減少轉爐終點判斷分析系統(tǒng)滯后時間的方法

劉高鵬，徐子康

(江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424)

轉爐的工藝原理是對閃速爐產出的冰銅進行吹煉，去除冰銅中所含的硫及其他雜質，得到粗銅。轉爐的吹煉是間斷進行的，每次吹煉分為造渣期和造銅期兩個過程，造銅期熔體中的硫化物氧化后以SO2的形式隨煙氣排出，SO2質量分數(shù)大致維持在10%~15%。當白冰銅氧化反應快結束時，排出煙氣中的SO2質量分數(shù)會迅速下降,得到粗銅產品，進入下一道工序。原來轉爐出銅一直是靠工藝人員憑經(jīng)驗來判斷造銅期結束時間，存在著誤差，會造成粗銅中的硫元素未完全氧化或者氧化過頭生產氧化銅，影響下一道工序陽極爐對粗銅的進一步冶煉。因此，有必要對轉爐排出的SO2質量分數(shù)進行實時監(jiān)測，以便準確地判斷出造銅過程的終點[1]。

貴溪冶煉廠一個系列轉爐包括3臺轉爐，正常工作情況下是兩用一備。2015年，該廠在一系列轉爐鍋爐出口集煙煙道處安裝了1套轉爐造銅期終點判斷分析系統(tǒng)。3臺轉爐共用1臺SO2分析儀，并在3個轉爐操作室各安裝1臺終點判斷顯示儀。SO2分析儀測量轉爐造銅期煙氣中的SO2質量分數(shù)，工作人員通過顯示儀反映的數(shù)據(jù)，結合當前爐子的狀態(tài)來判斷該臺轉爐是否到達造銅期終點。當煙氣中的SO2質量分數(shù)降低到0時，認為造銅期到達終點，并進行出銅操作。但由于測量存在滯后,因此最佳出銅時間一般在SO2質量分數(shù)為2.5%為宜。

圖1 轉爐煙氣造銅期SO2質量分數(shù)變化趨勢

由圖1可以看出，造銅期到達終點的合適時間不超過1 min，無論過早或過遲結束吹煉，都會造成粗銅品質變化，影響下一道工序。而分析系統(tǒng)的滯后對最佳出銅時間的判斷影響很大。因此，本文擬提出一種減少轉爐造銅期終點分析系統(tǒng)滯后時間的簡單方法。

1 SO2分析系統(tǒng)工作原理與結構

SO2分析系統(tǒng)的結構見圖2。

圖2 SO2分析系統(tǒng)的結構

分析系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)有兩種：取樣分析狀態(tài)和自動反吹狀態(tài)。在吹煉開始時分析系統(tǒng)進入取樣分析狀態(tài)，當造銅期完成時，分析系統(tǒng)進入自動風炮反吹狀態(tài)[2]。具體工作原理如下：當系統(tǒng)處于取樣分析狀態(tài)時，取樣泵打開，氣源處的電磁閥5關閉，管路上的電磁閥1和電磁閥2打開，電磁閥3和4關閉，保護閥打開，管道內的樣氣采用取樣泵抽取，經(jīng)過取樣器、排污器、冷凝器等，除去樣氣中的粉塵及水分，得到適合分析儀分析的干凈樣氣，進入分析儀分析。當系統(tǒng)處于自動反吹狀態(tài)時，取樣泵關閉，氣源處的電磁閥5打開，管路上的電磁閥1和電磁閥2打開，電磁閥3和4打開，保護閥關閉，高壓氣體反吹取樣器及排污器，并保護取樣泵不受高壓氣體沖擊，完成管路的吹掃工作，以保障系統(tǒng)在取樣分析狀態(tài)時沒有堵塞，有足夠大的樣氣流量。在整個系統(tǒng)投入試用一段時間后，偶爾會出現(xiàn)在造銅期終點時，系統(tǒng)的滯后時間比較長的現(xiàn)象發(fā)生，最終影響對最佳出銅時間的判斷。因此，需要提高系統(tǒng)的分析響應速度。

2 系統(tǒng)滯后的原因分析

樣氣的滯后時間計算公式[3]為：

式中：Tt為總的樣氣滯后時間；V為總的預處理系統(tǒng)體積，qv為樣氣的體積流速。V由取樣管路體積和預處理部分其他部分體積兩部分組成。

由公式（1）可以得出：由于總的預處理系統(tǒng)體積不會變化，因此，影響樣氣滯后時間的原因只能是樣氣的體積流速。

通過檢查系統(tǒng)部件，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的取樣管道在20 m以上,在取樣器濾芯及排污器濾芯在沒有堵塞時,系統(tǒng)的取樣流量能達到6 L/min以上,此時的系統(tǒng)滯后程度并不會影響造銅期的終點判斷。而一旦取樣器濾芯和排污器濾芯有堵塞，系統(tǒng)的取樣流量會降到3 L/min以下,就會對工藝的判斷產生影響。

3 改進方法

3.1提高采樣流速

通過增大泵的抽力，可以達到提高采樣流速的目的。原來泵的抽力在9 L/min左右，經(jīng)過測試，需要15 L/min左右的抽力才能達到工藝的要求。如果更換1臺15 L/min以上的取樣泵足夠達到目的，但是存在成本過高的問題。因此，采用2臺取樣泵并聯(lián)的方法來增加抽力，并將旁路閥開度加大，加快進入分析儀內的樣氣置換速度，減少分析的滯后時間。

3.2消除取樣泵反吹后不啟動問題

通過上述改進后，分析儀的滯后時間大大減少，達到工藝控制要求。但在使用過程中，發(fā)現(xiàn)取樣泵在反吹結束后，有時候會有1臺泵無法啟動的現(xiàn)象，導致抽力下降，從而影響工藝控制。經(jīng)過檢查分析發(fā)現(xiàn)，取樣泵本身無故障，主要是由于啟動時負壓導致啟動阻力增大而無法啟動，因此需要消除取樣泵啟動時的負壓。從圖2可以看出，2臺泵在1個密閉管路內，啟動時極易形成負壓，從而導致泵的啟動阻力過大。因此，將原來的切斷閥形式的保護閥改為兩位三通閥，并更改取樣泵的電路，使取樣泵即使系統(tǒng)反吹也一直工作。當系統(tǒng)取樣分析時，兩位三通閥連通取樣器和泵的管路；當系統(tǒng)反吹時，兩位三通閥連通大氣和泵的管路，既反吹了管路，保護了取樣泵，又防止由于切斷電路而造成的泵的使用壽命下降的問題，并保證取樣泵不會由于負壓阻力而無法啟動。完善后的分析系統(tǒng)結構見圖3。

圖3 完善后的分析系統(tǒng)結構

3.3降低堵塞

通過觀察，發(fā)現(xiàn)更換新的取樣器濾芯和排污器濾芯后，正常情況下系統(tǒng)維持6 L/min以上的取樣流量能達到14 d以上，工藝人員能較好地對造銅期終點進行控制。因此調整維護周期，每2周更換1次取樣器濾芯和排污器濾芯，清理管路及冷凝器。調整維護周期后，有效地保障了系統(tǒng)的可靠運行。

4 結論

在爐造銅期終點判斷分析系統(tǒng)中，系統(tǒng)的滯后時間對工藝的控制影響很大，因此我們通過自身的工作經(jīng)驗，對系統(tǒng)做了小的改進，就達到了工藝要求，同時也控制了成本費用。