū)域進(jìn)行三維立體覆蓋，基站信號(hào)與車(chē)輛綁定的電子標(biāo)簽完成車(chē)輛誤差小于 0.3m 的精準(zhǔn)定位。車(chē)輛進(jìn)入配料倉(cāng)電子圍欄范圍進(jìn)行定位同時(shí)，該配料倉(cāng)對(duì)應(yīng)的顯示屏顯示該車(chē)信息，電子圍欄與該車(chē)輛實(shí)際位置相符后，顯示屏向司機(jī)發(fā)出“可以卸車(chē)”指令，同時(shí) IC 卡更新“卸車(chē)確認(rèn)”信息，該車(chē)輛能夠回空確認(rèn)。如果司機(jī)不在電子圍欄內(nèi)進(jìn)行卸車(chē)，該車(chē) IC 卡不能更新卸車(chē)信息，車(chē)輛也無(wú)法回空確認(rèn)和返廠。每個(gè)配料倉(cāng)鐵篦子之間間隔 1.2m，車(chē)輛定位 0.3m 的誤差小于配料倉(cāng)鐵篦子間隔，定位精度和回空系統(tǒng)雙重制約機(jī)制保證不發(fā)生混料事故。
2.2 料倉(cāng)配套設(shè)備的優(yōu)化改造
（1） 在 配 料 倉(cāng) 上 口 設(shè) 置 250mm×250mm 厚30mm 的鐵篦子，用于分離來(lái)料中的大塊和雜物，鐵篦子下面鐵粉基本滿足圓盤(pán)配料要求。
（2）由于釩鈦鐵精粉粘度大、易結(jié)塊，進(jìn)入配料倉(cāng)后易粘附在料倉(cāng)倉(cāng)壁，造成釩鈦鐵精粉圓盤(pán)配加過(guò)程容易發(fā)生斷續(xù)、大幅度、長(zhǎng)時(shí)間振蕩事故。因此在倉(cāng)壁設(shè)置振動(dòng)裝置，當(dāng)釩鈦鐵精粉實(shí)際給料量低于理論給料量 10%以上并持續(xù)時(shí)間 5s 情況下，倉(cāng)壁振動(dòng)裝置發(fā)生間歇振動(dòng)，增加粘度大的釩鈦鐵精粉流動(dòng)性能。同時(shí)料倉(cāng)出口增加粘塊分離板。兩種措施保證釩鈦鐵精粉松散均勻落入皮帶秤。
2.3 提高配料系統(tǒng)稱(chēng)量設(shè)施校準(zhǔn)精度
配料稱(chēng)量裝置是釩鈦鐵精粉和普通鐵精粉精準(zhǔn)混配的關(guān)鍵設(shè)備，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中配料圓盤(pán)數(shù)量多達(dá) 15～25 個(gè)、配套的配料稱(chēng)量裝置也是 15～25臺(tái)。要實(shí)現(xiàn)釩鈦和普通鐵精粉精準(zhǔn)配料，首先要解決配料稱(chēng)量裝置稱(chēng)量精準(zhǔn)度難題[3]，以保證釩鈦鐵精粉和普通鐵精粉在不發(fā)生混料情況下，按照理論要求實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)混配。因此要對(duì)所有配料稱(chēng)量裝置進(jìn)行實(shí)物校準(zhǔn)，使其稱(chēng)量數(shù)據(jù)可信程度達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化要求的水準(zhǔn)，保證所有參與配料的釩鈦鐵精粉和普通鐵精粉的稱(chēng)量數(shù)據(jù)處于高精度范圍內(nèi)。
（1）為保證配料稱(chēng)量裝置稱(chēng)量精準(zhǔn)度，要定期對(duì)配料稱(chēng)量裝置進(jìn)行實(shí)物校準(zhǔn)，保證稱(chēng)量裝置的稱(chēng)量數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。以實(shí)物效驗(yàn)該數(shù)據(jù)作為實(shí)際配加質(zhì)量與理論要求質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線比較，通過(guò)校準(zhǔn)稱(chēng)量裝置使兩者之間誤差≤1% ，即（皮帶 [秤稱(chēng)量數(shù)據(jù)-理論要求質(zhì)量數(shù)據(jù)）/皮帶秤稱(chēng)量數(shù)據(jù)]×100%≤1%，以保證單圓盤(pán)、單料種實(shí)際配料稱(chēng)量誤差≤1%。
（2）對(duì)配料皮帶上的所有圓盤(pán)配料裝置，按照（每個(gè)配料圓盤(pán)距離/皮帶速度） 位置和和時(shí)間先后順序進(jìn)行控制配料圓盤(pán)啟動(dòng)和停止間隔，保證多套圓盤(pán)的釩鈦和普通鐵精粉完全疊加一起精準(zhǔn)混配，如圖 3 所示。
2.4 自動(dòng)配料系統(tǒng)程序的優(yōu)化和完善
配料生產(chǎn)線上單個(gè)自動(dòng)配料裝置是由皮帶秤、調(diào)節(jié)器、變頻器、PLC、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、配料圓盤(pán)組成，整個(gè)配料生產(chǎn)線由多套自動(dòng)配料裝置構(gòu)成。要實(shí)現(xiàn)釩鈦鐵精粉和普通鐵精粉精準(zhǔn)混配，保證單圓盤(pán)、單料種實(shí)際配料稱(chēng)量誤差≤1%，就要完善和優(yōu)化配料生產(chǎn)線上自動(dòng)配料系統(tǒng)的自動(dòng)控制程序和操作制度。
（1）正常情況下，自動(dòng)配料系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器可使松散、穩(wěn)定下料的料流經(jīng)過(guò) 2～3 個(gè)振動(dòng)周期 （15～35s）達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。而釩鈦鐵精粉粘度大，易結(jié)塊，造成調(diào)節(jié)器長(zhǎng)時(shí)間處于振蕩不穩(wěn)定狀態(tài)，因此，在配料起始階段對(duì)調(diào)節(jié)器采用手/自動(dòng)結(jié)合方式，保證釩鈦鐵精粉經(jīng)過(guò) 3～5 個(gè)振動(dòng)周期（35～55s）達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。
（2）在控制程序中設(shè)置配料過(guò)程超差糾錯(cuò)和報(bào)警功能。當(dāng)配料過(guò)程中實(shí)際質(zhì)量與理論質(zhì)量偏差超過(guò) 1%以上并持續(xù)時(shí)間 2s 情況下，PID 調(diào)節(jié)器依據(jù)正負(fù)偏差采取相應(yīng)的 PID 參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線糾錯(cuò)。如果偏差在 10s 以內(nèi)沒(méi)有調(diào)整到 1%以內(nèi)偏差，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急報(bào)警信號(hào)或發(fā)出停止配料指令，保證配料過(guò)程全程受控。圖 4 為自動(dòng)配料超差報(bào)警糾錯(cuò)功能塊圖。
3 效果分析
通過(guò)實(shí)施上述提高釩鈦鐵精粉和普通鐵精粉精準(zhǔn)混配的措施，使得燒結(jié)原料成分的穩(wěn)定性明顯提高。改進(jìn)措施實(shí)施前后的燒結(jié)原料混勻礦質(zhì)量對(duì)比指標(biāo)如表 1 所示。
4 結(jié)語(yǔ)
運(yùn)載鐵粉車(chē)輛信息化管理，保證了釩鈦鐵精粉與普通鐵粉不發(fā)生混料事故，從源頭保障二者的配加比例；通過(guò)料倉(cāng)配套設(shè)備的優(yōu)化改造，保障了釩鈦鐵精粉和普通鐵精粉的穩(wěn)定下料，為燒結(jié)混勻礦精準(zhǔn)混配創(chuàng)造了條件；通過(guò)配料稱(chēng)量設(shè)施實(shí)物校準(zhǔn)，保證了配料線上所有皮帶秤處于統(tǒng)一基準(zhǔn)；通過(guò)優(yōu)化和完善配料生產(chǎn)線上自動(dòng)配料系統(tǒng)的自動(dòng)控制程序和操作制度，在控制程序中設(shè)置配料過(guò)程超差糾錯(cuò)和報(bào)警功能，保障了配料過(guò)程中實(shí)際質(zhì)量與理論質(zhì)量偏差不超過(guò) 1%。
上述改進(jìn)措施實(shí)施后，TFe 穩(wěn)定率提高 9.35%，V2O5 穩(wěn)定率提高 7.54%，SiO2 穩(wěn)定率提高 5.32%，燒結(jié)混勻礦成分的穩(wěn)定性得到明顯提高。另外在提高釩鈦燒結(jié)礦理化性能的同時(shí)，減少了返礦率，提高了釩鈦燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量，從根本上改善了高爐鐵水流動(dòng)性能，最終實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煉鋼順利生產(chǎn)和低成本提取釩、鈦兩種寶貴金屬。
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