CN210269587U

CN210269587U - 一种基于竖炉炼铜工艺的一氧化碳监控系统

Info

Publication number: CN210269587U
Application number: CN201920744799.3U
Authority: CN
Inventors: 唐青云; 朱仕杰; 沈小丹; 王平
Original assignee: Institute Of Beijing Huayun Analytical Instrument Co ltd
Current assignee: Institute Of Beijing Huayun Analytical Instrument Co ltd
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2029-05-22

Abstract

本实用新型涉及一种基于竖炉炼铜工艺的一氧化碳监控系统，其包括：竖炉模拟系统、一体化预处理装置、红外线气体分析仪和电气控制装置；所述竖炉模拟系统的气体入口设置有电磁阀组件，且所述电磁阀组件与所述电气控制装置信号连接；所述竖炉模拟系统的气体出口依次与所述一体化预处理装置和红外线气体分析仪相连，所述一体化预处理装置对所述竖炉模拟系统输出的气体进行预处理，所述红外线气体分析仪对经一体化预处理装置预处理后的气体中的CO浓度进行实时在线检测，并将检测结果发送到所述电气控制装置。本实用新型可广泛应用于铜冶炼厂等需要对CO浓度做连续精确监测和控制的相关冶炼行业。

Description

一种基于竖炉炼铜工艺的一氧化碳监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于竖炉炼铜工艺的一氧化碳监控系统，属于冶金行业铜材铸造加工领域的气体浓度在线监测控制领域。

背景技术

目前在低氧铜冶炼行业,竖炉连铸连轧工艺是低氧铜杆生产企业普遍采用的工艺流程。

如图1、图2所示，现有的竖炉炼铜工艺主要包括上料小车、燃气竖炉、保温炉、上流槽、下流槽、浇包、扒渣槽等几个部分，主要功能是完成原料熔化处理，达到浇铸要求。常用的竖炉系统包括烟罩1、烟囱2、冷热风管3、炉筒4、炉膛5、热风烧嘴6、流槽7、装料小车8和装料门9。其中，炉膛5上部一侧设置有装料门9，装料小车8通过该装料门9将物料装入炉膛5；炉膛5顶部由下向上依次设置炉筒4、烟囱2和烟罩1，炉筒4上下两端设置冷热风管3，且炉筒4下端的冷热风管3通过燃气供应及鼓风系统与设置在炉膛5底部一侧的热风烧嘴6相连通；炉膛5下部一侧设置流槽7。竖炉炼铜工艺的优点在于:

(1)生产工艺简单，不需要“吹氧去硫”及“插木还原”；

(2)生产质量高，由于炉内保持微还原性气体CO(浓度在5.00％以下)，铜液含氧量可以控制在很低的范围内。

(3)生产效率高；

(4)占地面积小；

(5)控制方便，容易开、停炉；

(6)劳动条件好、无公害、金属回收率高；

(7)炉子热效能高，燃料消耗少，还可节约大量木材。

基于以上优点，竖炉铜连铸连轧工艺广泛应用于低氧铜冶炼领域，特别是低氧铜杆的生产。

然而，竖炉炼铜系统是整个低氧铜连铸连轧生产工艺的第一步，其中的竖炉熔化控制技术是保证原料能否达到浇铸要求的关键。竖炉熔化控制技术的难点在于竖炉各烧嘴火力控制不易稳定，通常采用的做法是用CO分析仪分析各支路燃气的CO浓度并输出信号给PLC系统，PLC系统根据CO分析仪输出值与设定值进行对比，输出控制信号自动调整燃气比例调节阀，使燃气CO实际含量接近设定值。因此对生产过程中CO分析的准确性是稳定燃烧控制的前提。其次，铜液中的含氧量可以通过CO浓度调节变化实施控制，CO与CuO反应的化学方程式为:CuO+CO＝＝Cu+CO₂。因此CO浓度变化的监测与控制在铜冶炼过程中扮演重要角色。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种基于竖炉炼铜工艺的一氧化碳监控系统，该系统提供竖炉低氧铜冶炼过程中对一氧化碳浓度的实时在线精确监测和控制。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种基于竖炉炼铜工艺的一氧化碳监控系统，其包括：竖炉模拟系统、一体化预处理装置、红外线气体分析仪和电气控制装置；所述竖炉模拟系统的气体入口处设置有电磁阀组件，且所述电磁阀组件与所述电气控制装置信号连接；所述竖炉模拟系统的气体出口依次与所述一体化预处理装置和红外线气体分析仪相连，所述一体化预处理装置对所述竖炉模拟系统输出的气体进行预处理，所述红外线气体分析仪对经所述一体化预处理装置预处理后的气体中的CO浓度进行实时在线检测，并将检测结果发送到所述电气控制装置。

进一步，所述竖炉模拟系统包括马弗炉、进气管路、出气管路、负压表、吸气泵、回火器、汽水分离器和第一蠕动泵；所述进气管路包括8条支路，每条支路上均设置有依次连接的针阀、Y型过滤器和电磁阀，所述针阀、Y型过滤器和电磁阀共同构成所述电磁阀组件；所述负压表设置在所述进气管路末端与所述吸气泵之间，用于对所述吸气泵与所述进气管路之间的气体压力进行检测，当气体压力低于大气压时发送报警信号到所述电气控制装置进行报警；所述吸气泵的输出端分别连接流量调节管路和放空调节管路，所述流量调节管路另一端通过所述回火器与所述马弗炉相连，所述放空调节管路与外界相连；所述马弗炉通过所述出气管路与所述汽水分离器相连，所述汽水分离器的气体输出端与所述一体化预处理装置相连，所述汽水分离器的液体输出端与所述第一蠕动泵相连。

进一步，所述一体化预处理装置包括抽气泵、汽水分离模块、制冷除湿模块、液位计、排空流量计、分析流量计、标定流量计、膜式过滤器和恒温控制模块；所述竖炉模拟系统的气体出口经所述抽气泵与设置在所述制冷除湿模块内的所述汽水分离模块的输入端相连；所述汽水分离模块的气体输出端分别与所述排空流量计和分析流量计相连，所述排空流量计另一端通过排空管路与外界相连，所述分析流量计另一端与所述膜式过滤器相连；所述汽水分离模块的液体输出端与所述第二蠕动泵相连，所述第二蠕动泵通过液体排放管路与外界相连；所述标定流量计的输入端与标气进气管路相连，所述标定流量计的输出端与所述膜式过滤器相连，所述膜式过滤器的输出端与所述红外线气体分析仪相连；所述恒温控制模块设置在所述制冷除湿模块、汽水分离模块、液位计、排空流量计、分析流量计、标定流量计和膜式过滤器外部，使得所述一体化预处理装置处于恒温范围内；所述抽气泵、汽水分离模块、制冷除湿模块、液位计、排空流量计、分析流量计、标定流量计、膜式过滤器和恒温控制模块均与所述电气控制装置相连。

进一步，所述制冷除湿模块内还设置有一用于对所述制冷除湿模块内的液位进行监测的液位计。

进一步，所述一体化预处理装置的出气端与红外线气体分析仪器之间还设置有硅胶罐。

进一步，所述红外线气体分析仪器包括多次反射气室、红外光源、切光器、气体相关轮、滤光片和红外探测器；所述多次反射气室采用封闭透光箱体，所述封闭透光箱体顶部开设有气体入口和气体出口，所述封闭透光箱体的内壁两端相对设置两反射镜，经所述一体化预处理装置输出的样气经所述多次反射气室顶部的气体入口进入到所述多次反射气室内，所述红外光源发出的红外光信号分别经所述切光器、气体相关轮和滤光片发射到所述多次反射气室内，经所述多次反射气室气体出口出射的光信号经所述红外探测器探测得到CO的浓度值。

进一步，所述电气控制装置包括采集装置、显示装置、存储装置和控制装置；

所述采集装置用于采集所述红外线气体分析仪器探测得到的CO浓度数据，并发送到所述显示装置和存储装置；

所述显示装置用于显示所述红外线气体分析仪器探测得到的CO浓度值；

所述存储装置用于进行数据存储；

所述控制装置与所述电磁阀组件电连接。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型通过对生产环节CO气体浓度实时分析、记录、比较、显示，能够准确地计算和判断出炉体内铜熔液冶炼状态。2、本实用新型的自动化程度高，随时监测燃烧炉、冷凝器等管路气路的一氧化碳浓度变化，同时参数的设定非常方便。3、本实用新型设置有一体化预处理装置，因此能够减少高温高湿粉尘等恶劣生产条件对样气分析过程的干扰，使得分析结果更加精确。4、本实用新型设置的红外线气体分析仪中采用的光学部件采用了国际上先进的气体滤波相关技术，能有效地抑制H₂O，CO₂，CH₄等背景气体对微量CO的干扰，使测量精度提高，可以广泛应用于水泥厂，化工厂，钢铁厂，瓷窑，垃圾填埋厂等部门的连续监测一氧化碳。本实用新型应用于铜材铸造加工等需要对一氧化碳浓度实时监控的相关行业。

附图说明

图1是现有竖炉炼铜工艺示意图；

图2是现有竖炉系统结构示意图；

图3是本实用新型一氧化碳浓度在线监控系统示意图；

图4是本实用新型一体化预处理装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的进行详细的描述。

如图3所示，本实用新型提供的一种基于竖炉炼铜工艺的一氧化碳监控系统，包括竖炉模拟系统10、一体化预处理装置20、红外线气体分析仪30和电气控制装置(图中未示出)。其中，竖炉模拟系统1的气体入口处设置有电磁阀组件，且该电磁阀组件与电气控制装置信号连接，由电气控制装置控制，竖炉模拟系统10的气体出口依次与一体化预处理装置20和红外线气体分析仪30相连，一体化预处理装置20用于对竖炉模拟系统10输出的气体进行预处理，红外线气体分析仪30对经一体化预处理装置20预处理后的气体中的CO浓度进行实时在线检测，并将检测结果发送到电气控制装置；电气控制装置根据CO浓度检测结果对电磁阀组件的状态进行控制，使得竖炉模拟系统内的CO浓度保持在预设水平。

进一步，竖炉模拟系统10包括马弗炉101、进气管路102、出气管路103、负压表104、吸气泵105、回火器106、汽水分离器107和蠕动泵108。其中，进气管路102包括8条支路，分别用于模拟竖炉炼铜工艺中涉及的各进气支路，例如进入竖炉、保温炉、上流槽、扒渣槽、下流槽、浇包、铸机的气体管路，每条支路上均设置有依次连接的针阀109、Y型过滤器110和电磁阀111，针阀109、Y型过滤器110和电磁阀111共同构成电磁阀组件；负压表104设置在进气管路102末端与吸气泵105之间，用于对吸气泵105与进气管路102之间的气体压力进行检测，当气体压力低于大气压时发送报警信号到电气控制装置进行报警；吸气泵105的输出端分别连接流量调节管路和放空调节管路，流量调节管路另一端通过回火器106与马弗炉101相连，放空调节管路与外界相连；马弗炉101通过出气管路103与汽水分离器107相连，汽水分离器107的气体输出端与一体化预处理装置20相连，汽水分离器107的液体输出端与蠕动泵108相连。汽水分离器107用于对马弗炉101排出的气体进行除湿，除湿后的气体进入一体化预处理装置20，分离的水通过蠕动泵108排出。

进一步，如图4所示，一体化预处理装置20包括抽气泵201、汽水分离模块202、制冷除湿模块203、液位计204、排空流量计205、分析流量计206、标定流量计207、膜式过滤器208和恒温控制模块209。其中，竖炉模拟系统10的气体出口经抽气泵201与设置在制冷除湿模块203内的汽水分离模块202的输入端相连，汽水分离模块202的气体输出端分别与排空流量计205和分析流量计206相连，排空流量计205另一端通过排空管路与外界相连，用于对排空气体流量进行监测；分析流量计206另一端与膜式过滤器208相连，用于监测汽水分离模块202排出的被测气体流量；汽水分离模块202的液体输出端与蠕动泵210相连，蠕动泵210通过液体排放管路与外界相连，用于将汽水分离模块202分离出的液体排出；标定流量计207的输入端与标气管路相连，标定流量计207的输出端与膜式过滤器208相连，用于对标气流量进行监测；膜式过滤器208的输出端与红外线气体分析仪30相连，用于对进入其内的气体进行除尘；恒温控制模块209设置在制冷除湿模块203、汽水分离模块202、液位计204、排空流量计205、分析流量计206、标定流量计207和膜式过滤器208外部，使得一体化预处理处于恒温范围内。其中，抽气泵201、汽水分离模块202、制冷除湿模块203、液位计204、排空流量计205、分析流量计206、标定流量计207、膜式过滤器208、恒温控制模块209和蠕动泵210均与电气控制装置相连，由电气控制装置控制。

进一步，制冷除湿模块203内还设置有一液位计211，用于对制冷除湿模块内的液位进行检测，当超出预设阈值时，发送信号到电气控制装置进行报警。

进一步，一体化预处理装置20的出气端与红外线气体分析仪30之间还设置有硅胶罐40，该硅胶罐40用于对一体化预处理装置20排出的气体进一步除水。

进一步，红外线气体分析仪器30包括多次反射气室、红外光源、切光器、气体相关轮、滤光片和红外探测器。其中，多次反射气室采用封闭透光箱体，封闭透光箱体顶部开设有气体入口和气体出口，封闭透光箱体的内壁两端相对设置两反射镜，经一体化预处理装置的出口流量计输出的样气经多次反射气室顶部的气体入口进入到多次反射气室内，红外光源发出的红外光信号分别经切光器、气体相关轮和滤光片发射到多次反射气室内，经多次反射气室出射的光信号经红外探测器探测得到发酵罐体内CO的浓度值。

进一步，电气控制装置包括采集装置、显示装置、存储装置和控制装置，采集装置用于采集红外线气体分析仪器探测得到的CO浓度数据，并发送到显示装置和存储装置，显示装置用于显示红外线气体分析仪检测得到的CO浓度值，存储装置用于进行数据存储，控制装置用于电连接电磁阀组件和一体化预处理装置，控制各个器件的工作状态。

本实用新型的工作原理为：

首先将本实用新型安装在接近取样点附近，并避免直接热辐射，温度波动范围小，比较干燥，振动小，没有强磁场干扰的场所；

其次，开动抽气泵使天然气从管道中取出，一部分天然气从排气流量计排空，而另一部分天然气进入电炉模拟燃烧，燃烧后产生的CO气体经蛇形管降温后进入汽水分离器17，将样气中的大部分游离水分去掉，则经冷凝器、干燥过滤器进一步脱水，最后通过出口流量计引入红外气体分析仪；

然后，红外气体分析仪对一体化预处理装置输出的气体中的CO浓度进行检测，并将检测结果发送到电气控制装置；

最后，电气控制装置对CO浓度进行显示和存储。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims

1.一种基于竖炉炼铜工艺的一氧化碳监控系统，其特征在于其包括：竖炉模拟系统、一体化预处理装置、红外线气体分析仪和电气控制装置；

所述竖炉模拟系统的气体入口处设置有电磁阀组件，且所述电磁阀组件与所述电气控制装置信号连接；

所述竖炉模拟系统的气体出口依次与所述一体化预处理装置和红外线气体分析仪相连，所述一体化预处理装置对所述竖炉模拟系统输出的气体进行预处理，所述红外线气体分析仪对经所述一体化预处理装置预处理后的气体中的CO浓度进行实时在线检测，并将检测结果发送到所述电气控制装置。

2.如权利要求1所述的一种基于竖炉炼铜工艺的一氧化碳监控系统，其特征在于：所述竖炉模拟系统包括马弗炉、进气管路、出气管路、负压表、吸气泵、回火器、汽水分离器和第一蠕动泵；

所述进气管路包括8条支路，每条支路上均设置有依次连接的针阀、Y型过滤器和电磁阀，所述针阀、Y型过滤器和电磁阀共同构成所述电磁阀组件；

所述负压表设置在所述进气管路末端与所述吸气泵之间，用于对所述吸气泵与所述进气管路之间的气体压力进行检测，当气体压力低于大气压时发送报警信号到所述电气控制装置进行报警；

所述吸气泵的输出端分别连接流量调节管路和放空调节管路，所述流量调节管路另一端通过所述回火器与所述马弗炉相连，所述放空调节管路与外界相连；

所述马弗炉通过所述出气管路与所述汽水分离器相连，所述汽水分离器的气体输出端与所述一体化预处理装置相连，所述汽水分离器的液体输出端与所述第一蠕动泵相连。

3.如权利要求1所述的一种基于竖炉炼铜工艺的一氧化碳监控系统，其特征在于：所述一体化预处理装置包括抽气泵、汽水分离模块、制冷除湿模块、液位计、排空流量计、分析流量计、标定流量计、膜式过滤器和恒温控制模块；

所述竖炉模拟系统的气体出口经所述抽气泵与设置在所述制冷除湿模块内的所述汽水分离模块的输入端相连；

所述汽水分离模块的气体输出端分别与所述排空流量计和分析流量计相连，所述排空流量计另一端通过排空管路与外界相连，所述分析流量计另一端与所述膜式过滤器相连；

所述汽水分离模块的液体输出端与第二蠕动泵相连，所述第二蠕动泵通过液体排放管路与外界相连；

所述标定流量计的输入端与标气进气管路相连，所述标定流量计的输出端与所述膜式过滤器相连，所述膜式过滤器的输出端与所述红外线气体分析仪相连；

所述恒温控制模块设置在所述制冷除湿模块、汽水分离模块、液位计、排空流量计、分析流量计、标定流量计和膜式过滤器外部，使得所述一体化预处理装置处于恒温范围内；

所述抽气泵、汽水分离模块、制冷除湿模块、液位计、排空流量计、分析流量计、标定流量计、膜式过滤器和恒温控制模块均与所述电气控制装置相连。

4.如权利要求3所述的一种基于竖炉炼铜工艺的一氧化碳监控系统，其特征在于：所述制冷除湿模块内还设置有一用于对所述制冷除湿模块内的液位进行监测的液位计。

5.如权利要求1所述的一种基于竖炉炼铜工艺的一氧化碳监控系统，其特征在于：所述一体化预处理装置的出气端与红外线气体分析仪之间还设置有硅胶罐。

6.如权利要求1所述的一种基于竖炉炼铜工艺的一氧化碳监控系统，其特征在于：所述红外线气体分析仪包括多次反射气室、红外光源、切光器、气体相关轮、滤光片和红外探测器；所述多次反射气室采用封闭透光箱体，所述封闭透光箱体顶部开设有气体入口和气体出口，所述封闭透光箱体的内壁两端相对设置两反射镜，经所述一体化预处理装置输出的样气经所述多次反射气室顶部的气体入口进入到所述多次反射气室内，所述红外光源发出的红外光信号分别经所述切光器、气体相关轮和滤光片发射到所述多次反射气室内，经所述多次反射气室气体出口出射的光信号经所述红外探测器探测得到CO的浓度值。

7.如权利要求1所述的一种基于竖炉炼铜工艺的一氧化碳监控系统，其特征在于：所述电气控制装置包括采集装置、显示装置、存储装置和控制装置；

所述采集装置用于采集所述红外线气体分析仪探测得到的CO浓度数据，并发送到所述显示装置和存储装置；

所述显示装置用于显示所述红外线气体分析仪探测得到的CO浓度值；

所述存储装置用于进行数据存储；

所述控制装置与所述电磁阀组件电连接。