DF-5704中子活化燒結元素在線分析儀

王力東 張偉 尹兆余

摘要：瞬發伽馬射線中子活化分析技術（PGNAA）技術由于其分析精度高、在線測量等眾多技術優勢，廣泛用于建材、冶金等諸多領域。本文就其堿度儀的原理、組成、取樣標定過程及所帶來的效益進行了梳理與討論。

關鍵詞：DF-5704中子活化燒結元素在線分析儀;堿度儀;效益

一、總述

燒結礦為高爐生產的主要原料，它的質量及其變化對高爐的產品質量和經濟效益都有決定性的影響。而燒結礦的質量，取決于許多因素。目前燒結礦采用熒光分析成分來指導配料，滯后時間嚴重，燒結礦的產品質量較低。

采用DF-5704中子活化燒結元素在線分析儀可以有效縮短滯后時間，快速調節配料配比，減少燒結礦的波動幅度，提高燒結礦的一級品率和堿度穩定率，為企業提高更多效益，穩定高爐爐況提高高爐產量。

二、分析儀工作原理

DF-5704中子活化燒結元素在線分析儀采用瞬發γ射線中子活化分析技術，利用中子源產生的中子流轟擊靶樣品中各種元素的原子核，原子核發生輻射俘獲、非彈性散射等反應，并在小于10-14s時間內退激釋放出能量為2keV～10MeV的γ射線[1]如圖1所示，通過探測器探測，根據各特征γ射線的能量和強度（峰面積）對元素進行在線定性和定量分析，從而準確的分析出混合料中全鐵、鈣、硅等元素。

三、分析儀主要部件組成及作用

DF-5704中子活化燒結元素在線分析儀主要部件有測量裝置、探測器、放射源、信號處理柜、UPS、主機和電纜等組成如圖2所示：

分析儀主機安裝在配料室或中央控制室，其他部件安裝于現場，測量裝置采用非接觸式檢測，模塊化結構，跨皮帶式安裝，安裝在二次混合機后燒結機之前的皮帶傳輸機上，分析儀的放射源和探測器安裝在測量裝置內，分析儀測量裝置前裝有電子皮帶秤，用以補償不同料層厚度測得的元素含量，探測器通過混裝電纜與信號處理柜相連，信號處理柜和皮帶秤信號通常由光纖將信號送至配料室主機，主機通過內部處理、分析、計算出各種元素的含量、堿度和優化配比如圖3所示，供操作員及時調整配比。

四、安裝工藝點

堿度儀安裝工藝點一般為鐵質原料混勻、一混或二混后的混合料和篩分后成品燒結礦測量，如下圖4所示，但不僅限于以上工藝點。

傳統燒結配料方式，配料師傅需等待燒結成品礦化驗數據出來再做配比調整，現場一般在上圖的篩分之后取樣化驗，這個過程需要數小時的等待，例如鞍鋼礦業公司東燒廠需要4個小時左右，鞍鋼煉鐵廠三燒車間需要4.5小時，混合料配比調整都嚴重滯后，造成堿度指標波動，而DF-5704中子活化燒結元素在線分析安裝在一混或二混后見圖4，從配料到檢測工藝點工藝點只需15分鐘，堿度儀通過內部數據分析將結果傳送到中控室，中控室實時顯示堿度和全鐵等元素數值，操作員可以及時修改混合料的配比，避免長時間的等待，減小質量波動，提高燒結礦的質量。

五、采樣及標定效果

堿度儀的標定有靜態標定和動態標定兩種標定共同組成，靜態標定是采用樣品標樣方式（標樣隨設備一起發到現場），按現場元素梯度準備好5組標準樣品，到現場后擬合現場的條件逐一調試好5組樣品參數，待現場正常運行時通過動態標定來修正參數，避免大量動態樣品的采集。

動態標定需要采集現場燒結礦樣品，一般在篩分之后的成品皮帶上人工采集樣品，每個樣為1小時樣品的平均值，每個樣品在成品皮帶上取樣7次，每次取1Kg左右，匯集在一起送至化驗室通過粗碎、中碎、縮分、細碎、圓盤磨至粒度在150目以下，混勻、用四分法取7克用熒光分析出元素含量，堿度儀自身有記錄功能，將取樣時間段的皮帶速度、重量和探測器的計數導出擬合化驗值達到儀表最佳使用狀態。

DF-5704中子活化燒結元素在線分析有效地提高了產品的質量，東鞍山燒結廠2017年使用堿度儀前后數據對比，成品礦的一級品率提高4.64%，為企業創造了直接效益，穩定了高爐的爐況，從而為高爐間接增加了效益。

六、效益分析

（一）燒結廠直接效益

為企業提高直接經濟效益，以東鞍山燒燒結廠為例，東燒為鞍鋼煉鐵廠4#高爐提供燒結礦，其結算方式為一級品成品礦以660元噸，二級品成品礦以640元噸，東鞍山燒結廠內燒結機為360平燒結機臺時產量420噸小時，如每年生產時間為320天，以前一級品率為84.38%，目前提高到89.02%，一級品率提高4.64%，則一項每年為企業增加利潤299萬元。

年增利潤=（一級品價格-二級品價格）*每小時產量*24小時*年工作日*一級品率提高4.64%（660-640）*420*24*320*4.64%=299萬元。

（二）高爐間接效益

DF-5704中子活化燒結元素在線分析對高爐生產的效益計算：配料控制的波動對高爐的影響很大，國內經驗燒結礦穩定率提高10%，高爐產量提高1.5%，[2]東燒結廠穩定率提高3.97%，以鞍鋼廠為例：4號高爐2580m3（利用系數2.32tm3·d），焦比降低0.397%，焦比240kgt。則通過降低堿度波動帶來的效益包括：高爐增產效益+節焦效益。

高爐增產效益=增產百分比*高爐規模*利用系數*工作日*生鐵單價。

1.5%*（3.97%10%）*2580m3*2.32tm3·d*360天*2800元t=3592.9402萬元年。

七、總結

DF-5704中子活化燒結元素在線分析對燒結配料的調節時間可以縮短至15分，避免傳統人工配料調節的滯后，有效的減少燒結礦質量波動，提高了燒結礦的產品質量，燒結礦的質量與效益緊密相連，直接為燒結廠增加效益。

燒結礦是煉鐵的主要原料，燒結礦質量的好壞直接影響到燒結廠經濟效益，燒結礦質量的穩定也會對高爐的產量產生影響，燒結礦堿度穩定率提高3.97%，提高高爐產量0.5955%，間接創造效益3592萬元年。

參考文獻：

[1]黑大千.PGNAA在線分析技術發展與現狀[J].工業技術，2014，4（63）.

[2]郭曉影.提高燒結礦堿度穩定率的研究[D].沈陽：東北大學碩士論文，2009，7（01）.