銅閃速熔煉的方法以及系統的製作方法

2023-06-23 15:29:01

專利名稱：銅閃速熔煉的方法以及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種冰銅生產技術。
背景技術：
閃速爐熔煉工藝是將乾燥後的爐料經精礦噴嘴與富氧空氣噴入閃速爐反應塔內， 利用精礦中鐵、硫的氧化反應熱和重油燃燒形成高溫完成造硫過程，得到的冰銅和爐渣在沉澱池內分離。閃速爐的反應塔是閃速熔煉進行高溫物理化學反應基本完成造硫過程的場所，其內壁面溫度的分布和塔內氣體直接反映了內部物理化學反應情況及塔壁掛渣的變化趨勢。它是判斷閃速爐生產情況的主要參數。由於塔內有氣、固、液三種介質，是高溫、強化學腐蝕的環境，所以缺乏可靠的在線檢測手段，現場操作人員一般憑爐壁外側表面外部幾個點的溫度和人工經驗，對爐內情況進行粗略判斷。閃速爐熔煉以精礦噴嘴能力、鼓風機能力、制氧機能力、煙氣處理能力、廢渣鍋爐能力以及工藝要求的反應塔溫度、沉澱池溫度、上升煙道煙氣量等環節作為約束條件，建立閃速爐爐況模型，能在提高處理量的前提下對銅鋶品位、鼓風富氧濃度、爐渣的渣型進行有效調節。目前，銅閃速熔煉過程主要的數學模型都是基於實際生產數據的經驗模型(也可稱為辨識模型)，通過採集大量的實際生產數據，運用數據挖掘原理，對數據進行分析，從而揭示輸入輸出的對應關係。其中最有代表性的是回歸模型和神經網絡模型。由於經驗模型不涉及過程的內在原理，所以其建模過程比較容易，其吻合性和適用性取決於樣本空間的大小和分布情況。對於閃速熔煉過程而言，要從實際生產中取得大範圍變化的樣本數據非常困難，而且往往很不現實，結果導致其應用範圍受到限制。導致閃速爐生產要求控制的主要三大目標參數(冰銅品位、渣中的鐵矽比i^/Si02、冰銅溫度)控制精度達不到生產控制的要求。在現有專利技術中，如專利申請號為200810031808.0、名稱為「一種基於工況判斷的智能集成建模方法」
公開日期為2009年1月28日的公開申請文件，其記載了一種通過對機理模型與模糊神經網絡模型的輸出結果進行協調從而得到最終預測結果的技術方案， 該技術方案仍然依賴模糊神經網絡模型，鑑於上述分析，由於神經模糊網絡模型的樣本資料庫的限制，因此其仍然存在上述控制精度不理想的問題。

發明內容
本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種銅閃速熔煉的生產控制方法，用以實現較現有技術更高的控制精度。本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種銅閃速熔煉生產優化系統，用以實現較現有技術更高的控制精度。
為了解決上述的第一個技術問題，本發明提出一種銅閃速熔煉的方法，其包括 前饋數據處理的步驟根據目標參量的計劃值，計算出入爐料量所需的工藝參量的初
始值，其中，目標參量包括鐵矽比(Fe/Si02)、冰銅品位和冰銅溫度，工藝參量包括石英砂
量、重油量和風氧量；
反饋數據處理的步驟收集閃速爐的目標參量的實測值，將上述實測值與計劃值進行計算處理，計算出工藝參量的補償量；
工藝參量調整的步驟將上述初始值與補償量結合，對工藝參量進行修正計算，得到工藝參量的修正值，閃速爐的控制系統按照上述修正值實施入爐工藝參量。優選地根據i^e/Si02的計劃值和總的爐料量，依據物質成份和質量守恆定律，求出所述石英砂的初始值。物質成分主要是銅、硫、鐵、鉛、鋅、鈣、鎂、氧和矽及其反應中間相，
優選地依據輸入閃速爐的總熱量與反應熱之和求出輸入的重油量的初始值。為了解決上述的第二個技術問題，本發明提出一種銅閃速熔煉系統，包括
前饋數據處理裝置，其用於根據目標參量的計劃值，計算出入爐料量所需的工藝參量的初始值，其中，目標參量包括鐵矽比(Fe/Si02)、冰銅品位和冰銅溫度，工藝參量包括石英砂量、重油量和風氧量； 其特徵在於還包括
反饋數據處理裝置，其用於收集閃速爐的目標參量的實測值，將上述實測值與計劃值進行計算處理，計算出工藝參量的補償量，將補償量傳遞給工藝參量調整裝置；
工藝參量調整裝置，其接收來自所述前饋數據處理裝置和反饋數據處理裝置的數據， 其用於將所述初始值與所述補償量結合，對工藝參量進行修正計算，得到工藝參量的修正值，閃速爐的控制系統按照上述修正值實施入爐工藝參量。本發明的有益效果
相比現有技術的控制系統的預測技術和效果，本發明基於物料平衡和熱平衡，採用多相平衡計算方法求解熔煉產物各相平衡組成。本發明銅閃速熔煉優化控制系統模型採用「前饋補償-反饋修正」控制方式， 能對閃速爐生產要求控制的以下主要三大目標參數，達到較高的控制精度
1、冰銅品位控制精度
由原目標值士 10%提高到目標值士 1. 5% (閃速爐熔煉採用了通過控制氧化反應中的氧量調節冰銅品位的控制方式)；
2、渣中Fe/Si02比控制精度
由原控制目標值士0. 2提高到目標值士0. 05 (閃速爐熔煉採用了以石英砂調節渣的 Fe/Si02比的控制方式)；
3、冰銅溫度控制精度
由原1215°C 士35°C提高到1215°C 士 15°C (閃速爐熔煉採用了以調節燃燒重油量或常溫風量/純氧量比，以常溫風帶走反應熱量，達到調節冰銅溫度的控制方式)；
本發明密切結合工藝和生產實踐，以往工業自動化項目往往著重自控設備成套和系統集成，而忽略了控制必須服從於工藝的基本要求，所以往往造成自控系統只是停留在數據採集和簡單控制層面上。本發明是以依託實際的工藝流程，有效改善閃速爐作業率和生產的穩定性，穩定冰銅品位使其標準差降低50%以上，提高冶煉綜合回收率0. 5%以上。


圖1是本發明系統的結構框圖。圖2是本發明控制系統模型控制框圖。
具體實施例方式本發明提出一種銅閃速熔煉的方法，其包括
前饋數據處理的步驟根據目標參量的計劃值，計算出入爐料量所需的工藝參量的初始值，其中，目標參量包括鐵矽比(Fe/Si02)、冰銅品位和冰銅溫度，工藝參量包括石英砂
量、重油量和風氧量；
反饋數據處理的步驟收集閃速爐的目標參量的實測值，將上述實測值與計劃值進行計算處理，計算出工藝參量的補償量；
工藝參量調整的步驟將上述初始值與補償量結合，對工藝參量進行修正計算，得到工藝參量的修正值，閃速爐的控制系統按照上述修正值實施入爐工藝參量。參看圖1所示，本發明提出一種銅閃速熔煉系統，包括
前饋數據處理裝置，其用於根據目標參量的計劃值，計算出入爐料量所需的工藝參量的初始值，其中，目標參量包括鐵矽比(Fe/Si02)、冰銅品位和冰銅溫度，工藝參量包括石英砂量、重油量和風氧量；入爐料可以是銅精礦、渣精礦、不定物料、矽酸礦、轉爐菸灰、轉爐鍋爐菸灰、乾燥菸灰、鍋爐菸灰、電收塵菸灰，其主要成份為銅、硫、鐵、鉛、鋅、鈣、鎂、氧和矽等元素；
反饋數據處理裝置，其用於收集閃速爐的目標參量的實測值，將上述實測值與計劃值進行計算處理，計算出工藝參量的補償量，將補償量傳遞給工藝參量調整裝置；
工藝參量調整裝置，其接收來自所述前饋數據處理裝置和反饋數據處理裝置的數據， 其用於將所述初始值與所述補償量結合，對工藝參量進行修正計算，得到工藝參量的修正值，閃速爐的控制系統按照上述修正值實施入爐工藝參量。圖2是本發明控制系統模型控制框圖。本數學模型計算都是根據來自生產和計劃的數據組成的多元方程組，依據實際生產工藝控制的物料平衡和熱平衡計算，通過方程求解獲得冰銅品位、冰銅溫度、渣中鐵矽比的控制值，以及富氧風、重油、配料的修正量，並且採用熔煉過程的DCS系統(分散控制系統) 連接執行。為了實現本數學模型的計算機對銅閃速熔煉在線控制，維持熔煉過程按照計劃進行，系統主要工藝參數控制邏輯如圖2所示。相關調節量設定值V1、V2、V3分別設定為石英砂量、重油量和風氧量。相關調節量的補償量:AV1、AV2, Δ V3分別設定為石英砂量的補償量、重油量的補償量和風氧量的補償量。框圖主要說明如下
前饋模型用於對銅閃速熔煉過程外部條件的變化進行處理，實際上，前饋模型此時就是沒有加入實際修正量的計算，其任務是根據給定參數、指標，如入爐物料成份、精礦投入量、計劃鐵矽比、計劃冰銅品位、計劃冰銅溫度等，計算反應塔石英砂量、重油量、風氧量等工藝參數。反饋模型根據銅閃速熔煉過程中目標參數(渣鐵矽比、冰銅品位、冰銅溫度)與計劃值的偏差，綜合考慮各變量間的相互偶合關係，採用相應的調整算法，計算調節參數的修正值，最終使目標參數穩定在允許偏差範圍內。本發明圖2的銅閃速熔煉守衡數學模型優化控制系統主要思路包括(物料平衡、 熱平衡)
根據渣中Fe/Si02目標值，並根據銅閃速熔煉過程投入成分總量與反應完成後輸出總量物料守衡定律，求出配料時的石英砂配比。根據輸出渣實際i^e/Si02成分檢查，進行配料時的石英配比修正。根據生產的目標冰銅品位，並根據銅閃速熔煉反應完成後輸出總量與投入工藝風、工藝氧總量守衡，求出輸入的反應塔工藝風、工藝氧量。根據反應塔輸入總熱量+反應熱=總輸出熱量，求出輸入重油量，以達到冰銅溫度控制。該數學模型涉及到的主要核心計算如下
1. MBl物料平衡計算用於渣中Fe/Si02控制，根據配料量及成分求石英砂量。2. MB2物料平衡計算已知石英砂量，裝入物料量及成分，求產出冰銅、渣量，為熱平衡HB (下面的HBl和HB2)提供基礎數據。3. MB3物料平衡計算根據裝入物量成分、反應塔風、油實際操作值，求一小時生產冰銅量及冰銅品位。4. MB4物料平衡計算輸入渣分析值，使用MB3過去N小平均值，求產出冰銅
量、渣量。5. HBl熱平衡計算根據物料平衡計算結果數據求各部分重油量或風量、氧量。6. HB2熱平衡計算根據實際操作數據，求各部分煙氣溫度。7. L/C調整計算在爐狀生產正常的情況下，調整相關修正量的計算。8.反應塔熱負荷計算根據熱平衡計算，得到反應塔實際的熱負荷。9.化合物假定計算根據冶金學原理，對反應過程中相關化合物進行定量計算。根據本發明的模型設計，整個軟體系統按業務邏輯劃分為五層商用支撐軟體(底層支撐層)、數據支撐層、應用支撐層、核心業務層和UI接入層，各層具體描述如下
1.底層支撐層
底層支撐層是整個系統的基礎支撐平臺，由作業系統、雙機軟體和資料庫構成；
2.數據支撐層
數據支撐層是整個系統的數據平臺，數據平臺包括定周期數據、不定周期數據、化驗數據、常數、係數、報警、日誌和DCS數據；
3.應用支撐層
應用支撐層是核心業務層應用支持平臺，主要有系統調度構成，負責核心業務層模塊的啟動、停止等；
4.核心業務層
核心業務層是本系統的主要部分，完成整個系統的核心業務功能，包括實時列印，與 DCS數據通訊，與化驗分析設備的數據通訊，數據預處理，渣中Fe/Si02在線控制，冰銅品位、冰銅溫度，L/C調整計算，反應塔熱負荷計算，產出冰銅定周期計算，金屬平衡計算，熱平衡計算和基礎計算模型； 5. UI接入層
UI接入層是本系統的人機界面，包括操作界面和系統管理界面，其中操作界面包括操作畫面、綜合查詢和報警實時顯示；系統管理界面包括進程管理等。
權利要求
1.一種銅閃速熔煉的方法，其包括前饋數據處理的步驟根據目標參量的計劃值，計算出入爐料量所需的工藝參量的初始值，其中，目標參量包括鐵矽比(Fe/Si02)、冰銅品位和冰銅溫度，工藝參量包括石英砂量、重油量和風氧量；反饋數據處理的步驟收集閃速爐的目標參量的實測值，將上述實測值與計劃值進行計算處理，計算出工藝參量的補償量；工藝參量調整的步驟將上述初始值與補償量結合，對工藝參量進行修正計算，得到工藝參量的修正值，閃速爐的控制系統按照上述修正值實施入爐工藝參量。
2.根據權利要求1所述的銅閃速熔煉的方法，其特徵在於根據i^/Si02的計劃值和總的爐料量，依據物質成份和質量守恆定律，求出所述石英砂的初始值。
3.根據權利要求1所述的銅閃速熔煉的方法，其特徵在於依據輸入閃速爐的總熱量與反應熱之和求出輸入的重油量的初始值。
4.一種銅閃速熔煉系統，包括前饋數據處理裝置，其用於根據目標參量的計劃值，計算出入爐料量所需的工藝參量的初始值，其中，目標參量包括鐵矽比(Fe/Si02)、冰銅品位和冰銅溫度，工藝參量包括石英砂量、重油量和風氧量； 其特徵在於還包括反饋數據處理裝置，其用於收集閃速爐的目標參量的實測值，將上述實測值與計劃值進行計算處理，計算出工藝參量的補償量，將補償量傳遞給工藝參量調整裝置；工藝參量調整裝置，其接收來自所述前饋數據處理裝置和反饋數據處理裝置的數據， 其用於將所述初始值與所述補償量結合，對工藝參量進行修正計算，得到工藝參量的修正值，閃速爐的控制系統按照上述修正值實施入爐工藝參量。
全文摘要
本發明公開了一種銅閃速熔煉的方法以及系統，涉及一種冰銅生產技術，用以實現較現有技術更高的控制精度，有效改善閃速爐作業率和生產的穩定性，穩定冰銅品位使其標準差降低，以及提高冶煉綜合回收率。本發明技術方案包括前饋數據處理的步驟根據目標參量的計劃值，計算出入爐料量所需的工藝參量的初始值；反饋數據處理的步驟收集閃速爐的目標參量的實測值，將上述實測值與計劃值進行計算處理，計算出工藝參量的補償量；工藝參量調整的步驟將上述初始值與補償量結合，對工藝參量進行修正計算，得到工藝參量的修正值，閃速爐的控制系統按照上述修正值實施入爐工藝參量。本發明主要用於銅提煉的中間產物冰銅的生產提純。
文檔編號G05B13/04GK102560143SQ20101061255
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者嚴明, 劉慶華, 唐尊球, 夏明 , 孫鳳來, 張華斌, 文輝煌, 王瑋 申請人:中國瑞林工程技術有限公司