在球团生产中，预热、焙烧、冷却是使球团矿物理指标达标的关键过程，此过程中精准、稳定的温控是成品球质量的保证。

目前，国内球团焙烧各环节靠人工凭经验调节，由于温度点多、能量场复杂、干扰多等原因，人工控制难度大。同时，由于矿粉资源有限，进口矿增多，原料多变，所以焙烧过程存在温控复杂、出错率高、调节不及时等问题。

以沙钢“链篦机-回转窑-环冷机球团生产温度调节智能化改进”项目为背景，将数据分析、PID模糊控制等技术与生产实际结合，实现了球团焙烧过程一键操作，使球团矿焙烧温度调节智能化、准确化，提高球团矿质量。

链篦机-回转窑-环冷机生产工艺是使生球发生一系列物理、化学变化，显著提高其机械强度，以满足运输及高炉冶炼要求的过程，包括干燥、预热、焙烧、冷却4个过程。干燥过程包括鼓干段、抽干段，温度控制区间为50～550℃，蒸发生球水分，排除物料中部分结晶水；预热过程包括预热I、预热II段，温度控制区间为600～1050℃，把磁铁矿氧化成赤铁矿、碳酸盐矿物分解等反应；焙烧过程温度控制区间为1200～1300℃，铁氧化物结晶、再结晶；冷却过程包括环冷I、II、III、IV段，球团矿温度冷却到＜120℃。具体流程如图1所示。

根据生产工艺操作将球团生产过程的长期数据分成工艺温控点数据（鼓干段、抽干段、预热I段、预热II段、回转窑、环冷I段、环冷II段、环冷III段、环冷IV段温度）和操控因素数据（鼓干段排风机、鼓干风机、回热风机1、回热风机2、煤气阀、环冷风机I、环冷风机II、环冷风机III、环冷风机IV开度）两类。对数据进行抽取、排序、求均值、异常值剔除等，建立有效数据样本。

在工艺温控点温度数据和操控因素数据之间进行数据相关性分析。数据样本是连续变量且服从正态分布，所以采用皮尔逊相关系数公式进行相关系数计算，公式如下：

相关系数r的取值范围为1～-1，1表示两变量完全线性正相关，-1表示两变量完全线性负相关，0表示两变量不相关，相关程度如表1所示。

通过数据分析软件SPSS对数据相关性进行计算，这里以预热II段温度点情况为例，具体计算结果如表2所示。

根据数据相关性情况，绘制系统主要因素关联图，进一步明确系统能量流动方向及其关联设备。如图2所示，系统按能量传导方向分为3个方向。方向1：从环冷机到主抽风机，包括回热风机1、2。方向2：球团矿进入系统流经鼓干段、抽干段、预热I、II段、回转窑、环冷I、II、III、IV段，最后排出系统。方向3：从冷却风机III经鼓干风机到鼓干排风机。

温度智能化控制策略根据图2结论，整个系统的能量来源是煤气燃烧、球团矿氧化还原反应释放和环冷机余热回收，这3部分是整个系统的热源，对链篦机、回转窑各段进行供热。对于环冷I、II、III段温度是热源内部风机控制问题，方向 1 的控制解决抽干段、预热I段、预热II段、回转窑焙烧温度控制，方向2的控制稳定方向1，同时解决环冷I、II、III段温度控制，方向3解决鼓干段温度控制。

根据方向1，把主抽风机与窑头负压PID闭环。保证方向1回路的气流走向平稳，确保环冷I段、环冷II段生产负压，保证能量顺利传导。参考窑头、窑中、窑尾、预热II段温度，将其与煤气阀开度PID闭环。实现煤气按需自动调配。其控制框图如图3所示。抽干段温度与回热风机开度PID闭环，如图4所示。

根据方向2，对进料量做恒定控制，使3部分热能恒定。由于球团矿回转窑焙烧后携带高能量，根据其流动方向，将回转窑窑头、环冷I段、环冷II段、环冷III段温度与对应环冷风机开度PID闭合，进行PID温度跟踪随动调节。

3.2.1 进料量恒定控制

把料厚与链篦机机速作PID闭环控制，系统料层控制在190mm左右，偏差10mm。对设定值与回馈值偏差取绝对值，对数据进行特征提取，制定模糊控制规则，利用梯度法实时推送P、I、D参数对料厚进行调节，提高系统在前端不同原料量情况下的适应性，同时动态调整回转窑、环冷机速度匹配参数，来调整球团矿在回转窑、环冷机的停留时间。其控制框图如图5所示。

3.2.2 环冷机I、II、III段温度随动调节

冷环I、II、III 段温度压力工艺要求：I段950～1150℃，II段650～850℃，III段200～250℃。根据方向2，由于回转窑后具有高能量的球团矿的流动，使得这3段温度存在高度耦合，所以温度控制也应该是以回转窑窑头温度为原点，逐级随动调节，即前一级的温度与下一级温度相关联。制定模糊控制规则，实时比较计算前后级温度偏差，动态推出参数P、I 给下一级PID模块，提前调节，以提高系统适应性，稳定各段温度。其控制框图如图6所示。

鼓干段模糊PID控制策略如图7所示。系统将环冷温度与压力分别由两个PID模块进行控制，设计两个模糊控制器，分别以压力、压力变化率、温度、温度变化率作为模糊控制器的输入。通过各自的模糊规则运算，调整各自比例（Kp）、积分（Ki）、微分（Kd）3个参数，使得鼓干段的鼓干风机开度PID控制具有良好的动、静态性能。根据工艺控制要求制定合理的优先推送机制，对鼓干风机进行实时智能调节，从而控制鼓干段温度与压力，达到鼓干段智能自动操作的目的。

PID模糊控制技术是PID控制和模糊控制的结合，即在常规PID调节器的基础上，对采集的料厚、煤气管道压力、预热II段温度、环冷I段温度、各段压力等数据进行数据分析，应用模糊理论建立参数P、I与偏差绝对值E的对应关系，建立模糊控制器，根据不同的E在线自整定参数P、I。这种控制方法不依赖于对象的模型，设计简单，容易实现，提高系统整体适应性。

以环冷I段为例，绘制数据分布图。根据环冷I段前一级回转窑窑头温度偏差数据分布，确定温度偏差较大的数据分布范围为100～150℃，150～200℃。根据环冷I段温度偏差数据分布，确定温度偏差的数据分布范围为0～100℃，100～200℃，200～300℃。

以环冷I段温度控制规则制定为例。根据数据分布情况，结合PID程序整定参数情况制定参数对应规则表，见表3。其中预热II段参数优先级高于环冷I段参数，这样完成前后级温度随动控制。

温控智能化改进节省了人力，消除了人为操作不稳定因素，使整个球团焙烧过程温度精准化，提高了球团矿质量。系统投用以来，运行稳定，在连续生产情况下各个焙烧环节温控精度在±10℃，球团矿转鼓指数由95.34%（+6.3mm）提高到97.89%（+6.3mm），抗压强度由2 006N/个提高到3149N/个。