一种烧结状态分区检测系统及方法

技术领域

本申请涉及钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种烧结状态分区检测系统及方法。

背景技术

烧结系统主要包括烧结台车、混合机、主抽风机和环冷机等多个设备，其工艺流程图参见图1所示：各种原料经配料室1配比后，进入混合机2混匀和造球，形成混合料，再通过圆辊给料机3和九辊布料机4将其均匀散布在烧结台车5上形成烧结混合料层，点火风机12和引火风机11启动点火炉，为混合料点火开始烧结过程。经过烧结完成后得到的烧结矿经单辊破碎机8破碎后进入环冷机9冷却，最后经筛分整粒后送至高炉或成品矿仓。其中，烧结过程需要的氧气由主抽风机10提供，烧结台车5下方设置有多个竖直并排的风箱6，风箱6下方为水平安置的大烟道(或称烟道)7，大烟道7与主抽风机10相连，主抽风机10通过大烟道7及风箱6产生的负压风经过台车，为烧结过程提供助燃风。

在烧结过程中，混合料由上向下焙烧，焙烧后的物料即为烧结矿，如图2所示，点火炉将烧结台车5最上层的烧结混合料点燃，随着烧结台车5从烧结机头部13往烧结机尾部14运动，燃烧带100逐渐下移，燃烧带100经过的混合料被焙烧为烧结矿，如图3所示，烧结过程中，烧结台车5内的料层由上往下依次为烧结矿层103、燃烧带100、混合料层102和铺底料层101。在燃烧带100处于料层上方时，燃烧产生的热量会蓄积到燃烧带100下放的混合料层102中，从而加热燃烧带100下方的混合料层102，随着烧结时间的持续，燃烧带100逐渐下移，已形成烧结矿的燃烧带100上层被主抽风机10吸入的空气逐渐冷却，燃烧产生的热量持续蓄积到下方的混合料层102中；空气穿过燃烧带100和下方的蓄热层会被加热后进入烧结风箱6，随着烧结燃烧带100的持续下移，风箱6烟气中度会逐渐升高，当燃烧带100到达铺底料层101时，风箱6烟气温度达到最高点；当燃烧带100消失后，因为不再有燃料贡献热量，风箱6烟气温度会逐渐下降，所以，风箱6烟气最高点对应的风箱6位置即为烧结终点。

现有技术提供了一种烧结风箱温度检测装置和烧结终点判断方法，参见图4，沿烧结台车横向方向设置一组风箱，该组风箱包括两个对称布置风箱，烧结机骨架15、烧结台车5和风箱6形成一个密封体，烟气进入风箱6后，因空间形状变化，对应穿过不同烧结区域的烟气会相互混合。所有的对侧风箱6各设置风箱温度检测装置601检测风箱烟气温度，一侧风箱温度检测装置601检测的温度值可视为穿过该侧烧结区域的混合烟气的温度，另一侧箱温度检测装置601检测的温度值可视为穿过另一侧烧结区域的混合烟气的温度。参见图5所示的所有风箱的烟气温度变化曲线示意图，横坐标表示各个风箱的风箱号(相当于各组风箱温度检测装置601代表的测温点与烧结头部的距离位置)，纵坐标表示各组风箱温度检测装置601检测到温度的算数平均值，检测到温度最高点在21TE处，即第21号风箱的位置为烧结终点位置。

然而，因为烧结台车5上各处烧结矿透气性不尽相同，所以实际生产中烧结台车横向的烧结终点线不会是理想的一条直线，上述烧结风箱温度检测装置对穿过烧结台车5料面各点的烟气温度检测分辨率在烧结台车横向方向上限制在半个台车宽度(两侧风箱)，其很难高分辨率地检测烧结终点附近的烧结风箱温度，不利于对烧结台车横向方向上各料层区域实际烧结终点的判断。

发明内容

本申请提供一种烧结状态分区检测系统及方法，能更高分辨率地检测烧结风箱温度，从而更准确判断实际烧结终点线，为烧结生产过程的更准确控制提供依据。

第一方面，本申请提供一种烧结状态分区检测系统，包括烧结台车、普通风箱、终点风箱和设置在所述普通风箱内的风箱温度检测装置，还包括设置在每组终点风箱位置的烧结烟气温度检测装置，所述终点风箱用于表征烧结机尾部预设个数的风箱；

所述烧结烟气温度检测装置包括测温保护管和分布在所述测温保护管内的多个测温元件，所述测温保护管以平行于烧结台车横向的方向设置在烧结台车和风箱之间，所述多个测温元件与预设的多个烧结区相对应，所述预设的多个烧结区用于表征将烧结区域沿烧结台车行进方向划分而形成的烧结分区；

所述烧结台车设置有台车导流板，所述台车导流板位于烧结篦条平面下的台车框架内，且所述台车导流板底部与台车框架底部位于同一平面；所述测温保护管与烧结台车之间安装有竖向风箱导流板，所述竖向风箱导流板和所述台车导流板的位置及方向均与各个烧结区的分区线重合；在烧结生产时，所述竖向风箱导流板位置固定，所述台车导流板随烧结台车运动，所述竖向风箱导流板和所述台车导流板之间形成相对封闭的空腔，以引导各个烧结区的烧结烟气流经各区对应的测温元件。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，每组终点风箱位置的烧结烟气温度检测装置包括多套测温保护管，所述多套测温保护管沿烧结台车行进方向依次布置，以将每组终点风箱沿烧结台车行进方向切分为多个测温点。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，还包括烧结终点检测单元；所述烧结终点检测单元与所述风箱温度检测装置和所述烧结烟气温度检测装置信号连接，用于接收普通风箱各组测温元件的检测温度和终点风箱各烧结区对应测温元件的检测温度；所述烧结终点检测单元进一步被配置为：

计算每组普通风箱测温元件检测温度的算数平均值，得到对应测温点位置风箱烟气温度；

计算每组终点风箱每套测温保护管中每个烧结区对应测温元件检测温度的算数平均值，得到对应测温点位置对应烧结区烧结烟气温度；

以各测温点与烧结机头部的距离为横坐标，分别以对应的风箱烟气温度值和各个烧结区的烧结烟气温度值为纵坐标，确定各个烧结区的烧结风箱烟气曲线；

根据每个烧结区的烧结风箱烟气曲线，确定对应烧结区的烧结终点位置。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，还包括烧结控制系统，所述烧结控制系统与所述烧结终点检测单元连接，用于接收各个烧结区的烧结终点位置，以及，根据各个烧结区烧结终点位置和预设烧结终点位置进行终点控制。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，每套测温保护管内的测温元件数量与烧结区数量相同，各个测温元件分别位于各个烧结区的中心线位置。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述测温保护管与烧结台车之间安装有横向风箱导流板，所述横向风箱导流板均分各终点风箱，所述测温保护管设置于所述横向风箱导流板分割出的空间中线上。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述烧结台车一侧的台车轨道和相邻的烧结机骨架处设有对应的穿孔，所述测温保护管穿过所述穿孔横向设置在烧结台车下方，且所述测温保护管背离穿孔的一端延伸至另一侧的烧结机骨架内部。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述测温保护管为不锈钢或碳钢材质。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述测温保护管穿过台车轨道和烧结机骨架的穿孔处设置有加强支撑。

第二方面，本申请还提供一种烧结机烧结状态分区检测方法，包括：

获取普通风箱各组测温元件的检测温度和终点风箱各烧结区对应测温元件的检测温度；

计算每组普通风箱测温元件检测温度的算数平均值，得到对应测温点位置风箱烟气温度；

计算每组终点风箱每套测温保护管中每个烧结区对应测温元件检测温度的算数平均值，得到对应测温点位置对应烧结区烧结烟气温度；

以各测温点与烧结机头部的距离为横坐标，分别以对应的风箱烟气温度值和各个烧结区的烧结烟气温度值为纵坐标，确定各个烧结区的烧结风箱烟气曲线；

根据每个烧结区的烧结风箱烟气曲线，确定对应烧结区的烧结终点位置；

根据各个烧结区烧结终点位置和预设烧结终点位置进行各烧结区终点控制。

由以上技术方案可知，本申请提供一种烧结状态分区检测系统及方法，包括设置在每组终点风箱位置的烧结烟气温度检测装置，烧结烟气温度检测装置包括测温保护管和分布在所述测温保护管内的多个测温元件，多个测温元件与预设的多个烧结区相对应，烧结台车设置有台车导流板，测温保护管与烧结台车之间安装有竖向风箱导流板，在烧结生产时，竖向风箱导流板位置固定，台车导流板随烧结台车运动，所述竖向风箱导流和所述台车导流板之间形成相对封闭的空腔，以引导各个烧结区的烧结烟气流经各区对应的测温元件。本申请实施例提供一种烧结状态分区检测系统及方法，能更高分辨率地检测烧结风箱温度，从而更准确判断实际烧结终点线，为烧结生产过程更准确控制提供依据。

附图说明

图1为现有技术提供的烧结系统工艺流程图；

图2为现有技术提供的烧结机上烧结矿形成示意图；

图3为现有技术提供的料层断面示意图；

图4为现有技术提供的烧结风箱温度检测装置结构示意图；

图5为现有技术提供的风箱温度判断烧结终点示意图；

图6为本申请实施例提供的理想烧结终点线与实际烧结终点线对比图；

图7为本申请实施例提供的烧结烟气温度检测装置剖视图；

图8为本申请实施例提供的一种烧结状态分区检测系统的示意图；

图9为本申请实施例提供的一种烧结烟气温度检测装置俯视图；

图10为本申请实施例提供的烧结1区的烧结风箱烟气曲线示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

参见图1所示的烧结机上烧结矿形成示意图，为本申请实施例的应用场景，在此应用场景中，混合料铺上烧结台车后，火炉将烧结台车5最上层的烧结混合料点燃，点燃的燃烧带100开始从上往下移动，随着烧结台车5从烧结机头部13往烧结机尾部14运动，燃烧带100逐渐下移，燃烧带100经过的混合料被焙烧为烧结矿。燃烧带100下移的速度，称为烧结速度，用LV表示，单位mm·min

烧结矿经过点火炉，开始烧结过程后，其烧结时间ST(单位min)：

ST＝(H-PH)/LV；

控制烧结终点是烧结控制的重要手段，烧结终点位置是预先设定的固定值，一般控制在烧结机倒数第二个风箱可以实现烧结机面积的最合理使用，即理想的烧结终点位置可以视为距烧结料面点火位置固定距离的一个点，即烧结料面点火后台车的移动距离S有一个最优值S

在烧结时间ST内，烧结机台车移动距离S(单位：m)、烧结机台车机速SV(单位：m/min)、烧结时间ST之间的关系如下所示：

S＝ST*SV；

可见，烧结机横向的料层厚度、烧结速度的不同，均会影响烧结机横向烧结均匀性。在烧结矿的生成过程中，因为烧结台车上各处的烧结矿透气性不会完全相同，所以实际生产中的烧结终点不会是理想的一条直线，如图6所示的理想烧结终点线与实际烧结终点线的对比图，实际烧结终点线最前凸部位为烧结机机尾，其拖后位置的对应的烧结矿还没完全形成，此时的烧结矿如从烧结机机尾排出，就会有部分夹生矿。如图4、图5所示的现有烧结风箱温度检测装置和烧结终点判断方法对穿过烧结台车料面各点的烟气温度检测分辨率在烧结台车横向上(垂直于台车行进方向)限制在半个台车宽度(一组风箱，两侧各对称布置一个风箱)或一个台车宽度(对于小型单大烟道烧结机，台车下只有一个风箱)，很难准确判断实际烧结终点线，不利于对烧结生产过程进行准确控制。

为了合理地分区控制烧结终点，本申请实施例提供一种烧结机烧结状态分区检测系统及方法，下面结合附图对本申请实施例提供的一种烧结机烧结状态分区检测系统进行说明。

该烧结状态分区检测系统烧结台车5、普通风箱60、终点风箱61和设置在所述普通风箱60内的风箱温度检测装置601。本申请实施例将风箱6分类为普通风箱60和终点风箱61，终点风箱61可以是烧结机尾部的若干个风箱，例如，倒数第一组风箱、倒数第三组风箱和倒数第三组风箱为终点风箱，终点风箱至烧结机头部的风箱即为普通风箱60。

其中，对于大型烧结机，例如台车典型宽度为5500mm，一般设置左右两个风箱对称布置，此时一组风箱即为对称布置的两个风箱，对于小型单大烟道烧结机，一般烧结台车下横向只设有一个风箱，此时一组风箱即为一个风箱。

普通风箱60可以在风箱内设置如图4所示的现有风箱温度检测装置601，终点风箱61所在的位置处设置本申请实施例提供的烧结烟气温度检测装置，图7所示的为一组两个风箱的烧结烟气温度检测装置剖视图。

所述烧结烟气温度检测装置包括测温保护管16和分布在所述测温保护管16内的多个测温元件17，所述测温保护管16以平行于烧结台车横向的方向设置在烧结台车5和风箱6之间，所述测温元件17用于检测烧结烟气温度。

在一些实施方式中，在烧结烟气温度检测装置位置处，烧结台车5一侧的台车轨道51和相邻的烧结机骨架15处设有对应的穿孔，可以预先将一侧的台车轨道51和相邻的烧结机骨架1打孔，用于穿入测温保护管16，所述测温保护管16穿过所述穿孔横向设置在烧结台车5下方，且所述测温保护管16背离穿孔的一端延伸至另一侧的烧结机骨架15内部，以使测温保护管内的多个测温元件17可以覆盖各个烧结区域。

在一些实施方式中，所述测温保护管16为不锈钢或碳钢材质，所述测温保护管16穿过台车轨道51和烧结机骨架15的穿孔处设置有加强支撑，采用上述结构以不影响烧结机骨架和烧结机台车轨道的强度。

在一些实施方式中，所述测温保护管16高于烧结台车5所在地平，以便于安装测温元件17。

本申请实施例将烧结区域沿烧结机行进方向划分为多个烧结区，以每个烧结区为最小单元，判断每个烧结区的烧结情况，从而分区检测控制以避免局部的过烧和欠烧。理论上来说，烧结区域划分的越多，调节均匀性会越加精细，然而，考虑到管道直径和施工维修等因素，实际上不可能无限细分。另外，气体进入烧结混合料料面后会扩散，分区过多，相邻区的相互干扰难以分辨，如果分区太少，对各区烧结状态的调节能力较差。

示例性地，如图7所示，大型烧结机台车宽度为5500mm，均分为5个烧结区，每区宽度1100mm是一个工程上比较舒适的划分。

此外，在其他的一些实施例中，划分为其他数量的区域也是可以的，本申请实施例在此不做具体限定。

测温保护管16内分布有多个测温元件17，所述多个测温元件17与预设的多个烧结区相对应。

在一些实施方式中，测温保护管16内的测温元件17数量与烧结区数量相同，各个测温元件17分别位于各个烧结区的中心线位置。例如，当烧结区域沿烧结机行进方向均匀划分为5个烧结区时，一套测温保护管16内可以设置5个测温元件，各个测温元件分别位于5个烧结区的中心线位置，其中，测温元件一般为热电偶。

在其他的一些实施方式中，测温保护管16内的测温元件17数量也可以与烧结区数量不同，保证每个烧结区设有对应的测温元件17即可，本申请实施例在此不作具体限定。

为防止气体扩散，相邻烧结区相互干扰难以检测每个烧结区的烟气温度，所述烧结台车5设置有台车导流板52，烧结机台车5工作平面由可拆装的炉篦条拼成一个平面，炉篦条卡在台车框架上，炉篦条所在平面到台车底部还有几百毫米的高度，所述台车导流板52位于烧结篦条平面下的台车框架内，且所述台车导流板52底部与台车框架底部位于同一平面。

为进一步保证每个烧结区的烟气温度检测，所述测温保护管16与烧结台车5之间安装有竖向风箱导流板53，所述竖向风箱导流板53和所述台车导流板52的位置及方向均与各个烧结区的分区线重合。

在烧结生产时，所述竖向风箱导流板53位置固定，所述台车导流板52随烧结台车5运动，所述竖向风箱导流板53和所述台车导流板52之间形成相对封闭的空腔，以引导各个烧结区的烧结烟气流经各区对应的测温元件。

参见图8，本申请实施例提供的烧结机烧结状态分区检测系统还包括烧结终点检测单元和烧结控制系统。所述烧结终点检测单元与所述风箱温度检测装置601和所述烧结烟气温度检测装置信号连接，用于接收普通风箱60各组测温元件的检测温度和终点风箱61各烧结区对应测温元件17的检测温度，以及，根据检测温度和各测温点距烧结头部的距离，确定每个烧结区的实际烧结终点。

所述烧结控制系统与所述烧结终点检测单元连接，用于接收各个烧结区的烧结终点位置，以及，根据各个烧结区烧结终点位置和预设烧结终点位置进行对每个烧结区终点控制。

在一些实施方式中，由于现有风箱温度检测装置和烧结终点检测方法，对穿过烧结台车料面各点的烟气温度检测分辨率在平行于台车行进方向上限制在单个风箱长度(一般为4米)，为了更加准确判断实际烧结终点线，本申请实施例在每组终点风箱61位置处设置多套测温保护管16，即烧结烟气温度检测装置包括多套测温保护管16，所述多套测温保护管16沿烧结台车行进方向依次布置，以将每组终点风箱61沿烧结台车行进方向切分为多个测温点。

如图8所示，倒数三组风箱为终点风箱61，每组终点风箱(横向对称布置的两个风箱)位置均匀安装3套测温保护管16及测温元件17，每套测温保护管16代表该终点风箱位置处的一个测温点。普通风箱60即按照现有的方式，每组普通风箱60的测温点为其对应的测温元件组安装位置。

参见图9所示的烧结烟气温度检测装置俯视图，示例性地，相邻的组间风箱表示为第n号风箱和第m号风箱，每号风箱沿台车行进方向均匀设置三套测温保护管16，每套测温保护管内均匀布置有5个热电偶测温元件，每个热电偶测温元件对应一个烧结分区。

在一些实施方式中，除了在终点风箱位置处设置台车导流板52和竖向风箱导流板53，所述测温保护管16与烧结台车5之间还安装有横向风箱导流板54，所述横向风箱导流板54均分各终点风箱，所述测温保护管16设置于所述横向风箱导流板54分割出的空间中线上。

参见图10，为本申请实施例提供的烧结1区的烧结风箱烟气曲线示意图。

图10中横坐标表示各组测温元件与烧结机头部的距离，单位为mm；纵坐标表示各组测温点检测到温度的算术平均值，单位为℃。由于烧结机风箱的位置是固定的，各组测温点相对于烧结机头部的距离也是固定的常数。

所述烧结终点检测单元进一步被配置为：

计算每组普通风箱60测温元件检测温度的算数平均值，得到对应测温点位置风箱烟气温度。

计算每组终点风箱61每套测温保护管16中每个烧结区对应测温元件17检测温度的算数平均值，得到对应测温点位置对应烧结区烧结烟气温度。

以各测温点与烧结机头部的距离为横坐标，分别以对应的风箱烟气温度值和各个烧结区的烧结烟气温度值为纵坐标，确定各个烧结区的烧结风箱烟气曲线。

根据每个烧结区的烧结风箱烟气曲线，确定对应烧结区的烧结终点位置。由于烧结烟气温度后半段近视抛物线，可以用二次函数曲线进行拟合，计算拟合曲线的拐点即为烧结终点，由于烧结终点不一定出现在检测元件所在位置，拟合曲线在检测元件不密集时，可以计算烧结终点的位置，提高终点的定位精度，此为相对成熟的算法，在此不赘述。然而，本申请实施例的检测元件密集，可以直接将温度最高一组测温元件所在位置定义为烧结终点，更加方便快捷效率更高。

示例性地，一般每个烧结机风箱沿台车行进方向的长度为4米，如果以1号风箱前沿作为0点，横坐标上1TE1表示第一组风箱的测温元件组(在同一支多点热电偶中)对应的安装位置，如1TE1安装在风箱正中间，则1TE1对应X轴上的距离为2m，2TE1对应的距离为2+4＝6m；尾部的终点风箱安装有多套测温保护管16(例如，多支多点热电偶)，以此类推。其中，22TE11、22TE21、22TE31分别代表22号风箱第一套测温保护管16、22号风箱第二套测温保护管16、22号风箱第三套测温保护管16，其分别对应的纵坐标为22号风箱第一套测温保护管16烧结1区对应的测温元件检测温度算数平均值、22号风箱第二套测温保护管16烧结1区对应的测温元件检测温度算数平均值、22号风箱第三套测温保护管16烧结1区对应的测温元件检测温度算数平均值。将各测温点的温度值和距离对应的点在坐标系中用曲线连接起来，即得到烧结机风箱的温度曲线。

如图10所示，所述烧结终点检测单元统检测到的温度最高点在23TE11处，即23TE11位置为烧结1区实际烧结终点位置。

本申请实施例的烧结状态分区检测系统可以检测到各烧结1区～烧结5区的烧结终点位置，在此不再赘述。

本申请实施例还提供一种烧结机烧结状态分区检测方法，烧结机烧结状态分区检测方法采用前述提供的烧结机烧结状态分区检测系统执行，详细细节请参照上述烧结机烧结状态分区检测系统。该烧结机烧结状态分区检测方法包括：

S1、获取普通风箱60各组测温元件的检测温度和终点风箱61各烧结区对应测温元件16的检测温度。

S2、计算每组普通风箱60测温元件检测温度的算数平均值，得到对应测温点位置风箱烟气温度。

S3、计算每组终点风箱61每套测温保护管16中每个烧结区对应测温元件检测温度的算数平均值，得到对应测温点位置对应烧结区烧结烟气温度。

S4、以各测温点与烧结机头部的距离为横坐标，分别以对应的风箱烟气温度值和各个烧结区的烧结烟气温度值为纵坐标，确定各个烧结区的烧结风箱烟气曲线。

S5、根据每个烧结区的烧结风箱烟气曲线，确定对应烧结区的烧结终点位置。

S6、根据各个烧结区烧结终点位置和预设烧结终点位置进行各烧结区终点控制。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种烧结状态分区检测系统及方法，该系统包括设置在每组终点风箱61位置的烧结烟气温度检测装置，所述终点风箱61用于表征烧结机尾部预设个数的风箱6；所述烧结烟气温度检测装置包括测温保护管16和分布在所述测温保护管内的多个测温元件17，所述测温保护管16以平行于烧结台车横向的方向设置在烧结台车5和风箱6之间，所述多个测温元件17与预设的多个烧结区相对应，所述预设的多个烧结区用于表征将烧结区域沿烧结台车5行进方向划分而形成的烧结分区；所述烧结台车5设置有台车导流板52，所述台车导流板52位于烧结篦条平面下的台车框架内，且所述台车导流板52底部与台车框架底部位于同一平面；所述测温保护管16与烧结台车5之间安装有竖向风箱导流板53，所述竖向风箱导流板53和所述台车导流板52的位置及方向均与各个烧结区的分区线重合；在烧结生产时，所述竖向风箱导流板53位置固定，所述台车导流板52随烧结台车5运动，所述竖向风箱导流板53和所述台车导流板52之间形成相对封闭的空腔，以引导各个烧结区的烧结烟气流经各区对应的测温元件。

此外，每组终点风箱61位置的烧结烟气温度检测装置包括多套测温保护管16，所述多套测温保护管沿烧结台车行进方向依次布置，以将每组终点风箱61沿烧结台车行进方向切分为多个测温点。本申请实施例提供一种烧结状态分区检测系统及方法，能更高分辨率地检测烧结风箱温度，从而更准确判断实际烧结终点线，为烧结生产过程的更准确控制提供依据。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。