【摘要】依托开发单位在闪速冶炼自动化已取得的技术成果，在某铜业集团公司冶炼厂现有自动化系统的基础上应用软测量、智能优化控制、故障诊断等现代控制理论，开发铜冶炼行业的集成优化控制应用技术，实现铜闪速冶炼工艺全流程综合自动化，并进行产业化开发。
【关键词】闪速冶炼；综合自动化；产业化开发
Dodges the fast smelting process synthesis automated system industry development
Gu Yi Lu Songtao
【Abstract】To depend on the development unit in to dodge the fast smelting automation already the technical achievement which obtains，applies soft modern control theory and so on the survey，intelligent optimization control，breakdown diagnosis in some copper industry group company refinery existing automated system foundation，the development copper smelting profession integrated optimization control application technology，the realization copper dodges the fast smelting craft entire flow synthesis automation，and carries on the industry development.
【Key words】Dodges fast smelting；Synthesis automation；Industry development
【中图分类号】TF355.2
【文献标识码】B
【文章编号】1005-250X(2007)12-0033-03
1 项目的必要性及意义
铜是我国紧缺的战略性资源，国内124个产业中有113个使用铜，铜消费总量已居世界第一，但人均消费量约为发达国家的1/5，铜资源及相关产品的对外依存度已高达60%，大型铜冶炼的主体设备和工艺技术已经达到或接近世界先进水平，但未形成全流程综合自动控制及优化控制技术，这是导致我国铜生产企业的劳动生产率和资源利用率相对较低，而能耗较高、环境污染较严重的主要原因之一。
本项目依托某铜业集团公司组织实施。该集团冶炼工艺先进，机械化程度高，自动化基础好，是我国最大的、世界排名前五位、年产铜70万t的联合生产企业，通过开发综合自动化系统应用的产业化示范工程，开发出具有自主知识产权的自动化产品，摆脱我国有色冶金工业自动化控制技术对国外的依赖，加快我国冶炼综合自动化产业化推广应用。
2 项目目标和特点
2.1 项目目标：依托闪速冶炼自动化已取得的技术成果，在现有控制系统的基础上运用现代控制技术实现冶炼工艺全流程的综合自动化，充分发挥某集团现有技术装备的潜力，提高生产经营效率。
2.2 项目特点：集成优化应用国内冶炼自动化专业的最新研究成果，应用软测量、智能优化控制、故障诊断等理论，开发冶炼行业的集成优化应用技术，形成具有自主知识产权和先进实用的自动化新产品，在应用基础研究、目标产品研发、重大技术攻关、示范工程建设四个层次同时推进。
3 项目产业化开发内容
综合自动化系统将在保证冶炼过程优化生产的目标指导下，通过将全局优化目标按冶炼工艺流程分成多个子项实施，研究开发集检测、软测量、控制、优化以及故障诊断等功能于一体的过程级优化控制系统的创新集成产品，形成检测、控制、优化、调度、管理等功能于一身的高质高效自动化系统的设计、集成制造能力，为铜闪速熔炼生产过程提供有自主知识产权和技术创新的自动化系统和配套产品，集成自动化系统见图1。
图1 铜闪速冶炼生产过程综合集成自动化系统框图
3.1 可变多矿源配料过程智能优化系统
3.1.1 背景。配料过程广泛存在于工业生产过程中，闪速熔炼过程配料成分的稳定与达标与否，直接影响熔炼生产，从而影响铜产量和质量的提高。闪速炉炼铜的主要原料为浮选铜精矿，烟尘、渣精矿等也返回闪速炉处理，以回收其中的铜。
3.1.2 目标。铜锍品位稳定；
3.1.3 研究开发内容：①配比优化计算：一方面考虑现有矿源、目标生产计划、生产能力、闪速炉渣型优化等因素，以稳定干矿入炉料成份为目标，建立备料过程优化模型，并采用先进的优化手段计算原料矿优化配比，给备料车间下达最优生产计划；另一方面根据闪速熔炼炉对入炉物料的品位要求，综合配料和闪速炉工艺指标，计算配料过程优化配比。②自动化配料系统稳定控制：以SPC方式改变基础自动化控制级(DCS)的比率控制回路的设定值，实现各物料下料量的准确控制，以达到控制闪速炉渣中铁硅比的目的，保证熔剂配料能适应闪速炉渣型在线控制的工艺要求。
3.2 闪速炉冰铜品位及炉况综合优化控制系统
3.2.1 背景。闪速炉在经历了精矿喷嘴改型、富氧熔炼及高品位铜锍生产等改进之后，其生产能力不断提高，现有的精矿处理能力都已超过了原设计水平。在满足各种工艺条件要求下，闪速炉需要在现有生产设备条件下进一步提高其精矿处理能力，以达到高产的目的。
3.2.2 目标。以闪速炉精矿处理量最大为目标，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，建立闪速炉炉况优化模型，能在提高处理量的前提下对铜锍品位、鼓风富氧浓度、炉渣渣型进行有效调节。
3.2.3 研究开发内容。闪速炉炉膛温度软测量与炉况判断：在已有知识产权的“在线数模”的基础上，尽可能应用CFD等先进数模开发工具建立专用的温度计算用反应塔内热平衡计算模型，并建立根据反应塔炉壁温度的分布、平衡运算结果进行炉况判断的专家知识库，根据炉壁温度分布进行温度推测和炉况判断。多约束条件下的炉况综合优化控制：基于大量生产数据，依靠现有静态数据模型的运算中间数据和物料平衡、热平衡计算基础数据，建立分时段的干矿、铜锍、炉渣、烟尘成分等的物料平衡计算模型；建立以闪速炉最大处理量为目标，以现有设备能力运行参数以及工艺要求等为约束条件的操作参数优化模型，并开发优化模型的高效求解算法。
3.3 PS转炉自动控制优化系统
3.3.1 背景。转炉生产过程是由多台转炉共同形成，周期性交替作业生产过程。PS转炉以闪速炉及贫化电炉铜锍为主原料，转炉中鼓入富氧空气在1150~1250℃下开始造渣期吹炼，通过氧化去除铁和硫，最终得到白冰铜(锍)。倒渣后进入造铜期(以下称B期)，继续吹炼直至得到粗铜。转炉面临的主要控制问题是冷料加入的优化控制、鼓风制度的优化控制问题。PS转炉的吹炼目标是生产出98%～99%的粗铜，并使贵金属富集。因此，不能过吹也不能欠吹。目前，现场操作人员根据恶劣环境下取样，来判断造渣期和造铜期的终点。不仅大大加大了操作人员的工作强度，也使得吹炼终点的判断严重依赖操作人员的经验和工作态度，主观性强、随意性大，实难准确“定终点”。而且，吹炼过程的中间冷料成份的波动及不准确的计量，以及喷溅、摇炉和捅风眼等操作，一般无法采用常规的冶金计算方法预估吹炼所需的氧气量，故也无法采用一般冶金机理模型用计算机来预估吹炼终点。
3.3.2 目标。冷料加入时间优化；预估造渣期和造铜期的吹炼终点，并根据预估终点，实时优化控制鼓风量。
3.3.3 研究开发内容：①综合专家规则和模糊逻辑推理，以熔体温度稳定在一个合适的设定值为目标，建立冷料加入制度(含加入时机、加入冷料种类和加入冷料量)的优化模型；②研究炉内吹炼环境与炉龄的关系，估算转炉底渣的成分和含量，建立造渣期和造铜期的物料平衡分时计算模型，预估造渣期和造铜期需要的鼓风量，并根据吹炼过程的各种操作采用神经网络、模糊推理等先进控制手段来预报氧气的实际利用率，进而预估造渣期和造铜期的吹炼终点。根据预估出来的造渣期和造铜期终点，以稳定炉温为目标，控制鼓风强度和富氧。
4 结语
本项目的开发将形成一系列铜闪速熔炼生产过程的专用成套优化控制技术产品及相应的技术开发平台。这些专用产品包括先进控制技术、过程优化技术、集成控制技术系列化控制软件，实时监控和信息集成以及管控一体化集成系统，通过本项目的成功应用，这些产品不仅将应用于有色金属生产过程，还将向其它行业辐射。如软测量、操作优化等成果可用于钢铁生产过程，配料以及管理决策系统等更可在冶金、石油化工、制药、造纸等流程工业过程中推广。
收稿日期：2007-12-10