METSIM軟件在閃速煉銅工藝設(shè)計的運用論文
〔摘要〕介紹閃速煉銅METSIM工藝計算模型的建立過程和技術(shù)特點，METSIM模型計算結(jié)果與NCC軟件計算結(jié)果、以往工程實際運行數(shù)據(jù)的比較及應用該模型的工廠實踐均表明：METSIM模型是一款成功的模型。并且，對METSIM軟件存在的缺陷也進行了介紹。
〔關(guān)鍵詞〕閃速煉銅；工藝模擬；METSIM
METSIM軟件最初起源于一個冶金工藝的模擬程序，該程序可用于復雜工藝流程圖中主要單元操作的質(zhì)量平衡計算。該應用程序的成功，使它的應用擴展到熱平衡計算、化學反應、過程控制、設(shè)備設(shè)計、成本估算和過程分析。目前，METSIM幾乎可以對所有的冶金工藝流程進行模擬計算[1-3]。
1模型建立
建立一個合適的閃速熔煉METSIM模型，應該有計劃進行，建模過程應當包括如下一些步驟：1）初步的工藝流程圖。初步工藝流程圖應當在開始建立模型之前就準備好，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，可以開始進行模型的搭建，第一步應該是選擇整套工藝流程涉及的各個化合物。3）模型中流程圖的建立。根據(jù)事先準備的初步工藝流程圖，在模型中建立對應的物流線、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,應當在流程圖建立后，給每個設(shè)備及物流輸入對應的名稱。5）通過軟件模塊建立EXCEL文件和模型的關(guān)聯(lián)。6）給每個設(shè)備模塊輸入化學反應方程式或一些設(shè)備參數(shù)。7）增加過程控制器，并輸入對應的函數(shù)命令。在流程圖建立、模塊內(nèi)容補充完畢后，應對物流及模塊內(nèi)的反應進行控制設(shè)定。8）對模型的檢查。在模型建立后，要進行測試,推薦的方法是一個一個模塊進行測試，這樣能較容易地找出模型編制過程中的錯誤。9）對模型計算結(jié)果的檢驗。當模型運行無問題后，應當對計算結(jié)果進行檢查，檢查的內(nèi)容包括關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標是否符合實際情況、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，模型是按照實際閃速熔煉流程建立的，包括了干礦倉、反應塔、沉淀池、上升煙道、燃燒器、余熱鍋爐及電收塵等。在反應塔中設(shè)定了氧氣利用效率，根據(jù)冷卻系統(tǒng)規(guī)模、運行情況及溫度場分布確定了熱損失數(shù)據(jù)，并將精礦在反應塔內(nèi)發(fā)生的各種氧化反應、造渣反應等輸入到模塊中。通過控制器設(shè)定，實現(xiàn)由氧氣量調(diào)節(jié)冰銅品位，實現(xiàn)由富氧濃度對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模型驗證
模型的驗證是模型能夠?qū)嶋H應用的重要過程。在實際使用中,將METSIM軟件與NCC計算軟件（中國瑞林擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的一套閃速煉銅工藝計算軟件,在國內(nèi)著名冶煉廠設(shè)計過程中均采用該軟件）進行對比,另外還與以往工程實際運行數(shù)據(jù)進行了比較。比較結(jié)果表明,采用METSIM閃速煉銅模型得到的計算結(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)雙閃項目、金隆銅業(yè)改造等設(shè)計項目中，中國瑞林采用了該軟件進行工藝計算。從目前項目投產(chǎn)情況來看，各項計算結(jié)果均符合實際生產(chǎn)結(jié)果。
3模型計算結(jié)果
以某150kt項目為例,采用METSIM軟件計算得到的結(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)，對于精細設(shè)計有較大幫助。從圖2可以方便地看到每個反應的放熱或吸熱數(shù)據(jù)，據(jù)此可以幫助設(shè)計人員判斷哪些物質(zhì)對工藝過程有較大影響。
4對METSIM軟件的期望
METSIM軟件在中國瑞林得到廣泛使用,但目前似乎還只能應用于工程設(shè)計。如果能對其進行功能拓展，并融合進閃速爐在線DCS控制系統(tǒng),將該軟件從離線軟件升級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，必須對工藝過程中的化學反應明了才可編制模型。而往往有些工藝過程暫時還沒有非常完善的理論研究，屬于“黑匣子”。而METSIM軟件似乎不適應這種計算思路。Metsim對熱力學過程的計算是個靜態(tài)的計算，沒有考慮活度系數(shù)的不同以及生成互熔體過程的熱，其熱力學數(shù)據(jù)庫還有較大的完善空間。
5結(jié)語
METSIM軟件功能非常多，本文只是簡單的敘述了其在閃速煉銅工程設(shè)計中的部分應用，還有許多功能需要設(shè)計者進一步的開發(fā)和探索。但從目前使用而言，該軟件大幅度提高了工藝計算效率，并且通過國內(nèi)大型銅冶煉廠工程實踐檢驗，是完全滿足工程設(shè)計要求的。若能融合其他一些工藝軟件的思路，將對METSIM軟件本身有極大提高。
參考文獻
[1]王明,譫啟明.METSIM冶金過程模擬系統(tǒng)在工程設(shè)計中的應用[J].稀有金屬與硬質(zhì)合金，2009，37（4）:64-67.
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