何峰

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司,江西南昌 330031）

METSIM軟件在閃速煉銅工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

何峰

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司,江西南昌 330031）

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。

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。

圖1 閃速熔煉METSIM流程

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。

表1 計(jì)算結(jié)果對(duì)比

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150 kt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。

表2 METSIM閃速熔煉模型物料平衡

表3 METSIM閃速熔煉模型熱平衡

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。

圖2 反應(yīng)塔各物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)放熱及吸熱數(shù)據(jù)

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

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。

[1]王明,譫啟明.METSIM冶金過程模擬系統(tǒng)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].稀有金屬與硬質(zhì)合金，2009，37（4）:64-67.

[2]孫寧磊,董愛國(guó),殷書巖,等.Metsim軟件在氧化銅礦濕法浸出項(xiàng)目中的應(yīng)用[J].中國(guó)有色冶金，2013（4）：31-33.

[3]郭學(xué)益,廖立樂,王親猛,等.基于METSIM氧氣底吹煉銅工藝性能分析[J].有色金屬科學(xué)與工程，2014（5）:1-6.

Application of METSIM Software in Design of Flash Copper Smelting Process

HE Feng
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

The paper introduces establishment period and technical characteristic of METSIM process calculation model, according to METSIM model calculation result and NCC software calculation result,the previous comparison of engineering actual operation data and practice of model application,it shows that METSIM model is a successful model.Furthermore,the paper also introduces shortcomings existed on METSIM software.

flash copper smelting;process simulation;METSIM

TF801.2

B

1004-4345(2015)05-0023-03

2014-12-24

國(guó)家高技術(shù)發(fā)展研究計(jì)劃課題“新型閃速冶金關(guān)鍵技術(shù)與裝備”（2013AA064001）。

何峰（1983—），男，工程師，主要從事有色冶金工藝設(shè)計(jì)及研究工作。