铜闪速熔炼影响规律的神经网络分析.pdf

2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年2 期 铜闪速熔炼影响规律的神经网络分析 汪金良1 ，卢宏2 ，汪仁良3 ，曾青云1 1 ．江西理工大学材料与化学工程学院，赣姘3 4 1 0 0 0 ；2 ．江西理工大学信息工程学院，赣州3 4 1 0 0 0 ； 3 ．贵溪冶炼厂，江西贵溪3 3 5 4 2 4 摘要基于已建立的神经网络模型，研究了富化率、吨矿氧量、熔剂率以及铜精矿主要成分对铜闪速熔炼 过程的影响。结果表明富化率的增大会使铜锍品位降低、铜锍温度升高，而对渣含F e ／S i O 影响不大； 吨矿氧量的增加会使铜锍品位、铜锍温度及渣含F e ／S i 0 。都升高；熔剂率的增加会使渣含F e ／S i 0 。明显 下降；精矿中C u 含量的增大会使铜锍品位升高，铜锍温度稍微降低；而F e 的影响与C u 相反；S ／C u 一般 控制在1 ．o 土0 ．2 ，自热熔炼应控制在1 ．3 4 以上。 ‘ 关键词神经网络；闪速熔炼；铜；因素 中图分类号T F 8 1 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 【2 0 0 8 0 2 一O 0 0 2 一0 4 A n a l y s i so ft h eE f f e c tF a c t o r so fC o p p e rF l a s hS m e l t i n g B a s e do nN e u r a lN e t w o r k W A N GJ i n l i a n 9 1 ，L UH o n g 上，W A N GR e n l i a n 9 3 ，Z E N GQ i n g y u n l 1 ．F a c u l t yo fM a t e r i a la n dC h e m i s t r yE n g i n e e r i n g ，J i a n g x iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ， G a n z h o u3 4 1 0 0 0 ，C h i n a ；2 ．F a c u l t yo fI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g ，J i a n g x iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y 。 G a n z h o u3 4 1 0 0 0 ，C h i n a3 ．G u l x iS m e l t e r ，G u i x i3 3 5 4 2 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c t so ft h eo x y g e ng r a d e ，t h eo x y g e nv o l u m ep e rt o nc o n c e n t r a t e ，t h ef l u xr a t ea n dt h ee l - e m e n t sc o n t e n ti nc o p p e rc o n c e n t r a t eo nt h ec o p p e rf l a s hs m e l t i n gp r o c e s sa r es t u d i e db a s e do nt h eb u i l t n e u r a ln e t w o r km o d e l ．R e s u l t ss h o wt h a tt h em a t t eg r a d er e d u c e s ，t h em a t t et e m p e r a t u r ei n c r e a s e sb u tt h e F e ／S i 0 2i ns l a gc h a n g e sl i t t l ew h e nt h eo x y g e ng r a d ei n c r e a s e s ；t h em a t t eg r a d e ，t h em a t t et e m p e r a t u r e a n dt h eF e ／S i O zi ns l a gi n c r e a s ea l lw h e nt h eo x y g e nv o l u m ep e rt o nc o n c e n t r a t ei n c r e a s e s ；t h eF e ／S i 0 2i n s l a gd r o p sc l e a r l yw h e nt h ef l u xr a t i oi n c r e a s e s ；t h ei n c r e m e n to ft h eC uc o n t e n ti nc o n c e n t r a t em a k e st h e m a t t eg r a d ei n c r e a s eb u tt h em a t t et e m p e r a t u r ed r o p1 i t t l e ；t h ee f f e c to ft h eF ec o n t e n ti nc o n c e n t r a t ei so p p o s i t et ot h eC uc o n t e n t ；S ／C us h o u l db ec o n t r o l l e df r o m0 ．8t o1 ．2g e n e r a l l y ，b u tm o r et h a n1 ．3 4f o r s e l f - h e a ts m e l t i n g ． K e y w o r d s N e u r a ln e t w o r k ；F l a s hS m e l t i n g ；C o p p e r ；F a c t o r s 由于炉体结构较复杂，炉内物理化学反应迅速， 属高温、多相、多组分反应，相关因素多变、不确定， 难以用实验手段来模拟熔炼过程，因而借助数学和 计算机技术来模拟火法冶金过程并进行优化控制的 方法一直受到冶金工作者的重视和关注‘卜钊。 在文献嗍中，作者建立了以富化率、吨矿氧量、 熔剂率、精矿中C u 含量、S 含量、F e 含量、S i O z 含 量M g O 含量为输入节点，网络结构分别为8 1 6 1 、 8 2 0 一1 和8 - 2 0 - 1 的铜锍品位神经网络模型、铜锍温 度神经网络模型和渣含F e ／S i O 。神经网络模型，该 基金项目国家冉然科学基金项目 5 0 3 6 4 0 0 4 ；江西省自然科学基金项目 0 2 5 0 0 2 6 作者简介汪金良 1 9 7 6 - - ，男，江西贵溪人，讲师。博士研究生 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年2 期 3 神经网络模型与铜闪速熔炼生产实践吻合较好，且 具有良好的泛化能力。 本文基于所建立的铜闪速熔炼神经网络模型， 探讨了控制参数 富化率、吨矿氧量、熔剂率 和铜精 矿主要成分 C u 、F e 、S ／C u 对控制目标 铜锍品位、 铜锍温度、渣含F e ／S i 0 2 的影响规律，为铜闪速熔 炼操作与控制提供参考。本研究基于下列数据富 化率5 1 ．5 ％，吨矿氧量1 6 7 ．7 6m 3 ，熔剂率1 5 ％，精 矿量1 2 8t ，精矿主要成分 ％ C u2 0 ．6 1 ，S2 7 ．5 9 ， F e2 4 ．7 2 ，S i 0 21 1 ．6 4 ，M g O1 ．3 9 。 1 控制参数对熔炼过程的影响 1 ．1 富化率的影响 富化率对熔炼工艺指标铜锍品位、铜锍温度及 渣含F e ／S i O 。的影响如图1 所示。 水 、 塑 莲 接 疆 图1富化率对铜闪速熔炼过程的影响 F i g ．1 E f f e c to ft h eo x y g e ng r a d eo nc o p p e r f l a s hs m e l t i n gp r o c e s s 图1 表明，富化率在小于5 1 ％时，铜锍品位变 化不大，但随着鼓风中富化率的继续增加，铜锍品位 会不断的下降。这是因为在吨矿氧量不变的情况 下，铜锍品位基本上保持不变，但随着氧气浓度的增 大，氧的利用系数降低；同时，气相中S O z 分压增 大，与其平衡的铜锍相中S 的活度也增大，即S 的脱 除率减少，从而使铜锍品位下降。富化率在小于 5 1 ％时，随着鼓风富化率的增加，铜锍温度急剧上 升，每增加1 ％，铜锍温度上升约1 0 ℃；而大于5 1 ％ 后，变化趋于平衡，几乎不变。这是由于富化率提 高，烟气带走的热量减少，从而使铜锍温度升高。这 也是使用富氧进行熔炼的原因之一。富化率对渣含 F e ／S i 0 2 影响不大。 1 ．2 吨矿氧量的影响 吨矿氧量对熔炼工艺指标铜锍品位、铜锍温度 及渣含F e ／S i 0 2 的影响如图2 所示。 连 捌 葛 三 疆 落 一 芏 岩 矗 一 p 、 煞 墨 疆 聂 图2 吨矿氧置对铜闪速熔炼过程的影响 F i g ．2 E f f e c to ft h eo x y g e nv o l u m ep e rt o n c o n c e n t r a t eo nc o p p e rf l a s hs m e l t i n gp r o c e s s 图2 表明，随着吨矿氧量的增加，铜锍品位逐渐 上升。这是因为用于造锍反应的氧增加，致使铜锍 品位增加。这也说明了为什么铜锍品位主要是通过 控制吨矿氧量来实现的。但是吨矿氧量增加的同时 也使得铜锍温度和渣含F e ／S i O 。增加。所以，吨矿 氧量也不是越大越好，应综合考虑。 1 ．3 熔剂率的影响 熔剂率对渣含F e ／S i O 。的影响如图3 所示。 图3 熔剂率对渣含F e ／S i O 的影响 F i g ．3 E f f e c to ft h en U Xr a t i oO i lt h e F e ／S i 0 2i ns l a g 图3 说明，随着熔剂率的增加，即对于一定量的 精矿，增加熔剂量，渣含F e ／S i o 逐渐下降，这是因 为参加造渣反应的S i O 。增加了，致使渣含F e ／S i 0 。 下降。 、 2 铜精矿成分对熔炼过程的影响 2 ．1C u 含量的影响 C u 含量对熔炼工艺指标铜锍品位、铜锍温度的 影响如图4 所示。 图4 表明，当精矿中C u 含量增大，所得的铜锍 品位就越高，但增大到一定值后，铜锍品位增大变 一若管器一p、莓，穗鹾杀 万方数据 4 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年2 期 图4 精矿含C u 量对铜闪速熔炼过程的影响 F i g ．4 E f f e c to ft h eC nc o n t e n ti nc o n c e n t r a t e O i lc o p p e rf l a s hs m e l t i n gp r o c e s s 缓。这是因为当吨矿氧量一定时，被氧化的F e S 是 一定的，即冰铜中的F e S 也是一定的，而增加的C u 主要以C u S 形式存在于铜锍中，于是铜锍品位会 相应增大。当精矿中C u 含量从1 5 ％增大到2 5 ％ 时，冰铜温度变化不大，从12 1 5 ．5 “ C 降到 12 1 1 ．5 ℃。这是因为在造锍熔炼过程中，C u S 几 乎不参加氧化反应，不会放出热量，而在精矿中的高 价铜的硫化物分解需要吸收一定的热量，所以冰铜 温度会稍微降低。 2 ．2 S ／C u 的影响 S ／C u 对熔炼工艺指标铜锍品位、铜锍温度及渣 含F e ／S i 0 2 的影响如图5 所示。 一 冀 爱 巅 一 是 蜊 赠 避 蕊 圈5 精矿中S ／C u 对铜闪速熔炼过程的影晌 F i g ．5 E f f e c to ft h eS ／C ui nc o n c e n t r a t eo n c o p p e rf l a s hs m e l t i n gp r o c e s s 图5 表明，当精矿中S ／C u 增大时，铜锍品位有 所下降，而铜锍温度逐渐上升，渣含F e ／S i 0 2 也逐渐 上升。可见，S ／C u 对熔炼过程的影响挺大。对于给 定的铜锍品位，S ／C u 高的精矿反应热大，因而可以 实现自热，但是熔炼渣量大，渣含铜损失大，炉渣贫 化系统的能力需要加大；而S ／C u 低的精矿反应热 少，需大量的矿物燃料补充热量，自热熔炼难以实 现。故精矿S ／C u 的选择，应结合各冶炼厂的技术、 经营的实际条件进行优化。 由于本文所采用的神经网络模型训练样本中不 包含重油∞] ，所以由图5 曲线可知，当S ／C u ≥1 ．3 4 时，冰铜温度已经满足生产要求，即实现了自热熔 炼。当有重油等燃料时，取1 ．O 0 ．2 即可。 2 ．3 F e 含量的影响 F e 的含量比对熔炼工艺指标铜锍品位、铜锍温 度及渣含F e ／S i 0 2 的影响如图6 所示。 一 丑 氆 辎 一 p 、 趟 囊 鹾 器 图6 精矿含F e 量对铜速熔炼过程的影响 F i g ．6 E f f e c to ft h eF ec o n t e n ti nc o n c e n t r a t e o nc o p p e rf l a s hs m e l t i n gp r o c e s s 图6 表明，随着精矿中F e 含量的增加，铜锍温 度和渣含F e ／S i O 逐渐上升，而铜锍品位逐渐下降。 这是因为在吨矿氧量一定的情况下，精矿中参与氧 化反应的F e S 一定，当精矿中F e 含量增加时，铜锍 中的F e S 相应增多，致使铜锍品位下降。 2 ．4s i 0 2 含量的影响 精矿中S i O 。含量对铜锍品位和渣含F e ／S i O 的影响如图7 所示。 图7精矿含S i O 量对铜闪速熔炼过程的影响 F i g ．7 E f f e c to ft h eS i 0 2c o n t e n ti nc o n c e n t r a t e o nc o p p e rf l a s hs m e l t i n gp r o c e s s 图7 表明，S i 0 2 含量对渣含F e ／S i O z 的影响很 大，随着S i 0 2 含量的增加，渣含F e ／S i O 。明显下降， 堡掣毖“摹 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年2 期 5 。 这再一次说明了通过调节熔剂量 相对于一定的精 矿 来控制渣含F e ／S i O 。的原因。但同时应注意到， S i O 含量的增加也同时导致铜锍品位的上升，这可 能是由于增加的S i O 促进了F e S 氧化造渣反应以 及铜锍中F e 。0 。的直接造渣反应而引起的。因此， 当通过改变熔剂量来调节渣型的时候，也必须对空 气量、风量作相应的调整。 3 ．结语 基于神经网络模型研究各种操作参数对铜闪速 熔炼过程的影响是可行的，而且其方法简单易行，结 果直观明了。研究结果可为铜闪速熔炼操作与控制 提供一定的参考。若在神经网络建模时考虑更多的 工艺参数，并用生产实时数据不断训练铜闪速熔炼 神经网络模型，可提高研究范围的广泛性和结果的 实用性。 参考文献 [ 1 ] 谭鹏夫，张传福．铜熔炼中锍品位对杂质元素分配行为 的影响E J 3 ．有色金属，1 9 9 7 ，4 9 3 6 5 6 8 ． E z 2 黎书华，黄克雄，梅显芝．贵溪闪速炉铜锍熔炼过秽旗 力学模型口] ．中南工业大学学报，1 9 9 5 ，2 6 5 6 2 7 ～ 6 3 1 ． [ 3 ] 汪金良，曾青云，汪仁良．应用稗经网络技术建立铜闪 速熔炼冰铜温度模型的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ， 2 0 0 2 1 1 2 1 4 ． [ 4 3 曾青云．铜闪速熔炼操作数据的回归分析E J 3 ．有色金 属 冶炼部分 ，1 9 9 4 5 4 E 5 3 曾青云，汪金良．铜闪速熔炼神经网络模型的建立E J 3 ． 南方冶金学院学报，2 0 0 3 ，2 4 5 1 5 1 8 ，4 0 ． 万方数据