烧结矿自动除铁系统改善设计

翟立伟 周方俊 王正青

（1：宝钢股份有限公司炼铁厂 上海 201900；2：上海信通机电工程有限公司 上海 201821）

1 前言

烧结是炼铁工艺中一道非常重要的工序，生产的烧结矿是含铁量品位很高的磁性矿，为了保证烧结矿皮带运输的安全性，避免运输中夹杂的钢铁件损坏运输皮带，业内都要在运输皮带上装有自动除铁功能的除铁设备。目前的自动除铁器主要部件为金属探测器（文中提及的金属探测器主要指有磁性金属检测，一些铜、不锈钢等无磁金属件不在检测范围内。）、除铁器、自卸式弃铁漏斗和控制柜，由于设备本身故障及现场每班次的功能试验发现设备隐患存在一定的滞后性，除铁器的功能和精度时有失效的情况，造成铁件逃过去，撕裂皮带的故障，为此必须从设备本质上加以改进，开发出设备自诊断系统予以解决。

2 除铁工作过程及金属检测原理

烧结矿自动除铁设备主要由安装在皮带运输机机架上的一台金属检测器、一台吊装在皮带机上方的平行式除铁器、弃铁料斗和配套控制柜等设备构成。其简要工作过程是：当金属检测器发出有铁信号时，依据金检与除铁器的距离和电磁铁励磁时间，设定一个定延时时间，当铁件到达除铁器尾部（强磁区）时，电磁铁强励磁，将铁与矿一起吸起来，再利用除铁器的皮带传动，将铁与矿运到特殊设计的永磁铁弱磁区完成第一次分选，这样导磁性差的烧结矿在弱磁性、振动力、重力几方面的作用下会掉回到下方的运输皮带上被回收，随着循环传动皮带的运动，铁件则因为它的强导磁性以及紧贴磁场表面而不会下落。至此除铁器完成全部的除铁动作，等待金属检测器的下次有铁件信号。

金属探测器主要有控制箱和串在输送皮带上层（载料层）的传感器线圈组成，金属检测器主流技术是采用电磁振荡式，其作用原理是检测涡流损耗，这种金属检测装置主要由一个检测线圈和一个控制装置构成，检测线圈与控制装置内部的电子器件组成一个L（检测线圈）C（控制装置内部的电子器件）振荡器，这个振荡器在外部条件不变的情况下维持一定幅度的等幅振荡，当金属物质以一定的速度通过检测线圈时，金属物质的铁损引起涡流损耗，使振荡器的Q值降低，从而使振荡器的振荡电流增大。此时，振荡器要维持振荡电源必须向振荡器补充供电，这样在电源的负载电阻上就会有一个电压的跳变，这个微小的电压跳变经电路处理就是有金属信号。

3 目前存在的问题

3.1 金属探测器误动作问题

烧结矿是含铁量品位很高的磁性矿，在生产过程中烧结矿含铁量品位在变化，同时烧结矿颗粒大小也在变化，烧结矿中亚铁含量过高，经过金属探测器传感器线圈时就如同大小不同的金属，若金属探测器内部检测滤波电路针对烧结矿所产生的干扰信号抑制能力差，易频繁误动。金属检测器工作过程中，被检测物料必须要穿过检测线圈的磁场，所以它不能被屏蔽，必须裸露在工作现场，它的这种工作方式，决定了检测线圈的磁场易受环境中的外界因素影响，这种影响是多方面的。如机械震动引起的检测线圈磁场变化、周围金属移动造成的检测线圈磁场变化、大电机起动、对讲机、手机等无线通信装置，打雷，电焊机焊接等外界强电磁场的干扰等诸多因素，都会使金属检测器的正常工作状况受到意外的变化而造成金属检测器的误动作。在提高金属检测器的抗干扰性能方面，国内外同行都下了很大的工夫，并有不少的改进措施，但大都局限于电子线路的改进和使用电子元器件的改进。这些改进措施虽然都起到了一定的抗干扰作用，但在检测原理方面仍是单脉冲的幅度比较，所以都不能对抗干扰问题有实质上的改进。

3.2 除铁器漏铁问题

宝钢应用的平行连续回收式除铁器结构形式是2002年宝钢股份和上海信通机电共同研发的专利技术（专利号CN2557234［P］），它比早期引进日本圆盘磁性矿回收式除铁器技术更进步，集吸铁、料矿分离于一体，被国内众多除铁器生产厂家及业主认同并仿制生产应用于烧结矿输送皮带上。使用中尚有如下问题：1）经常发生因金属探测器频繁动作导致除铁器中电磁铁工作频繁引起线圈发热烧坏；2）被吸起的铁件（如炉篦条）被除铁器皮带还没有带到非磁滚筒分离位置就自动掉落了，除铁器效果几乎丧失；3）有的除铁器安装位置过高（或者除铁器磁场强度本身制造时就达不到技术要求使得铁件吸不起来，有的除铁器安装位置不合理导致被吸起的长铁件一端吸起顶在除铁器尾部，另一端顶再输送皮带上反而造成皮带撕裂事故；4）由于除铁器在除铁过程中铁矿分离程度有限，去除的铁件总会带出些烧结矿，需要人工干预清理，如果岗位工不及时清理使得集铁斗里堆满了铁件和烧结矿时，再被吸起的铁件会仍然落回到皮带上。

4 改善举措

4.1 应用双线圈抗干扰金属探测器

应用宝钢双线圈金检专利（专利号CN1314590［P］），双线圈抗干扰金属探测器既具有明显序列特征和时间间隔特征的双脉冲信号特性，其工作原理是：两个检测线圈分别为A检测线圈与B检测线圈，将A、B两个检测线圈按前后顺序安装布置，安装布置示意见图1所示。

双检测线圈金属检测技术的金属检测过程中，混在运输物料中的金属物质随皮带运行方向按皮带运行速度V运动，先经过检测线圈A，走过距离L再经过检测线圈B，这样就会在A信号检测电路与B信号检测电路上各产生一个过铁脉冲信号，这A、B两个脉冲信号的时间间隔T是一个定值，它决定于A、B两个检测线圈的间距L与皮带运行速度V的比值，而且A、B两个信号脉冲的时序也是一定的，先出现信号脉冲A，经过时间T再出现信号脉冲B，为了可以更精确的进行信号处理，在信号处理过程中只选取A、B信号脉冲的上升沿，A、B两个信号脉冲上升沿的时间间隔就是T，这个调制编码后的检测信号既具有A、B时序特征，又具有T的时间间隔特征。有了这样明显特征的信号，要将它与其它干扰信号进行区别就非常容易。最后将这个带有特殊编码信息的信号送到信号辨识及比较运算电路进行处理，与预先设定放置在存储电路中的参数进行比较，符合特征参数的送到信号输出电路进行输出，不符合特征参数的干扰信号被滤除。采用错频技术实现两个传感器互不干扰，确保金属探测器检测灵敏度不受影响，提高金属探测器工作稳定性。

图1 安装布置示意图

4.2 应用自动投铁试验装置

金属探测器是烧结矿金属探测与自动除铁系统中非常关键的检测设备，其工作状态将直接影响系统的工作状态，按照现场生产管理制度要求每班岗位工进行一次人工测试，当输送皮带在运行过程中，人工要测试金属探测器工作状态及准确性，需要在输送皮带运行的状态下将测试铁件放置到物料中，这样常规的操作对测试人员的人身安全，存在着严重的安全隐患，为此设计开发了自动投铁装置，避免人机结合作业，降低安全风险。该投铁试验装置主要由控制箱和测试样铁卷扬机构组成如图2所示，样铁卷扬机构安装在金属探测器传感器前面，卷扬上缠绕牵引绳，末端挂着试验样铁。当牵引绳索处于收起的待机位置，自动投铁装置上电后，手动按按钮，投铁装置立即松开试验样铁牵引绳索，样铁瞬时落到皮带上，随着运行中的皮带通过金属探测器传感器框架，以检测金属探测器是否处于正常的工作状态，看是否能触发除铁器工作，进一步验证除铁器的动作过程及铁矿分离的效果。测试样铁在穿过金属探测器传感器并完成检测工作后，连接测试样铁的牵引绳通过卷扬机构在计算机程序控制下在规定时间内把测试样铁收缩到待机位置。

图2 金属探测器自动投铁试验装置示意图

4.3 平行式除铁器优化

对除铁效果当然是磁场强度越大，除铁能力就越好，相应设备投资也高了，此外磁场强度越大电磁铁所需励磁时间也越长，这对于大部分烧结工艺现场金属探测器与除铁器之间的距离与皮带运行速度有冲突，从现场现有的烧结矿金属探测与除铁器工艺布置而定如下措施：1）将除铁器强磁区（除铁器尾部）的电磁铁底部与载料层皮的底部直径距离调整到最低的高度（原则是烧结矿最高的料堆碰不到除铁器皮带），必要时适当降低安装在金属探测器前面的挡料架高度。2）将除铁器强磁区电磁铁励磁电压调整到最大值的90%，同时调整分离区磁场强度与强磁区的过渡匹配，以保证被吸起的铁件（如炉篦条）被除铁器皮带还没有带到分离区时会自动掉落。3）将除铁器弃铁溜槽改为带振动分离烧结矿的振动筛，当除铁器接收到金属探测器动作信号后开始工作铁件和伴随的少量烧结矿被带到弃铁分离筛，此时弃铁分离筛也同时水平振动，分离混杂在铁件中的烧结矿通过网孔落回到皮带上，水平振动结束，分离筛一侧的推杆开始自动上升将分离筛单侧托起开始倾斜振动，将分离筛中的铁件振落至集铁斗里，推杆自动下降将分离筛降至原水平待机位置。

5 烧结矿金属探测自动除铁系统自诊断实践

为了及时发现设备故障及时报警，避免检铁除铁功能失效，设计一套设备系统自诊断技术方案。基于单片机对双线圈金属探测器控制器功能进行扩充，按每天三班换班作为自诊断时间节点，由双线圈金属探测器控制器依次向金属探测器自动投铁试验装置、双线圈金属探测器、平行式除铁器和智能弃铁装置发送测试命令，整个自诊断时间控制在2分钟。诊断流程如图3所示：⑴在双线圈金属探测器控制器里增加定时系统试验信号输出，在其操作面板上设定每天三次定时试验信号。控制器根据所设定的定时时间并且地面输送皮带在运行状态，输出一个无源信号（保持时间为1s）给金属探测器自动投铁试验装置，同时给中控。⑵金属探测器自动投铁试验装置接收到运程试验信号后立即释放样铁随物料一起穿过双线圈金属探测器，然后卷扬机构将样铁回收至待机位置，等待下一次测试命令。⑶双线圈金属探测器控制器在设定参数范围内分别接收到样铁的动作信号时，就输出正常动作输出信号给除铁器控制柜。若在设定参数范围内没有接收到动作信号动作时，就输出故障信号给中控，等待点检人员排查。⑷除铁器控制柜接收到金属探测器动作输出信号后，立即使除铁器由待机状态转为运行状态，运行状态信号送中控。⑸除铁器运行信号同时给智能弃铁装置，弃铁装置开始工作，同时将工作状态信号送给双线圈金属探测器控制器⑹双线圈金属探测器控制器根据金属探测器自动投铁试验装置、双线圈金属探测器和智能弃铁装置试验结果，若有故障就输出一个综合故障信号给中控，由点检人员来现场查看双线圈金属探测器控制器所报的具体对应设备故障情况。另外系统控制器评估一定时间内的检铁次数，若短时间内频繁出现检铁报警，内部调整灵敏度，并触发投铁试验信号，确保微调灵敏度下能检出样铁。

6 结语

1）通过应用双线圈金属探测器，信号线屏蔽接地，线圈安装间距适当调整下有效的滤除了外界干扰造成的误动，提供了金属探测器工作稳定性，避免了除铁器电磁铁频繁上电烧毁的隐患。

2）应用自动投铁装置后，避免了人工在运行的皮带机架旁进行投铁操作过程中的不安全危险隐患，确保维护人员在安全环境下进行自动投铁试验，并且在计算机程序设定下可按设定时间自动投铁测试除铁系统。

3）通过每班三次自诊断，有效的检查了金属探测器的灵敏度，及时的验证了除铁器的功能精度。

4）烧结矿金属探测与自动除铁系统已经在宝钢股份宝山基地烧结厂、宝钢股份湛江钢铁烧结厂、宝钢股份南京梅山钢铁公司烧结厂输送皮带上推广使用，并形成多项专利技术。

图3 自诊断流程图