一种有效提升铁矿粉球团造球效率的自动控制系统及方法

1.本发明涉及铁矿粉造球技术领域，特别是指一种有效提升铁矿粉球团造球效率的自动控制系统及方法。

背景技术：

2.我国高炉炉料结构主要由三部分组成：烧结矿、球团矿和块矿。其中以烧结矿为主，球团矿和块矿为辅，球团矿和块矿的主要目的是提高入炉品位和平衡高炉渣碱度。随着烧结生产系统节能环保压力及气体污染物排放新标准的确立，烧结工序受到一定的限制，球团矿从辅助炉料向主要炉料转变，高炉高比例球团、碱性球团生产受到重视，因此提高球团产量和质量成为冶金行业的新课题。生产球团的重要工序之一是将适合造球的矿粉制成一定粒度10-16mm的生球，然后进行干燥、预热、焙烧、均热等工序，生球的性能主要包括落下强度、抗压强度、热爆裂强度。本发明主要涉及造成工序。
3.造球工序一般由两个工艺：圆盘造球和圆筒造球。我国造球皆选用圆盘造球工艺，圆盘造球工艺中转速和倾角为固定条件，不易变化。对于造球工艺目前研究皆在水分、成品球粒度组成、添加粘结剂的种类及配加量及成球时间。我国对铁矿粉造球的研究情况主要如下：
4.一种铁矿球团造球装置中串联两个造球盘，第二个造球盘在第一个造球盘的下方，第一造球盘未成为生球的矿粉和所述第一分量的生球进入第二造球盘中，第二造球盘再次造球，达到了大幅度减少球团造球过程的返矿率，提高产量，改善生球表面质量和强度，降低能耗的目的。
5.一种圆筒造球机的挂料装置中相邻刀片在横梁正面上的垂直投影有重叠，刀片与水平面形成夹角，刀片的前端与筒体内壁成弧形。解决圆筒造球机的多余物料粘结附在筒壁上影响造球效率和质量的问题，提高生产效率，降低能耗。
6.一种智能造球检测系统中主要对矿粉和球体红外水分分析，盘速检测及图像采集，判断造球机的工作状态，调整水分及机速，保证生球质量。
7.造球机大颗粒机器人视觉筛选设备中在球盘的支架上，设置有一捞爪，可张开和合拢，合拢后的捞爪与档齿形成捞笼，按照ccd相机查大颗粒，到大颗粒后，传送至机器人控制器，机器人在按位置信息将手臂移至到位置处，并下沉入物料中将大颗粒捞入捞笼，当移除造粒机范围后张开捞爪，可将大颗粒移除。该设备未考虑球团圆盘治理的实际情况，1)圆盘制粒是高速运转，定位后机器按定位捞取，不满足实际情况，2)捞取的装置设计及捞取动作在捞取大球的同时，将破坏大量正常球团。
8.基于上述，本发明将造球盘分为四个区：1)上料区，2)加水区，3)成核区，4)长大及卸料区。本发明通过在成球区、卸料皮带增加图像采集，调整成球区容积，判断与措施联动。本发明系统24小时不间断运转，只需操作者在操作室观看即可，有效的减少球团岗位工作强度，使得生球生产效率提高，生球质量稳定。

技术实现要素：

9.本发明要解决的技术问题是提供一种有效提升铁矿粉球团造球效率的自动控制系统及方法。
10.在铁矿粉造球的过程中，我国球团粒级标准为10-16mm，大于16mm球团其预热焙烧的过程中，会产生夹心球、烧不透、抗压强度低、还原性下降等恶化球团冶金性能情况。而在造球的过程中由于水分局部聚集，粉矿在刮刀、圆盘壁的粘结，30mm以上大球产生是不可避免，有的甚至超过200mm，大于30mm的大球由于自重力较大，在成球区反复滚动，几乎不能够到卸料区，目前的处理方式是靠人工外力清理。一个人清理一个造球盘需要10min，一条产线10个造球盘，使用8个备2个，一个周期需要80min，由于圆盘是高速运转的，只能清理大于100mm以上的球团，清理小球不现实。本次清理后，超大球在造球盘中反复生长，1-2小时后仍需清理，周而复始。
11.因此，基于上述实际情况，本发明设计了一种有效提升铁矿粉球团造球效率的自动控制系统，该系统包括造球圆盘、机械臂、两台摄像机、输送皮带、水管、上料皮带和刮刀，
12.造球圆盘旁边的操作廊道靠近造球圆盘处安装机械臂，
13.摄像机i对准造球圆盘的成球区，摄像机ii对准造球圆盘卸料区输送皮带，
14.造球圆盘上方设置水管和上料皮带，上料皮带下方为下料区，按顺时针方向，下料区后为成核长大区，成核长大区后为成球区；
15.造球圆盘框架内壁设置刮刀，造球圆盘逆时针转动，刮刀不随圆盘转动。
16.其中，机械臂清理大球一端由间隔40mm-50mm的弧状尖锐不锈钢制成。
17.该系统的应用方法，包括步骤如下：
18.s1：矿粉由上料皮带进入下料区；
19.s2：造球圆盘逆时针转动，矿粉也随之逆时针转动，通过水管向造球圆盘加入雾状水；
20.s3：由于毛细力的作用，矿粉发生粘结，在成核长大区逐渐长大成核；
21.s4：成核矿粉再长大进入成球区成为成品球团，成球区中有超过100mm的较大球团需要清除；
22.s5：成品球团进入输送皮带，进入筛分工序，＜10mm及＞16mm球团重新破碎返回造球系统，取10-16mm合格球团进行干燥-预热-焙烧-均热-冷却；
23.s6：超过100mm特大球团由于重力左右，不能进入输送皮带，在成球区持续滚大，通过机械臂运转，将较大球团打碎，提高造球效率。
24.其中，s6中机械臂运转控制方式有两种：常规方式运转和节能方式运转。
25.机械臂的常规方式运转具体为：
26.设定运转周期，每小时进行一个周期，一个周期10次，每次相隔30s。
27.机械臂的节能方式运转具体为：
28.通过摄像机i实时观测成球区球团，采集成球区球团图像，当球团最大颗粒超过100mm预定值时，控制系统控制机械臂运转；同时，通过摄像机ⅱ实时观测皮带上成品球，记录成品球中大颗粒的数量、球团的粒级、平均粒径及方差，评估球团粒级分布，进而判断造球参数的合理性。
29.其中，摄像机i采集图像的频率为10s/组。
30.本发明的上述技术方案的有益效果如下：
31.上述方案中，通过设置摄像机能够有效去除成球区大颗粒，为成球区扩大有效造球空间，提高成品球团均匀度、产量和质量，节省劳动力，有效避免安全事故的发生。和摄像机相连的终端系统对采集的图像进行分析，使得球团质量判断更加有实时依据，本发明为球团生产系统提供一种可实施的提高造球效率自动控制方法。
附图说明
32.图1为本发明的有效提升铁矿粉球团造球效率的智能系统结构示意图。
33.其中：1-造球圆盘，2-机械臂，3-成球区，4-摄像机ⅰ，5-操作廊道，6-输送皮带，7-成品球团，8-摄像机ⅱ，9-成核矿粉，10-下料区，11-成核长大区，12-矿粉，13-水管，14-上料皮带，15-刮刀。
具体实施方式
34.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
35.本发明提供一种有效提升铁矿粉球团造球效率的自动控制系统及方法。
36.如图1所示，该系统包括造球圆盘1、机械臂2、两台摄像机、输送皮带6、水管13、上料皮带14和刮刀15，
37.造球圆盘1旁边的操作廊道5靠近造球圆盘1处安装机械臂2，
38.摄像机i4对准造球圆盘1的成球区3，摄像机ii8对准造球圆盘1旁边的输送皮带6，
39.造球圆盘1上方设置水管13和上料皮带14，上料皮带14下方为下料区10，按顺时针方向，下料区10后为成核长大区11，成核长大区11后为成球区3；
40.造球圆盘1框架内壁设置刮刀15，造球圆盘1逆时针转动，刮刀15不随圆盘转动。
41.上述机械臂清理大球一端由间隔40mm-50mm的弧状尖锐不锈钢制成。
42.该系统的应用方法，包括步骤如下：
43.s1：矿粉12由上料皮带14进入下料区10；
44.s2：造球圆盘1逆时针转动，矿粉12也随之逆时针转动，通过水管13向造球圆盘1加入雾状水；
45.s3：由于毛细力的作用，矿粉发生粘结，在成核长大区11逐渐长大成核；
46.s4：成核矿粉9再长大进入成球区3成为成品球团7，成球区3中有超过100mm的较大球团；
47.s5：成品球团进入输送皮带，进入筛分工序，＜10mm及＞16mm球团重新破碎返回造球系统，取10-16mm合格球团进行干燥-预热-焙烧-均热-冷却；
48.s6：超过100mm特大球团由于重力作用，不能进入输送皮带，在成球区持续滚大，通过机械臂运转，将特大球团打碎，提高造球效率。
49.其中，s6中机械臂运转控制方式有两种：常规方式运转和节能方式运转。
50.机械臂的常规方式运转具体为：
51.设定运转周期，每小时进行一个周期，一个周期10次，每次相隔30s。
52.机械臂的节能方式运转具体为：
53.通过摄像机i实时观测成球区球团，采集成球区球团图像，当球团最大颗粒超过100mm预定值时，控制系统控制机械臂运转；
54.同时，通过摄像机ⅱ实时观测皮带上成品球，记录成品球中大颗粒的数量、球团的粒级、平均粒径及方差，评估球团粒级分布，进而判断造球参数的合理性。
55.摄像机i采集图像的频率为10s/组。
56.具体实施中，本发明智能系统设计为四个主要部分：1)负责清理大球团(直径＞100mm)的机械臂，2)成球区生球粒级判断系统，3)皮带成品球判断系统，4)终端监控。机械臂由机械臂本体，自动控制箱，大球清理端。
57.本发明在每个造球圆盘周边，因地制宜设置小型机械臂，再根据圆盘的转速设置机械臂动作将其清理，同时在成品球皮带和圆盘成球区域设置摄像机，通过高清高速实时监控的方式判断机械臂清理效果。圆盘成球区域摄像主要的功能是判断清理效果及造球盘成球区球团粒级组成、平均粒度、粒级方差。成品球皮带需判断成品球质量，包括平均粒度、粒级组成、粒级方差。
58.本机械臂的特点是小型，尺寸为800mm
×
400mm
×
400mm，其展开为2000mm
×
2000mm的范围。由于现场空间有限，安装在圆盘造球机对面平台的侧壁上，如图1所示，大球清理端由间隔一定尺寸的弧状尖锐不锈钢制成，要求：1)不锈钢材质，2)尖锐，要保证小球不被破坏或者提前出离成球区，3)两个齿尖距离40mm-50mm。机械臂控制系统因现场安装环境决定，清理的大球会到回收端，破碎，继续进入造球系统。
59.机械臂的动作为调试后设置的标准动作，作用于在成球区。自动控制有两种，1)设置的标准动作按照频次运转，如周期，频率等，如：每小时机械臂运转一周期，一周期为10次，每次间隔30s，2)机械臂节能模式，成球区生球粒度判断系统内出现大于100mm的大颗粒，机械臂都要运转，运转10次，在预警值以下，停止运转，若高于预警值(＞100mm)，机械臂再次运转一周期。
60.成球区生球粒度判断系统主要由摄像机，图像采集系统，存储系统及相应的算法判断系统组成。
61.皮带成品球检测系统由摄像机，图像采集系统，存储系统及相应的算法识别系统组成。
62.算法与终端主要是作用：1)便于操作者在终端对机械臂进行一般模式与节能模式切换，2)呈现成品球粒度组成、平均粒径、方差等分析结果为操作者提供造球结果的判断依据。
63.在具体应用中，按如下过程：
64.(1)调试的机械臂、生球成球区图像采集分析系统、成品球皮带图像采集分析系统，确保操作终端图像清晰，采集分析系统正常；
65.(2)机械臂进入常规运转模式：
66.①
在平台控制柜设置机械臂运转周期，本次设置为：每一小时运转一周期，一周期机械臂运转10次，每次间隔设置30s，去除＞100mm反复滚动的大球；
②
成球区图像采集分析系统摄像机ⅰ，连续采集圆盘造球机成球区图片，采集频率10s/张，帧频为400帧/s，分析成球区大球直径、生球粒度组成、平均粒径及方差，通过大球直径的判断，判定此次机械臂运转的效果。
67.③
成品球皮带图像采集分析系统摄像机ⅱ，连续采集过筛前皮带上成品球图像，帧频为400帧/s，进行平均粒径、粒径分布、最大粒径的分析：
68.1)通过平均粒径组成，得出10-16mm球团的成品率，
69.2)通过球团粒级＜10mm和＞16mm的粒级比例，分析造球时间与水量调整方向，
70.3)方差是该区域球团粒径分布均匀性的标志，若方差较大，调整水流量、粘结剂膨润土用量和矿粉上料量。
71.(3)当系统进入节能模式，设置调试机械臂标准动作：
72.①
设置成球区最大颗粒直径预警值(最高值为100mm)；
73.②
通过成球区摄像机及存储分析系统，判断成球区生球的粒度组成、平均粒径及方差，若判断值超过预警值；
74.③
启动机械臂终端，进行一个周期的清理；
75.④
清理完毕后，成球区摄像机及存储分析系统判断清理效果，若超过预警值，机械臂终端自动启动，周而复始；
76.(4)实时评估皮带成品球粒度组成、平均粒径及方差；
77.(5)操作者在终端观看实时画面，根据成球区生球和皮带成品球的判断结果，判断其造球参数、水份、水流量、料速，若有问题随时现场调整。
78.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种有效提升铁矿粉球团造球效率的自动控制系统，其特征在于，包括造球圆盘、机械臂、两台摄像机、输送皮带、水管、上料皮带和刮刀，造球圆盘旁边的操作廊道靠近造球圆盘处安装机械臂，摄像机i对准造球圆盘的成球区，摄像机ii对准造球圆盘卸料区输送皮带，造球圆盘上方设置水管和上料皮带，上料皮带下方为下料区，按顺时针方向，下料区后为成核长大区，成核长大区后为成球区；造球圆盘框架内壁设置刮刀，造球圆盘逆时针转动，刮刀不随圆盘转动。2.根据权利要求1所述的有效提升铁矿粉球团造球效率的自动控制系统，其特征在于，所述机械臂清理大球一端由间隔40mm-50mm的弧状尖锐不锈钢制成。3.根据权利要求1所述的有效提升铁矿粉球团造球效率的自动控制系统的应用方法，其特征在于，包括步骤如下：s1：矿粉由上料皮带进入下料区；s2：造球圆盘逆时针转动，矿粉也随之逆时针转动，通过水管向造球圆盘加入雾状水；s3：由于毛细力的作用，矿粉发生粘结，在成核长大区逐渐长大成核；s4：成核矿粉再长大进入成球区成为成品球团，成球区中有超过100mm的较大球团；s5：成品球团进入输送皮带，进入筛分工序，＜10mm及＞16mm球团重新破碎返回造球系统，取10-16mm合格球团进行干燥-预热-焙烧-均热-冷却；s6：超过100mm特大球团由于重力作用，不能进入输送皮带，在成球区持续滚大，通过机械臂运转，将特大球团打碎，提高造球效率。4.根据权利要求3所述的有效提升铁矿粉球团造球效率的自动控制系统的应用方法，其特征在于，所述s6中机械臂运转控制方式有两种：常规方式运转和节能方式运转。5.根据权利要求4所述的有效提升铁矿粉球团造球效率的自动控制系统的应用方法，其特征在于，所述机械臂的常规方式运转具体为：设定运转周期，每小时进行一个周期，一个周期10次，每次相隔30s。6.根据权利要求4所述的有效提升铁矿粉球团造球效率的自动控制系统的应用方法，其特征在于，所述机械臂的节能方式运转具体为：通过摄像机i实时观测成球区球团，采集成球区球团图像，当球团最大颗粒超过100mm预定值时，控制系统控制机械臂运转；同时，通过摄像机ⅱ实时观测皮带上成品球，记录成品球中大颗粒的数量、球团的粒级、平均粒径及方差，评估球团粒级分布，进而判断造球参数的合理性。7.根据权利要求6所述的有效提升铁矿粉球团造球效率的自动控制系统的应用方法，其特征在于，所述摄像机i采集图像的频率为10s/组。

技术总结

本发明提供一种有效提升铁矿粉球团造球效率的自动控制系统及方法，属于铁矿粉造球技术领域。该系统包括造球圆盘、机械臂、摄像机、输送皮带、水管、上料皮带和刮刀，造球圆盘旁边的操作廊道靠近造球圆盘处安装机械臂，摄像机I对准造球圆盘的成球区，摄像机II对准造球圆盘卸料区的输送皮带，造球圆盘上方设置水管和上料皮带，造球圆盘框架内壁设置刮刀，刮刀不随圆盘转动。本发明通过机械臂自动处理成球区大颗粒，增加成球区有效容积，再通过成球区球团粒级分布、方差评价处理的情况，通过成品球团粒级分布、平均粒径及方差确定造球参数的合理性。本发现有效提高球团的造球效率，降低劳动强度和危险性，使球团工艺在造球系统实现降本增效。本增效。本增效。