[发明专利]收集和分析与顶部浸没式喷射注射器反应器系统操作状况有关的数据的系统和方法

说明书

提供了用于收集和分析与顶部浸没式喷射注射器反应器系统中的操作状况相关的数据的系统，该系统具有喷枪，喷枪下端将在顶部浸没式喷射注射器反应器系统的操作期间浸没在熔融池中。该系统包括：(a)至少两个传感器，被配置为感测操作状况的指标并生成感测数据信号，每个传感器是不同的传感器类型，并且所述至少两个传感器中的至少一个传感器是基于喷枪的传感器；以及(b)中央处理单元，用于接收多个感测数据信号，并且分析与操作状况的至少两个指标相关的感测数据信号，以确定操作状况的当前状态。

背景技术

需要熔池(bath)和含氧气体源之间的相互作用的熔融池熔炼(Molten bathsmelting)或其它热冶(pyrometallurgical)操作利用几种不同的布置来供应气体。通常，这些操作涉及直接注入到熔融的锍(matte)/金属中。这可能通过如在贝塞尔(Bessemer)类型炉中的底吹鼓风口或如在Peirce-Smith类型转换器中的侧吹鼓风口。可替代地，气体的注入可以通过喷枪来提供或者顶吹或者浸没式注射。顶吹喷枪注射的示例是KALDO和BOP炼钢厂，其中纯氧从熔池上方吹，以从熔铁中产生钢。顶吹喷枪注射的另一个示例是三菱(Mitsubishi)铜工艺，其中喷枪引起含氧气体(例如富氧空气)的喷发，以撞击并穿过熔池的顶表面以分别产生和转化铜锍。在浸没式喷枪注射的情况下，喷枪的下端被浸没，使得注射发生在熔池内而不是从熔池的熔渣层的上方，以提供顶部浸没式喷射(TSL)注射。

对于顶吹和TSL注射，喷枪经受强烈的占优势的熔池温度。三菱铜工艺中的顶吹使用许多相对小的钢枪，其具有约50mm直径的内管和约100mm直径的外管。内管终止于约炉顶的水平，远在反应区之上。可旋转以防止其附着在炉顶处的水冷套环的外管向下延伸到炉的气体空间中，以将其下端定位在熔融池的上表面上方约500-800mm。夹带在空气中的颗粒进料通过内管吹送，而富氧空气通过管道之间的环形空间吹送。尽管有外管的下端的高于熔池表面的间距，以及通过经过它的气体对喷枪的任何冷却，但是外管每天燃烧回约400mm。因此，外管缓慢降低，并且当需要时，新的部分被附接到外部可消耗管道的顶部。

用于TSL注射的喷枪远大于用于顶吹的喷枪，诸如在上述三菱工艺中的喷枪。TSL喷枪通常具有至少内管和外管，如下所述，但是可以具有与内管和外管同心的至少一个其它管。典型的大型TSL喷枪具有200至500mm或更大的外管直径。此外，喷枪更长并且向下延伸穿过TSL反应器的顶部，其可以为约10至15米高，使得外管的下端浸入到熔池的熔渣相中约300mm或更大的深度，但是被通过其中的注入气流的冷却作用在外管的外表面上形成并维持的固化炉渣的涂层保护。内管可以在与外管约相同的水平处终止，或者在高于外管下端多达约1000mm的较高水平处终止。因此，可能是只有外管的下端处于浸没的情况。

TSL喷枪的内管可以用于供应被注射到熔池的渣层中的进料材料，诸如浓缩物、助熔剂和还原剂，或者它可以用于燃料。含氧气体，诸如空气或富氧空气，通过管道之间的环形空间供应。当在熔池的熔渣层内开始浸没注射时，含氧气体和燃料(诸如燃料油、精煤或烃气)被供应给喷枪，并且生成的氧气/燃料混合物被燃烧以生成撞击到炉渣中的火焰喷发。这使得炉渣在熔池内倾斜，从而导致明显的熔池移动。这种熔池运动，连同经由喷枪注射气体或其它材料导致喷枪由于引发的力的移动。顶部浸没式喷枪所经历的运动范围具有提供关于在熔融池中发生的过程操作的重要信息的潜力。

由于顶部浸没式喷射注射器反应器的内容不可见，因此操作者可能难以对反应器内的操作状况具有任何真实的了解。关于反应器的操作的数据使用标准范围的装备进行收集，包括通常驻留在反应器壳体或衬套中或其上的设备，诸如热电偶、流量计等。由于反应器内非常恶劣的环境，用于监测操作状况的任何仪器总是高成本，并且需要频繁的维护和/或更换。

使用标准装备监测操作状况的常规方法往往使用以隔离和/或线性方式收集到的数据。例如，熔渣池的温度可能使用热电偶进行测量，并且温度测量值被用作隔离的读数，以试图推断反应器内正在发生的情况。这种方法忽略了影响和/或指示各种操作状况的因素之间的固有的相互作用，并且使得难以向工厂操作者提供关于反应器内的操作状况的准确诊断。