METSIM软件在闪速炼铜工艺设计中的应用

何峰

(中国瑞林工程技术有限公司,江西南昌 330031）

METSIM软件在闪速炼铜工艺设计中的应用

何峰

(中国瑞林工程技术有限公司,江西南昌 330031）

介绍闪速炼铜METSIM工艺计算模型的建立过程和技术特点，METSIM模型计算结果与NCC软件计算结果、以往工程实际运行数据的比较及应用该模型的工厂实践均表明：METSIM模型是一款成功的模型。并且，对METSIM软件存在的缺陷也进行了介绍。

闪速炼铜；工艺模拟；METSIM

METSIM软件最初起源于一个冶金工艺的模拟程序，该程序可用于复杂工艺流程图中主要单元操作的质量平衡计算。该应用程序的成功，使它的应用扩展到热平衡计算、化学反应、过程控制、设备设计、成本估算和过程分析。目前，METSIM几乎可以对所有的冶金工艺流程进行模拟计算[1-3]。

1 模型建立

建立一个合适的闪速熔炼METSIM模型，应该有计划进行，建模过程应当包括如下一些步骤：1）初步的工艺流程图。初步工艺流程图应当在开始建立模型之前就准备好，包括物流的走向，包括设备的初步选用。2）化合物的选定。在有了初步工艺流程图以后，可以开始进行模型的搭建，第一步应该是选择整套工艺流程涉及的各个化合物。3）模型中流程图的建立。根据事先准备的初步工艺流程图，在模型中建立对应的物流线、设备模块,并将物流走向确定。4）编制名称。为了方便操作及追溯,应当在流程图建立后，给每个设备及物流输入对应的名称。5）通过软件模块建立EXCEL文件和模型的关联。6）给每个设备模块输入化学反应方程式或一些设备参数。7）增加过程控制器，并输入对应的函数命令。在流程图建立、模块内容补充完毕后，应对物流及模块内的反应进行控制设定。8）对模型的检查。在模型建立后，要进行测试,推荐的方法是一个一个模块进行测试，这样能较容易地找出模型编制过程中的错误。9）对模型计算结果的检验。当模型运行无问题后，应当对计算结果进行检查，检查的内容包括关键技术参数指标是否符合实际情况、产出的产品是否和正常值偏差很大等等。按照上述流程可建立闪速熔炼计算模型，其流程界面如图1所示。

图1 闪速熔炼METSIM流程

从图1可以看出，模型是按照实际闪速熔炼流程建立的，包括了干矿仓、反应塔、沉淀池、上升烟道、燃烧器、余热锅炉及电收尘等。在反应塔中设定了氧气利用效率，根据冷却系统规模、运行情况及温度场分布确定了热损失数据，并将精矿在反应塔内发生的各种氧化反应、造渣反应等输入到模块中。通过控制器设定，实现由氧气量调节冰铜品位，实现由富氧浓度对出塔物料温度的控制。在余热锅炉中,通过设置热交换效率、收尘效率及循环水的一些参数,可得到产出蒸汽量等工艺数据。通过这些模块的建立,可以得到从熔炼到电收尘的各种工艺参数。未来该模型将继续得到完善,例如将蒸汽干燥及硫酸厂均加入到模型中。

2 模型验证

模型的验证是模型能够实际应用的重要过程。在实际使用中,将METSIM软件与NCC计算软件（中国瑞林拥有自主知识产权的一套闪速炼铜工艺计算软件,在国内著名冶炼厂设计过程中均采用该软件）进行对比,另外还与以往工程实际运行数据进行了比较。比较结果表明,采用METSIM闪速炼铜模型得到的计算结果与上述二者几乎一致（表1）,这也证明了作为一款工程设计用的工艺模型,该闪速炼铜模型是完全适用的。

表1 计算结果对比

另外，在金冠铜业双闪项目、金隆铜业改造等设计项目中，中国瑞林采用了该软件进行工艺计算。从目前项目投产情况来看，各项计算结果均符合实际生产结果。

3 模型计算结果

以某150 kt项目为例,采用METSIM软件计算得到的结果见表2～3和图2。值得注意的是，上述表格是工程设计常使用的一些表格，除此之外，METSIM可以方便地得到其他一些参数，对于精细设计有较大帮助。

表2 METSIM闪速熔炼模型物料平衡

表3 METSIM闪速熔炼模型热平衡

从图2可以方便地看到每个反应的放热或吸热数据，据此可以帮助设计人员判断哪些物质对工艺过程有较大影响。

图2 反应塔各物质化学反应放热及吸热数据

4 对METSIM软件的期望

METSIM软件在中国瑞林得到广泛使用,但目前似乎还只能应用于工程设计。如果能对其进行功能拓展，并融合进闪速炉在线DCS控制系统,将该软件从离线软件升级为工厂在线控制系统的基础软件,将极大拓展该软件的使用领域。此外，该软件建立模型存在一定局限，必须对工艺过程中的化学反应明了才可编制模型。而往往有些工艺过程暂时还没有非常完善的理论研究，属于“黑匣子”。而METSIM软件似乎不适应这种计算思路。Metsim对热力学过程的计算是个静态的计算，没有考虑活度系数的不同以及生成互熔体过程的热，其热力学数据库还有较大的完善空间。

5 结语

METSIM软件功能非常多，本文只是简单的叙述了其在闪速炼铜工程设计中的部分应用，还有许多功能需要设计者进一步的开发和探索。但从目前使用而言，该软件大幅度提高了工艺计算效率，并且通过国内大型铜冶炼厂工程实践检验，是完全满足工程设计要求的。若能融合其他一些工艺软件的思路，将对METSIM软件本身有极大提高。

[1]王明,谵启明.METSIM冶金过程模拟系统在工程设计中的应用[J].稀有金属与硬质合金，2009，37（4）:64-67.

[2]孙宁磊,董爱国,殷书岩,等.Metsim软件在氧化铜矿湿法浸出项目中的应用[J].中国有色冶金，2013（4）：31-33.

[3]郭学益,廖立乐,王亲猛,等.基于METSIM氧气底吹炼铜工艺性能分析[J].有色金属科学与工程，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

国家高技术发展研究计划课题“新型闪速冶金关键技术与装备”（2013AA064001）。

何峰（1983—），男，工程师，主要从事有色冶金工艺设计及研究工作。