减少转炉终点判断分析系统滞后时间的方法

2019-11-11刘高鹏徐子康

有色冶金设计与研究 2019年5期

刘高鹏，徐子康

(江西铜业集团有限公司贵溪冶炼厂，江西贵溪 335424)

转炉的工艺原理是对闪速炉产出的冰铜进行吹炼，去除冰铜中所含的硫及其他杂质，得到粗铜。转炉的吹炼是间断进行的，每次吹炼分为造渣期和造铜期两个过程，造铜期熔体中的硫化物氧化后以SO2的形式随烟气排出，SO2质量分数大致维持在10%~15%。当白冰铜氧化反应快结束时，排出烟气中的SO2质量分数会迅速下降,得到粗铜产品，进入下一道工序。原来转炉出铜一直是靠工艺人员凭经验来判断造铜期结束时间，存在着误差，会造成粗铜中的硫元素未完全氧化或者氧化过头生产氧化铜，影响下一道工序阳极炉对粗铜的进一步冶炼。因此，有必要对转炉排出的SO2质量分数进行实时监测，以便准确地判断出造铜过程的终点[1]。

贵溪冶炼厂一个系列转炉包括3台转炉，正常工作情况下是两用一备。2015年，该厂在一系列转炉锅炉出口集烟烟道处安装了1套转炉造铜期终点判断分析系统。3台转炉共用1台SO2分析仪，并在3个转炉操作室各安装1台终点判断显示仪。SO2分析仪测量转炉造铜期烟气中的SO2质量分数，工作人员通过显示仪反映的数据，结合当前炉子的状态来判断该台转炉是否到达造铜期终点。当烟气中的SO2质量分数降低到0时，认为造铜期到达终点，并进行出铜操作。但由于测量存在滞后,因此最佳出铜时间一般在SO2质量分数为2.5%为宜。

图1 转炉烟气造铜期SO2质量分数变化趋势

由图1可以看出，造铜期到达终点的合适时间不超过1 min，无论过早或过迟结束吹炼，都会造成粗铜品质变化，影响下一道工序。而分析系统的滞后对最佳出铜时间的判断影响很大。因此，本文拟提出一种减少转炉造铜期终点分析系统滞后时间的简单方法。

1 SO2分析系统工作原理与结构

SO2分析系统的结构见图2。

图2 SO2分析系统的结构

分析系统的正常工作状态有两种：取样分析状态和自动反吹状态。在吹炼开始时分析系统进入取样分析状态，当造铜期完成时，分析系统进入自动风炮反吹状态[2]。具体工作原理如下：当系统处于取样分析状态时，取样泵打开，气源处的电磁阀5关闭，管路上的电磁阀1和电磁阀2打开，电磁阀3和4关闭，保护阀打开，管道内的样气采用取样泵抽取，经过取样器、排污器、冷凝器等，除去样气中的粉尘及水分，得到适合分析仪分析的干净样气，进入分析仪分析。当系统处于自动反吹状态时，取样泵关闭，气源处的电磁阀5打开，管路上的电磁阀1和电磁阀2打开，电磁阀3和4打开，保护阀关闭，高压气体反吹取样器及排污器，并保护取样泵不受高压气体冲击，完成管路的吹扫工作，以保障系统在取样分析状态时没有堵塞，有足够大的样气流量。在整个系统投入试用一段时间后，偶尔会出现在造铜期终点时，系统的滞后时间比较长的现象发生，最终影响对最佳出铜时间的判断。因此，需要提高系统的分析响应速度。

2 系统滞后的原因分析

样气的滞后时间计算公式[3]为：

式中：Tt为总的样气滞后时间；V为总的预处理系统体积，qv为样气的体积流速。V由取样管路体积和预处理部分其他部分体积两部分组成。

由公式（1）可以得出：由于总的预处理系统体积不会变化，因此，影响样气滞后时间的原因只能是样气的体积流速。

通过检查系统部件，发现系统的取样管道在20 m以上,在取样器滤芯及排污器滤芯在没有堵塞时,系统的取样流量能达到6 L/min以上,此时的系统滞后程度并不会影响造铜期的终点判断。而一旦取样器滤芯和排污器滤芯有堵塞，系统的取样流量会降到3 L/min以下,就会对工艺的判断产生影响。

3 改进方法

3.1提高采样流速

通过增大泵的抽力，可以达到提高采样流速的目的。原来泵的抽力在9 L/min左右，经过测试，需要15 L/min左右的抽力才能达到工艺的要求。如果更换1台15 L/min以上的取样泵足够达到目的，但是存在成本过高的问题。因此，采用2台取样泵并联的方法来增加抽力，并将旁路阀开度加大，加快进入分析仪内的样气置换速度，减少分析的滞后时间。

3.2消除取样泵反吹后不启动问题

通过上述改进后，分析仪的滞后时间大大减少，达到工艺控制要求。但在使用过程中，发现取样泵在反吹结束后，有时候会有1台泵无法启动的现象，导致抽力下降，从而影响工艺控制。经过检查分析发现，取样泵本身无故障，主要是由于启动时负压导致启动阻力增大而无法启动，因此需要消除取样泵启动时的负压。从图2可以看出，2台泵在1个密闭管路内，启动时极易形成负压，从而导致泵的启动阻力过大。因此，将原来的切断阀形式的保护阀改为两位三通阀，并更改取样泵的电路，使取样泵即使系统反吹也一直工作。当系统取样分析时，两位三通阀连通取样器和泵的管路；当系统反吹时，两位三通阀连通大气和泵的管路，既反吹了管路，保护了取样泵，又防止由于切断电路而造成的泵的使用寿命下降的问题，并保证取样泵不会由于负压阻力而无法启动。完善后的分析系统结构见图3。