一種基于數學模型指導的粗銅吹煉工藝制造技術

本發明專利技術公開了一種基于數學模型指導的粗銅吹煉工藝，包括以下步驟：①先將冰銅、煙塵、石灰和石英沙置入閃速吹煉爐的冰銅噴嘴，再將爐料與工藝風置入吹煉爐的反應塔內迅速完成吹煉反應；②上步反應生成的熔體在沉淀池內分離為粗銅和渣，產出粗銅由溜槽定期進入陽極爐進行精煉；③建立閃速爐粗銅吹煉數學模型；通過金屬平衡建立一個１１元線性方程組，以求取當粗銅含硫達到目標值時物料在爐內化學反應所需要的氧量，渣中四氧化三鐵、硅品位達到目標值時的鈣量和硅量；熱平衡是求取渣溫達到目標值時的氧氣濃度或天然氣量，模型既可把氧氣濃度作為未知數，也可將天然氣量作為未知數；它可提高生產效率延長生產設備的使用壽命，具有節能減排的優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及銅冶煉生產領域，確切地說涉及一種基于數學模型指導的粗銅吹煉工藝。
技術介紹
肯尼柯特-奧托昆普閃速爐粗銅吹煉工藝是將研磨、干燥后的冰銅、生石灰、石英與煙塵、常溫富氣空氣一起從閃速爐反應塔頂部冰銅噴嘴噴入塔內，借冰銅中硫化物的氧化反應熱和燃料燃燒熱，在塔內形成約1350-1500℃的高溫煙氣，使入爐物料大部分在瞬間完成吹煉過程的冶金化學反應，形成粗銅、爐渣和含有SO2的煙氣。由于該工藝是在密閉的閃速爐內連續生產粗銅，具有環保、節能、生產能力大的特點，是當前世界上最先進的粗銅生產技術。 閃速爐粗銅吹煉的本質是通過氧化反應去除冰銅中的雜質，并產出期望品位的粗銅產品，這就要求在不同的原料、不同給料量的情況下，給定合適的氧化反應反需的氧氣量；另一方面，爐內的溫度控制也極其重要，它不僅影響生產操作還影響作還影響爐體的壽命，而爐體壽命的長短不僅影響爐子的大修費用也影響產能。但是，在銅冶煉生產過程中，爐內的物理化學過程十分復雜，在大規模工業生產條件下依靠人工經驗是不可能達到預期效果的。因此需要研究一種模型，用數學方法描述爐內的物理化學過程，用于在不同工藝條件下計算出最佳工藝參數，以達到產品質量平穩、減少能源消耗、延長爐體壽命的目的。
技術實現思路
本專利技術目的是提供一種基于數學模型指導的粗銅吹煉工藝，它可根據冶金學關于在密閉的環境中火法冶金過程化學平衡和熱力學平衡理論，建立閃速爐粗銅吹煉數學模型，利用數學模型將原料中的各元素的參數輸入，計算出所需要目標參數和操作參數，根據計算出的各參數控制吹煉爐工作，達到節能減排、延長爐體壽命的目的。 本專利技術是通過以下技術方案實現的一種基于數學模型指導的粗銅吹煉工藝，包括以下步驟①先將冰銅、煙塵、石灰和石英沙混合均勻后置入閃速吹煉爐的冰銅噴嘴，再將爐料與工藝風由噴嘴一起置入吹煉爐的反應塔內迅速完成吹煉反應，為改變反應塔中間區域的氧勢，利用反應塔內安裝的中央氧槍吹入氧氣，并向反應塔內通入壓縮空氣，通過壓縮空氣的氣流改善爐料在反應塔內的分布狀況；爐內的氧化程度和產出物的溫度分別由氧/料比和工藝風的氧濃度控制，當爐內熱量不足時，通過冰銅噴嘴周圍的天然氣燒咀補充熱量，當熱量過剩的情況下，則加入煙塵調節爐內的熱平衡狀況；②上步反應生成的熔體在沉淀池內分離為粗銅和渣，產出的粗銅通過溜槽定期進入陽極爐進行精煉，吹煉渣經水淬磨細脫水后返回閃速熔煉爐繼續熔煉，吹煉爐的煙氣經余熱鍋爐和電收塵后送制酸系統制酸，煙氣經余熱鍋爐沉降下來的煙塵和電收塵的煙塵經破碎篩分后返回閃速熔煉，電收塵的其他煙塵則返回吹煉爐作冷料；③根據冶金學關于在密閉環境中火法冶金過程化學平衡和熱力學平衡理論，建立以金屬平衡和熱平衡為基礎的閃速爐粗銅吹煉數學模型；通過金屬平衡建立一個11元線性方程組，以求取當粗銅含硫達到目標值時物料在爐內化學反應所需要的氧量，渣中四氧化三鐵、硅品位達到目標值時的鈣量和硅量；熱平衡是求取渣溫達到目標值時的氧氣濃度或天然氣量，模型既可以把氧氣濃度作為未知數，也可以將天然氣量作為未知數； 利用該數學模型，根據給定的目標參數和生產條件能夠精確計算出需要的最佳操作參數，使粗銅吹煉工藝過程的關鍵控制指標粗銅硫品位、渣中四氧化三鐵、渣溫保持穩定性，以達到提高生產效率、降低消耗、節約能源、延長爐體壽命的目的；在閃速爐粗銅吹煉生產過程中，其物理化學過程十分復雜，完全把握每一因互不對吹煉過程的影響是十分困難的。為了便于在實際生產中運用，選取粗銅閃速吹炔過程中主要元素作為平衡體系的元素。微量物相和不可知的物相歸到Other中。 根據粗銅史吹煉生產的控制要求、過程的目標參數和操作參數設定為 粗銅吹煉生產投入物料為固體冰銅、返回的電收塵煙塵(C煙塵)、石灰、硅酸礦及隨固體物料吹入的氧；鏟出物為粗銅、渣、鍋爐煙塵(B煙塵)、電收塵煙塵(C煙塵)及SO2煙氣。 根據控制要求和投入產出條件，構造如下金屬衡表 備注表中 G給定值 C解方程前計算 Xn未知數 空白解方程后計算 --不計算 根據金屬平衡原理，將金屬平衡表中的未知量，構造成一個11元線性方程組，解此方程組，即可求得為達到粗銅吹煉目標參數所需的氧系數、石灰量、硅酸礦量的操作值。 在閃速爐粗銅吹煉過程中，沉淀池的渣溫是爐內溫度控制的指標，而進入沉淀池前的反應塔中固、液、氣三相混合物的溫度直接影響沉淀池的渣溫。 在反應塔的溫度控制是通過隨固體物料吹入的氧氣濃度和補充的燃料燃燒熱予以控制。這樣通過熱平衡表列出全部熱收入和熱支出并使平衡，就可求出達到目標渣溫時反應塔吹入的氧氣濃度。 反應塔熱平衡 由于閃速爐粗銅吹煉可以在高富氧濃度下生產，可以實現自熱吹煉，因此模型可以指定燃料量計算氧氣濃度，也可指定氧濃度計算燃料量。 FCF(即，閃速吹煉)的技術要點 1)FCF采用常溫富氧吹煉，氧濃度可達60％以上。 2)工藝風量＝工藝空氣量+工藝氧 分配風量(壓縮空氣)＝6.3F+2.9u+0.526*V/F F礦量(冰銅)，u工藝風速，V工藝風量 中央氧量＝工藝氧量*7％ 工藝氧是工業制備氧. 3)吹煉渣為鐵酸鈣渣型(Cu—Fe—CaO)。 4)粗銅含S越低，要求氧化氣氛越強，渣含銅越高。 在爐渣中機械夾雜的銅為2％、1300℃的冶煉條件下，爐渣中銅的化學平衡溶解度為 (％Cu)≈7.75*A*P021/4 其中對于鐵酸鈣爐渣，A＝19—23，硅酸鐵渣本A＝25—35。 5)穩定Fe3O4和CaSO4掛渣是吹煉操作的關鍵。 6)Fe3O4鐵酸鈣渣中的溶解度高，可達20％。 7)為掛渣穩定，需加入少量的硅，當硅超出一定范圍時，會有2CaO.SiO2析出，渣的粘度增加， 導致放渣操作困難，此時可通過調節CaO/Fe消除其影響. 8)根據相關資料介紹，“與閃速熔煉不同，閃速吹煉反應中，冰銅中的S全部氧化，僅有少量的S分散到粗銅和渣中。大部分的S是在反應塔中氧化的，約為總S的2/3，氧化反應的產物主要有Cu2O、CuO、Cu2O.Fe2O3、CuO.Fe2O3、Fe3O4等。未氧化的S是Cu2—XS(含有≤0.5％的鐵)，在沉淀池內渣面上的反應層中，銅的氧化物(主要是Cu2O)及銅、鐵的過氧化物(CuO、Fe2O3、Fe3O4等)與硫化物反應生成金屬銅。 FCF的主要設計參數 精礦、熔劑、天然氣設計成分 ●爐料 *為CaO+MgO＝1.5 ●天然氣成分與發熱值 ●工業制備氧濃度99.6％ FCF煙塵化學成分與礦石成分 ●FCF鍋爐煙塵 ●FCF電收塵煙塵 FCF化合物形態假定與計算 FCF的投入與產出物料 投入與產出物料的化合物及化學計算 計算常數 固體冰銅 ●化合物構成 備注*2FeO.SiO2考慮冰銅帶渣的情況。 ●化學計算 Cu量Cu2O的Cu量 ＝冰銅的Cu量*P1 Fe量FeS的Fe量 ＝*k1]*P2 2FeO.SiO2的Fe量 ＝冰銅的SiO2量*K9 Fe3O4的Fe量 ＝冰銅Fe量本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于數學模型指導的粗銅吹煉工藝，其特征在于：包括以下步驟：　①先將冰銅、煙塵、石灰和石英沙混合均勻后置入閃速吹煉爐的冰銅噴嘴，再將爐料與工藝風由噴嘴一起置入吹煉爐的反應塔內迅速完成吹煉反應，為改變反應塔中間區域的氧勢，利用反應塔內 安裝的中央氧槍吹入氧氣，并向反應塔內通入壓縮空氣，通過壓縮空氣的氣流改善爐料在反應塔內的分布狀況；爐內的氧化程度和產出物的溫度分別由氧／料比和工藝風的氧濃度控制，當爐內熱量不足時，通過冰銅噴嘴周圍的天然氣燒咀補充熱量，當熱量過剩的情況下，則加入煙塵調節爐內的熱平衡狀況；　②上步反應生成的熔體在沉淀池內分離為粗銅和渣，產出的粗銅通過溜槽定期進入陽極爐進行精煉，吹煉渣經水淬磨細脫水后返回閃速熔煉爐繼續熔煉，吹煉爐的煙氣經余熱鍋爐和電收塵后送制酸系統制酸，煙氣經余熱鍋爐沉降下 來的煙塵和電收塵的煙塵經破碎篩分后返回閃速熔煉，電收塵的其他煙塵則返回吹煉爐作冷料；　③根據冶金學關于在密閉環境中火法冶金過程化學平衡和熱力學平衡理論，建立以金屬平衡和熱平衡為基礎的閃速爐粗銅吹煉數學模型；通過金屬平衡建立一個１１元線 性方程組，以求取當粗銅含硫達到目標值時物料在爐內化學反應所需要的氧量，渣中四氧化三鐵、硅品位達到目標值時的鈣量和硅量；熱平衡是求取渣溫達到目標值時的氧氣濃度或天然氣量，模型既可以把氧氣濃度作為未知數，也可以將天然氣量作為未知數；　利用 該數學模型，根據給定的目標參數和生產條件能夠精確計算出需要的最佳操作參數，使粗銅吹煉工藝過程的關鍵控制指標：粗銅硫品位、渣中四氧化三鐵、渣溫保持穩定性，按所得的參數進行生產，具體計算的相關表格與計算公式如下：　一、金屬平衡　（一 ）、金屬平衡表　根據控制要求和投入產出條件，構造如下金屬平衡表　＊＊＊　備注：表中Ｇ：給定值Ｃ：解方程前計算Ｘ↓［ｎ］：未知數空白：解方程后計算　一：不計算　（二）、金屬平衡方程式　根據金屬平衡原理，將金 屬平衡表中的未各量，構造成一個１１元線性方程組，解此方程組，即可求得為達到粗銅吹煉目標參數所需的氧系數、石灰量、硅酸礦量的操作值，具體方程如下：　１、物料平衡　冰銅量＋投入Ｃ煙塵量＋石灰量＋硅酸礦量＋Ｏ量＝粗銅量＋渣量＋產出Ｂ煙 塵量＋產出Ｃ煙塵量＋煙氣中的Ｓ量＋煙氣中的其它量冰銅量＋投入Ｃ煙塵量＋Ｘ↓［１］＋Ｘ↓［２］＋Ｘ↓［１１］＝Ｘ↓［３］＋Ｘ↓［...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張士慶，殷慶飛，
申請(專利權)人：陽谷祥光銅業有限公司，
類型：發明
國別省市：37[中國|山東]