METSIM軟件在閃速煉銅工藝設(shè)計(jì)的運(yùn)用論文
〔摘要〕介紹閃速煉銅METSIM工藝計(jì)算模型的建立過程和技術(shù)特點(diǎn)，METSIM模型計(jì)算結(jié)果與NCC軟件計(jì)算結(jié)果、以往工程實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的比較及應(yīng)用該模型的工廠實(shí)踐均表明：METSIM模型是一款成功的模型。并且，對(duì)METSIM軟件存在的缺陷也進(jìn)行了介紹。
〔關(guān)鍵詞〕閃速煉銅；工藝模擬；METSIM
METSIM軟件最初起源于一個(gè)冶金工藝的模擬程序，該程序可用于復(fù)雜工藝流程圖中主要單元操作的質(zhì)量平衡計(jì)算。該應(yīng)用程序的成功，使它的應(yīng)用擴(kuò)展到熱平衡計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)、過程控制、設(shè)備設(shè)計(jì)、成本估算和過程分析。目前，METSIM幾乎可以對(duì)所有的冶金工藝流程進(jìn)行模擬計(jì)算[1-3]。
1模型建立
建立一個(gè)合適的閃速熔煉METSIM模型，應(yīng)該有計(jì)劃進(jìn)行，建模過程應(yīng)當(dāng)包括如下一些步驟：1）初步的工藝流程圖。初步工藝流程圖應(yīng)當(dāng)在開始建立模型之前就準(zhǔn)備好，包括物流的走向，包括設(shè)備的初步選用。2）化合物的選定。在有了初步工藝流程圖以后，可以開始進(jìn)行模型的搭建，第一步應(yīng)該是選擇整套工藝流程涉及的各個(gè)化合物。3）模型中流程圖的建立。根據(jù)事先準(zhǔn)備的初步工藝流程圖，在模型中建立對(duì)應(yīng)的物流線、設(shè)備模塊,并將物流走向確定。4）編制名稱。為了方便操作及追溯,應(yīng)當(dāng)在流程圖建立后，給每個(gè)設(shè)備及物流輸入對(duì)應(yīng)的名稱。5）通過軟件模塊建立EXCEL文件和模型的關(guān)聯(lián)。6）給每個(gè)設(shè)備模塊輸入化學(xué)反應(yīng)方程式或一些設(shè)備參數(shù)。7）增加過程控制器，并輸入對(duì)應(yīng)的函數(shù)命令。在流程圖建立、模塊內(nèi)容補(bǔ)充完畢后，應(yīng)對(duì)物流及模塊內(nèi)的反應(yīng)進(jìn)行控制設(shè)定。8）對(duì)模型的檢查。在模型建立后，要進(jìn)行測(cè)試,推薦的方法是一個(gè)一個(gè)模塊進(jìn)行測(cè)試，這樣能較容易地找出模型編制過程中的錯(cuò)誤。9）對(duì)模型計(jì)算結(jié)果的檢驗(yàn)。當(dāng)模型運(yùn)行無問題后，應(yīng)當(dāng)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行檢查，檢查的內(nèi)容包括關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)是否符合實(shí)際情況、產(chǎn)出的.產(chǎn)品是否和正常值偏差很大等等。按照上述流程可建立閃速熔煉計(jì)算模型，其流程界面如圖1所示。從圖1可以看出，模型是按照實(shí)際閃速熔煉流程建立的，包括了干礦倉(cāng)、反應(yīng)塔、沉淀池、上升煙道、燃燒器、余熱鍋爐及電收塵等。在反應(yīng)塔中設(shè)定了氧氣利用效率，根據(jù)冷卻系統(tǒng)規(guī)模、運(yùn)行情況及溫度場(chǎng)分布確定了熱損失數(shù)據(jù)，并將精礦在反應(yīng)塔內(nèi)發(fā)生的各種氧化反應(yīng)、造渣反應(yīng)等輸入到模塊中。通過控制器設(shè)定，實(shí)現(xiàn)由氧氣量調(diào)節(jié)冰銅品位，實(shí)現(xiàn)由富氧濃度對(duì)出塔物料溫度的控制。在余熱鍋爐中,通過設(shè)置熱交換效率、收塵效率及循環(huán)水的一些參數(shù),可得到產(chǎn)出蒸汽量等工藝數(shù)據(jù)。通過這些模塊的建立,可以得到從熔煉到電收塵的各種工藝參數(shù)。未來該模型將繼續(xù)得到完善,例如將蒸汽干燥及硫酸廠均加入到模型中。
2模型驗(yàn)證
模型的驗(yàn)證是模型能夠?qū)嶋H應(yīng)用的重要過程。在實(shí)際使用中,將METSIM軟件與NCC計(jì)算軟件（中國(guó)瑞林擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一套閃速煉銅工藝計(jì)算軟件,在國(guó)內(nèi)著名冶煉廠設(shè)計(jì)過程中均采用該軟件）進(jìn)行對(duì)比,另外還與以往工程實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。比較結(jié)果表明,采用METSIM閃速煉銅模型得到的計(jì)算結(jié)果與上述二者幾乎一致（表1）,這也證明了作為一款工程設(shè)計(jì)用的工藝模型,該閃速煉銅模型是完全適用的。另外，在金冠銅業(yè)雙閃項(xiàng)目、金隆銅業(yè)改造等設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，中國(guó)瑞林采用了該軟件進(jìn)行工藝計(jì)算。從目前項(xiàng)目投產(chǎn)情況來看，各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果均符合實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果。
3模型計(jì)算結(jié)果
以某150kt項(xiàng)目為例,采用METSIM軟件計(jì)算得到的結(jié)果見表2～3和圖2。值得注意的是，上述表格是工程設(shè)計(jì)常使用的一些表格，除此之外，METSIM可以方便地得到其他一些參數(shù)，對(duì)于精細(xì)設(shè)計(jì)有較大幫助。從圖2可以方便地看到每個(gè)反應(yīng)的放熱或吸熱數(shù)據(jù)，據(jù)此可以幫助設(shè)計(jì)人員判斷哪些物質(zhì)對(duì)工藝過程有較大影響。
4對(duì)METSIM軟件的期望
METSIM軟件在中國(guó)瑞林得到廣泛使用,但目前似乎還只能應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)。如果能對(duì)其進(jìn)行功能拓展，并融合進(jìn)閃速爐在線DCS控制系統(tǒng),將該軟件從離線軟件升級(jí)為工廠在線控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件,將極大拓展該軟件的使用領(lǐng)域。此外，該軟件建立模型存在一定局限，必須對(duì)工藝過程中的化學(xué)反應(yīng)明了才可編制模型。而往往有些工藝過程暫時(shí)還沒有非常完善的理論研究，屬于“黑匣子”。而METSIM軟件似乎不適應(yīng)這種計(jì)算思路。Metsim對(duì)熱力學(xué)過程的計(jì)算是個(gè)靜態(tài)的計(jì)算，沒有考慮活度系數(shù)的不同以及生成互熔體過程的熱，其熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)還有較大的完善空間。
5結(jié)語(yǔ)
METSIM軟件功能非常多，本文只是簡(jiǎn)單的敘述了其在閃速煉銅工程設(shè)計(jì)中的部分應(yīng)用，還有許多功能需要設(shè)計(jì)者進(jìn)一步的開發(fā)和探索。但從目前使用而言，該軟件大幅度提高了工藝計(jì)算效率，并且通過國(guó)內(nèi)大型銅冶煉廠工程實(shí)踐檢驗(yàn)，是完全滿足工程設(shè)計(jì)要求的。若能融合其他一些工藝軟件的思路，將對(duì)METSIM軟件本身有極大提高。
參考文獻(xiàn)
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