铜冶炼生产全流程自动化关键技术及应用

成果拥有单位：中南大学

成果简介：

闪速冶炼是现代火法炼铜最主要的方法，包括铜精矿的配料与干燥、闪速熔炼、转炉吹炼、电解等主流程工序以及渣选矿、烟气制酸等辅助工序。铜闪速冶炼反应机理复杂，是一个高温、高压、多尘、强腐蚀的生产过程，关键工艺参数无法实时测量，原料来源复杂、工况多变，难以实现生产过程的优化控制，造成资源利用率低、能耗高、环境污染严重，削弱了我国铜冶炼企业的国际竞争力。自1999年以来， 在国家高技术产业化示范工程、国家自然科学基金和863项目等课题资助下，研发了铜冶炼生产全流程自动化关键技术。成果的实际应用，显著提高了生产效率和资源利用率，降低了能耗、减少了环境污染，降低了生产成本，增强了企业市场竞争能力。项目取得的主要研究成果如下：

1、关键工艺参数在线检测

铜冶炼过程由于高温、剧烈反应、强腐蚀等因素，造成一些关键工艺参数无法准确及时测量。基于铜冶炼全流程中积累的大量历史生产数据及工艺机理，提出了基于多模型智能协调的关键工艺参数在线检测方法，研发了气流干燥水分、闪速熔炼工艺指标、铜转炉吹炼终点及铜电解过程电解液成分等关键工艺参数在线检测技术。

2、基于数据的操作优化

铜冶炼过程操作参数多且相互关联，难以实现全局优化。利用铜闪速冶炼过程中积累的大量生产数据，提出了基于数据的操作优化技术，并应用于闪速熔炼、转炉吹炼和烟气制酸过程。实现了闪速炉炉况综合优化，提高了冰铜品位并降低了炉渣含铜率；优化转炉吹炼过程冷料添加量和添加时序，提高了转炉冷料平均处理量；实现了烟气制酸过程一级动力波入口压力的优化控制和转化器各层入口温度优化设定，提高了硫的回收率并降低了尾气SO2的排放量。

3、多目标智能优化

铜冶炼过程控制变量多、约束不确定且经常要考虑多个生产目标，为此提出了基于改进遗传算法的多目标智能优化方法，形成了铜精矿配料优化技术和电解过程稳态优化技术。铜精矿配比的优化，降低了配料生产成本；电解过程中给液主管流量和过滤液流量的优化，降低了残极率及电解综合电耗。

4、渣选矿贫化生产过程矿浆浓度、粒度检测及生产过程优化控制

针对渣选矿过程中矿浆浓度和粒度测量困难及由于工况变化造成生产不稳定的问题，设计了多流道载流矿浆粒度仪，开发了基于重量法的载流型矿浆浓度测量系统和渣选矿过程智能优化控制系统，实现了磨机处理量的最大化和磨矿粒度的最优控制，提高了渣选矿回收率。

5、研发了以优化控制为核心、集成了管控一体化功能的铜冶炼全流程综合自动化系统

建立了铜冶炼全流程综合自动化系统，实现了全流程工况在线监控、数据综合管理等功能，保证了气流干燥、闪速熔炼、转炉吹炼、电解等主流程工序和渣选矿、烟气制酸等辅助流程工序的优化运行。