链篦机回转窑球团烧结过程控制系统研究毕业设计论文文档格式.docx

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对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

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日期：

年月日

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导师签名：

日期：

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

4、研究方法的科学性；

技术线路的可行性；

设计方案的合理性

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

建议成绩：

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

二、论文（设计）水平

评阅教师：

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

3、学生答辩过程中的精神状态

评定成绩：

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

教学系意见：

系主任：

1绪论

铁矿球团是20世纪早期开发出的一种细粒精矿的造块方法。

它是富矿资源日益枯竭、贫矿资源大量开发利用的结果。

随着现代高炉炼铁对精料的苛刻要求，以及钢铁冶炼短流程的兴起，球团矿在钢铁工业中的作用愈加重要。

随着国际、国内市场的不断发展，对产品质量的要求越来越高。

因此追求高质量的产品、低成本的消耗成为企业能否在激烈的市场竞争中立于不败之地的最首要的保证。

我国钢铁企业的劣势之一是铁矿资源品质差，铁精矿质量低，成本高。

企业在面对入世后钢材市场激烈竞争的局面，要求生存，求发展，在市场竞争中立于不败之地，必须提高产品质量，降低生产成本，才能与国际市场接轨。

我国球团生产发展在相当长时期内一直处于企业数量少、规模小、水平低，“小而散”的生产状态，所生产的球团矿品位低、冶金性能差、质量不稳定，无法满足高炉生产需要。

随着我国炼铁工业逐渐形成的以高碱度烧结矿合理配用酸性球团矿为主要形式的高炉炉料结构的确立，促使球团矿成为高炉炉料的重要组成部分。

近十多年来，我国球团矿生产得到较快发展，年产量达到3000万t，但仍仅占高炉炉料的10%左右，与国外高达50%甚至更高比例相比，相差甚远，我国球团生产具有良好发展前景。

目前在我国链篦机-回转窑氧化球团装置的建成投产和多年的连续生产实践，为我国链篦机-回转窑氧化球团的发展，提供了成熟的经验和可靠的技术依据[1]。

生产中链篦机-回转窑设备的比例在不断加大,设备的大型化是目前国内外球团生产的一个重要标志，是未来球团工业发展的总趋势。

针对链篦机-回转窑工艺球团烧结这样的复杂生产过程，自动控制的主要目标是稳定生产工艺状况，避免人为因素造成产品质量和产量的剧烈波动，确保生产能够获得最大的效益，这就对生产过程自动化控制提出了如下的要求：

必须通过先进的计算机控制手段实现关键工艺参数的稳定化控制，保证生产产量和质量目标的实现，以获得最大的生产效益，这就是基于生产工艺目标要求的计算机控制问题。

实现这一控制目标存在两方面的问题需要解决：

复杂工业过程的关键参数稳定化控制和这些参数的优化配置。

解决第一个问题，可以降低生产过程的波动，确保生产的安全、稳定和持续运行；

解决第二个问题，可以将系统维持在较优的状态，提高产品的产量和质量，提高生产效益。

1.1球团烧结过程概述

1.1.1链篦机-回转窑氧化球团烧结工艺流程

链篦机-回转窑球团法是一种联合机组生产球团矿的方法[2]。

它的主要特点是生球的干燥预热、预热球的焙烧固结、焙烧球的冷却分别在3个不同的设备中进行。

而作为生球脱水干燥和预热氧化的热工设备-链篦机，它将生球布在慢速的篦板上，利用环冷机的余热及回转窑排出的热气流对生球进行鼓风干燥及抽风干燥、预热氧化，脱除吸附水和结晶水，并达到足够的抗压强度（300-500N/个）后直接送入回转窑进行焙烧，由于回转窑焙烧温度高，且回转，所以加热均匀，不受矿石种类限制，而且可以得到质量稳定的球团。

1.氧化焙烧系统

经过链篦机预热后的球团通过铲料板和给料溜槽给人回转窑中，并在随回转窑沿周边翻滚的同时，沿轴向朝窑头方向移动。

在窑头装有专门设计的双调节伸缩式喷煤管，通过煤管伸缩和一次风量变化控制煤粉燃烧的火焰形状和火焰长度。

同时将环冷却机一冷段1100℃热废气引入窑头罩，作为补充二次风。

以保证窑内所需焙烧温度。

球团在窑内主要受热辐射作用，边翻滚边焙烧，从而得到均匀焙烧。

回转窑内球团焙烧温度1250～1300℃，球团在回转窑中停留时间约为30min。

焙烧好的球团通过回转窑窑头罩内溜槽和固定筛卸到环冷却机受料斗内。

2.成品球团矿冷却系统

环冷却机承担回转窑排出的温度近1250～1300℃的热球团矿，其粒度为8～16mm，FeO含量低于8％，经过窑头罩固定将大块筛出后，通过环冷却机受料斗均匀布在环冷机台车上。

球团矿在环冷却机上被冷却，正常冷却时间48min，同时球团矿中剩余的FeO得到进一步氧化，最终使球团矿中FeO含量降低1％以下，温度降到150℃以下。

环冷却机烟罩分四个区域，一冷段1100℃热气通过受料斗上部窑头罩和平行管道直接回回转窑用于提高窑内气氛温度；

二冷段760℃热气流直接通过热风管道和沉降室返回链篦机预热1段烟罩，用于球团的干燥和预热；

三冷段360℃热风由风机引至链篦机鼔风干燥段兑入冷风，对链篦机链床上的生球进行鼔风干燥；

四冷段90～105℃废气通过环冷机上的烟筒直接排放。

环冷机鼓风机通过风门自动调节冷却风量，控制回热风温度。

1.1.2链篦机-回转窑-环冷机的检测和自动控制

1.链篦机干燥预热系统

链篦机干燥预热系统的检测和控制的项目有链篦机速度、料层厚度的检测和控制；

链篦机-回转窑-环冷机速度联动比例控制；

链篦机鼔风干燥段、抽风干燥段和预热段烟罩温度及其压力的检测与调节；

鼔风干燥段、抽风干燥段和预热段风箱温度及其压力的检测；

链篦机回水流量和进水压力的检测与显示。

将检测信号送计算机和电气连锁。

2.回转窑氧化焙烧系统

回转窑氧化焙烧系统的检测和控制项目有回转窑点火用煤粉量控制；

回转窑点火烧嘴用一、二次风量的检测与控制；

回转窑窑位的检测及控制；

回转窑窑内气体最高温度的检测与控制；

回转窑窑皮温度、窑头和窑尾密封罩温度、固定筛水冷回水流量和给水压力的检测。

3.环冷机冷却系统

环冷机冷却系统检测和控制的项目有二冷段、三冷段回热风温度的检测和控制，二冷段、三冷段回热风压力的检测、显示和报警；

根据排矿温度信号自动控制环冷风机的转速，改变风量，以调节排矿温度；

环冷机机速、料厚、卸料斗料位的检测和控制。

环冷机冷却风机出口压力、冷却水进水压力和冷却水进水流量的检测显示。

1.2球团烧结主要设备及结构特点

1.2.1链篦机结构特点

1.传动装置

传动装置形式为双侧传动，主要由电动机、悬挂减速装置和稀油润滑系统等组成。

其驱动方式为：

电动机→悬挂减速装置→链篦机头部主轴装置。

为适应链篦机生产能力和原料状况的变化，设计中选用了变频专用电动机进行变频调速，使链篦机运行装置的运行速度在一定范围内实现了无级调速。

悬挂减速装置采用三环减速机形式，左右各一套，通过膨胀套连接悬挂在头部主轴的两端。

2.运行部分

运行部分是链篦机的核心，它是由驱动链轮装置、从动链轮装置、侧密封、上托辊、下托辊、链篦装置及拉紧装置组成。

驱动装置安装在链篦机的头部链轮轴上装有6个等间距的链轮。

轴承采用滚动轴承，该轴承设计成水冷式，同时侧板采用耐热内衬隔热。

主轴为中间固定，两端可自由伸长，轴心采用通水冷却措施。

侧密封包括静密封和动密封。

静密封固定在链篦机的骨架上，动密封由链篦机的侧板所形成。

3.铲料板装置

铲料板装置包括铲料板及支承、链条装置、重锤装置及拉紧装置。

铲料板的主要作用是将篦板上的物料送入回转窑。

重锤装置可以使铲料板做起伏运动，既可以躲避嵌在篦板上的碎球对铲料板的顶啃，又可以防止铲料板漏球，铲料板支撑梁采用通水冷却，以提高其使用寿命。

1.2.2回转窑结构特点

回转窑主要由筒体、窑头、窑尾密封装置、传动装置、拖轮支承装置，滑环装置组成。

筒体由两组拖轮支承，靠一套大齿轮及悬挂在其上的柔性装置、液压马达驱动筒体旋转，在窑的进料端和排料端分别设有特殊的密封装置，防止漏风、楼料。

1.窑头、窑尾密封装置：

窑尾密封装置由窑尾罩、进料溜罩及鳞片密封装置组成，主要是联系链篦机头部与回转窑筒体尾部，组成链篦机与回转窑的料流通道。

窑头密封装置由窑头箱及鳞片密封装置组成，主要是联系回转窑头部与冷却机给料斗，由回转窑筒体来的焙烧球团矿，进入窑头箱后通过其下方的固定筛，由给料斗给到冷却机台车上进行冷却。

2.筒体：

筒体由不同厚度的钢板焊接而成。

筒体支承点的滚圈是嵌套在筒体上的，并用挡铁固定在筒体上。

3.支承装置：

本回转窑有两个支承点，从排料端到进料端分别为1号和2号；

其中2号靠近传动装置，在安装时定为基准点。

每组支承点均由嵌在筒体的滚圈支承在两个拖轮上，它支承筒的重量并防止筒变形。

拖轮轴承采用滚动轴承，轴承由通向轴承座内的冷却水来冷却。

筒体安装倾斜角度2.5°

至3.0°

。

由推力挡轮来实现窜窑时筒体的纵向移动。

4.传动装置：

回转窑传动方式有电机-减速机传动方式和柔性传动方式。

电机-减速机传动方式由于安全性差、噪音大，新设计的回转窑一般不予以采用。

柔性减速装置提供回转窑的旋转动力，它装在大齿轮上的连杆与筒体连接而使筒体转动。

主要由动力站、液压马达及悬挂转速机等组成。

5.热电偶滑环装置：

热电偶滑环装置用于将热电偶的温度信号送到主控仪表室进行监控，以作为温度控制的重要依据。

回转窑是一个尾部高，头部低的倾斜筒体。

球团在筒体滚动爆落的同时，又从窑尾向窑头不停的滚动落下，最后经窑尾排出，也就是说球在窑内的焙烧过程是一个机械运动、理化反应与热工运动的综合过程。

1.2.3环冷机结构特点

环冷机是由支架、台车、导轨、风机、机罩及传动装置组成。

环冷机是一个环状槽形结构，由若干可翻转的台车组成环形工作表面，环形式中车两侧围有内外墙，构成环状回转体，内外墙内壁均衬有耐火材料。

回转环体上部固定一个衬有耐火材料的环冷机罩。

回转环体与固定机罩之间设有砂封装置，防止漏风。

环冷机可分成给矿部、高温部（第一冷却段）、低温段（第二、第三冷却段）和排矿部等几部分。

1.3工业过程控制的发展与现状

工业过程控制是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术。

目前，工业过程控制技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展[3]。

1.以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流

工业控制自动化主要包含三个层次，从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。

传统的自动化系统，基础自动化部分基本被PLC和DCS所垄断，过程自动化和管理自动化部分主要是由各种进口的过程计算机或小型机组成。

20世纪90年代以来，由于PC-based的工业计算机（简称工业PC）的发展，以工业PC、I/O装置、监控装置、控制网络组成的PC-based的自动化系统得到了迅速普及，成为实现低成本工业自动化的重要途径[4]。

2.PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展

由于最初采用计算机的设计思想和适应各种现场应用的设计思路，因此随着电子事业的飞速发展，PLC已超越了传统逻辑控制的意义[5]。

微型化、网络化、PC化和开放性将是PLC未来发展的主要方向。

1.4论文的主要研究内容与结构安排

本文对链篦机-回转窑氧化球团烧结工艺进行了充分调研，并且广泛收集了链篦机、回转窑、环冷机的数据参数进行了深入分析研究。

链篦机-回转窑自动化控制系统采用西门子PLC控制系统，过程综合自动化系统实现了逻辑连锁控制、基础回路控制、优化控制、运行管理和系统管理等功能[12]。

控制系统在实现“三电一体化”的基础上成功利用PROFIBUS现场总线将ET200M远程I/O系统连接到控制系统中。

链篦机、回转窑、环冷却机的自动控制过程应用工控组态软件WinCC6.0设计完成。

本文的结构安排：

第一章绪论对链篦机-回转窑氧化球团烧结的工艺流程进行了概述，并对其检测与监控进行了说明。

对链篦机、回转窑、环冷机的结构特点进行了介绍，最后对工业过程控制的现状进行了叙述；

第二章主要对链篦机-回转窑-环冷机计算机自动控制系统的硬件配置进行了介绍；

对现场总线、工业以太网、STEAP7和PLC都进行了详细的说明。

第三章主要对链篦机-回转窑-环冷机计算机自动控制系统的软件设计，该设计是基WinCC6.0工控组态软件完成的。

2链篦机-回转窑-环冷机控制系统的硬件配置

根据链篦机-回转窑烧结生产线的工艺特点及技术要求，设计的生产过程自动化系统采用西门子的Profibus-DP过程现场总线和工业以太网技术，实现了工控机、PLC、远程I/O、直流调速装置、交流变频装置及现场智能仪表的通信连接，实现了球团生产的集中管理和分散控制。

2.1PROFIBUS-DP现场总线过程控制系统

2.1.1PROFIBUS-DP概述

PROFIBUS-DP用于现场设备级的高速数据传输，中央控制器通过高速串行总线同分散的设备进行通信。

原则上，PROFIBUS-DP协议在任何处理器上多可以实现，在微处理器内部或外部安装通用异步收发器即可完成。

但数据传送数率超过500kbps或需要使用IEC1158-2传输技术时，建议使用协议专用芯片。

多数数据交换采用周期方式，除了周期通信方式外，智能现场设备也采用周期性通讯方式，以进行组态、诊断和报警处理。

中央控制器周期地读取从站的输入信息，并周期地向从站发送输出信息。

总线循环时间必须要比中央控制器的程序循环时间短，在很多应用场合，程序应用时间约为10S。

2.1.2PROFIBUS-DP网络结构与