鮑鎮(zhèn)，趙輝，孫鳳來

(1.金隆銅業(yè)有限公司，安徽銅陵 244000;2.南昌耐林自動化有限公司，江西南昌 330096)

銅閃速冶煉冰銅品位在線控制數(shù)學(xué)模型應(yīng)用

鮑鎮(zhèn)1，趙輝1，孫鳳來2

(1.金隆銅業(yè)有限公司，安徽銅陵 244000;2.南昌耐林自動化有限公司，江西南昌 330096)

閃速爐在線控制數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)簡述，分析當(dāng)前銅閃速冶煉主要采用前饋－反饋來推定冰銅品位方法的原理，給出前反饋觸發(fā)條件和計算方法。該理論成果通過在金隆公司的實(shí)踐應(yīng)用，效果良好，對保障銅閃速爐穩(wěn)定生產(chǎn)有非常重要的作用。

數(shù)學(xué)模型;冰銅品位;在線控制;前饋模型;反饋模型

1 引言

目前，銅閃速熔煉過程數(shù)學(xué)模型有以下三類:一是基于物料平衡和熱平衡的衡算模型，二是基于實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停腔跓崃W(xué)原理的機(jī)理模型［1］。

本應(yīng)用是基于物料平衡的衡算模型，是一種靜態(tài)數(shù)學(xué)模型，物料衡算是指投入閃速爐的物料量、物料中的成分量與閃速爐產(chǎn)出物的量及產(chǎn)出物的成分量相互平衡。

國內(nèi)各銅閃速熔煉廠家的閃速熔煉在線控制系統(tǒng)計算核心均采用衡算模型，通過對渣中鐵硅比、銅锍溫度、銅锍品位的調(diào)控來實(shí)現(xiàn)對整個閃速熔煉過程的控制。衡算模型需要大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)與經(jīng)驗公式［2］，且衡算模型本質(zhì)上屬配料模型，自身不能解決熔煉過程中各元素隨工藝參數(shù)變化的分布行為規(guī)律。所以當(dāng)工藝條件發(fā)生較大改變時，其計算誤差也相應(yīng)增大。

基于以上條件，本在線控制應(yīng)用采用了先進(jìn)的“前饋補(bǔ)償－反饋修正”［3］靜態(tài)控制模型，是本在線控制計算機(jī)數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的核心。

2 模型總體分析

從控制理論的角度來看，閃速爐煉銅過程數(shù)學(xué)模型由前饋模型和反饋模型兩部分組成，見下圖:

圖1 閃速爐煉銅冶煉冰銅品位在線控制數(shù)學(xué)模型控制框圖

前饋模型用于對閃速爐煉銅過程外部條件的變化進(jìn)行處理，實(shí)際上，前饋模型此時就是配料模型，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、計劃冰銅品位等，計算反應(yīng)塔風(fēng)量、氧氣量等工藝參數(shù)［4］。

在實(shí)際生產(chǎn)中，前饋模型觸發(fā)的條件主要有:

(1)每個配料倉的給出比率變更;

(2)每個配料倉的組成變更;

(3)計劃冰銅品位變更;

(4)人工起動前饋模型計算指令。

反饋模型根據(jù)冶煉過程中目標(biāo)參數(shù)(冰銅品位等)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)。反饋模型主要根據(jù)輸入的實(shí)際冰銅分析數(shù)據(jù)，求出推定冰銅品位，再根據(jù)推定的冰銅品位與目標(biāo)冰銅品位比較偏差，求出的反應(yīng)塔過程風(fēng)氧量的修正值。

在實(shí)際生產(chǎn)中，反饋模型觸發(fā)的條件主要有:

(1)冰銅X熒光新的分析數(shù)據(jù);

(2)手工觸發(fā)反饋模型。

3 推定冰銅品位計算策略

在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)實(shí)際冰銅品位偏離計劃目標(biāo)值時，應(yīng)根據(jù)偏離值大小，反饋計算風(fēng)氧修正量并即時動態(tài)調(diào)整。由于從配料到實(shí)際產(chǎn)生效果的時間滯后比較長［5］，考慮到沉淀池對冰銅產(chǎn)物的滯留混合行為，當(dāng)前取樣冰銅分析品位與當(dāng)前工藝條件往往不能完全同步對映，因此，若只根據(jù)當(dāng)前冰銅品位分析數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋修正，誤差較大。為解決該問題，在實(shí)際系統(tǒng)中采用了推定冰銅品位計算策略。

推定冰銅品位計算策略認(rèn)為某時刻的冰銅取樣分析數(shù)據(jù)反映的是沉淀池多個時段滯留冰銅的混合結(jié)果，即:

各冰銅殘留分?jǐn)?shù)由實(shí)際生產(chǎn)情況與經(jīng)驗確定。在開爐初始階段缺少Cu、Cu時，分別用Cu、Cu代替。

當(dāng)推定冰銅品位與目標(biāo)冰銅品位偏差大于設(shè)定偏差修正值時，即:

┃推定冰銅品位－目標(biāo)冰銅品位┃＞設(shè)定允許偏差

系統(tǒng)啟動反饋計算，根據(jù)推定冰銅品位及目標(biāo)冰銅品位的偏差，修正反應(yīng)塔風(fēng)氧量等參數(shù)，并即時在線調(diào)整，以精確控制冰銅品位［6］。

4 實(shí)際生產(chǎn)冰銅控制效果

在閃速爐銅冶煉冰銅品位計算機(jī)在線數(shù)學(xué)模型應(yīng)用后，實(shí)際生產(chǎn)的效果完全達(dá)到較精確地控制冰銅品位，實(shí)施前后生產(chǎn)對比數(shù)據(jù)如表1、表2所示(生產(chǎn)計劃目標(biāo)冰銅品位為58.00%):

表1 實(shí)施冰銅品位計算機(jī)在線數(shù)學(xué)模型應(yīng)用前冰銅品位

表2 實(shí)施冰銅品位計算機(jī)在線數(shù)學(xué)模型應(yīng)用后冰銅品位

根據(jù)以上實(shí)際生產(chǎn)中X熒光對冰銅成分的分析結(jié)果顯示，閃速爐銅冶煉冰銅品位計算機(jī)在線數(shù)學(xué)模型對冰銅成分控制達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié)束語

實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明該模型能較精確地控制冰銅品位參數(shù)值，同時，該靜態(tài)冶金數(shù)學(xué)模型亦可離線作為管理層生產(chǎn)決策專家咨詢系統(tǒng)，具有冶金計算、產(chǎn)能優(yōu)化、原料及燃料種類優(yōu)化、能源消耗優(yōu)化及成本優(yōu)化等功能。以冰銅品位等生產(chǎn)實(shí)測結(jié)果為基礎(chǔ)，建立以閃速熔煉過程工況穩(wěn)定為目標(biāo)、各工藝指標(biāo)為約束條件的閃速熔煉過程優(yōu)化模型，按此優(yōu)化模型求出氧氣等相關(guān)工藝參數(shù)的最優(yōu)需求量。將此優(yōu)化結(jié)果指導(dǎo)閃速熔煉過程生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)閃速熔煉過程的優(yōu)化控制，使得閃速爐能夠更加穩(wěn)定地運(yùn)行。利用數(shù)據(jù)采集、控制與通訊功能，實(shí)現(xiàn)對閃速熔煉生產(chǎn)過程的實(shí)時監(jiān)控，以確定當(dāng)前的生產(chǎn)狀況是否異常，對保障生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行具有非常重要的意義。

［1］涂延安，劉建群.貴冶閃速熔煉冶金數(shù)?？刂葡到y(tǒng)的應(yīng)用［J］.有色金屬冶煉部分，2011(2):38－39.

［2］黎書華，黃克雄，梅顯芝.貴溪閃速爐銅锍熔煉過程熱力學(xué)模型，中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報［J］.1995(10):627－630.

［3］謝明，陽春華.銅閃速熔煉爐計算機(jī)在線控制策略與方法［J］.自動化與儀表，2007(3):58－60.

［4］劉良華.淺談金隆公司閃速爐計算機(jī)在線控制［J］.有色金屬冶煉部分，1999(6):1－5.

［5］曾青云.銅閃速熔煉操作數(shù)據(jù)的回歸分析［J］.有色金屬(冶煉部分)，1994(5):4－6.

［6］鄧淑華.銅閃速爐工藝參數(shù)解析［J］.有色冶金設(shè)計與研究，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

鮑鎮(zhèn)(1973－)，男，安徽巢湖人，碩士，主要從事銅冶煉企業(yè)信息化和自動控制系統(tǒng)方面的研究和應(yīng)用。E－mail:baozhen@jinlongcopper.com