CN101871051B

CN101871051B - 一种新的固体还原剂自动喷吹系统

Info

Publication number: CN101871051B
Application number: CN2010102056713A
Authority: CN
Inventors: 刘中华; 王勇; 王卫东; 张建坤; 沈强华; 熊振昆; 陈雯; 毛庆; 廖应东; 邓昆山; 张邦琪; 聂新如; 高峰; 史兴华; 刘大方; 蒋鸿
Original assignee: YUNNAN COPPER INDUSTRY Co Ltd; LIGONG JINGCHENG SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd KUNMING
Current assignee: YUNNAN COPPER INDUSTRY Co Ltd; LIGONG JINGCHENG SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd KUNMING
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2030-06-22
Also published as: CN101871051A

Abstract

一种新的固体还原剂自动喷吹系统，设置给料单元、流化增压单元、流化混合调节单元、反馈调节喷射单元、LV自动补偿单元、支撑称重单元、气动控制站和PLC过程控制单元；让还原剂以自重通过给料单元进流化增压单元，增压后在流化混合调节单元形成初始气固两相流流出；让反馈调节喷射单元调节初始两相流比例以符合还原工艺要求；LV自动补偿单元对气固两相流检测并快速反应，保证液体铜不回灌；让气动控制站将工艺所需要压缩空气、氮气、氧气和各单元控制所需仪表气源分配至各点；PLC过程控制单元编程，并处理开关量、模拟量，发出控制信号，对给料单元发出指令使其处于正常工作状态；本发明能实现固体还原物料的自动喷吹，物料供应均匀可控。

Description

一种新的固体还原剂自动喷吹系统

技术领域

本发明涉及一种新的固体还原剂自动喷吹系统。即，在铜火法精炼中将煤基还原剂利用气力输送技术、自动控制技术和拉瓦尔管(Laval pipe)通过喷枪喷入回转式或倾动式阳极炉的铜液内的方法。

背景技术

在冶金工业中，利用气力输送技术将固体散装物料的喷入反应体系已经广泛应用。例如喷射冶金和钢包喷粉(常用的粉剂有：金属型如Mg、CaC₂、稀土等，非金属型如合成渣、CaO、S等，混合型(金属型与非金属型混合)，高炉以煤代焦(粉剂为煤)，所用设备及控制均已成熟。

铜火法精炼使用的煤基还原剂，如申请人的第02113269.0号(CN1208485C)和第02113268.2号(CN1208484C)专利所涉及的煤基固体还原剂，因其粒级分布较广(最小＜0.075mm，最大3.35～5mm)、大颗粒较多(3.35～5mm可达5～10％)、具有一定的外水(一般6％)，在利用一般力气输送设备中经常发生管道堵塞或不下料的情况，造成供料时断时续，炉况经常不正常。为了解决上述问题，专利申请人的第02221487.9号专利(CN2527836Y)提供了一种煤基还原剂用贮存输送器，部分地解决了一些问题。但该专利技术仍然存在使用时人工操作需要的工人多、劳动强度大，以及罐体来回吊装增加工作量和安全隐患等不足，且设备容积小不适应炉子大型化的发展趋势等不足。为了彻底解决这些问题，有必要利用现有成熟的供料设备和控制技术组合成适于回转式或倾斜式阳极炉的固体还原剂自动供料方法。目前还没有出现这样的技术。

发明内容

本发明的目的是提出一种针对回转式或倾动式阳极炉的固体还原剂自动喷吹系统，以解决现有技术中操作工人多、劳动强度大、供料不易控制、罐体来回吊装烦琐以及不安全的问题。

因回转式或倾动式阳极炉自动化水平高、操作方便，所以往往被国内新建企业或建成企业的技改作为首选设备，处理能力也在不断提高之中，从100t到300t、350t甚至450t。采用固体还原剂在回转式和倾动式阳极炉的工艺应用，详见ZL200310110850.9中的记载，已经可行，所以，提出一种新的固体还原剂自动喷吹系统，以适应阳极炉不断提高的处理能力并克服已有技术的不足是可能实现的。

本发明所提出的这种固体还原剂自动喷吹系统，其特征在于有如下步骤：

(1)分别设置给料单元、流化增压单元、流化混合调节单元、反馈调节喷射单元、LV自动补偿单元、支撑称重单元、气动控制站和PLC过程控制单元；

(2)让粒状还原剂以自身重力通过给料单元进入流化增压单元，增压后在流化混合调节单元中形成初始气固两相流，使固体物料从增压单元流出；

(3)让反馈调节喷射单元将初始两相流的比例进行调节，以符合还原工艺要求，LV自动补偿单元对气固两相流在喷吹过程中通过还原喷枪背压的检测并快速反应，保证液体铜不回灌；

(4)让气动控制站将工艺所需要的压缩空气、氮气、氧气和各单元控制所需的仪表气源分配至各点；

(5)PLC过程控制单元按工艺要求进行编程，并对来自系统的各种开关量、模拟量进行处理，适时发出各种开关、模拟信号，通过气动控制站对过程进行控制与调节，以及对给料单元发出指令使其处于所要求的工作状态。

在上述第(1)步中，还设置安全防爆单元，用以实现安全防爆功能以及起到在增压单元中的粒状还原剂用完之后，将后者泄压以备下次使用。

第(5)步中的模似量包括支撑称重单元信号、喷枪背压信号、各控制点的气压力、气体流量信号。

给料单元由给料单元由转运喂料器、料仓、检修插板阀、电动给料器、排气过滤器、插板阀组成。

转运喂料器是将固体还原剂经汽车转运至生产现场，并通过吊车喂入固体还原剂中间仓的一种专用转运喂料设施。它将转运、喂料、排气、防尘过程集为一体，具有安全、环保、高效的特点。

料仓是一敞开体系的中间仓，为保证生产过程不间断的现场贮料设施。

检修插板阀在料仓下颈口，为仓下设备检修、更换时隔离物流而设置。

电动给料器是排气过滤器上的中间给料设备，能将仓中物料均匀给入下部设施。

排气过滤器是使物流进入密闭体系前的最后一段安全环保设施，它在向后续单元给料时过滤大颗粒杂物，并使过程中排出的气体内所含灰尘得到捕集，不污染环境，确保后续过程安全畅通。

称重单元为一组模块化电子称量机构，包括机架、称架、称重模块、信号处理及控制器，将流化增压罐中的物料静、动态质量信号传入过程控制单元，以执行流化增压罐的工艺操作。

安全防爆单元是实现安全防爆功能，由压力传感器、氮气保护阀组及管路组成。

流化增压单元是整个系统中的一个重要单元，包括气动密闭蝶阀、罐体、压力平衡增压管件、还原剂流化管件等器件设施构成，是保证系统进行气固比调节的前提。

反馈调节喷射单元包括气固两相流P、Q传感器，拉瓦耳管、可调节喷射器等。以保证进入输送管的气固两相流配比适宜，在进入LV自动补偿喷射器前均匀畅通，不出现脉动及栓塞流。

LV自动补偿单元由LV自动补偿喷射器及反应气相成分P、Q调控箱构成，它对喷枪背压自动检测并快速反应，保证液体不回灌，对熔池内C、O系反应体系中的Po₂、Pco、Pco₂进行控制，是整个系统集约、高效、安全的关键。

喷吹系统气动控制站是整个系统执行安全、防爆、装料、密闭、增压、流化、气固比调节、输送任务的检测及反馈控制单元。由一系列电气阀组、仪表检测元件、信号处理器、管件等构成，是系统的心脏及神经中枢。

PLC过程控制单元是系统的大脑，它对来自(In)系统的各种开关量(D)、模拟量(A)进行处理，并按工艺要求及PLC系统要求进行控制编程，适时发出(OUT)各种D、A信息，通过喷吹系统气动控制站和LV自动补偿喷射及反应气相成分P、Q调控箱，对过程进行控制与调节，是使系统始终处于自动、安全、高效、集约、环保的核心技术集成体。

本发明与公知技术相比，具有如下优点：

(1)实现对宽粒级、大颗粒较多、含水较高的粒状还原剂类物料的自动喷吹，减少人工用量并降低劳动强度；

(2)在反馈调节喷射单元和自动补偿单元采用可调拉瓦尔管装置，使喷射动力增加、物料物料供应均匀可控、分布匀化，提高了检测灵敏度；

(3)发明的设备可配置不同规模(例如100-500t)的回转式或倾动式阳极炉，一次性操作可完成整个还原过程，并适应炉子大型化的发展趋势。

附图说明

图1为本发明各单元间的连接关系框图。

如图1中所示，九个实线方框分别表示给料单元、流化增压单元、流化混合调节单元、反馈调节喷射单元、LV自动补偿单元、安全防爆单元、支撑称重单元、气动控制站、PLC过程控制单元等九个单元。PLC控制单元以电信号的方式操作气动控制站和给料单元，同时接受由体系测得的各种压力、流量、重量(由支撑称重单元给出)信号进行处理，信号走向为带箭头的细实线。各种气体经气动控制站至各单元和控制点，为了简明，用虚线方框统一归并表示，带箭头的圆点线为纯气体的走向。粒状还原剂依靠重力通过给料单元进入流化增压单元，然后通过流化混合调节单元、反馈调节喷射单元、LV自动补偿单元形成所需要的气固两相流，带箭头的粗实线代表粒状还原剂(在流化增压单元以下为气固两相流)的走向。

具体实施方式

由转运喂料器、料仓、检修插板阀、电动给料器、排气过滤器、插板阀组成给料单元；由气动密闭蝶阀、压力罐、压力平衡增压管件、还原剂流化管件等器件构成流化增压单元；由手动插板阀、气动V型球阀、气固相流化调节器、压力平管件等组成流化混合调节单元；由气固两相流P、Q传感器，可调节拉瓦耳管等组成反馈调节喷射单元；由LV自动补偿喷射器及反应气相成分P、Q调控箱构成LV自动补偿单元；由压力传感器、氮气保护阀组组成由安全防爆单元；由机架、称架、称重模块、信号处理及控制器等一组模块化电子称量机构组成称重单元；由过滤器、气动开关、电磁阀组，压力、流量传感器、信号处理器组成气动控制站；由工业程控机、运算模块、通讯模块、根据工艺要求和操作习惯编成的程序组成PLC过程控制单元。按照附图1所示的逻辑关系集成的系统，可实施本发明。

以下通过实例说明。

实施例一1台400t倾动式阳极炉，设置两个氧化还原口，粒状还原剂≤5mm，容重0.6-0.7t/m³，含水≤5％。按照前述实施方式的要求配置给料单元、流化增压单元、流化混合调节单元、反馈调节喷射单元、LV自动补偿单元、安全防爆单元、支撑称重单元、气动控制站、PLC过程控制单元。采用一个罐体对应一个氧化还原口、一套控制系统的方案，每个罐体容量为4.5t还原剂，采用LV-4.5可调拉瓦尔管，在压缩空气、压缩氮气的压力、用量均为0.4-0.8MPa、250m³/h的条件下，粒状还原剂实现自动喷吹，还原管内径25mm，插入铜液深度600mm，喷吹量2-5t/h，单炉还原时间1.0-2.0h。与使用煤基还原剂用贮存输送器相比，过程实现自动控制，供料数量可调，未发生堵料现象，本发明节约人工数3个，在实现现场控制的同时实现了上位机远程控制，还原时间平均节约20min，消耗降低5～10％。

实施例二1台150t回转式阳极炉，设置两个氧化还原口，粒状还原剂≤4mm，容重0.6-0.8t/m³，含水≤6％。按照前述实施方式的要求配置给料单元、流化增压单元、流化混合调节单元、反馈调节喷射单元、LV自动补偿单元、安全防爆单元、支撑称重单元、气动控制站、PLC过程控制单元。采用一个罐体对应二个氧化还原口的方案，罐体容量为3.0t还原剂，采用LV-2.5可调拉瓦尔管，在压缩空气、压缩氮气的压力、用量均为0.3-0.5MPa、150m³/h的条件下，粒状还原剂实现自动喷吹，还原管内径25mm，插入铜液深度500mm，喷吹量1-3t/h，单炉还原时间0.6-1.5h。与使用煤基还原剂用贮存输送器相比，过程实现自动控制，供料数量可调，未发生堵料现象，本发明节约人工数2个，在实现现场控制的同时实现了上位机远程控制，还原时间平均节约15min，消耗降低3～7％。

Claims

1.一种新的固体还原剂自动喷吹工艺，其特征在于步骤如下：

（1）设置包括给料单元、流化增压单元、流化混合调节单元、反馈调节喷射单元、LV自动补偿单元、支撑称重单元、气动控制站、PLC过程控制单元和安全防爆单元；

（2）让粒状还原剂以自身重力通过给料单元进入流化增压单元，增压后在流化混合调节单元中形成初始气固两相流，使固体物料从增压单元流出；

（3）让反馈调节喷射单元将初始两相流的比例进行调节，以符合还原工艺要求，LV自动补偿单元对气固两相流在喷吹过程中通过还原喷枪背压的检测并快速反应，保证液体铜不回灌；

（4）让气动控制站将工艺所需要的压缩空气、氮气、氧气和各单元控制所需的仪表气源分配至各点；

（5）PLC过程控制单元按工艺要求进行编程，并对来自系统的各种开关量、模拟量进行处理，适时发出各种开关、模拟信号，通过气动控制站对过程进行控制与调节，以及对给料单元发出指令使其处于所要求的工作状态；本步骤中的模似量包括支撑称重单元信号、喷枪背压信号、各控制点的气压力、气体流量信号；

所述的给料单元由转运喂料器、料仓、检修插板阀、电动给料器、排气过滤器、插板阀组成；

所述的支撑称重单元为一组模块化电子称量机构，包括机架、称架、称重模块、信号处理及控制器，将流化增压罐中的物料静、动态质量信号传入过程控制单元，以执行流化增压罐的工艺操作；安全防爆单元实现安全防爆功能，由压力传感器、氮气保护阀组及管路；

所述的流化增压单元包括气动密闭蝶阀、罐体、压力平衡增压管件和还原剂流化管件；反馈调节喷射单元包括气固两相流P、Q传感器，拉瓦耳管、可调节喷射器；LV自动补偿单元包括LV自动补偿喷射器及反应气相成分P、Q调控箱，它对喷枪背压自动检测并快速反应，保证液体不回灌，对熔池内C、O系反应体系中的Po₂、Pco、Pco₂进行控制；PLC过程控制单元为一个集成电路模块。