铜闪速冶炼冰铜品位在线控制数学模型应用

鲍镇，赵辉，孙凤来

(1.金隆铜业有限公司，安徽铜陵 244000;2.南昌耐林自动化有限公司，江西南昌 330096)

铜闪速冶炼冰铜品位在线控制数学模型应用

鲍镇1，赵辉1，孙凤来2

(1.金隆铜业有限公司，安徽铜陵 244000;2.南昌耐林自动化有限公司，江西南昌 330096)

闪速炉在线控制数学模型结构简述，分析当前铜闪速冶炼主要采用前馈－反馈来推定冰铜品位方法的原理，给出前反馈触发条件和计算方法。该理论成果通过在金隆公司的实践应用，效果良好，对保障铜闪速炉稳定生产有非常重要的作用。

数学模型;冰铜品位;在线控制;前馈模型;反馈模型

1 引言

目前，铜闪速熔炼过程数学模型有以下三类:一是基于物料平衡和热平衡的衡算模型，二是基于实际生产数据的经验模型，三是基于热力学原理的机理模型［1］。

本应用是基于物料平衡的衡算模型，是一种静态数学模型，物料衡算是指投入闪速炉的物料量、物料中的成分量与闪速炉产出物的量及产出物的成分量相互平衡。

国内各铜闪速熔炼厂家的闪速熔炼在线控制系统计算核心均采用衡算模型，通过对渣中铁硅比、铜锍温度、铜锍品位的调控来实现对整个闪速熔炼过程的控制。衡算模型需要大量经验数据与经验公式［2］，且衡算模型本质上属配料模型，自身不能解决熔炼过程中各元素随工艺参数变化的分布行为规律。所以当工艺条件发生较大改变时，其计算误差也相应增大。

基于以上条件，本在线控制应用采用了先进的“前馈补偿－反馈修正”［3］静态控制模型，是本在线控制计算机数学模型系统的核心。

2 模型总体分析

从控制理论的角度来看，闪速炉炼铜过程数学模型由前馈模型和反馈模型两部分组成，见下图:

图1 闪速炉炼铜冶炼冰铜品位在线控制数学模型控制框图

前馈模型用于对闪速炉炼铜过程外部条件的变化进行处理，实际上，前馈模型此时就是配料模型，其任务是根据给定参数、指标，如入炉物料成份、精矿投入量、计划冰铜品位等，计算反应塔风量、氧气量等工艺参数［4］。

在实际生产中，前馈模型触发的条件主要有:

(1)每个配料仓的给出比率变更;

(2)每个配料仓的组成变更;

(3)计划冰铜品位变更;

(4)人工起动前馈模型计算指令。

反馈模型根据冶炼过程中目标参数(冰铜品位等)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。反馈模型主要根据输入的实际冰铜分析数据，求出推定冰铜品位，再根据推定的冰铜品位与目标冰铜品位比较偏差，求出的反应塔过程风氧量的修正值。

在实际生产中，反馈模型触发的条件主要有:

(1)冰铜X荧光新的分析数据;

(2)手工触发反馈模型。

3 推定冰铜品位计算策略

在实际生产中，当实际冰铜品位偏离计划目标值时，应根据偏离值大小，反馈计算风氧修正量并即时动态调整。由于从配料到实际产生效果的时间滞后比较长［5］，考虑到沉淀池对冰铜产物的滞留混合行为，当前取样冰铜分析品位与当前工艺条件往往不能完全同步对映，因此，若只根据当前冰铜品位分析数据进行反馈修正，误差较大。为解决该问题，在实际系统中采用了推定冰铜品位计算策略。

推定冰铜品位计算策略认为某时刻的冰铜取样分析数据反映的是沉淀池多个时段滞留冰铜的混合结果，即:

各冰铜残留分数由实际生产情况与经验确定。在开炉初始阶段缺少Cu、Cu时，分别用Cu、Cu代替。

当推定冰铜品位与目标冰铜品位偏差大于设定偏差修正值时，即:

┃推定冰铜品位－目标冰铜品位┃＞设定允许偏差

系统启动反馈计算，根据推定冰铜品位及目标冰铜品位的偏差，修正反应塔风氧量等参数，并即时在线调整，以精确控制冰铜品位［6］。

4 实际生产冰铜控制效果

在闪速炉铜冶炼冰铜品位计算机在线数学模型应用后，实际生产的效果完全达到较精确地控制冰铜品位，实施前后生产对比数据如表1、表2所示(生产计划目标冰铜品位为58.00%):

表1 实施冰铜品位计算机在线数学模型应用前冰铜品位

表2 实施冰铜品位计算机在线数学模型应用后冰铜品位

根据以上实际生产中X荧光对冰铜成分的分析结果显示，闪速炉铜冶炼冰铜品位计算机在线数学模型对冰铜成分控制达到预期目标。

5 结束语

实际运行结果表明该模型能较精确地控制冰铜品位参数值，同时，该静态冶金数学模型亦可离线作为管理层生产决策专家咨询系统，具有冶金计算、产能优化、原料及燃料种类优化、能源消耗优化及成本优化等功能。以冰铜品位等生产实测结果为基础，建立以闪速熔炼过程工况稳定为目标、各工艺指标为约束条件的闪速熔炼过程优化模型，按此优化模型求出氧气等相关工艺参数的最优需求量。将此优化结果指导闪速熔炼过程生产，以实现闪速熔炼过程的优化控制，使得闪速炉能够更加稳定地运行。利用数据采集、控制与通讯功能，实现对闪速熔炼生产过程的实时监控，以确定当前的生产状况是否异常，对保障生产的稳定进行具有非常重要的意义。

［1］涂延安，刘建群.贵冶闪速熔炼冶金数模控制系统的应用［J］.有色金属冶炼部分，2011(2):38－39.

［2］黎书华，黄克雄，梅显芝.贵溪闪速炉铜锍熔炼过程热力学模型，中南工业大学学报［J］.1995(10):627－630.

［3］谢明，阳春华.铜闪速熔炼炉计算机在线控制策略与方法［J］.自动化与仪表，2007(3):58－60.

［4］刘良华.浅谈金隆公司闪速炉计算机在线控制［J］.有色金属冶炼部分，1999(6):1－5.

［5］曾青云.铜闪速熔炼操作数据的回归分析［J］.有色金属(冶炼部分)，1994(5):4－6.

［6］邓淑华.铜闪速炉工艺参数解析［J］.有色冶金设计与研究，2000(3):21－24.

On－line Control Mathematical Model Structure of Flash Furnace's Matte Grade in Practical Application

BAO Zhen1，Zhao Hui1，SUN Feng－lai2
(1.Jinlong Copper Co.，Ltd，1.Jinshan West Road，Tongling，Anhui 244000，China; 2.Nanchang Nerin Automation Co.，Ltd，Nanchang，Jiangxi 330096，China)

paper briefly introduces on－line control mathematical model structure of flash furnace，to analyze the principle of copper matte grade estimation by method of feedforward－feedback which is mainly used in current copper flash smelting，and to get the trigger condition and calculation of the feedforward－feedback method.Through practical application in Jinlong Copper co.，ltd，this principle has been proved effective and important to guarantee stable and smooth production of copper flash furnace.

mathematical model;matte grade;on－line control，feed forward model，feedback model

TF806

A

1009－3842(2012)05－0023－02

2012－05－16

鲍镇(1973－)，男，安徽巢湖人，硕士，主要从事铜冶炼企业信息化和自动控制系统方面的研究和应用。E－mail:baozhen@jinlongcopper.com