烧结矿质量提升武林秘籍！

2021-07-30 20:47:47, 赛默飞化学分析赛默飞智能制作与过程分析

烧结矿是高炉冶炼的主要原料（一般60%以上），高炉冶炼要取得良好的技术经济指标，烧结矿的质量优劣是关键。烧结矿碱度与烧结矿成品率、转鼓强度、低温还原粉化指数等存在密切关系。现有烧结工艺中，烧结矿烧结原料等关键物料的化学成分信息采用传统的离线分析方式获得。传统离线分析方式样、制样及分析过程耗费的大量时间使得分析结果送达控制室时已滞后3 - 5小时，操作人员无法及时调整烧结机进料；同时，烧结矿化验分析过程中取样代表性差的问题一直以来未能得到很好的解决，对代表性差的样品进行分析，其误差将会放大，给操作人员造成假象，对烧结稳定经济运行是一个极大的误导。

实时在线成分分析技术能够对烧结混合料各种元素含量(TFe、Si、Ca、Mg、Al、Ti等全元素分析)进行实时在线分析，获得高频物料成分数据，实现烧结生产过程数据化。通过分析仪提供的高频实时成分数据构建烧结成分自动控制闭环系统，解决传统分析方式的离线、大滞后、人工操作的弊病，稳定烧结矿质量，稳定烧结生产工艺过程，减少决策失误成本，提高成本管控效果。

目前，全球市场上的实时在线分析仪主要采用瞬发伽玛中子活化分析技术Prompt Gamma Neutron Activation Analysis，简称PGNAA）、激光诱导击穿光谱分析技术（Laser-induced Breakdown Spectroscopy，简称LIBS）、近红外光谱分析技术（Near Infrared Ray）。PGNAA技术具有检测速度快、无需采样、不受颗粒大小影响、全流量分析的特点，被广泛应用于煤炭、水泥、冶金等资源密集型行业。PGNAA技术是经大量用户验证的可克服物料分析检测过程环境差、原料波动大、颗粒不均匀等困难的分析技术，是实现烧结混料快速、连续、准确分析的理想技术。

PGNAA技术

瞬发伽马中子活化分析和脉冲快热中子活化是基于低能量中子与原子核间的亚原子反应。当一个热中子，或者说是低能量中子（<0.025 eV），非常接近原子核或与原子核碰撞时，中子与原子核发生相互作用。中子的能量被转移到原子核，同时原子核暂时转变为激发态。然后，处于激发态的原子核的乎瞬间以单一或多重伽马射线的形式将从中子获得的能力释放。发射出的伽马射线具有独特的能量，这与发射它的原子有关。（实质上，发射出来的伽马射线就像元素的“指纹”。）通过检测发射的伽马射线并生成能谱，以用于元素组成分析。

图 1/ PGNAA工作原理

每个元素与中子相互作用产生不同的谱图；中子截面大的那些元素比中子截面小的元素更容易测量。分析仪内的探测器探测到伽玛射线，产生光脉冲。精密高速电路放大并处理这些脉冲，得到一个复合伽玛射线能谱。电脑对复合能谱连续地分析，从而确定出单个元素的含量。通过此元素含量和质量流量等，算出被检测的物料中的需要检测的元素组成。

图 2/ PGNAA技术典型谱图

CB Omni

CB Omni于1984年由位于加利福尼亚州圣地亚哥的一家公司开发。该公司最初称为Gamma-Metrics，现隶属于赛默飞世尔科技有限公司，通过对其原分析仪的持续改进，继续秉承以技术为发展动力的传统。自2007年以来，赛默飞第一台烧结用在线元素分析仪安装以来，赛默飞烧结专用在线元素分析仪全球范围内已有17台正在稳定工作，CB Omni是已经被证明可以对烧结混合料进行实时、快速准确成分分析的在线元素分析仪，同时基于该分析仪开发的自动配料软件的投入使用后，可显著提升烧结矿产品质量，助力高炉稳定顺行，帮助炼铁厂挖潜增效。

CB Omni包括分析仪主体、电控柜、标准样品及操控端，分析仪主体由中子源、探测器、屏蔽体组。物料输送带在CB Omni防护模块的支撑下通过分析仪内部，运输带及物料直接通过分析仪的分析通道，同时在皮带下方放置有耐磨板对分析仪起到保护作用。通常通道的形状是标准的35°、两边为耐磨轮廓。

图 3/ CB Omni设备结构及组成图

图 4/ CB Omni分析仪切面示意图

CB Omni可使用同位素锎-252 (252Cf)或中子发生器作为激发源，且两种激发源方案可互换:


放射性同位素锎-252 (252Cf)	电子中子发生器

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应用效果分析

利用现有计量系统，配合一台在线元素分析仪CB Omni、一台电子皮带秤和一套成分自动控制软件共同构成烧结线成分分析和自动配料系统。系统流程示意图如下：

图 5/ PGNAA工作原理

分析仪安装于一混与二混之间皮带，对烧结混合料成分进行实时高精度分析，将获得的成分数据接入自动配料软件。自我配料软件由自我学习软件与配料软件两部分组成，自我学习软件接入检化验数据，可根据用户需求定期自动对分析仪进行动态校准。配料软件将采用分析仪在线成分数据与料仓成分化学成分数据对下料进行直接干预，构成烧结生产过程物料配料闭环，实现烧结生产过程数字化、智能化。

CB Omni在线元素分析仪的应用

A公司

在国外成功应用的基础上，国内A公司于2015年引进了一台CB Omni在线元素分析仪，并于2016年10月投入使用，开始摸索在线分析仪使用经验，于2017年1月正式投入使用。

分析仪正式投入使用后，烧结矿碱度一级品率波动情况得到改善，对比使用分析仪前后，各项指标变化如下:

表1 应用前后效果对比

项目	碱度一级品率 / %	利用系数 / (t · m-2 · d-1)	烧结矿成品率 / %
应用前（2016年度）	97.12	32.2	78.86
应用后（2017年度）	98.18	33.1	79.81
应用后（2018年度）	98.60	33.6	80.56
2018年度与2016年度对比	1.48	1.4	1.70

智慧制造，数据先行。作为固体散料在线分析仪的发明者，赛默飞持续创新能力保证分析产品的高性能高质量，致力于为客户提供最新最全面的服务。正是赛默飞强有力的产品性能，保证赛默飞在多领域敢为人先，助力烧结智慧制造建设。在线分析仪将为您带来如下收益：

为自动配料的实现提供了精确及时数据反馈，解决传统烧结专家系统因化验室分析方式周期长化验数据不足导致成分自控效果不佳的问题；
针对烧结过程由于化学成分检测滞后造成的调整不及时而导致的烧结矿质量差，分析仪的应用可以有效减少烧结矿质量的波动和偏差，提高烧结矿质量的稳定性；
稳定的烧结矿产品有利于高炉的稳定顺行及技术经济指标的改善，实现高炉铁水增产及焦比降低；
为智能制造系统提供基础数据，检测数据可以为未来大数据分析提供数据基础；
基于赛默飞世尔科技在线元素分析仪CB Omni开发的成分自控软件已在多家公司成功应用，实现烧结过程的成分自动控制。成份分析仪闭环控制，是分析仪收得效益的主要途径。