回轉窯恒定給料的生產實踐

鄭建英

（江西銅業集團有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

德興銅礦是國內以伴生輝鉬礦生產鉬精礦、并以自產鉬精礦進一步加工鉬酸銨的生產單位。其鉬酸銨生產工藝為：鉬精礦焙燒得到焙砂，焙砂再經酸洗、氨浸等處理得到鉬酸銨產品。

焙燒作業作為鉬酸銨生產的首道工序，影響其作業效果的因素諸多，如焙燒設備、溫度控制、風量控制、臺效控制等。

德興銅礦鉬酸銨生產的焙燒作業采用φ1200×24000 回轉窯［1］完成，其設計臺效［2］為200/h，控制范圍為200±10kg/h。本文結合生產實踐就回轉窯給料控制進行闡述。

2 回轉窯給料

2.1 人工給料及焙燒效果

回轉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窯給料口，焙燒產出焙砂后，桶裝送到預處理工序。整個作業勞動強度高、揚塵大。此外，由于受人為因素影響，給料難以達到持續、均勻的要求，焙砂結塊現象較為嚴重（見圖2）。

2.2 全自動恒定給料

圖1 回轉窯人工給料

圖2 人工給料情形下結塊的焙砂

鑒于職業衛生健康要求和生產效能等方面的考慮，該礦對鉬加工生產進行了改擴建。改擴建后回轉窯給料作業相應得到升級：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主要由原料貯倉、下引式射流輸送泵系統、補料倉、失重秤螺旋定量給料等部件及設施組成。整個系統可大致分為兩段：前段由原料貯倉、下引式射流輸送泵系統構成，核心是下引式射流輸送泵系統，主要作業內容是運用流態化技術與氣力壓差原理將原料貯倉中的鉬精礦送入補料倉；后段由補料倉、失重秤螺旋定量給料組成，核心是失重秤及螺旋輸送機，主要作業內容是根據回轉窯臺效要求將鉬精礦由補料倉持續、均勻地送入回轉窯。

2.3 全自動恒定給料的焙燒效果

新的給料系統運行后，回轉窯給料情況總體明顯優于人工給料，給料勞動量及勞動強度下降的同時，給料相對均衡，實現了焙燒作業人員配置減少、焙燒效果明顯提升（見圖3）的好現象。

圖3 新的給料系統運行后的焙砂

3 全自動恒定給料的改進

回轉窯全自動恒定給料雖然在效率、揚塵等方面大大優于人工給料，但前期運行中不時出現回轉窯給料中斷問題。通過簡單排查，主要是系統發生堵塞。此情形下，作業人員通常以重物敲擊料倉或系統其他相應部位，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，對其部分拆解進行清堵疏通，嚴重影響了回轉窯臺效。而為了總體達到回轉窯設定的臺效，作業人員會通過系統中人工添料口快速補足系統停止時間段應給的鉬精礦量。上述情況下，雖然回轉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塊現象（見圖2）。

為較好地解決系統堵塞問題，技術人員對整個系統作業的各環節、鉬精礦、人員操作情況等進行了逐一排查。由于堵塞多出現在螺旋輸送機上，且有粘結（見圖4）現象，因此技術人員將問題解決的關鍵鎖定在了鉬精礦、螺旋輸送量、失重秤PID控制器參數設置三個因素上。

圖4 鉬精礦粘結在螺旋上

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產物，具有粒度細［3］、礦性粘、-10 μm 粒級占比高的特點，脫水烘干十分困難。

精礦脫水烘干，工業上傳統方法一般是：濃密機濃縮-過濾脫水-蒸汽干燥（或電磁干燥），濃密機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，可根據物料性質選擇普通或高效濃密機即可達到目的；過濾脫水環節是將較高濃度精礦漿進一步脫水，達到固液基本分離，一般選擇為真空過濾或加壓過濾，真空過濾選擇布質或微孔陶瓷較多，加壓過濾有電動式或液壓式不等，可根據物料性質、處理規模、自動化程度的要求靈活選擇，對微細粒精礦而言，采用液壓式加壓過濾更能滿足工藝要求；微細粒精礦的干燥環節是實現其脫水的最后工序，也是脫水干燥的難點，工業生產基本上是采用蒸汽干燥或電磁干燥，這兩種方法對常規精礦而言是成熟可靠的，但用于粒度細、礦性粘的微細粒精礦，烘干產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，采用了“濃縮脫水-加壓過濾-閃蒸干燥［4］”工藝（見圖5），主要設備分別采用NDJ-12 濃縮機、GNDJB-1500 攪拌槽、APN11-M6 板框壓濾機、SKSZ 旋轉閃蒸干燥機、流量1.60m3/min 排氣壓力0.8MPa 空壓機，相應除塵系統采用選用LQMC32-5 型氣箱脈沖布袋除塵器。此工藝條件下，鉬精礦漿經濃縮后得到濃度約為55%～65%的底流，再經加壓過濾后得到水份13%以下的濾餅，最后經220～330℃的閃蒸熱風處理后，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［6］可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料點到最終的卸料點間形成一種物料的輸送流程。它既可以進行碎散物料的輸送，也可以進行成件物品的輸送。在輸送形式上分為有軸螺旋輸送機和無軸螺旋輸送機兩種，在外型上分為U型螺旋輸送機和管式螺旋輸送機。螺旋輸送機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量輸送，是以摩擦驅動方式連續推擠運輸物料。此類方法一般是利用螺旋葉片來進行輸送物料，常用于倉底的卸料輸送，物料經常充滿螺旋。

螺旋輸送量［7］計算公式為：Q=60ψ*β0*k*r*n*D3

Q—輸送量 t/h；ψ—物料填充系數；β0—傾斜系數；k—螺距與直徑比例系數,由選定規格的螺旋輸送機計算求值；r—物料容重 t/m3；n—轉速r/min；d—螺旋直徑m。

原失策秤螺旋定量給料系統里的螺桿的螺距、尺寸等參數廣泛適用于多種材料的生產線，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，經測量計算，核實了其單位時間內輸送鉬精礦量較小，與生產所需的輸送量不相匹配。

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

3.3 失重秤PID 控制器參數設置

失重秤的工作情況大致為：將來自補料倉的鉬精礦通過稱重橋架進行重量檢測；被檢測的重量信號送入稱重控制器進行微積分處理，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量。

失重秤計量采用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設定，不同的算法會影響計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。原設置的參數是廠家經驗推薦參數，該參數一方面針對性不強，另一方面失重秤在使用時間過程中會逐漸產生誤差，且誤差會不斷累積，因此并不能恒定保持最佳值。而一旦參數不合理，會導致控制周期的超前或者滯后等現象，最終會導致失重秤下至螺旋輸送機的鉬精礦量或多、或少，偏離生產要求。

技術人員使用最常用的PID 參數整定試湊法進行參數調節，同步記錄不同參數下的單位時間內從失重秤下到螺旋輸送機的鉬精礦量。通過不斷調節參數，最終使下料量無限接近200kg/h 的生產要求。

4 全自動恒定給料改進后焙燒效果

經上述改進后，回轉窯給料的持續性、均勻性得到有效提高。由于給料平穩均勻，焙燒作業效果明顯提升，鉬精礦焙燒充分，產出的焙砂結塊率低（見圖5），雜質含量少，相應焙燒柴油及后續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后焙砂

表2 柴油、液氨單耗 kg/t

5 結語

（1）引進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，以此替代人工對回轉窯進行給料，符合生產企業自動化發展的趨勢。

（2）給料系統在總體滿足生產需求的前提下，為使之更符合生產需求，根據實際情況進行調整改進是必要的。這種調整，包括系統本身，也應包括系統作業時的關聯因素，如原料鉬精礦。

（3）改進后，回轉窯全自動恒定給料系統的給料均衡性提高，焙燒作業效果得到相應改善，為鉬酸銨后續制取提供品質更高的焙砂原料。