[发明专利]铜转炉吹炼自动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及铜精矿冶炼领域，具体涉及一种铜转炉吹炼自动控制系统。

背景技术

铜锍吹炼主要采用PS转炉吹炼技术，目前全球矿产粗铜80％产能均采用PS转炉吹炼。冰铜吹炼是分周期进行的，分为造渣期和造铜期，在造渣期，从风口向炉内熔体中鼓入空气或富氧空气，通过空气的搅拌，冰铜中的FeS被氧化，生成FeO和SO₂；FeO再与添加的熔剂中的SiO₂进行造渣反应。造渣反应一结束，暂时停止送风，进行排渣操作。在造铜期，留在炉内的白冰铜(主要以Cu₂S的形式存在)与鼓入的空气中的氧反应，生成粗铜和SO₂。

铜锍吹炼过程中，对造渣期和造铜期终点的判断极其重要，终点判断误差几分钟就会使得后续的处理延长数小时，严重影响铜冶炼的效率。如在造渣期，渣过吹，会使FeO进一步氧化成Fe₃O₄，渣欠吹，Fe除不尽，易生成Fe₃O₄，产生铁酸铜（Cu₂O.Fe₂O₃）均使得渣型恶化，渣含铜升高，同时粘度高的Fe₃O₄化合物易粘接在炉内壁，缩小炉容积，使得铜转炉的生产能力降低；若过吹（老铜），含氧高，对后续工序阳极炉作业还原时间过长，增加还原天然气消耗；若欠吹（嫩铜），含硫高，对后续工序阳极炉作业影响是氧化时间过长，增加燃烧天然气消耗。同时，都会降低粗铜品位，影响粗铜质量。另外，在转炉吹炼过程中，发生的反应几乎全部是放热反应，为维持热平衡，必须根据炉温变化适时加入冷料减少温度波动，保护炉衬和延长炉寿命。但是，目前关于铜转炉吹炼终点判断所采用方法大多是人工取样、目测渣样、铜样变化及火焰摆动、飞溅火花变化情况判断吹炼终点，炉温的测定也是采取人工取样目测其流动性，或者观察炉膛亮度。而人工取样容易受操作工人的精神状态以及个人实践经验的影响，造成终点判断不准、命中率低，容易造成过吹、“冷炉”或“喷炉”等安全隐患。同时命中率低，需重复取样，迫使倾转炉体频繁，大量冶炼废气从炉口外排造成空气污染，影响操作工人的身体健康。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜转炉吹炼的控制系统，其可实现对铜转炉吹炼过程中造渣终点、造铜终点的精确判断，避免出现过吹、欠吹等现象，保证铜转炉吹炼的安全生产，提高铜冶炼的效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铜转炉吹炼的控制系统，其包括在造渣期在线对铜转炉内熔体中PbO和PbS特征光谱发射强度信号进行采集的造渣终点检测单元（10），以及在造铜期在线对铜转炉烟道烟气中的SO₂气体浓度信号进行采集的造铜终点检测单元，数据处理单元分析处理造渣、造铜终点检测单元采集的信号判断是否到达造渣、造铜终点并调控是否停风吹炼；

数据处理单元采用如下方法对造渣终点检测单元（10）采集的PbO和PbS特征光谱发射强度信号进行分析处理：

将造渣终点检测单元（10）采集的PbO和PbS的特征光谱发射强度信号在同一坐标系下分别绘制生成PbO光强曲线和PbS光强曲线，光强曲线的横坐标为时间，纵坐标为光强；判断两条光强曲线是否相交，如果相交，则该交点前后五分钟的时间区间为造渣终点区间，在该造渣终点区间内进行停风吹炼作业，否则继续造渣吹炼操作。

通过研究发现，在造渣期接近终点时，铜转炉内的PbS开始氧化反应生成PbO，因此可通过检测铜转炉造渣冶炼过程中PbS、PbO浓度变化来对造渣终点进行准确判断；造铜期熔体主要成份是Cu₂S，其冶炼任务是脱硫，生成气体SO₂浓度变化明显。通过大量生产实践表明，造铜期吹炼期间，烟气中SO₂浓度大约稳定在10～15%之间，在造铜期后期，浓度下降到突变短暂时段区域即造铜期终点，浓度约在0.8～1.2%之间。因此本发明中通过在造渣期对铜转炉内熔体中PbO和PbS以及在造铜期对铜转炉烟道烟气中SO₂的数据采集，可实现对造渣、造铜终点的准确判断，调控停风吹炼，从而达到避免出现过吹、欠吹等现象，保证铜转炉吹炼的安全生产，提高铜冶炼的效率。造渣终点检测单元采集的信号应当间接或者直接的能够表征出熔体中PbO和PbS的浓度变化。