DF-5704中子活化燒結(jié)元素在線分析儀

王力東 張偉 尹兆余

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

關(guān)鍵詞：DF-5704中子活化燒結(jié)元素在線分析儀;堿度儀;效益

一、總述

燒結(jié)礦為高爐生產(chǎn)的主要原料，它的質(zhì)量及其變化對高爐的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益都有決定性的影響。而燒結(jié)礦的質(zhì)量，取決于許多因素。目前燒結(jié)礦采用熒光分析成分來指導(dǎo)配料，滯后時間嚴(yán)重，燒結(jié)礦的產(chǎn)品質(zhì)量較低。

采用DF-5704中子活化燒結(jié)元素在線分析儀可以有效縮短滯后時間，快速調(diào)節(jié)配料配比，減少燒結(jié)礦的波動幅度，提高燒結(jié)礦的一級品率和堿度穩(wěn)定率，為企業(yè)提高更多效益，穩(wěn)定高爐爐況提高高爐產(chǎn)量。

二、分析儀工作原理

DF-5704中子活化燒結(jié)元素在線分析儀采用瞬發(fā)γ射線中子活化分析技術(shù)，利用中子源產(chǎn)生的中子流轟擊靶樣品中各種元素的原子核，原子核發(fā)生輻射俘獲、非彈性散射等反應(yīng)，并在小于10-14s時間內(nèi)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(jù)各特征γ射線的能量和強度（峰面積）對元素進(jìn)行在線定性和定量分析，從而準(zhǔn)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(jié)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(xiàn)場，測量裝置采用非接觸式檢測，模塊化結(jié)構(gòu)，跨皮帶式安裝，安裝在二次混合機后燒結(jié)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(nèi)，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(nèi)部處理、分析、計算出各種元素的含量、堿度和優(yōu)化配比如圖3所示，供操作員及時調(diào)整配比。

四、安裝工藝點

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

傳統(tǒng)燒結(jié)配料方式，配料師傅需等待燒結(jié)成品礦化驗數(shù)據(jù)出來再做配比調(diào)整，現(xiàn)場一般在上圖的篩分之后取樣化驗，這個過程需要數(shù)小時的等待，例如鞍鋼礦業(yè)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(diào)整都嚴(yán)重滯后，造成堿度指標(biāo)波動，而DF-5704中子活化燒結(jié)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(nèi)部數(shù)據(jù)分析將結(jié)果傳送到中控室，中控室實時顯示堿度和全鐵等元素數(shù)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(zhì)量波動，提高燒結(jié)礦的質(zhì)量。

五、采樣及標(biāo)定效果

堿度儀的標(biāo)定有靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定兩種標(biāo)定共同組成，靜態(tài)標(biāo)定是采用樣品標(biāo)樣方式（標(biāo)樣隨設(shè)備一起發(fā)到現(xiàn)場），按現(xiàn)場元素梯度準(zhǔn)備好5組標(biāo)準(zhǔn)樣品，到現(xiàn)場后擬合現(xiàn)場的條件逐一調(diào)試好5組樣品參數(shù)，待現(xiàn)場正常運行時通過動態(tài)標(biāo)定來修正參數(shù)，避免大量動態(tài)樣品的采集。

動態(tài)標(biāo)定需要采集現(xiàn)場燒結(jié)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(xì)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(shù)導(dǎo)出擬合化驗值達(dá)到儀表最佳使用狀態(tài)。

DF-5704中子活化燒結(jié)元素在線分析有效地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，東鞍山燒結(jié)廠2017年使用堿度儀前后數(shù)據(jù)對比，成品礦的一級品率提高4.64%，為企業(yè)創(chuàng)造了直接效益，穩(wěn)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(jié)廠直接效益

為企業(yè)提高直接經(jīng)濟效益，以東鞍山燒燒結(jié)廠為例，東燒為鞍鋼煉鐵廠4#高爐提供燒結(jié)礦，其結(jié)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(jié)廠內(nèi)燒結(jié)機為360平燒結(jié)機臺時產(chǎn)量420噸小時，如每年生產(chǎn)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(yè)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(chǎn)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(jié)元素在線分析對高爐生產(chǎn)的效益計算：配料控制的波動對高爐的影響很大，國內(nèi)經(jīng)驗燒結(jié)礦穩(wěn)定率提高10%，高爐產(chǎn)量提高1.5%，[2]東燒結(jié)廠穩(wěn)定率提高3.97%，以鞍鋼廠為例：4號高爐2580m3（利用系數(shù)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(chǎn)效益+節(jié)焦效益。

高爐增產(chǎn)效益=增產(chǎn)百分比*高爐規(guī)模*利用系數(shù)*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(jié)

DF-5704中子活化燒結(jié)元素在線分析對燒結(jié)配料的調(diào)節(jié)時間可以縮短至15分，避免傳統(tǒng)人工配料調(diào)節(jié)的滯后，有效的減少燒結(jié)礦質(zhì)量波動，提高了燒結(jié)礦的產(chǎn)品質(zhì)量，燒結(jié)礦的質(zhì)量與效益緊密相連，直接為燒結(jié)廠增加效益。

燒結(jié)礦是煉鐵的主要原料，燒結(jié)礦質(zhì)量的好壞直接影響到燒結(jié)廠經(jīng)濟效益，燒結(jié)礦質(zhì)量的穩(wěn)定也會對高爐的產(chǎn)量產(chǎn)生影響，燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定率提高3.97%，提高高爐產(chǎn)量0.5955%，間接創(chuàng)造效益3592萬元年。

參考文獻(xiàn)：

[1]黑大千.PGNAA在線分析技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀[J].工業(yè)技術(shù)，2014，4（63）.

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