DF-5704中子活化烧结元素在线分析仪

王力东 张伟 尹兆余

摘要：瞬发伽马射线中子活化分析技术（PGNAA）技术由于其分析精度高、在线测量等众多技术优势，广泛用于建材、冶金等诸多领域。本文就其碱度仪的原理、组成、取样标定过程及所带来的效益进行了梳理与讨论。

关键词：DF-5704中子活化烧结元素在线分析仪;碱度仪;效益

一、总述

烧结矿为高炉生产的主要原料，它的质量及其变化对高炉的产品质量和经济效益都有决定性的影响。而烧结矿的质量，取决于许多因素。目前烧结矿采用荧光分析成分来指导配料，滞后时间严重，烧结矿的产品质量较低。

采用DF-5704中子活化烧结元素在线分析仪可以有效缩短滞后时间，快速调节配料配比，减少烧结矿的波动幅度，提高烧结矿的一级品率和碱度稳定率，为企业提高更多效益，稳定高炉炉况提高高炉产量。

二、分析仪工作原理

DF-5704中子活化烧结元素在线分析仪采用瞬发γ射线中子活化分析技术，利用中子源产生的中子流轰击靶样品中各種元素的原子核，原子核发生辐射俘获、非弹性散射等反应，并在小于10-14s时间内退激释放出能量为2keV～10MeV的γ射线[1]如图1所示，通过探测器探测，根据各特征γ射线的能量和强度（峰面积）对元素进行在线定性和定量分析，从而准确的分析出混合料中全铁、钙、硅等元素。

三、分析仪主要部件组成及作用

DF-5704中子活化烧结元素在线分析仪主要部件有测量装置、探测器、放射源、信号处理柜、UPS、主机和电缆等组成如图2所示：

分析仪主机安装在配料室或中央控制室，其他部件安装于现场，测量装置采用非接触式检测，模块化结构，跨皮带式安装，安装在二次混合机后烧结机之前的皮带传输机上，分析仪的放射源和探测器安装在测量装置内，分析仪测量装置前装有电子皮带秤，用以补偿不同料层厚度测得的元素含量，探测器通过混装电缆与信号处理柜相连，信号处理柜和皮带秤信号通常由光纤将信号送至配料室主机，主机通过内部处理、分析、计算出各种元素的含量、碱度和优化配比如图3所示，供操作员及时调整配比。

四、安装工艺点

碱度仪安装工艺点一般为铁质原料混匀、一混或二混后的混合料和筛分后成品烧结矿测量，如下图4所示，但不仅限于以上工艺点。

传统烧结配料方式，配料师傅需等待烧结成品矿化验数据出来再做配比调整，现场一般在上图的筛分之后取样化验，这个过程需要数小时的等待，例如鞍钢矿业公司东烧厂需要4个小时左右，鞍钢炼铁厂三烧车间需要4.5小时，混合料配比调整都严重滞后，造成碱度指标波动，而DF-5704中子活化烧结元素在线分析安装在一混或二混后见图4，从配料到检测工艺点工艺点只需15分钟，碱度仪通过内部数据分析将结果传送到中控室，中控室实时显示碱度和全铁等元素数值，操作员可以及时修改混合料的配比，避免长时间的等待，减小质量波动，提高烧结矿的质量。

五、采样及标定效果

碱度仪的标定有静态标定和动态标定两种标定共同组成，静态标定是采用样品标样方式（标样随设备一起发到现场），按现场元素梯度准备好5组标准样品，到现场后拟合现场的条件逐一调试好5组样品参数，待现场正常运行时通过动态标定来修正参数，避免大量动态样品的采集。

动态标定需要采集现场烧结矿样品，一般在筛分之后的成品皮带上人工采集样品，每个样为1小时样品的平均值，每个样品在成品皮带上取样7次，每次取1Kg左右，汇集在一起送至化验室通过粗碎、中碎、缩分、细碎、圆盘磨至粒度在150目以下，混匀、用四分法取7克用荧光分析出元素含量，碱度仪自身有记录功能，将取样时间段的皮带速度、重量和探测器的计数导出拟合化验值达到仪表最佳使用状态。

DF-5704中子活化烧结元素在线分析有效地提高了产品的质量，东鞍山烧结厂2017年使用碱度仪前后数据对比，成品矿的一级品率提高4.64%，为企业创造了直接效益，稳定了高炉的炉况，从而为高炉间接增加了效益。

六、效益分析

（一）烧结厂直接效益

为企业提高直接经济效益，以东鞍山烧烧结厂为例，东烧为鞍钢炼铁厂4#高炉提供烧结矿，其结算方式为一级品成品矿以660元吨，二级品成品矿以640元吨，东鞍山烧结厂内烧结机为360平烧结机台时产量420吨小时，如每年生产时间为320天，以前一级品率为84.38%，目前提高到89.02%，一级品率提高4.64%，则一项每年为企业增加利润299万元。

年增利润=（一级品价格-二级品价格）*每小时产量*24小时*年工作日*一级品率提高4.64%（660-640）*420*24*320*4.64%=299万元。

（二）高炉间接效益

DF-5704中子活化烧结元素在线分析对高炉生产的效益计算：配料控制的波动对高炉的影响很大，国内经验烧结矿稳定率提高10%，高炉产量提高1.5%，[2]东烧结厂稳定率提高3.97%，以鞍钢厂为例：4号高炉2580m3（利用系数2.32tm3·d），焦比降低0.397%，焦比240kgt。则通过降低碱度波动带来的效益包括：高炉增产效益+节焦效益。

高炉增产效益=增产百分比*高炉规模*利用系数*工作日*生铁单价。

1.5%*（3.97%10%）*2580m3*2.32tm3·d*360天*2800元t=3592.9402万元年。

七、总结

DF-5704中子活化烧结元素在线分析对烧结配料的调节时间可以缩短至15分，避免传统人工配料调节的滞后，有效的减少烧结矿质量波动，提高了烧结矿的产品质量，烧结矿的质量与效益紧密相连，直接为烧结厂增加效益。

烧结矿是炼铁的主要原料，烧结矿质量的好坏直接影响到烧结厂经济效益，烧结矿质量的稳定也会对高炉的产量产生影响，烧结矿碱度稳定率提高3.97%，提高高炉产量0.5955%，间接创造效益3592万元年。

参考文献：

[1]黑大千.PGNAA在线分析技术发展与现状[J].工业技术，2014，4（63）.

[2]郭晓影.提高烧结矿碱度稳定率的研究[D].沈阳：东北大学硕士论文，2009，7（01）.