(长沙有色冶金设计研究院有限公司,湖南 长沙 410000)
MetCal采用全新的流程计算软件开发理念,将冶金过程工艺流程图和冶金过程计算流程图融为一体,具有功能强大,过程直观、通用性强、操作简便灵活、运算速度快等众多优点。基于MetCal平台,可快速构建质量平衡、热平衡和化学平衡单元过程数学模型,积木式搭建流程优化设计或在线控制应用系统。
本文以我国南方某厂火法处理铜烟尘浸出渣为例,借助METCAL软件构造了富氧还原熔炼工艺过程模拟,以期得到还原熔炼过程中金属物相平衡和热量平衡,为冶炼工艺设计提供了数据支撑。
铜冶炼烟尘中含有大量的铜、铅、锌、锡、铋、砷等有价金属,湿法酸浸可以把大部分的铜、锌、砷等元素浸出加以回收;浸出后产出的浸出渣主要含有铅、铋、锡等有价金属,又称铅铋渣,主要以硫酸盐的形式存在,铅铋渣经过制团、自然干燥后送鼓风炉富氧还原熔炼,产出的铅铋合金既可以作为产品出售,又可以进一步精炼为电铅和精铋[1,2]。本项目即采用此工艺生产铅铋合金。
工艺流程模型建立必须选择正确的操作单元进行工艺流程组态,并调试模型中的参数使其预期结果尽量趋近于实际的生产数据,这样才能够保证模型的正确性[3]。
首先结合项目既定的工艺路线及工艺技术条件,根据原辅材料的元素成分、物相分析、处理量等工艺控制参数分别建立独立的物料单元,并确定作业方式和周期,图1即为以铅铋渣为模型建立的操作单元。设定好原料组成后,通过对产物组成中每种产物的物相、形态、温度等状态进行设定,建立鼓风炉还原熔炼计算单元,将计算好的物料单元通过物质流线导入鼓风炉还原熔炼计算单元,设定元素在产物中的分配比例,再在自定义约束中对控制变量进行约束,如图2所示,接着启用热平衡计算并设定好热平衡参数,如果某个冶金单元有返料,可通过返料线快速实现返料迭代计算,各单元间通过物质流线的连接实现物料相关信息由上至下传递,从而逐步建立起全流程的冶炼工艺计算模型。
如图3是用Metcal软件建立的工艺流程模型,主要包括投入、产出物料和操作单元等。
Metcal可以通过全流程导出设置,对全流程各冶金单元计算结果进行输出(以excel表格形式导出)。单元和全流程计算结果包括投入产出物料平衡表、元素质量百分含量表、元素质量平衡表、元素分配表、投入产出组分表、热平衡表、流程图等信息[4]。设置相关计算参数,调试通过后,部分计算结果与实际生产参数对比见表。
表1 Metcal计算模型与实际生产参数对比
(1)Metcal软件拥有齐全的冶金工艺模块以及强大的逻辑控制系统,可以进行多元素辅助计算,运算结果详尽准确,与传统的Excel计算相比,可实现流程工业计算和设计的模块化、规范化、准确化和高效化,使工艺设计更加合理和准确,为物料平衡及热平衡计算提供了可靠的基础。
图1 单元数学模型
图2 自定义约束模型
图3 基于Metcal富氧还原熔炼处理铜烟尘浸出渣工艺流程模型
(2)通过构建基于Metcal的鼓风炉富氧还原熔炼模型,探讨了Metcal软件在冶金工艺设计中的应用,所创建的模型与实际生产的契合度较高,对工程项目的实际生产具有指导意义。