專利名稱：銅閃速熔煉的方法以及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冰銅生產(chǎn)技術(shù)。
背景技術(shù)：
閃速爐熔煉工藝是將干燥后的爐料經(jīng)精礦噴嘴與富氧空氣噴入閃速爐反應(yīng)塔內(nèi)， 利用精礦中鐵、硫的氧化反應(yīng)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淀池內(nèi)分離。閃速爐的反應(yīng)塔是閃速熔煉進行高溫物理化學(xué)反應(yīng)基本完成造硫過程的場所，其內(nèi)壁面溫度的分布和塔內(nèi)氣體直接反映了內(nèi)部物理化學(xué)反應(yīng)情況及塔壁掛渣的變化趨勢。它是判斷閃速爐生產(chǎn)情況的主要參數(shù)。由于塔內(nèi)有氣、固、液三種介質(zhì)，是高溫、強化學(xué)腐蝕的環(huán)境，所以缺乏可靠的在線檢測手段，現(xiàn)場操作人員一般憑爐壁外側(cè)表面外部幾個點的溫度和人工經(jīng)驗，對爐內(nèi)情況進行粗略判斷。閃速爐熔煉以精礦噴嘴能力、鼓風(fēng)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(yīng)塔溫度、沉淀池溫度、上升煙道煙氣量等環(huán)節(jié)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锍品位、鼓風(fēng)富氧濃度、爐渣的渣型進行有效調(diào)節(jié)。目前，銅閃速熔煉過程主要的數(shù)學(xué)模型都是基于實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?也可稱為辨識模型)，通過采集大量的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，運用數(shù)據(jù)挖掘原理，對數(shù)據(jù)進行分析，從而揭示輸入輸出的對應(yīng)關(guān)系。其中最有代表性的是回歸模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。由于經(jīng)驗?zāi)Ｐ筒簧婕斑^程的內(nèi)在原理，所以其建模過程比較容易，其吻合性和適用性取決于樣本空間的大小和分布情況。對于閃速熔煉過程而言，要從實際生產(chǎn)中取得大范圍變化的樣本數(shù)據(jù)非常困難，而且往往很不現(xiàn)實，結(jié)果導(dǎo)致其應(yīng)用范圍受到限制。導(dǎo)致閃速爐生產(chǎn)要求控制的主要三大目標(biāo)參數(shù)(冰銅品位、渣中的鐵硅比i^/Si02、冰銅溫度)控制精度達不到生產(chǎn)控制的要求。在現(xiàn)有專利技術(shù)中，如專利申請?zhí)枮?00810031808.0、名稱為“一種基于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(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出結(jié)果進行協(xié)調(diào)從而得到最終預(yù)測結(jié)果的技術(shù)方案， 該技術(shù)方案仍然依賴模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，鑒于上述分析，由于神經(jīng)模糊網(wǎng)絡(luò)模型的樣本數(shù)據(jù)庫的限制，因此其仍然存在上述控制精度不理想的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種銅閃速熔煉的生產(chǎn)控制方法，用以實現(xiàn)較現(xiàn)有技術(shù)更高的控制精度。本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種銅閃速熔煉生產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)，用以實現(xiàn)較現(xiàn)有技術(shù)更高的控制精度。
為了解決上述的第一個技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種銅閃速熔煉的方法，其包括 前饋數(shù)據(jù)處理的步驟根據(jù)目標(biāo)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(biāo)參量包括鐵硅比(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(fēng)氧量；
反饋數(shù)據(jù)處理的步驟收集閃速爐的目標(biāo)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(diào)整的步驟將上述初始值與補償量結(jié)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(tǒng)按照上述修正值實施入爐工藝參量。優(yōu)選地根據(jù)i^e/Si02的計劃值和總的爐料量，依據(jù)物質(zhì)成份和質(zhì)量守恒定律，求出所述石英砂的初始值。物質(zhì)成分主要是銅、硫、鐵、鉛、鋅、鈣、鎂、氧和硅及其反應(yīng)中間相，
優(yōu)選地依據(jù)輸入閃速爐的總熱量與反應(yīng)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(shù)問題，本發(fā)明提出一種銅閃速熔煉系統(tǒng)，包括
前饋數(shù)據(jù)處理裝置，其用于根據(jù)目標(biāo)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(biāo)參量包括鐵硅比(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(fēng)氧量； 其特征在于還包括
反饋數(shù)據(jù)處理裝置，其用于收集閃速爐的目標(biāo)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(diào)整裝置；
工藝參量調(diào)整裝置，其接收來自所述前饋數(shù)據(jù)處理裝置和反饋數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)據(jù)， 其用于將所述初始值與所述補償量結(jié)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(tǒng)按照上述修正值實施入爐工藝參量。本發(fā)明的有益效果
相比現(xiàn)有技術(shù)的控制系統(tǒng)的預(yù)測技術(shù)和效果，本發(fā)明基于物料平衡和熱平衡，采用多相平衡計算方法求解熔煉產(chǎn)物各相平衡組成。本發(fā)明銅閃速熔煉優(yōu)化控制系統(tǒng)模型采用“前饋補償-反饋修正”控制方式， 能對閃速爐生產(chǎn)要求控制的以下主要三大目標(biāo)參數(shù)，達到較高的控制精度
1、冰銅品位控制精度
由原目標(biāo)值士 10%提高到目標(biāo)值士 1. 5% (閃速爐熔煉采用了通過控制氧化反應(yīng)中的氧量調(diào)節(jié)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(biāo)值士0. 2提高到目標(biāo)值士0. 05 (閃速爐熔煉采用了以石英砂調(diào)節(jié)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 (閃速爐熔煉采用了以調(diào)節(jié)燃燒重油量或常溫風(fēng)量/純氧量比，以常溫風(fēng)帶走反應(yīng)熱量，達到調(diào)節(jié)冰銅溫度的控制方式)；
本發(fā)明密切結(jié)合工藝和生產(chǎn)實踐，以往工業(yè)自動化項目往往著重自控設(shè)備成套和系統(tǒng)集成，而忽略了控制必須服從于工藝的基本要求，所以往往造成自控系統(tǒng)只是停留在數(shù)據(jù)采集和簡單控制層面上。本發(fā)明是以依托實際的工藝流程，有效改善閃速爐作業(yè)率和生產(chǎn)的穩(wěn)定性，穩(wěn)定冰銅品位使其標(biāo)準(zhǔn)差降低50%以上，提高冶煉綜合回收率0. 5%以上。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明控制系統(tǒng)模型控制框圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出一種銅閃速熔煉的方法，其包括
前饋數(shù)據(jù)處理的步驟根據(jù)目標(biāo)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(biāo)參量包括鐵硅比(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(fēng)氧量；
反饋數(shù)據(jù)處理的步驟收集閃速爐的目標(biāo)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(diào)整的步驟將上述初始值與補償量結(jié)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(tǒng)按照上述修正值實施入爐工藝參量。參看圖1所示，本發(fā)明提出一種銅閃速熔煉系統(tǒng)，包括
前饋數(shù)據(jù)處理裝置，其用于根據(jù)目標(biāo)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(biāo)參量包括鐵硅比(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(fēng)氧量；入爐料可以是銅精礦、渣精礦、不定物料、硅酸礦、轉(zhuǎn)爐煙灰、轉(zhuǎn)爐鍋爐煙灰、干燥煙灰、鍋爐煙灰、電收塵煙灰，其主要成份為銅、硫、鐵、鉛、鋅、鈣、鎂、氧和硅等元素；
反饋數(shù)據(jù)處理裝置，其用于收集閃速爐的目標(biāo)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(diào)整裝置；
工藝參量調(diào)整裝置，其接收來自所述前饋數(shù)據(jù)處理裝置和反饋數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)據(jù)， 其用于將所述初始值與所述補償量結(jié)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(tǒng)按照上述修正值實施入爐工藝參量。圖2是本發(fā)明控制系統(tǒng)模型控制框圖。本數(shù)學(xué)模型計算都是根據(jù)來自生產(chǎn)和計劃的數(shù)據(jù)組成的多元方程組，依據(jù)實際生產(chǎn)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、渣中鐵硅比的控制值，以及富氧風(fēng)、重油、配料的修正量，并且采用熔煉過程的DCS系統(tǒng)(分散控制系統(tǒng)) 連接執(zhí)行。為了實現(xiàn)本數(shù)學(xué)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(tǒng)主要工藝參數(shù)控制邏輯如圖2所示。相關(guān)調(diào)節(jié)量設(shè)定值V1、V2、V3分別設(shè)定為石英砂量、重油量和風(fēng)氧量。相關(guān)調(diào)節(jié)量的補償量:AV1、AV2, Δ V3分別設(shè)定為石英砂量的補償量、重油量的補償量和風(fēng)氧量的補償量。框圖主要說明如下
前饋模型用于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(wù)是根據(jù)給定參數(shù)、指標(biāo)，如入爐物料成份、精礦投入量、計劃鐵硅比、計劃冰銅品位、計劃冰銅溫度等，計算反應(yīng)塔石英砂量、重油量、風(fēng)氧量等工藝參數(shù)。反饋模型根據(jù)銅閃速熔煉過程中目標(biāo)參數(shù)(渣鐵硅比、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(guān)系，采用相應(yīng)的調(diào)整算法，計算調(diào)節(jié)參數(shù)的修正值，最終使目標(biāo)參數(shù)穩(wěn)定在允許偏差范圍內(nèi)。本發(fā)明圖2的銅閃速熔煉守衡數(shù)學(xué)模型優(yōu)化控制系統(tǒng)主要思路包括(物料平衡、 熱平衡)
根據(jù)渣中Fe/Si02目標(biāo)值，并根據(jù)銅閃速熔煉過程投入成分總量與反應(yīng)完成后輸出總量物料守衡定律，求出配料時的石英砂配比。根據(jù)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(jù)生產(chǎn)的目標(biāo)冰銅品位，并根據(jù)銅閃速熔煉反應(yīng)完成后輸出總量與投入工藝風(fēng)、工藝氧總量守衡，求出輸入的反應(yīng)塔工藝風(fēng)、工藝氧量。根據(jù)反應(yīng)塔輸入總熱量+反應(yīng)熱=總輸出熱量，求出輸入重油量，以達到冰銅溫度控制。該數(shù)學(xué)模型涉及到的主要核心計算如下
1. MBl物料平衡計算用于渣中Fe/Si02控制，根據(jù)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(chǎn)出冰銅、渣量，為熱平衡HB (下面的HBl和HB2)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。3. MB3物料平衡計算根據(jù)裝入物量成分、反應(yīng)塔風(fēng)、油實際操作值，求一小時生產(chǎn)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(chǎn)出冰銅
量、渣量。5. HBl熱平衡計算根據(jù)物料平衡計算結(jié)果數(shù)據(jù)求各部分重油量或風(fēng)量、氧量。6. HB2熱平衡計算根據(jù)實際操作數(shù)據(jù)，求各部分煙氣溫度。7. L/C調(diào)整計算在爐狀生產(chǎn)正常的情況下，調(diào)整相關(guān)修正量的計算。8.反應(yīng)塔熱負荷計算根據(jù)熱平衡計算，得到反應(yīng)塔實際的熱負荷。9.化合物假定計算根據(jù)冶金學(xué)原理，對反應(yīng)過程中相關(guān)化合物進行定量計算。根據(jù)本發(fā)明的模型設(shè)計，整個軟件系統(tǒng)按業(yè)務(wù)邏輯劃分為五層商用支撐軟件(底層支撐層)、數(shù)據(jù)支撐層、應(yīng)用支撐層、核心業(yè)務(wù)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(tǒng)的基礎(chǔ)支撐平臺，由操作系統(tǒng)、雙機軟件和數(shù)據(jù)庫構(gòu)成；
2.數(shù)據(jù)支撐層
數(shù)據(jù)支撐層是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平臺，數(shù)據(jù)平臺包括定周期數(shù)據(jù)、不定周期數(shù)據(jù)、化驗數(shù)據(jù)、常數(shù)、系數(shù)、報警、日志和DCS數(shù)據(jù)；
3.應(yīng)用支撐層
應(yīng)用支撐層是核心業(yè)務(wù)層應(yīng)用支持平臺，主要有系統(tǒng)調(diào)度構(gòu)成，負責(zé)核心業(yè)務(wù)層模塊的啟動、停止等；
4.核心業(yè)務(wù)層
核心業(yè)務(wù)層是本系統(tǒng)的主要部分，完成整個系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)功能，包括實時打印，與 DCS數(shù)據(jù)通訊，與化驗分析設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)預(yù)處理，渣中Fe/Si02在線控制，冰銅品位、冰銅溫度，L/C調(diào)整計算，反應(yīng)塔熱負荷計算，產(chǎn)出冰銅定周期計算，金屬平衡計算，熱平衡計算和基礎(chǔ)計算模型； 5. UI接入層
UI接入層是本系統(tǒng)的人機界面，包括操作界面和系統(tǒng)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(tǒng)管理界面包括進程管理等。
權(quán)利要求
1.一種銅閃速熔煉的方法，其包括前饋數(shù)據(jù)處理的步驟根據(jù)目標(biāo)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(biāo)參量包括鐵硅比(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(fēng)氧量；反饋數(shù)據(jù)處理的步驟收集閃速爐的目標(biāo)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(diào)整的步驟將上述初始值與補償量結(jié)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(tǒng)按照上述修正值實施入爐工藝參量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅閃速熔煉的方法，其特征在于根據(jù)i^/Si02的計劃值和總的爐料量，依據(jù)物質(zhì)成份和質(zhì)量守恒定律，求出所述石英砂的初始值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅閃速熔煉的方法，其特征在于依據(jù)輸入閃速爐的總熱量與反應(yīng)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(tǒng)，包括前饋數(shù)據(jù)處理裝置，其用于根據(jù)目標(biāo)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(biāo)參量包括鐵硅比(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(fēng)氧量； 其特征在于還包括反饋數(shù)據(jù)處理裝置，其用于收集閃速爐的目標(biāo)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(diào)整裝置；工藝參量調(diào)整裝置，其接收來自所述前饋數(shù)據(jù)處理裝置和反饋數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)據(jù)， 其用于將所述初始值與所述補償量結(jié)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(tǒng)按照上述修正值實施入爐工藝參量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種銅閃速熔煉的方法以及系統(tǒng)，涉及一種冰銅生產(chǎn)技術(shù)，用以實現(xiàn)較現(xiàn)有技術(shù)更高的控制精度，有效改善閃速爐作業(yè)率和生產(chǎn)的穩(wěn)定性，穩(wěn)定冰銅品位使其標(biāo)準(zhǔn)差降低，以及提高冶煉綜合回收率。本發(fā)明技術(shù)方案包括前饋數(shù)據(jù)處理的步驟根據(jù)目標(biāo)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(shù)據(jù)處理的步驟收集閃速爐的目標(biāo)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(diào)整的步驟將上述初始值與補償量結(jié)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(tǒng)按照上述修正值實施入爐工藝參量。本發(fā)明主要用于銅提煉的中間產(chǎn)物冰銅的生產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)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(shù)有限公司