浦永濤

(北京瑞德克氣力輸送技術股份有限公司， 北京 100144)

鉛精礦的火法冶煉必須經(jīng)過兩個冶金工藝過程：硫化鉛精礦中的硫化鉛及其他硫化物高溫氧化生成氧化物(也可能同時通過交互反應生成部分金屬)，氧化物還原反應生成金屬。

除傳統(tǒng)的鼓風爐還原熔煉外，近幾年又新研發(fā)出了多種高鉛渣直接還原法，其中具有代表性的是底吹熔煉還原法，即氧氣底吹熔煉-氧氣底吹還原法。氧氣底吹熔煉爐產(chǎn)出的高鉛渣熔融狀態(tài)下通過溜槽加入到氧氣底吹還原爐中，煤粉作為還原劑通過串罐旋轉給料泵經(jīng)底吹還原爐底部噴槍噴入熔池中，熔池溫度升至1 423～1 473 K，含鉛低的爐渣順流至端部出渣口放出，還原出的鉛液也逆流至出鉛口放出，過程是連續(xù)進行的。該串罐旋轉給料泵連續(xù)、均勻和穩(wěn)定地將煤粉噴入到還原爐中，與天然氣相比節(jié)約了成本，并且煤粉作為還原劑，還原表面積大，強化了還原，還原反應迅速、充分，指標平穩(wěn)。

串罐旋轉給料泵通過PLC控制系統(tǒng)的上位機實現(xiàn)對輸送系統(tǒng)設備的監(jiān)視、操作與控制，并確保其正常、可靠運行，并且為DCS系統(tǒng)預留PROFIBUS-DP協(xié)議接口，以實現(xiàn)噴吹設備的統(tǒng)一控制。

1 工藝過程描述

1.1 工藝參數(shù)

氧氣底吹還原爐煤粉噴吹系統(tǒng)工藝參數(shù)見表1。

表1 氧氣底吹還原爐煤粉噴吹系統(tǒng)工藝參數(shù)

1.2 系統(tǒng)描述

氧氣底吹還原爐煤粉噴吹系統(tǒng)設一套串罐旋轉給料泵，通過柔性軟連接安裝于爐前煤粉倉下方，煤粉倉下出口設置手動插板閥，用于檢修串罐旋轉給料泵時隔斷煤粉。噴吹系統(tǒng)在PLC控制下通過操作員站進行遠程操作，實現(xiàn)遠程一件式操作。系統(tǒng)運行時，噴吹泵將煤粉經(jīng)一條密閉管道，最終通過末端1分4分配器向底吹爐的4支噴槍供煤。煤粉噴吹系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定,能夠控制其設定值與實際值偏差在±1%的精度工況下連續(xù)穩(wěn)定運行,噴吹量可在設計值內任意調節(jié)，并且各支噴槍的煤量均勻度可控制在±2%以內。煤粉噴吹工藝流程圖見圖1。

圖1 煤粉噴吹工藝流程圖

2 噴吹泵

2.1 設備名稱和型號

設備名稱：串罐旋轉給料泵(防爆型)。

設備型號描述：25/12/C- 50/12/250×80W。

25/12/C指: 25—上儲料罐容積25立方英尺,約合0.71 m3, 12—上儲料罐進料口圓頂閥公稱直徑為12英寸合300 mm, C—上儲料罐為錐形下料口，50/12/250×80W指: 50—下噴吹罐容積50立方英尺, 約合1.4 m3, 12—下噴吹罐進料口圓頂閥公稱直徑為12英寸合300 mm, 250×80W —旋轉給料器轉盤直徑250 mm，高80 mm, W—帶稱重計量系統(tǒng)。

2.2 設備特點

串罐旋轉給料泵是用于固體粉料計量、控制、噴吹的核心設備。該設備由上下兩個罐體構成，上罐為儲料罐，下罐為噴吹罐，上罐入口安裝有一臺充氣式圓頂閥，上罐與下罐之間裝有兩臺圓頂閥(為了稱重計量，兩臺閥門之間是軟連接)。噴吹罐下邊安裝了一臺旋轉給料裝置，該裝置由變頻電機驅動，通過調節(jié)變頻電機的轉速來控制給料量，與傳統(tǒng)的靠調節(jié)輸送氣源壓力和流量調節(jié)控制噴吹量的原理不同，這種調節(jié)方式不受罐體壓力影響，更為平穩(wěn)和精確。如果在輸送過程中，管道壓力出現(xiàn)波動，系統(tǒng)會自動調節(jié)電機的轉速從而調節(jié)輸送量，避免管道發(fā)生堵塞，當壓力恢復正常后，系統(tǒng)會自動恢復至用戶設定的輸送量。串罐旋轉給料泵和分配器外觀詳見圖2、圖3。

圖2 串罐旋轉給料泵

圖3 分配器

2.3 工作原理

1)在正常噴吹時，上罐空置，上罐進料閥、排氣閥、上罐出口閥、下罐進料閥和平衡閥均處于關閉狀態(tài)，下罐噴吹和流化氣源不間斷供應，旋轉給料器按設定量轉速運行。當下罐物料低于低料位，料位計發(fā)出信號，上罐排氣閥打開，釋放上罐余留壓力，平

衡閥及中間閥仍處于關閉狀態(tài)，等到上罐壓力顯示上罐壓力降到0.02 MPa 時，上罐進料閥打開，同時開啟料倉出口流化氣源，開始裝料時，上罐底部流化氣源打開，防止上罐物料堆積結塊。當上罐裝料到高料位時，料位計發(fā)出信號，經(jīng)過短暫延時后，上罐進料閥和排氣閥依次關閉，裝料停止。此時，上罐底部流化氣源仍在不停進入上罐，上罐壓力上升，當上罐壓力達到與下罐壓力一致時，上罐出口閥、下罐進料閥打開，上罐煤粉靠自身重力落入下罐，為幫助下料，上罐頂部的進氣閥打開，此時，通過節(jié)流閥控制輸送氣源流量，使通入泵體的氣量恒定。經(jīng)過設定時間后，上罐進氣閥關閉，平衡閥打開，一段時間后，上罐流化氣源、上罐出口閥、下罐進料閥和平衡閥關閉，完成倒罐。當下罐物料降到低料位以下時，上罐排氣閥打開，上罐開始新一輪裝料，這樣完成一個運行周期。其運行周期示意圖見圖4。

2)旋轉給料泵安裝了稱重計量系統(tǒng)，通過稱重控制器，計算出實際噴吹速度，與控制系統(tǒng)設定的噴吹速度比較后，通過調整旋轉給料機電機轉速，使實際噴吹速度達到設定值，保證噴吹精度。物料的輸送量隨時都可通過操作畫面調節(jié)。

圖4 串罐旋轉給料泵運行周期示意圖

3)當系統(tǒng)將要發(fā)生物料堵塞時，會引起管道內輸送氣體的壓力變化，此時控制系統(tǒng)會根據(jù)檢測到的信號進行自動調節(jié)給料速度，避免堵塞。

4)系統(tǒng)具有各種報警功能。如果發(fā)生堵管、氣源壓力低等情況，系統(tǒng)將報警。系統(tǒng)在噴吹過程中，一旦管道壓力升高并達到預定警戒值，控制系統(tǒng)就會發(fā)出報警信號，進入排堵過程。

5)通過系統(tǒng)設置的自診斷功能，可以在線診斷系統(tǒng)各部分的工作情況。當某個料位計、進料閥、中間閥、平衡閥或壓力開關出現(xiàn)異常狀態(tài)，甚至出現(xiàn)故障時，自診斷系統(tǒng)會發(fā)現(xiàn)問題所在，同時提醒設備操作人員及時處理。

6)系統(tǒng)遭遇停電時，分配器后支管三通閥門自動切換到清吹位置，清吹氣自動供氣保證噴槍安全。

2.5 控制系統(tǒng)描述

噴吹系統(tǒng)采用全自動程序控制運行，將設置以PLC加上位機為核心的完整的檢測、連鎖和保護裝置，實現(xiàn)以LCD/鍵盤和鼠標作為監(jiān)視和控制中心，對整個輸送系統(tǒng)的集中控制。自動化水平將使運行人員無需現(xiàn)場人員的干預，在控制室內即可實現(xiàn)對系統(tǒng)啟/停的控制、正常運行的監(jiān)視和調整以及系統(tǒng)運行異常與事故工況的處理，并為DCS系統(tǒng)留有PROFIBUS-DP協(xié)議接口。自動控制系統(tǒng)界面如圖5所示。

圖5 自動控制系統(tǒng)界面

3 總結

目前，該噴吹設備在河南豫光金鉛股份有限公司底Ⅱ還原爐成功應用，運行穩(wěn)定，能耗低、煤粉噴吹壽命長，還原效果好，為煤粉底吹熔融工藝的推廣提供了堅實的基礎。