一種基于數學模型指導的粗銅吹煉工藝的制作方法

專利名稱：一種基于數學模型指導的粗銅吹煉工藝的制作方法
技術領域：
本發明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。

背景技術：
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。


發明內容
本發明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。
本發明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 ＝[冰銅的S量—[冰銅的Cu量—Cu2O的Cu量]*k1]*P2 2FeO.SiO2的Fe量 ＝冰銅的SiO2量*K9 Fe3O4的Fe量 ＝冰銅Fe量—FeS的Fe量—2FeO.SiO2的Fe量 O量O量＝Fe3O4的O量+2FeO.SiO2的O量+Cu2O的O量 其中Fe3O4的O量＝Fe3O4的Fe量*K7 2FeO.SiO2的O量＝2FeO.SiO2的Fe量*K14 Cu2O的O量＝Cu2O的Cu量*K16 生石灰 ●化合物構成 備注也適用于熟石灰。
●化學計算 CaCO3量＝CaO量*P3 MgCO3量Mgo量*P4 硅酸礦 ●化學計算O2量＝硅酸礦的Fe量*K11 FCF渣 ●化合物構成 備注根據1、2、3節的技術要點8)考慮通過改變反應塔S氧化的比率做兩種選擇 1、部分S在反應塔完成反應，部分在渣面上完成。此時沉淀池熱平衡應考慮S的氧化熱。
2、全部在反應塔完成。
●化學計算 Cu量 金屬Cu量＝渣中的Cu量*P5 Cu2O的Cu量＝渣中的Cu量*P6 CuO的Cu量＝渣中的Cu量*P7 Fe量 FeS的Fe量＝{渣中的S量*P30—[渣中的Cu量—Cu2O的Cu量—CuO的Cu量 —金屬Cu量]*k1—渣量*P10*K12}*P2 Fe2O3的Fe量＝渣中的Fe量*P8Fe3O4的Fe量＝渣中的Fe量*P92FeO.SiO2的Fe量＝渣中的SiO2量*K9FeOX·CaO的Fe量＝渣中的Fe量—FeS的Fe量—Fe2O3的Fe量—Fe3O4的Fe量—2FeO.SiO2 的Fe量 O量O量＝Cu2O的O量+CuO的O量+Fe2O3的O量+Fe3O4的O量+FeOX·.CaO的O量+2FeO.SiO2的O 量+CaSO4的O量 其中Cu2O的O量＝Cu2O的Cu量*K16 CuO的O量＝CuO的Cu量*K8 Fe2O3的O量＝Fe2O3的Fe量*K11 Fe3O4的O量＝Fe3O4的Fe量*K7 FeOX·CaO的O量＝FeOX·CaO的Fe量*K14 2FeO.SiO2的O量＝2FeO.SiO2的Fe量*K14 CaSO4的O量＝渣量*P10*K12*K15 電收塵煙塵(FCF C煙塵) ●化合物構成 化學計算 Cu量 Cu2S的Cu量＝FCF C煙塵的Cu量*P11 Cu2O的Cu量＝FCF C煙塵的Cu量*P12 CuSO4的Cu量＝FCF C煙塵的Cu量—Cu2S的Cu量—Cu2O的Cu量 Fe量 Fe3O4的Fe量＝FCF C煙塵Fe量 O量 O量＝Cu2O的O量+CuSO4的O量+Fe3O4的O量 Cu2O的O量＝Cu2O的Cu量*K16 CuSO4的O量＝[FCF C煙塵的S量—Cu2S的Cu量*K1]*K17 Fe3O4的O量＝FCF C煙塵Fe量*K7 鍋爐煙塵(FCF B煙塵) ●化合物構成 ●化學計算 Cu量 Cu2S的Cu量＝FCF B煙塵的S量*K18 Fe量Fe3O4的Fe量＝FCF B煙塵Fe量 O量O量＝Cu2O的O量+Fe3O4的O量 Cu2O的O量＝[FCF B煙塵的Cu量—Cu2S的Cu量]*K16 Fe3O4的O量＝FCF B煙塵Fe量*K7 粗銅 ●化合物構成 ●化學計算 Cu量 Cu2S的Cu量＝粗銅中的S量*K18 Cu2O的Cu量＝粗銅中的Cu量*P13 Fe量Fe3O4的Fe量＝粗銅中的Fe量 O量O量＝Cu2O的O量+Fe3O4的O量 Cu2O的O量＝Cu2O的Cu量*K16 Fe3O4的O量＝粗銅中的Fe量*K7 3FCF冶金計算概念模型 FCF冶金計算模型概述 1、模型適用范圍 本模型用于祥光銅業粗銅吹煉生產操作指導。
2、構造模型的基本方法 本模型以金屬平衡和熱平衡為基礎，根據給定的目標參數和計算條件計算出需要的操作參數指導值。
與供方提供的操作制度不同，本模型的煙塵、氧燃料全部參加平衡。
氧燃料的加入與數據給定由人工決定。
3、控制對象與參數 4、影響模型精度分析 1)冰銅成分波動過大。
2)給料計量不準。
3)爐料及產物物相不明或比率不準。因此在投產后最好作物相分析。
4)計算準確性驗證手段缺乏。
5)當冰銅帶渣嚴重時，硅酸礦量會為負數，這是正常現象。它提示需要調整CaO/Fe來改善爐況。
模型的基本參數 1、目標參數 2、給定參數 3、品位 4、常數、系數 5、輸出參數 金屬平衡 金屬平衡表
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 金屬平衡方程式 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+X1+X2+X11 ＝X3+X4+X7+X8+X9+X10 2、Cu平衡 冰銅Cu量+投入C煙塵Cu量+石灰Cu量+硅酸礦Cu量 ＝粗銅Cu量+渣中的Cu量+產出B煙塵Cu量+產出C煙塵Cu量 冰銅Cu量+投入C煙塵Cu量+X1*石灰Cu品位+X2*硅酸礦Cu品位 ＝X3*粗銅Cu品位+X4*渣中的Cu品位+X7*產出B煙塵Cu品位 +X8*產出C煙塵Cu品位 3、Fe平衡 冰銅Fe量+投入C煙塵Fe量+石灰Fe量+硅酸礦Fe量 ＝粗銅Fe量+渣中的Fe量+產出B煙塵Fe量+產出C煙塵Fe量 冰銅Fe量+投入C煙塵Fe量+X1*石灰Fe品位+X2*硅酸礦Fe品位 ＝X3*粗銅Fe品位+X5+X7*產出B煙塵Fe品位+X8*產出C煙塵Fe品位 4、S平衡 冰銅S量+投入C煙塵S量+石灰S量+硅酸礦S量 ＝粗銅S量+渣中的S量+產出B煙塵S量+產出C煙塵S量+煙氣中的S量 冰銅S量+投入C煙塵S量+X1*石灰S品位+X2*硅酸礦S品位 ＝X3*粗銅S品位+X4*渣中的S品位+X7*產出B煙塵S品位 +X8*產出C煙塵S品位+X9 5、SiO2平衡 冰銅SiO2量+投入C煙塵SiO2量+石灰SiO2量+硅酸礦SiO2量 ＝粗銅SiO2量+渣中的SiO2量+產出B煙塵SiO2量+產出C煙塵SiO2量 冰銅SiO2量+投入C煙塵SiO2量+X1*石灰SiO2品位+X2*硅酸礦SiO2品位 ＝X3*粗銅SiO2品位+X4*渣中的SiO2品位+X7*產出B煙塵SiO2品位 +X8*產出C煙塵SiO2品位 6、CaO平衡 冰銅CaO量+投入C煙塵CaO量+石灰CaO量+硅酸礦CaO量 ＝粗銅CaO量+渣中的CaO量+產出B煙塵CaO量+產出C煙塵CaO量 冰銅CaO量+投入C煙塵CaO量+X1*石灰CaO品位+X2*硅酸礦CaO品位 ＝X3*粗銅CaO品位+X6+X7*產出B煙塵CaO品位+X8*產出C煙塵CaO品位 7、渣中的CaO/Fe平衡 X6＝X5*目標CaO/Fe 8、產出B煙塵量 X7＝(冰銅量+投入C煙塵量+X1+X2)*煙塵發生率*(1—C煙塵率) 9、產出C煙塵量 X8＝(冰銅量+投入C煙塵量+X1+X2)*煙塵發生率*C煙塵率 10、煙氣中的其它量平衡 X10＝[(冰銅其它量+投入C煙塵其它量+X1*石灰其它品位+X2*硅酸礦其它品位) —(冰銅O2量+投入C煙塵O2量+硅酸礦O2量)] *(1—其它系數) 其中冰銅O2量＝Fe3O4的O2量+2FeO.SiO2的O2量+Cu2O的O2量 ＝冰銅Fe3O4的Fe量*K7+冰銅2FeO.SiO2的Fe量*K14 +冰銅Cu2O的Cu量*K16 投入C煙塵O2量＝Cu2O的O2量+CuSO4的O2量+Fe3O4的O2量 ＝投入C煙塵Cu2O的Cu量*K16 +[FCF C煙塵的S量—Cu2S的Cu量*K1]*K17 +FCF C煙塵Fe量*K7 硅酸礦O2量＝硅酸礦的Fe量*K11 11、O2平衡 X11＝(粗銅O2量+渣中的O2量+產出C煙塵的O2量+產出B煙塵的O2量)—(冰銅O2量+投入C煙塵O2量+硅酸礦O2量)其中粗銅O2量＝Cu2O的O量+Fe3O4的O量 ＝粗銅Cu2O的Cu量*K16+粗銅中的Fe量*K7 渣中的O2量＝Cu2O的O2量+CuO的O2量+Fe2O3的O2量+Fe3O4的O2量+FeOX·CaO的O2量+2FeO.SiO2的O2量+CaSO4的O2量 ＝渣中的Cu2O的Cu量*K16+渣中的CuO的Cu量*K8 +渣中的Fe2O3的Fe量*K11+渣中的Fe3O4的Fe量*K7 +渣中的FeOX·CaO的Fe量*K14 +渣中的2FeO.SiO2的Fe量*K14 +渣量*P10*K12*K15 產出B煙塵的O2量＝Cu2O的O量+Fe3O4的O量＝[FCF B煙塵的Cu量—Cu2S的Cu量]*K16 +FCF B煙塵Fe量*K7 其它各項的O2量見煙氣中的其它量平衡。
氧氣量計算 1、理論氧氣量＝(煙氣中的S量*22。4/32。06+投入產出的O2量*22。4/32)*103 Nm3(100％O2) 2、必要氧氣量＝理論氧氣量/反應塔氧效率 熱平衡 熱平衡表 1、反應塔熱平衡
2、沉淀池熱平衡

3、上升煙道熱平衡
4、總熱平衡
熱平衡計算 入熱 1、S燃燒熱 ＝煙氣中的S量*反應塔S的氧化率*SO2生成熱 2、FeO的生成熱＝(渣中的Fe量—渣中FeS的Fe量—渣中Fe3O4的Fe量)*FeO反應熱其中FeS的Fe量 ＝{渣中的S量*P30—[渣中的Cu量—Cu2O的Cu量—CuO的Cu量 —金屬Cu量]*k1—渣量*P10*K12}*P2 Fe3O4的Fe量＝渣中的Fe量*P9 3、Fe3O4(含CuSO4、CaSO4)生成熱 ＝Fe3O4生成熱+CuSO4生成熱+CaSO4生成熱 其中 ●Fe3O4生成熱＝(渣中Fe3O4的Fe量+產出C煙塵Fe3O4的Fe量+產出B煙塵Fe3O4的Fe量+粗銅Fe3O4的Fe量)*Fe3O4反應熱 其中渣中Fe3O4的Fe量＝渣中的Fe量*P9產出C煙塵Fe3O4的Fe量＝產出C煙塵Fe量B煙塵Fe3O4的Fe量＝FCF B煙塵Fe量粗銅Fe3O4的Fe量＝粗銅中的Fe量 ●CuSO4生成熱＝產出C煙塵CuSO4的Cu量*CuSO4反應熱 其中CuSO4的Cu量＝(C煙塵的Cu量—C煙塵Cu2S的Cu量 —C煙塵Cu2O的Cu量) ●CaSO4生成熱＝渣中CaSO4的Ca量*CaSO4反應熱 其中渣中CaSO4的CaO量＝渣量*P10*(40.08+16)/(40.08+32.06+16*4) 4、分解熱＝—(Fe3O4分解熱+投入C煙塵CuSO4分解熱+FeS的分解熱 +Cu2S變成CuSO4分解熱+硅酸礦分解熱+石灰分解熱) 其中 ●Fe3O4分解熱＝(冰銅Fe3O4的Fe量+投入C煙塵的Fe3O4的Fe量)*Fe3O4反應熱 其中冰銅Fe3O4的Fe量 ＝冰銅Fe量—冰銅FeS的Fe量—冰銅2FeO.SiO2的Fe量投入C煙塵Fe3O4的Fe量＝投入C煙塵Fe量 ●投入C煙塵CuSO4分解熱＝投入C煙塵CuSO4的Cu量*CuSO4反應熱 ●FeS的分解熱＝[(粗銅的Fe量+渣中Fe量+產出C煙塵的Fe量+B煙塵的Fe量) —(冰銅Fe3O4的Fe量+冰銅2FeO.SiO2的Fe量+投入C煙塵Fe3O4的 Fe量+硅酸礦的Fe量)*FeS反應熱 ●Cu2S變成CuSO4分解熱＝(產出C煙塵的Cu量—投入C煙塵的Cu量)*Cu2S反應熱 ●硅酸礦分解熱＝硅酸礦的Fe量*Fe2O3反應熱 ●石灰分解熱＝CaCO3量*CaCO3反應熱+MgCO3量*MgCO3反應熱 5、爐料顯熱 [總裝入量*爐料比熱+(冰銅量*冰銅水分率+石灰量*石灰水分率 +硅酸礦量*硅酸礦水分率)]*(爐料溫度—基準溫度) 6、造渣熱(沉淀池) ＝渣中2FeO.SiO2的Fe量*2FeO.SiO2生成熱 +渣中FeOX.CaO的Fe量*FeOX.CaO生成熱 7、反應塔燃料燃燒熱 ＝反應塔天然氣量*天然氣發熱量 8、反應塔送風顯熱 ＝(O2量*O2單位熱量+N2量*N2單位熱量+H2O量*H2O單位熱量)*10-3 Mj/h 其中單位熱量計算通式 單位熱量＝(a*TG+b*TG2*10-3+C*TG-1*103+d)*1/22.4*4.187 　 Kj/Nm3 系數表 TG反應塔送風溫度+217.160K O2量＝反應塔工藝風O2量+反應塔燃燒風O2量 反應塔工藝風O2量＝必要礦石氧氣量 反應塔燃燒風O2量＝反應塔燃燒風量*反應塔燃燒風氧濃度 N2量＝反應塔工藝風N2量+反應塔燃燒風N2量+反應塔天然氣量*天然氣含N2率 反應塔工藝風N2量＝必要礦石氧氣量/工藝風富氧濃度*(1—工藝風富氧濃度) 反應塔燃燒風N2量＝反應塔燃燒風量(濕基！)*(1—反應塔燃燒風氧濃度) H2O量＝反應塔工藝風H2O量+反應塔燃燒風H2O量 反應塔工藝風H2O量＝反應塔工藝空氣量(干基)*(空氣水分率) 反應塔燃燒風H2O量＝反應塔燃燒空氣量*反應塔空氣水分率 9、沉淀池S燃燒熱＝煙氣中的S量*(1—反應塔S的氧化率)*SO2生成熱 10、沉淀池天然氣燃燒熱＝沉淀池天然氣量*天然氣發熱量 11、沉淀池燃燒風顯熱＝(O2量*O2單位熱量+N2量*N2單位熱量+H2O量*H2O單位熱量)*10-3O2量、N2量、H2O量及其單位熱量參見第8項。
12、上升煙道天然氣燃燒熱＝上升煙道天然氣量*天然氣發熱量 13、上升煙道燃燒風顯熱＝(O2量*O2單位熱量+N2量*N2單位熱量+H2O量*H2O單位熱量)*10-3 O2量、N2量、H2O量及其單位熱量參見第8項。
14、入熱合計＝上述1~13項之和 出熱 1、粗銅顯熱＝粗銅量*粗銅單位熱量 粗銅單位熱量＝0.1766*TB+5.29—(0.0885+0.0005*TB)*粗銅品位*100 TB在反應塔中為反應塔氣體溫度(0K) 在沉淀池中為粗銅溫度(0K) 2、渣顯熱 ＝渣量*渣單位熱量 渣單位熱量＝0.3*TS—131.9 TS在反應塔中為反應塔氣體溫度(0K) 在沉淀池中為粗銅溫度(0K) 3、煙氣顯熱＝(SO2量*SO2單位熱量+O2量*O2單位熱量+NO2量*NO2單位熱量 +CO2量*CO2單位熱量+H2O量*H2O單位熱量)*10-3 其中單位熱量計算通式 單位熱量＝(a*TG+b*TG2*10-3+C*TG-1*103+d)*1/22.4*4.187 Kj/Nm3 系數表 TG反應塔熱平衡時為反應塔煙氣溫度+217.16K0 沉淀池熱平衡時為沉淀池煙氣溫度+217.16K0 上升煙道熱平衡時為上升煙道煙氣溫度+217.16K0 4、輻射熱損＝上升煙道煙氣顯熱*輻射損失率 5、反應塔煙塵顯熱＝(產出B煙塵量+產出C煙塵量+煙氣中其他量)*煙塵單位熱量 煙塵單位熱量＝0.3*TG—131.9 TG反應塔熱平衡時為反應塔煙氣溫度+217.16K0 沉淀池熱平衡時為沉淀池煙氣溫度+217.16K0 上升煙道熱平衡時為上升煙道煙氣溫度+217.16K0 6、水分蒸發熱＝(冰銅量*冰銅水分率+石灰*石灰水分率+硅酸礦*硅酸礦水分率)*(水分蒸發熱+飽和水焓—裝入水分焓) 7、反應塔散熱＝給定值 8、沉淀池散熱＝給定值 9、上升煙道散熱＝給定值 10、出熱合計＝上述

項之和 煙氣成分計算 1、反應塔煙氣成分量●SO2量＝煙氣中S量*(22.4/32.06)*103 Nm3/h●O2量＝反應塔工藝風O2量*(1—反應塔工藝風氧效率)+反應塔燃燒風O2量*(1—反應塔燃燒風氧效率) 反應塔工藝風O2量＝必要礦石氧氣量 反應塔燃燒風O2量＝反應塔燃燒風量*反應塔燃燒風氧濃度●N2量＝反應塔工藝風N2量+反應塔燃燒風N2量+反應塔天然氣量*天然氣含N2率反應塔工藝風N2量＝必要礦石氧氣量/工藝風富氧濃度*(1—工藝風富氧濃度)反應塔燃燒風N2量＝反應塔燃燒風量(濕基！)*(1—反應塔燃燒風氧濃度) ●CO2量＝天然氣C品位*反應塔天然氣量*22.4/12+[石灰CaO量 *CaCO3比率/56.08+石灰MgO量*MgCO3比率/40.32]*22.4*103 +反應塔天然氣量*天然氣CO2比率 ●H2O量＝反應塔工藝風H2O量+反應塔燃燒風H2O量+爐料H2O量+天然氣H2O量反應塔工藝風H2O量＝反應塔工藝空氣量(干基)*(空氣水分率)反應塔燃燒風H2O量＝反應塔燃燒空氣量*反應塔空氣水分率爐料H2O量＝[冰銅量*冰銅水分率+石灰量*石灰水分率+硅酸礦量 *硅酸礦水分率]*22.4/18*103天然氣H2O量＝天然氣量*天然氣H品位*22.4/2 2、沉淀池煙氣成分量 ●沉淀池SO2量＝反應塔SO2量 ●沉淀池O2量＝反應塔O2量+沉淀池燃燒風O2量*(1—沉淀池氧效率)沉淀池燃燒風O2量＝沉淀池燃燒風量*沉淀池燃燒風氧濃度 ●沉淀池N2量＝反應塔N2量+沉淀池燃燒風N2量 +沉淀池天然氣量*天然氣含N2率沉淀池燃燒風N2量＝沉淀池燃燒風量(濕基！)*(1—沉淀池燃燒風氧濃度) ●沉淀池CO2量＝反應塔CO2量+天然氣C品位*沉淀池天然氣量*22.4/12+沉淀池天然氣量*天然氣CO2比率 ●沉淀池H2O量＝反應塔H2O量+沉淀池燃燒風H2O量+沉淀池天然氣H2O量 沉淀池燃燒風H2O量＝沉淀池燃燒空氣量*沉淀池空氣水分率 沉淀池天然氣H2O量＝沉淀池天然氣量*天然氣H品位*22.4/2 3、上升煙道煙氣成分量 ●上升煙道SO2量＝沉淀池SO2量 ●上升煙道O2量＝沉淀池O2量+上升煙道燃燒風O2量*(1—上升煙道氧效率) 上升煙道燃燒風O2量＝上升煙道燃燒風量*上升煙道燃燒風氧濃度 ●上升煙道N2量＝沉淀池N2量+上升煙道燃燒風N2量 +上升煙道天然氣量*天然氣含N2率 上升煙道燃燒風N2量＝上升煙道燃燒風量(濕基！) *(1—上升煙道燃燒風氧濃度) ●上升煙道CO2量＝沉淀池CO2量+天然氣C品位*上升煙道天然氣量*22.4/12 +上升煙道天然氣量*天然氣CO2比率 ●上升煙道H2O量＝沉淀池H2O量+上升煙道燃燒風H2O量 +上升煙道天然氣H2O量 上升煙道燃燒風H2O量＝上升煙道燃燒空氣量*上升煙道空氣水分率 沉淀池天然氣H2O量＝沉淀池天然氣量*天然氣H品位*22.4/2 為了進一步實現本發明的目的，還可以采用以下技術方案反應塔的工藝風是工藝空氣和工業制備氧混合的常溫富氧氣體，富化率可達80％。其配料過程是在吹煉爐爐頂部完成，吹煉爐爐頂分別安裝了冰銅、煙塵、石灰和石英沙配料倉，各物料均配有獨立的計量裝置，經計量給料后的爐料進入兩臺埋刮板運輸機，再由埋刮板運輸機送入閃速吹煉爐的噴嘴。
本發明的有益效果在于它可通過專用的數學模型精確計算出各目標參數，可克服原生產過程中，全靠操作人員憑經驗估算目標參數生產的缺陷，可大幅降低次品產生率、提高生產效率延長生產設備的使用壽命，并具有節能減排的優點。



圖1是本發明的沉淀池中的反應過程示意圖，化學反應式表示為 Cu2S+2Cu2O＝6Cu+SO2 Cu2S+2CuO＝4Cu+SO2 Cu2S+2Fe2O3＝4FeO+SO2
具體實施例方式 舉例說明本發明所述的一種基于數學模型指導的粗銅吹煉工藝，具體操作與計算步驟如下 1、根據生產要求，有如下一組生產條件 A、生產目標 B、生產條件 C、入爐物料 2、根據生產目標和條件，依照模型金屬平衡方程，可得到以下線性方程組 X1+X2-X3-X4-X7-X8-X9-X10+X11＝-37.0000 -0.9911X3-0.2000X4-0.4098X7-0.4098X8＝-25.2706 0.0050X1+0.0200X2-0.0007X3-X5-0.0392X7-0.0392X8＝-2.3394 -0.0016X3-0.0025X4-0.1693X7-0.1693X8-X9＝-7.5381 0.0100X1+0.8500X2-0.0250X4-0.0200X7-0.0100X8＝-0.0625 0.9500X1+0.0200X2-X6-0.0060X7-0.0060X8＝-0.0155 0.3300X5-X6＝0.0000 -0.0427X1-0.0427X2+X7＝1.5818 -0.0522X1-0.0522X2+X8＝1.9333 0.0250X1+0.0914X2-10.0000X10＝-0.7717 0.0086X2-0.0022X3-0.0456X4-0.3151X5-0.1559X7-0.5320X8+X11＝1.0018 求解得X1＝0.7637 (需要加入的石灰量) X2＝0.1505 (需要加入的硅酸礦量) X3＝22.8320 (產出粗銅量) X4＝5.8326 (產出渣量) X5＝2.1891 (渣中Fe量) X6＝0.7224 (渣中CaO量) X7＝1.6208 (產出的鍋爐煙塵量) X8＝1.9810 (產出的電收塵煙塵量) X9＝6.8772 (煙氣中的S量) X10＝0.0805 (煙氣中的其他量) X11＝1.3100 (需要加入的氧量) 其中X1＝0.7637 (需要加入的石灰量) X2＝0.1505 (需要加入的硅酸礦量) 直接用于工藝操作。
2、計算必要的氧氣量(Nm3)必要的氧氣量＝5770.7095(100％O2) 4、計算熱量求氧氣濃度 求得在給定條件下，氧氣濃度x＝0.7897 5、根據工藝要求，計算輸出參數，工藝將按此操作 本發明所述的工業制備氧是指由制氧設備生產出的氧氣。其氧濃度取決于制氧工藝，深度冷凍的制氧工藝產出的氧氣濃度越高，越穩定。
本發明所述的反應塔工藝風是爐料反應過程中需要的工業制備氧氣和自然空氣的混合氣體。
本發明所述的反應塔工藝氧量是爐料反應過程中需要的工業制備氧氣，在祥光銅業制氧機產出氧氣氧濃度為99％。氧濃度在模型中允許改變。本發明所述的常溫是指18-26℃，通常指25℃。
本發明所述的工藝風是爐料反應過程中需要的自然空氣，含21％O2，79％N2，根據空氣濕度，外加水分，模型中按1％水分率計算。
本發明所述的技術方案并不限制于本發明所述的實施例的范圍內。本發明未詳盡描述的技術內容均為公知技術。
權利要求
1、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Xn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+X1+X2+X11
＝X3+X4+X7+X8+X9+X10
2、Cu平衡
冰銅Cu量+投入C煙塵Cu量+石灰Cu量+硅酸礦Cu量
＝粗銅Cu量+渣中的Cu量+產出B煙塵Cu量+產出C煙塵Cu量
冰銅Cu量+投入C煙塵Cu量+X1*石灰Cu品位+X2*硅酸礦Cu品位
＝X3*粗銅Cu品位+X4*渣中的Cu品位+X7*產出B煙塵Cu品位+X8*產出C煙塵Cu品位
3、Fe平衡
冰銅Fe量+投入C煙塵Fe量+石灰Fe量+硅酸礦Fe量
＝粗銅Fe量+渣中的Fe量+產出B煙塵Fc量+產出C煙塵Fe量冰銅Fe量+投入C煙塵Fe量+X1*石灰Fe品位+X2*硅酸礦Fe品位
＝X3*粗銅Fe品位+X5+X7*產出B煙塵Fe品位+X8*產出C煙塵Fe品位
4、S平衡
冰銅S量+投入C煙塵S量+石灰S量+硅酸礦S量
＝粗銅S量+渣中的S量+產出B煙塵S量+產出C煙塵S量+煙氣中的S量
冰銅S量+投入C煙塵S量+X1*石灰S品位+X2*硅酸礦S品位
＝X3*粗銅S品位+X4*渣中的S品位+X7*產出B煙塵S品位
+X8*產出C煙塵S品位+X9
5、SiO2平衡
冰銅SiO2量+投入C煙塵SiO2量+石灰SiO2量+硅酸礦SiO2量
＝粗銅SiO2量+渣中的SiO2量+產出B煙塵SiO2量+產出C煙塵SiO2量
冰銅SiO2量+投入C煙塵SiO2量+X1*石灰SiO2品位+X2*硅酸礦SiO2品位
＝X3*粗銅SiO2品位+X4*渣中的SiO2品位+X7*產出B煙塵SiO2品位
+X8*產出C煙塵SiO2品位
6、CaO平衡
冰銅CaO量+投入C煙塵CaO量+石灰CaO量+硅酸礦CaO量
＝粗銅CaO量+渣中的CaO量+產出B煙塵CaO量+產出C煙塵CaO量
冰銅CaO量+投入C煙塵CaO量+X1*石灰CaO品位+X2*硅酸礦CaO品位
＝X3*粗銅CaO品位+X6+X7*產出B煙塵CaO品位+X8*產出C煙塵CaO品位
7、渣中的CaO/Fe平衡
X6＝X5*目標CaO/Fe
8、產出B煙塵量
X7＝(冰銅量+投入C煙塵量+X1+X2)*煙塵發生率*(1—C煙塵率)
9、產出C煙塵量
X8＝(冰銅量+投入C煙塵量+X1+X2)*煙塵發生率*C煙塵率
10、煙氣中的其它量平衡
X10＝[(冰銅其它量+投入C煙塵其它量+X1*石灰其它品位+X2*硅酸礦其它品位)
—(冰銅O2量+投入C煙塵O2量+硅酸礦O2量)]
*(1—其它系數)
其中冰銅O2量＝Fe3O4的O2量+2FeO.SiO2的O2量+Cu2O的O2量
＝冰銅Fe3O4的Fe量*K7+冰銅2FeO.SiO2的Fe量*K14
+冰銅Cu2O的Cu量*K16
投入C煙塵O2量＝Cu2O的O2量+CuSO4的O2量+Fe3O4的O2量
＝投入C煙塵Cu2O的Cu量*K16
+[FCF C煙塵的S量—Cu2S的Cu量*K1]*K17
+FCF C煙塵Fe量*K7
硅酸礦O2量＝硅酸礦的Fe量*K11
11、O2平衡
X11＝(粗銅O2量+渣中的O2量+產出C煙塵的O2量+產出B煙塵的O2量)
—(冰銅O2量+投入C煙塵O2量+硅酸礦O2量)
其中粗銅O2量＝Cu2O的O量+Fe3O4的O量
＝粗銅Cu2O的Cu量*K16+粗銅中的Fe量*K7
渣中的O2量＝Cu2O的O2量+CuO的O2量+Fe2O3的O2量+Fe3O4的O2量+FeOX.CaO的
O2量+2FeO.SiO2的O2量+CaSO4的O2量
＝渣中的Cu2O的Cu量*K16+渣中的CuO的Cu量*K8
+渣中的Fe2O3的Fe量*K11+渣中的Fe3O4的Fe量*K7
+渣中的FeOX.CaO的Fe量*K14
+渣中的2FeO.SiO2的Fe量*K14
+渣量*P10*K12*K15
產出B煙塵的O2量＝Cu2O的O量+Fe3O4的O量
＝[FCF B煙塵的Cu量—Cu2S的Cu量]*K16
+FCF B煙塵Fe量*K7
其它各項的O2量見煙氣中的其它量平衡，
(三)氧氣量計算
1、理論氧氣量＝(煙氣中的S量*22。4/32。06+投入產出的O2量*22。4/32)*103
Nm3(100％O2)
2、必要氧氣量＝理論氧氣量/反應塔氧效率；
二、熱平衡
(一)熱平衡表
1、反應塔熱平衡
2、沉淀池熱平衡
3、上升煙道熱平衡
4、總熱平衡
(二)熱平衡計算
A、入熱
1、S燃燒熱＝煙氣中的S量*反應塔S的氧化率*SO2生成熱
2、FeO的生成熱＝(渣中的Fe量—渣中FeS的Fe量—渣中Fe3O4的Fe量)*FeO反應熱
其中FeS的Fe量＝{渣中的S量*P3O—[渣中的Cu量—Cu2O的Cu量—CuO的Cu量
—金屬Cu量]*k1—渣量*P10*K12}*P2
Fe3O4的Fe量＝渣中的Fe量*P9
3、Fe3O4(含CuSO4、CaSO4)生成熱＝Fe3O4生成熱+CuSO4生成熱+CaSO4生成熱
其中
●Fe3O4生成熱＝(渣中Fe3O4的Fe量+產出C煙塵Fe3O4的Fe量+產出B煙塵Fe3O4的Fe量+
粗銅Fe3O4的Fe量)*Fe3O4反應熱
其中渣中Fe3O4的Fe量＝渣中的Fe量*P9產出C煙塵Fe3O4的Fe量＝產出C煙塵Fe量B煙塵Fe3O4的Fe量＝FCF B煙塵Fe量粗銅Fe3O4的Fe量＝粗銅中的Fe量
●CuSO4生成熱＝產出C煙塵CuSO4的Cu量*CuSO4反應熱
其中CuSO4的Cu量＝(C煙塵的Cu量—C煙塵Cu2S的Cu量
—C煙塵Cu2O的Cu量)
●CaSO4生成熱＝渣中CaSO4的Ca量*CaSO4反應熱
其中渣中CaSO4的CaO量＝渣量*P10*(40.08+16)/(40.08+32.06+16*4)
4、分解熱＝—(Fe3O4分解熱+投入C煙塵CuSO4分解熱+FeS的分解熱
+Cu2S變成CuSO4分解熱+硅酸礦分解熱+石灰分解熱)
其中
●Fe3O4分解熱＝(冰銅Fe3O4的Fe量+投入C煙塵的Fe3O4的Fe量)*Fe3O4反應熱
其中冰銅Fe3O4的Fe量
＝冰銅Fe量—冰銅FeS的Fe量—冰銅2FeO.SiO2的Fe量
投入C煙塵Fe3O4的Fe量＝投入C煙塵Fe量
●投入C煙塵CuSO4分解熱＝投入C煙塵CuSO4的Cu量*CuSO4反應熱
●FeS的分解熱＝[(粗銅的Fe量+渣中Fe量+產出C煙塵的Fe量+B煙塵的Fe量)
—(冰銅Fe3O4的Fe量+冰銅2FeO.SiO2的Fe量+投入C煙塵Fe3O4的
Fe量+硅酸礦的Fe量)*FeS反應熱
●Cu2S變成CuSO4分解熱＝(產出C煙塵的Cu量—投入C煙塵的Cu量)*Cu2S反應熱
●硅酸礦分解熱＝硅酸礦的Fe量*Fe2O3反應熱
●石灰分解熱＝CaCO3量*CaCO3反應熱+MgCO3量*MgCO3反應熱
5、爐料顯熱
[總裝入量*爐料比熱+(冰銅量*冰銅水分率+石灰量*石灰水分率
+硅酸礦量*硅酸礦水分率)]*(爐料溫度—基準溫度)
6、造渣熱(沉淀池)＝渣中2FeO.SiO2的Fe量*2FeO.SiO2生成熱
+渣中FeOX·CaO的Fe量*FeOX·CaO生成熱
7、反應塔燃料燃燒熱＝反應塔天然氣量*天然氣發熱量
8、反應塔送風顯熱＝(O2量*O2單位熱量+N2量*N2單位熱量+H2O量*H2O單位熱量)*10-3
Mj/h
其中單位熱量計算通式
單位熱量＝(a*TG+b*TG2*10-3+C*TG-1*103+d)*1/22.4*4.187
Kj/Nm3
系數表
TG反應塔送風溫度+217.160K
O2量＝反應塔工藝風O2量+反應塔燃燒風O2量
反應塔工藝風O2量＝必要礦石氧氣量
反應塔燃燒風O2量＝反應塔燃燒風量*反應塔燃燒風氧濃度
N2量＝反應塔工藝風N2量+反應塔燃燒風N2量+反應塔天然氣量*天然氣含N2率
反應塔工藝風N2量＝必要礦石氧氣量/工藝風富氧濃度*(1—工藝風富氧濃度)
反應塔燃燒風N2量＝反應塔燃燒風量(濕基！)*(1—反應塔燃燒風氧濃度)
H2O量＝反應塔工藝風H2O量+反應塔燃燒風H2O量
反應塔工藝風H2O量＝反應塔工藝空氣量(干基)*(空氣水分率)
反應塔燃燒風H2O量＝反應塔燃燒空氣量*反應塔空氣水分率
9、沉淀池S燃燒熱＝煙氣中的S量*(1—反應塔S的氧化率)*SO2生成熱
10、沉淀池天然氣燃燒熱＝沉淀池天然氣量*天然氣發熱量
11、沉淀池燃燒風顯熱＝(O2量*O2單位熱量+N2量*N2單位熱量+H2O量*H2O單位熱量)*1O-3O2量、N2量、H2O量及其單位熱量參見第8項，
12、上升煙道天然氣燃燒熱＝上升煙道天然氣量*天然氣發熱量
13、上升煙道燃燒風顯熱＝(O2量*O2單位熱量+N2量*N2單位熱量+H2O量*H2O單位熱量)*10-3
O2量、N2量、H2O量及其單位熱量參見第8項，
14、入熱合計＝上述1~13項之和
B、出熱
1、粗銅顯熱＝粗銅量*粗銅單位熱量
粗銅單位熱量＝0.1766*TB+5.29—(0.0885+0.0005*TB)*粗銅品位*100
TB在反應塔中為反應塔氣體溫度(0K)
在沉淀池中為粗銅溫度(0K)
2、渣顯熱＝渣量*渣單位熱量
渣單位熱量＝0.3*TS—131.9
TS在反應塔中為反應塔氣體溫度(0K)
在沉淀池中為粗銅溫度(0K)
3、煙氣顯熱＝(SO2量*SO2單位熱量+O2量*O2單位熱量+NO2量*NO2單位熱量
+CO2量*CO2單位熱量+H2O量*H2O單位熱量)*10-3
其中單位熱量計算通式
單位熱量＝(a*TG+b*TG2*10-3+C*TG-1*103+d)*1/22.4*4.187
Kj/Nm3
系數表
TG反應塔熱平衡時為反應塔煙氣溫度+217.16K0
沉淀池熱平衡時為沉淀池煙氣溫度+217.16K0
上升煙道熱平衡時為上升煙道煙氣溫度+217.16K0
4、輻射熱損＝上升煙道煙氣顯熱*輻射損失率
5、反應塔煙塵顯熱＝(產出B煙塵量+產出C煙塵量+煙氣中其他量)*煙塵單位熱量
煙塵單位熱量＝0.3*TG—131.9
TG反應塔熱平衡時為反應塔煙氣溫度+217.16K0
沉淀池熱平衡時為沉淀池煙氣溫度+217.16K0
上升煙道熱平衡時為上升煙道煙氣溫度+217.16K0
6、水分蒸發熱＝(冰銅量*冰銅水分率+石灰*石灰水分率+硅酸礦*硅酸礦水分率)
*(水分蒸發熱+飽和水焓—裝入水分焓)
7、反應塔散熱＝給定值
8、沉淀池散熱＝給定值
9、上升煙道散熱＝給定值
10、出熱合計＝上述1~9項之和
C、煙氣成分計算
1、反應塔煙氣成分量
●SO2量＝煙氣中S量*(22.4/32.06)*103 Nm3/h
●O2量＝反應塔工藝風O2量*(1—反應塔工藝風氧效率)
+反應塔燃燒風O2量*(1—反應塔燃燒風氧效率)
反應塔工藝風O2量＝必要礦石氧氣量
反應塔燃燒風O2量＝反應塔燃燒風量*反應塔燃燒風氧濃度
●N2量＝反應塔工藝風N2量+反應塔燃燒風N2量
+反應塔天然氣量*天然氣含N2率
反應塔工藝風N2量＝必要礦石氧氣量/工藝風富氧濃度*(1—工藝風富氧濃度)
反應塔燃燒風N2量＝反應塔燃燒風量(濕基！)*(1—反應塔燃燒風氧濃度)
●CO2量＝天然氣C品位*反應塔天然氣量*22.4/12+[石灰CaO量
*CaCO3比率/56.08+石灰MgO量*MgCO3比率/40.32]*22.4*103
+反應塔天然氣量*天然氣CO2比率
●H2O量＝反應塔工藝風H2O量+反應塔燃燒風H2O量+爐料H2O量+天然氣H2O量
反應塔工藝風H2O量＝反應塔工藝空氣量(干基)*(空氣水分率)
反應塔燃燒風H2O量＝反應塔燃燒空氣量*反應塔空氣水分率
爐料H2O量＝[冰銅量*冰銅水分率+石灰量*石灰水分率+硅酸礦量
*硅酸礦水分率]*22.4/18*103
天然氣H2O量＝天然氣量*天然氣H品位*22.4/2
2、沉淀池煙氣成分量
●沉淀池SO2量＝反應塔SO2量
●沉淀池O2量＝反應塔O2量+沉淀池燃燒風O2量*(1—沉淀池氧效率)
沉淀池燃燒風O2量＝沉淀池燃燒風量*沉淀池燃燒風氧濃度
●沉淀池N2量＝反應塔N2量+沉淀池燃燒風N2量
+沉淀池天然氣量*天然氣含N2率
沉淀池燃燒風N2量＝沉淀池燃燒風量(濕基！)*(1—沉淀池燃燒風氧濃度)
●沉淀池CO2量＝反應塔CO2量+天然氣C品位*沉淀池天然氣量*22.4/12
+沉淀池天然氣量*天然氣CO2比率
●沉淀池H2O量＝反應塔H2O量+沉淀池燃燒風H2O量+沉淀池天然氣H2O量
沉淀池燃燒風H2O量＝沉淀池燃燒空氣量*沉淀池空氣水分率
沉淀池天然氣H2O量＝沉淀池天然氣量*天然氣H品位*22.4/2
3、上升煙道煙氣成分量
●上升煙道SO2量＝沉淀池SO2量
●上升煙道O2量＝沉淀池O2量+上升煙道燃燒風O2量*(1—上升煙道氧效率)
上升煙道燃燒風O2量＝上升煙道燃燒風量*上升煙道燃燒風氧濃度
●上升煙道N2量＝沉淀池N2量+上升煙道燃燒風N2量
+上升煙道天然氣量*天然氣含N2率
上升煙道燃燒風N2量＝上升煙道燃燒風量(濕基！)
*(1—上升煙道燃燒風氧濃度)
●上升煙道CO2量＝沉淀池CO2量+天然氣C品位*上升煙道天然氣量*22.4/12
+上升煙道天然氣量*天然氣CO2比率
●上升煙道H2O量＝沉淀池H2O量+上升煙道燃燒風H2O量
+上升煙道天然氣H2O量
上升煙道燃燒風H2O量＝上升煙道燃燒空氣量*上升煙道空氣水分率
沉淀池天然氣H2O量＝沉淀池天然氣量*天然氣H品位*22.4/2。
2、根據權利要求1所述的一種基于數學模型指導的粗銅吹煉工藝，其特征在于反應塔的工藝風是工藝空氣和工業制備氧混合的常溫富氧氣體，富化率可達80％。
3、根據權利要求1所述的一種基于數學模型指導的粗銅吹煉工藝，其特征在于其配料過程是在吹煉爐爐頂部完成，吹煉爐爐頂分別安裝了冰銅、煙塵、石灰和石英沙配料倉，各物料均配有獨立的計量裝置，經計量給料后的爐料進入兩臺埋刮板運輸機，再由埋刮板運輸機送入閃速吹煉爐的噴嘴。
全文摘要
本發明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。
文檔編號C22B15/00GK101435024SQ200810238370
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月15日 優先權日2008年12月15日
發明者張士慶, 殷慶飛 申請人:陽谷祥光銅業有限公司