周翠霞　胡文江　趙軍　王釗　王文君

摘 要：在無法獲得精確數(shù)學模型的情況下，根據(jù)模糊控制方面的理論成果與技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場的燒結(jié)專家經(jīng)驗，采用快速、慢速的模糊控制方法，實現(xiàn)燒結(jié)終點的智能優(yōu)化控制。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)終點；BTP；模糊控制

引言

燒結(jié)是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的主要過程，燒結(jié)礦作為高爐的主要原料之一，其質(zhì)量對生鐵質(zhì)量以及高爐順產(chǎn)起著極其重要的影響。燒結(jié)終點是指燒結(jié)過程終了時的位置，通常用料層燒透時對應(yīng)的風箱位置來表示，如果燒結(jié)終點提前，說明燒結(jié)礦過燒，這意味著沒有充分利用燒結(jié)機的生產(chǎn)能力，說明還可以提高燒結(jié)機速度，從而提高燒結(jié)礦產(chǎn)量；如果燒結(jié)終點滯后，說明燒結(jié)礦欠燒，即燒結(jié)過程還沒有結(jié)束，臺車上的混合料已經(jīng)運行到燒結(jié)機機尾卸料端被卸下，從而導致燒結(jié)礦強度降低，返粉增多，燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量下降，成本上升。因此，燒結(jié)生產(chǎn)要求將燒結(jié)終點控制在工藝要求的位置上。

燒結(jié)過程是一個綜合反應(yīng)過程，有物理反應(yīng)、化學反應(yīng)，其涉及因素眾多，各個因素又相互作用，相互制約，具有復(fù)雜性、滯后性以及非線性的特點，燒結(jié)終點的優(yōu)化控制一直是燒結(jié)過程控制的薄弱環(huán)節(jié)，它對于提高燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量有著極為重要 的意義。

文章主要針對燒結(jié)的工藝要求，結(jié)合淄博張鋼鋼鐵有限公司的現(xiàn)場情況，將專家的經(jīng)驗與模糊技術(shù)相結(jié)合，建立燒結(jié)終點（BTP）的模糊控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)燒結(jié)終點的優(yōu)化智能控制。

1 燒結(jié)終點位置的判斷

按照燒結(jié)料層中從上至下的溫度變化以及物理化學反應(yīng)過程，燒結(jié)料層可分為五個帶（或五層），從上至下依次出現(xiàn)燒結(jié)礦帶、燃燒帶、預(yù)熱帶、干燥帶、過濕帶。這些反應(yīng)帶隨著燒結(jié)過程的進行而逐步下移，在到達臺車爐篦后才依次消失，最后只剩下燒結(jié)礦帶。

正確的燒結(jié)終點一般控制在燒結(jié)機機尾倒數(shù)第二個風箱的位置，在此位置，整個料層燒結(jié)過程結(jié)束，這個終點位置的表征是：（1）倒數(shù)第二個風箱位置的廢氣溫度最高，一般可達300～400℃（張鋼350℃左右），比前后兩個風箱的溫度要高。（2）總管廢氣溫度：110～150℃（張鋼燒結(jié)機控制在大于110℃）。（3）機尾斷面無生料，燃燒層已達鋪底料，無火苗冒出，上層黑色和下層赤紅部分各占2/3與1/3斷面高。（4）成品礦與返礦的殘?zhí)级嫉颓曳€(wěn)定。在以上條件（2）～（4）達到要求的情況下，如果倒數(shù)第二個風箱廢氣溫度最高，說明燒結(jié)過程已經(jīng)達到"終點"，如果倒數(shù)第二個風箱廢氣溫度低于倒數(shù)第一個風箱廢氣溫度，說明燒結(jié)終點滯后，混合料沒有燒透，如果倒數(shù)第二個風箱的廢氣溫度比倒數(shù)第三個風箱廢氣溫度低，則意味著燒結(jié)終點提前，燒結(jié)過燒。

2 燒結(jié)終點的計算模型

在實際生產(chǎn)中，燒結(jié)終點通常用風箱的廢氣溫度來表示。張鋼燒結(jié)廠燒結(jié)機有效燒結(jié)長度為60m。準確地控制燒結(jié)終點就是將燒結(jié)終點位置控制在倒數(shù)第2個風箱（19#風箱）上。如圖1所示，以風箱的編號為橫坐標，以風箱的廢氣溫度為縱坐標，繪制廢氣溫度曲線。

由圖1看出，廢氣溫度曲線的后段近似于二次函數(shù)曲線，由曲線的最高三點可以計算出燒結(jié)燒結(jié)終點的位置。根據(jù)二次方程式y(tǒng)=ax2+bx+c，對其進行其微分，將其微分設(shè)為零，則可求出最高風箱溫度對應(yīng)的風箱位置（BTP位置）。

通過燒結(jié)機末端3個風箱的廢氣溫度測量并經(jīng)過計算可求出最高溫度對應(yīng)的位置xmax

由此求得二次函數(shù)曲線的極大值Xmax，即為BTP位置。

3 燒結(jié)終點的模糊控制

3.1 燒結(jié)終點模糊控制的策略

張鋼180m2燒結(jié)機燒結(jié)終點的模糊控制采取了快速模糊規(guī)則以及慢速模糊控制規(guī)則兩種模糊控制方式。根據(jù)生產(chǎn)實際，相應(yīng)地采取不同的控制策略，進而使燒結(jié)終點能夠穩(wěn)定在系統(tǒng)設(shè)定的范圍之內(nèi)。

3.2 燒結(jié)終點模糊控制模型計算流程

燒結(jié)終點模糊控制模型計算流程分為以下步驟：

（1）首先是根據(jù)燒結(jié)機第14-20#風箱上安裝的熱電偶測量得

到的溫度采樣數(shù)據(jù)，利用曲線擬合法計算出燒結(jié)終點位置BTP，同時將數(shù)據(jù)保存于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。（2）計算燒結(jié)終點位置偏差E、偏差變化率EC。為防止因熱電偶損壞等原因引起的溫度誤差，模型求取數(shù)據(jù)庫當中最新的5個燒結(jié)終點位置的平均值后，將其作為當前的燒結(jié)終點位置。當前的偏差為：E=BTPc-BTPsp；當前的偏差變化率為：EC=El-E2；（3）如果誤差（E）或誤差變化率（EC）比較大，同時控制時間間隔達到5分鐘時，此時系統(tǒng)選用快速模糊控制規(guī)則，用快速模糊控制規(guī)則來調(diào)整燒結(jié)機速度，使燒結(jié)終點位置及時向系統(tǒng)設(shè)定值靠近。（4）如果誤差（E）與誤差變化率（EC）較小是，同時控制時間間隔達到10分鐘時，此時系統(tǒng)選用慢速模糊控制規(guī)則，用慢速模糊控制規(guī)則來調(diào)整燒結(jié)機速度，使燒結(jié)終點位置及時向系統(tǒng)設(shè)定值靠近。（5）當誤差E以及誤差變化率EC在較小的范圍之內(nèi)時，如果沒有達到控制時間間隔10分鐘時，模型會維持原來的控制狀態(tài)不變。

3.3 快速模糊控制規(guī)則

據(jù)系統(tǒng)誤差（E）、誤差變化率（EC）以及臺車速度控制量（U），系統(tǒng)通過進行公式計算，得到相應(yīng)的精確量；然后將其模糊化，分別得到其在各自模糊集合E、EC、U上的模糊子集PB、PS、ZE、NS、NB。根據(jù)手動控制策略，總結(jié)出在燒結(jié)終點控制系統(tǒng)中的一組模糊條件語句。慢速模糊控制器的控制規(guī)則類似。

3.4 輸出信息的模糊判決

然后建立模糊控制器查詢表，將其存儲在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，同時編制一個查找查詢表的子程序。在燒結(jié)實際生產(chǎn)運行過程中，將每一個控制周期中采集到的實測誤差E（k）和計算得到的誤差變化率EC（k），乘以查詢表得到的E（xi）和EC（yi）后，根據(jù)模糊規(guī)則查詢表，得到輸出所需的控制量變化U（zi），再乘以比例因子Ku，即得到燒結(jié)機速度控制量。

4 模型應(yīng)用效果

燒結(jié)終點控制模型目前已經(jīng)在張鋼180m2燒結(jié)生產(chǎn)線上投入使用。燒結(jié)機運行效果良好、操作簡便，維護率低、控制精度高，生產(chǎn)成本降低。

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作者簡介：周翠霞（1970，7-），高級工程師，內(nèi)蒙古科技大學。