专利名称：铜闪速熔炼的方法以及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冰铜生产技术。
背景技术：
闪速炉熔炼工艺是将干燥后的炉料经精矿喷嘴与富氧空气喷入闪速炉反应塔内， 利用精矿中铁、硫的氧化反应热和重油燃烧形成高温完成造硫过程，得到的冰铜和炉渣在沉淀池内分离。闪速炉的反应塔是闪速熔炼进行高温物理化学反应基本完成造硫过程的场所，其内壁面温度的分布和塔内气体直接反映了内部物理化学反应情况及塔壁挂渣的变化趋势。它是判断闪速炉生产情况的主要参数。由于塔内有气、固、液三种介质，是高温、强化学腐蚀的环境，所以缺乏可靠的在线检测手段，现场操作人员一般凭炉壁外侧表面外部几个点的温度和人工经验，对炉内情况进行粗略判断。闪速炉熔炼以精矿喷嘴能力、鼓风机能力、制氧机能力、烟气处理能力、废渣锅炉能力以及工艺要求的反应塔温度、沉淀池温度、上升烟道烟气量等环节作为约束条件，建立闪速炉炉况模型，能在提高处理量的前提下对铜锍品位、鼓风富氧浓度、炉渣的渣型进行有效调节。目前，铜闪速熔炼过程主要的数学模型都是基于实际生产数据的经验模型(也可称为辨识模型)，通过采集大量的实际生产数据，运用数据挖掘原理，对数据进行分析，从而揭示输入输出的对应关系。其中最有代表性的是回归模型和神经网络模型。由于经验模型不涉及过程的内在原理，所以其建模过程比较容易，其吻合性和适用性取决于样本空间的大小和分布情况。对于闪速熔炼过程而言，要从实际生产中取得大范围变化的样本数据非常困难，而且往往很不现实，结果导致其应用范围受到限制。导致闪速炉生产要求控制的主要三大目标参数(冰铜品位、渣中的铁硅比i^/Si02、冰铜温度)控制精度达不到生产控制的要求。在现有专利技术中，如专利申请号为200810031808.0、名称为“一种基于工况判断的智能集成建模方法”
公开日期为2009年1月28日的公开申请文件，其记载了一种通过对机理模型与模糊神经网络模型的输出结果进行协调从而得到最终预测结果的技术方案， 该技术方案仍然依赖模糊神经网络模型，鉴于上述分析，由于神经模糊网络模型的样本数据库的限制，因此其仍然存在上述控制精度不理想的问题。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种铜闪速熔炼的生产控制方法，用以实现较现有技术更高的控制精度。本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种铜闪速熔炼生产优化系统，用以实现较现有技术更高的控制精度。
为了解决上述的第一个技术问题，本发明提出一种铜闪速熔炼的方法，其包括 前馈数据处理的步骤根据目标参量的计划值，计算出入炉料量所需的工艺参量的初
始值，其中，目标参量包括铁硅比(Fe/Si02)、冰铜品位和冰铜温度，工艺参量包括石英砂
量、重油量和风氧量；
反馈数据处理的步骤收集闪速炉的目标参量的实测值，将上述实测值与计划值进行计算处理，计算出工艺参量的补偿量；
工艺参量调整的步骤将上述初始值与补偿量结合，对工艺参量进行修正计算，得到工艺参量的修正值，闪速炉的控制系统按照上述修正值实施入炉工艺参量。优选地根据i^e/Si02的计划值和总的炉料量，依据物质成份和质量守恒定律，求出所述石英砂的初始值。物质成分主要是铜、硫、铁、铅、锌、钙、镁、氧和硅及其反应中间相，
优选地依据输入闪速炉的总热量与反应热之和求出输入的重油量的初始值。为了解决上述的第二个技术问题，本发明提出一种铜闪速熔炼系统，包括
前馈数据处理装置，其用于根据目标参量的计划值，计算出入炉料量所需的工艺参量的初始值，其中，目标参量包括铁硅比(Fe/Si02)、冰铜品位和冰铜温度，工艺参量包括石英砂量、重油量和风氧量； 其特征在于还包括
反馈数据处理装置，其用于收集闪速炉的目标参量的实测值，将上述实测值与计划值进行计算处理，计算出工艺参量的补偿量，将补偿量传递给工艺参量调整装置；
工艺参量调整装置，其接收来自所述前馈数据处理装置和反馈数据处理装置的数据， 其用于将所述初始值与所述补偿量结合，对工艺参量进行修正计算，得到工艺参量的修正值，闪速炉的控制系统按照上述修正值实施入炉工艺参量。本发明的有益效果
相比现有技术的控制系统的预测技术和效果，本发明基于物料平衡和热平衡，采用多相平衡计算方法求解熔炼产物各相平衡组成。本发明铜闪速熔炼优化控制系统模型采用“前馈补偿-反馈修正”控制方式， 能对闪速炉生产要求控制的以下主要三大目标参数，达到较高的控制精度
1、冰铜品位控制精度
由原目标值士 10%提高到目标值士 1. 5% (闪速炉熔炼采用了通过控制氧化反应中的氧量调节冰铜品位的控制方式)；
2、渣中Fe/Si02比控制精度
由原控制目标值士0. 2提高到目标值士0. 05 (闪速炉熔炼采用了以石英砂调节渣的 Fe/Si02比的控制方式)；
3、冰铜温度控制精度
由原1215°C 士35°C提高到1215°C 士 15°C (闪速炉熔炼采用了以调节燃烧重油量或常温风量/纯氧量比，以常温风带走反应热量，达到调节冰铜温度的控制方式)；
本发明密切结合工艺和生产实践，以往工业自动化项目往往着重自控设备成套和系统集成，而忽略了控制必须服从于工艺的基本要求，所以往往造成自控系统只是停留在数据采集和简单控制层面上。本发明是以依托实际的工艺流程，有效改善闪速炉作业率和生产的稳定性，稳定冰铜品位使其标准差降低50%以上，提高冶炼综合回收率0. 5%以上。
图1是本发明系统的结构框图。图2是本发明控制系统模型控制框图。
具体实施例方式本发明提出一种铜闪速熔炼的方法，其包括
前馈数据处理的步骤根据目标参量的计划值，计算出入炉料量所需的工艺参量的初始值，其中，目标参量包括铁硅比(Fe/Si02)、冰铜品位和冰铜温度，工艺参量包括石英砂
量、重油量和风氧量；
反馈数据处理的步骤收集闪速炉的目标参量的实测值，将上述实测值与计划值进行计算处理，计算出工艺参量的补偿量；
工艺参量调整的步骤将上述初始值与补偿量结合，对工艺参量进行修正计算，得到工艺参量的修正值，闪速炉的控制系统按照上述修正值实施入炉工艺参量。参看图1所示，本发明提出一种铜闪速熔炼系统，包括
前馈数据处理装置，其用于根据目标参量的计划值，计算出入炉料量所需的工艺参量的初始值，其中，目标参量包括铁硅比(Fe/Si02)、冰铜品位和冰铜温度，工艺参量包括石英砂量、重油量和风氧量；入炉料可以是铜精矿、渣精矿、不定物料、硅酸矿、转炉烟灰、转炉锅炉烟灰、干燥烟灰、锅炉烟灰、电收尘烟灰，其主要成份为铜、硫、铁、铅、锌、钙、镁、氧和硅等元素；
反馈数据处理装置，其用于收集闪速炉的目标参量的实测值，将上述实测值与计划值进行计算处理，计算出工艺参量的补偿量，将补偿量传递给工艺参量调整装置；
工艺参量调整装置，其接收来自所述前馈数据处理装置和反馈数据处理装置的数据， 其用于将所述初始值与所述补偿量结合，对工艺参量进行修正计算，得到工艺参量的修正值，闪速炉的控制系统按照上述修正值实施入炉工艺参量。图2是本发明控制系统模型控制框图。本数学模型计算都是根据来自生产和计划的数据组成的多元方程组，依据实际生产工艺控制的物料平衡和热平衡计算，通过方程求解获得冰铜品位、冰铜温度、渣中铁硅比的控制值，以及富氧风、重油、配料的修正量，并且采用熔炼过程的DCS系统(分散控制系统) 连接执行。为了实现本数学模型的计算机对铜闪速熔炼在线控制，维持熔炼过程按照计划进行，系统主要工艺参数控制逻辑如图2所示。相关调节量设定值V1、V2、V3分别设定为石英砂量、重油量和风氧量。相关调节量的补偿量:AV1、AV2, Δ V3分别设定为石英砂量的补偿量、重油量的补偿量和风氧量的补偿量。框图主要说明如下
前馈模型用于对铜闪速熔炼过程外部条件的变化进行处理，实际上，前馈模型此时就是没有加入实际修正量的计算，其任务是根据给定参数、指标，如入炉物料成份、精矿投入量、计划铁硅比、计划冰铜品位、计划冰铜温度等，计算反应塔石英砂量、重油量、风氧量等工艺参数。反馈模型根据铜闪速熔炼过程中目标参数(渣铁硅比、冰铜品位、冰铜温度)与计划值的偏差，综合考虑各变量间的相互偶合关系，采用相应的调整算法，计算调节参数的修正值，最终使目标参数稳定在允许偏差范围内。本发明图2的铜闪速熔炼守衡数学模型优化控制系统主要思路包括(物料平衡、 热平衡)
根据渣中Fe/Si02目标值，并根据铜闪速熔炼过程投入成分总量与反应完成后输出总量物料守衡定律，求出配料时的石英砂配比。根据输出渣实际i^e/Si02成分检查，进行配料时的石英配比修正。根据生产的目标冰铜品位，并根据铜闪速熔炼反应完成后输出总量与投入工艺风、工艺氧总量守衡，求出输入的反应塔工艺风、工艺氧量。根据反应塔输入总热量+反应热=总输出热量，求出输入重油量，以达到冰铜温度控制。该数学模型涉及到的主要核心计算如下
1. MBl物料平衡计算用于渣中Fe/Si02控制，根据配料量及成分求石英砂量。2. MB2物料平衡计算已知石英砂量，装入物料量及成分，求产出冰铜、渣量，为热平衡HB (下面的HBl和HB2)提供基础数据。3. MB3物料平衡计算根据装入物量成分、反应塔风、油实际操作值，求一小时生产冰铜量及冰铜品位。4. MB4物料平衡计算输入渣分析值，使用MB3过去N小平均值，求产出冰铜
量、渣量。5. HBl热平衡计算根据物料平衡计算结果数据求各部分重油量或风量、氧量。6. HB2热平衡计算根据实际操作数据，求各部分烟气温度。7. L/C调整计算在炉状生产正常的情况下，调整相关修正量的计算。8.反应塔热负荷计算根据热平衡计算，得到反应塔实际的热负荷。9.化合物假定计算根据冶金学原理，对反应过程中相关化合物进行定量计算。根据本发明的模型设计，整个软件系统按业务逻辑划分为五层商用支撑软件(底层支撑层)、数据支撑层、应用支撑层、核心业务层和UI接入层，各层具体描述如下
1.底层支撑层
底层支撑层是整个系统的基础支撑平台，由操作系统、双机软件和数据库构成；
2.数据支撑层
数据支撑层是整个系统的数据平台，数据平台包括定周期数据、不定周期数据、化验数据、常数、系数、报警、日志和DCS数据；
3.应用支撑层
应用支撑层是核心业务层应用支持平台，主要有系统调度构成，负责核心业务层模块的启动、停止等；
4.核心业务层
核心业务层是本系统的主要部分，完成整个系统的核心业务功能，包括实时打印，与 DCS数据通讯，与化验分析设备的数据通讯，数据预处理，渣中Fe/Si02在线控制，冰铜品位、冰铜温度，L/C调整计算，反应塔热负荷计算，产出冰铜定周期计算，金属平衡计算，热平衡计算和基础计算模型； 5. UI接入层
UI接入层是本系统的人机界面，包括操作界面和系统管理界面，其中操作界面包括操作画面、综合查询和报警实时显示；系统管理界面包括进程管理等。
权利要求
1.一种铜闪速熔炼的方法，其包括前馈数据处理的步骤根据目标参量的计划值，计算出入炉料量所需的工艺参量的初始值，其中，目标参量包括铁硅比(Fe/Si02)、冰铜品位和冰铜温度，工艺参量包括石英砂量、重油量和风氧量；反馈数据处理的步骤收集闪速炉的目标参量的实测值，将上述实测值与计划值进行计算处理，计算出工艺参量的补偿量；工艺参量调整的步骤将上述初始值与补偿量结合，对工艺参量进行修正计算，得到工艺参量的修正值，闪速炉的控制系统按照上述修正值实施入炉工艺参量。
2.根据权利要求1所述的铜闪速熔炼的方法，其特征在于根据i^/Si02的计划值和总的炉料量，依据物质成份和质量守恒定律，求出所述石英砂的初始值。
3.根据权利要求1所述的铜闪速熔炼的方法，其特征在于依据输入闪速炉的总热量与反应热之和求出输入的重油量的初始值。
4.一种铜闪速熔炼系统，包括前馈数据处理装置，其用于根据目标参量的计划值，计算出入炉料量所需的工艺参量的初始值，其中，目标参量包括铁硅比(Fe/Si02)、冰铜品位和冰铜温度，工艺参量包括石英砂量、重油量和风氧量； 其特征在于还包括反馈数据处理装置，其用于收集闪速炉的目标参量的实测值，将上述实测值与计划值进行计算处理，计算出工艺参量的补偿量，将补偿量传递给工艺参量调整装置；工艺参量调整装置，其接收来自所述前馈数据处理装置和反馈数据处理装置的数据， 其用于将所述初始值与所述补偿量结合，对工艺参量进行修正计算，得到工艺参量的修正值，闪速炉的控制系统按照上述修正值实施入炉工艺参量。
全文摘要
本发明公开了一种铜闪速熔炼的方法以及系统，涉及一种冰铜生产技术，用以实现较现有技术更高的控制精度，有效改善闪速炉作业率和生产的稳定性，稳定冰铜品位使其标准差降低，以及提高冶炼综合回收率。本发明技术方案包括前馈数据处理的步骤根据目标参量的计划值，计算出入炉料量所需的工艺参量的初始值；反馈数据处理的步骤收集闪速炉的目标参量的实测值，将上述实测值与计划值进行计算处理，计算出工艺参量的补偿量；工艺参量调整的步骤将上述初始值与补偿量结合，对工艺参量进行修正计算，得到工艺参量的修正值，闪速炉的控制系统按照上述修正值实施入炉工艺参量。本发明主要用于铜提炼的中间产物冰铜的生产提纯。
文档编号G05B13/04GK102560143SQ20101061255
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者严明, 刘庆华, 唐尊球, 夏明 , 孙凤来, 张华斌, 文辉煌, 王玮 申请人:中国瑞林工程技术有限公司