回轉(zhuǎn)窯恒定給料的生產(chǎn)實(shí)踐

鄭建英

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

德興銅礦是國內(nèi)以伴生輝鉬礦生產(chǎn)鉬精礦、并以自產(chǎn)鉬精礦進(jìn)一步加工鉬酸銨的生產(chǎn)單位。其鉬酸銨生產(chǎn)工藝為：鉬精礦焙燒得到焙砂，焙砂再經(jīng)酸洗、氨浸等處理得到鉬酸銨產(chǎn)品。

焙燒作業(yè)作為鉬酸銨生產(chǎn)的首道工序，影響其作業(yè)效果的因素諸多，如焙燒設(shè)備、溫度控制、風(fēng)量控制、臺效控制等。

德興銅礦鉬酸銨生產(chǎn)的焙燒作業(yè)采用φ1200×24000 回轉(zhuǎn)窯［1］完成，其設(shè)計(jì)臺效［2］為200/h，控制范圍為200±10kg/h。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐就回轉(zhuǎn)窯給料控制進(jìn)行闡述。

2 回轉(zhuǎn)窯給料

2.1 人工給料及焙燒效果

回轉(zhuǎn)窯給料原為人工定量給料（見圖1），操作人員將袋裝（50kg/包）鉬精礦吊置給料平臺，然后拆包將鉬精礦倒入回轉(zhuǎn)窯給料口，焙燒產(chǎn)出焙砂后，桶裝送到預(yù)處理工序。整個作業(yè)勞動強(qiáng)度高、揚(yáng)塵大。此外，由于受人為因素影響，給料難以達(dá)到持續(xù)、均勻的要求，焙砂結(jié)塊現(xiàn)象較為嚴(yán)重（見圖2）。

2.2 全自動恒定給料

圖1 回轉(zhuǎn)窯人工給料

圖2 人工給料情形下結(jié)塊的焙砂

鑒于職業(yè)衛(wèi)生健康要求和生產(chǎn)效能等方面的考慮，該礦對鉬加工生產(chǎn)進(jìn)行了改擴(kuò)建。改擴(kuò)建后回轉(zhuǎn)窯給料作業(yè)相應(yīng)得到升級：由粉料氣力輸送+失重秤螺旋定量給料組成的全自動恒定給料替代了人工給料。

全自動恒定給料系統(tǒng)主要由原料貯倉、下引式射流輸送泵系統(tǒng)、補(bǔ)料倉、失重秤螺旋定量給料等部件及設(shè)施組成。整個系統(tǒng)可大致分為兩段：前段由原料貯倉、下引式射流輸送泵系統(tǒng)構(gòu)成，核心是下引式射流輸送泵系統(tǒng)，主要作業(yè)內(nèi)容是運(yùn)用流態(tài)化技術(shù)與氣力壓差原理將原料貯倉中的鉬精礦送入補(bǔ)料倉；后段由補(bǔ)料倉、失重秤螺旋定量給料組成，核心是失重秤及螺旋輸送機(jī)，主要作業(yè)內(nèi)容是根據(jù)回轉(zhuǎn)窯臺效要求將鉬精礦由補(bǔ)料倉持續(xù)、均勻地送入回轉(zhuǎn)窯。

2.3 全自動恒定給料的焙燒效果

新的給料系統(tǒng)運(yùn)行后，回轉(zhuǎn)窯給料情況總體明顯優(yōu)于人工給料，給料勞動量及勞動強(qiáng)度下降的同時，給料相對均衡，實(shí)現(xiàn)了焙燒作業(yè)人員配置減少、焙燒效果明顯提升（見圖3）的好現(xiàn)象。

圖3 新的給料系統(tǒng)運(yùn)行后的焙砂

3 全自動恒定給料的改進(jìn)

回轉(zhuǎn)窯全自動恒定給料雖然在效率、揚(yáng)塵等方面大大優(yōu)于人工給料，但前期運(yùn)行中不時出現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯給料中斷問題。通過簡單排查，主要是系統(tǒng)發(fā)生堵塞。此情形下，作業(yè)人員通常以重物敲擊料倉或系統(tǒng)其他相應(yīng)部位，借敲擊的振動及物料重力作用疏通堵塞，但效果并不理想，甚至有時需要停止給料系統(tǒng)，對其部分拆解進(jìn)行清堵疏通，嚴(yán)重影響了回轉(zhuǎn)窯臺效。而為了總體達(dá)到回轉(zhuǎn)窯設(shè)定的臺效，作業(yè)人員會通過系統(tǒng)中人工添料口快速補(bǔ)足系統(tǒng)停止時間段應(yīng)給的鉬精礦量。上述情況下，雖然回轉(zhuǎn)窯日平均臺效符合要求，但就單日而言，小時臺效差別很大，也就形成了實(shí)際給料極不均勻。給料的不均衡則直接影響到焙燒效果，使得焙砂仍然時有結(jié)塊現(xiàn)象（見圖2）。

為較好地解決系統(tǒng)堵塞問題，技術(shù)人員對整個系統(tǒng)作業(yè)的各環(huán)節(jié)、鉬精礦、人員操作情況等進(jìn)行了逐一排查。由于堵塞多出現(xiàn)在螺旋輸送機(jī)上，且有粘結(jié)（見圖4）現(xiàn)象，因此技術(shù)人員將問題解決的關(guān)鍵鎖定在了鉬精礦、螺旋輸送量、失重秤PID控制器參數(shù)設(shè)置三個因素上。

圖4 鉬精礦粘結(jié)在螺旋上

3.1 鉬精礦

該礦用于焙燒的鉬精礦為該礦銅鉬分選的自產(chǎn)產(chǎn)物，具有粒度細(xì)［3］、礦性粘、-10 μm 粒級占比高的特點(diǎn)，脫水烘干十分困難。

精礦脫水烘干，工業(yè)上傳統(tǒng)方法一般是：濃密機(jī)濃縮-過濾脫水-蒸汽干燥（或電磁干燥），濃密機(jī)濃縮是將低濃度精礦濃縮成較高濃度礦漿，以滿足過濾脫水的工藝要求，可根據(jù)物料性質(zhì)選擇普通或高效濃密機(jī)即可達(dá)到目的；過濾脫水環(huán)節(jié)是將較高濃度精礦漿進(jìn)一步脫水，達(dá)到固液基本分離，一般選擇為真空過濾或加壓過濾，真空過濾選擇布質(zhì)或微孔陶瓷較多，加壓過濾有電動式或液壓式不等，可根據(jù)物料性質(zhì)、處理規(guī)模、自動化程度的要求靈活選擇，對微細(xì)粒精礦而言，采用液壓式加壓過濾更能滿足工藝要求；微細(xì)粒精礦的干燥環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)其脫水的最后工序，也是脫水干燥的難點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)基本上是采用蒸汽干燥或電磁干燥，這兩種方法對常規(guī)精礦而言是成熟可靠的，但用于粒度細(xì)、礦性粘的微細(xì)粒精礦，烘干產(chǎn)出的鉬精礦水份含量偏高，多在5%左右，不僅能耗高，而且處理能力明顯下降，難以滿足工藝要求。

圖5 精礦脫水烘干流程

針對以上情況，為了將鉬精礦水油含量控制在較低程度，該礦突破傳統(tǒng)，采用了“濃縮脫水-加壓過濾-閃蒸干燥［4］”工藝（見圖5），主要設(shè)備分別采用NDJ-12 濃縮機(jī)、GNDJB-1500 攪拌槽、APN11-M6 板框壓濾機(jī)、SKSZ 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)、流量1.60m3/min 排氣壓力0.8MPa 空壓機(jī)，相應(yīng)除塵系統(tǒng)采用選用LQMC32-5 型氣箱脈沖布袋除塵器。此工藝條件下，鉬精礦漿經(jīng)濃縮后得到濃度約為55%～65%的底流，再經(jīng)加壓過濾后得到水份13%以下的濾餅，最后經(jīng)220～330℃的閃蒸熱風(fēng)處理后，礦漿的水、油、殘留藥劑成分得到了充分去除。

為了使烘干后的鉬精礦水份符合要求，該礦特別就閃蒸出口溫度、氣箱脈沖布袋除塵［5］器的布袋入口溫度及烘干鉬精礦水份進(jìn)行了交叉測試，最終確定了閃蒸出口溫度及布袋入口溫度分別控制在75～85℃、65～75℃為宜。 在此操作下，烘干成品鉬精礦水分穩(wěn)定地控制在2%以下（如表1），礦粉松散度良好。

表1 鉬精礦水份 %

3.2 螺旋輸送量

螺旋輸送機(jī)［6］可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料點(diǎn)到最終的卸料點(diǎn)間形成一種物料的輸送流程。它既可以進(jìn)行碎散物料的輸送，也可以進(jìn)行成件物品的輸送。在輸送形式上分為有軸螺旋輸送機(jī)和無軸螺旋輸送機(jī)兩種，在外型上分為U型螺旋輸送機(jī)和管式螺旋輸送機(jī)。螺旋輸送機(jī)在輸送物料的工作原理基本上分為三類:一是推擠法、二是離心誘導(dǎo)法、三是重力滑下法。該礦失策秤螺旋定量給料屬單螺桿失重式計(jì)量輸送，是以摩擦驅(qū)動方式連續(xù)推擠運(yùn)輸物料。此類方法一般是利用螺旋葉片來進(jìn)行輸送物料，常用于倉底的卸料輸送，物料經(jīng)常充滿螺旋。

螺旋輸送量［7］計(jì)算公式為：Q=60ψ*β0*k*r*n*D3

Q—輸送量 t/h；ψ—物料填充系數(shù)；β0—傾斜系數(shù)；k—螺距與直徑比例系數(shù),由選定規(guī)格的螺旋輸送機(jī)計(jì)算求值；r—物料容重 t/m3；n—轉(zhuǎn)速r/min；d—螺旋直徑m。

原失策秤螺旋定量給料系統(tǒng)里的螺桿的螺距、尺寸等參數(shù)廣泛適用于多種材料的生產(chǎn)線，但對于該礦物料鉬精礦來說，缺少針對性。

在對螺旋管拆解后，經(jīng)測量計(jì)算，核實(shí)了其單位時間內(nèi)輸送鉬精礦量較小，與生產(chǎn)所需的輸送量不相匹配。

由螺旋輸送的輸送量計(jì)算公式可知，在已知輸送量、螺旋直徑、物料容重、物料充填系數(shù)及固定傾斜系數(shù)、確定了葉片直徑D 的前提下，剩下螺旋軸轉(zhuǎn)速和螺桿的螺距為兩個可調(diào)整的變量。而螺旋軸轉(zhuǎn)速n 不能超過其極限轉(zhuǎn)速，否則其對物料的攪拌作用將大大超過輸送作用。因此技術(shù)人員根據(jù)生產(chǎn)所需，對螺桿的螺距進(jìn)行了調(diào)整，將原螺桿的尺寸為40×25×30（其中螺桿的外徑為40mm，螺桿的螺距為25mm，螺桿的內(nèi)徑為30mm）調(diào)整為40×30×30（其中螺桿的外徑為40mm，螺桿的螺距為30mm，螺桿的內(nèi)徑為30mm）。

3.3 失重秤PID 控制器參數(shù)設(shè)置

失重秤的工作情況大致為：將來自補(bǔ)料倉的鉬精礦通過稱重橋架進(jìn)行重量檢測；被檢測的重量信號送入稱重控制器進(jìn)行微積分處理，并顯示以公斤每小時為單位的瞬時流量及以噸為單位的累計(jì)量。

失重秤計(jì)量采用PID 控制［8］算法，影響該控制算法最重要的因素就是對于控制器的參數(shù)設(shè)定，不同的算法會影響計(jì)量流程的控制周期和控制效果，所以要選擇合適的PID 控制參數(shù)。原設(shè)置的參數(shù)是廠家經(jīng)驗(yàn)推薦參數(shù)，該參數(shù)一方面針對性不強(qiáng)，另一方面失重秤在使用時間過程中會逐漸產(chǎn)生誤差，且誤差會不斷累積，因此并不能恒定保持最佳值。而一旦參數(shù)不合理，會導(dǎo)致控制周期的超前或者滯后等現(xiàn)象，最終會導(dǎo)致失重秤下至螺旋輸送機(jī)的鉬精礦量或多、或少，偏離生產(chǎn)要求。

技術(shù)人員使用最常用的PID 參數(shù)整定試湊法進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，同步記錄不同參數(shù)下的單位時間內(nèi)從失重秤下到螺旋輸送機(jī)的鉬精礦量。通過不斷調(diào)節(jié)參數(shù)，最終使下料量無限接近200kg/h 的生產(chǎn)要求。

4 全自動恒定給料改進(jìn)后焙燒效果

經(jīng)上述改進(jìn)后，回轉(zhuǎn)窯給料的持續(xù)性、均勻性得到有效提高。由于給料平穩(wěn)均勻，焙燒作業(yè)效果明顯提升，鉬精礦焙燒充分，產(chǎn)出的焙砂結(jié)塊率低（見圖5），雜質(zhì)含量少，相應(yīng)焙燒柴油及后續(xù)的焙砂氨浸處理物料（如液氨）單耗均有所降低（見表2）。

圖5 全自動恒定給料改進(jìn)后焙砂

表2 柴油、液氨單耗 kg/t

5 結(jié)語

（1）引進(jìn)由粉料氣力輸送及失重秤螺旋定量給料組成的全自動恒定給料系統(tǒng)，以此替代人工對回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行給料，符合生產(chǎn)企業(yè)自動化發(fā)展的趨勢。

（2）給料系統(tǒng)在總體滿足生產(chǎn)需求的前提下，為使之更符合生產(chǎn)需求，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)是必要的。這種調(diào)整，包括系統(tǒng)本身，也應(yīng)包括系統(tǒng)作業(yè)時的關(guān)聯(lián)因素，如原料鉬精礦。

（3）改進(jìn)后，回轉(zhuǎn)窯全自動恒定給料系統(tǒng)的給料均衡性提高，焙燒作業(yè)效果得到相應(yīng)改善，為鉬酸銨后續(xù)制取提供品質(zhì)更高的焙砂原料。