专利名称：一种基于数学模型指导的粗铜吹炼工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及铜冶炼生产领域，确切地说涉及一种基于数学模型指导的粗铜吹炼工艺。
背景技术：
肯尼柯特-奥托昆普闪速炉粗铜吹炼工艺是将研磨、干燥后的冰铜、生石灰、石英与烟尘、常温富气空气一起从闪速炉反应塔顶部冰铜喷嘴喷入塔内，借冰铜中硫化物的氧化反应热和燃料燃烧热，在塔内形成约1350-1500℃的高温烟气，使入炉物料大部分在瞬间完成吹炼过程的冶金化学反应，形成粗铜、炉渣和含有SO2的烟气。由于该工艺是在密闭的闪速炉内连续生产粗铜，具有环保、节能、生产能力大的特点，是当前世界上最先进的粗铜生产技术。
闪速炉粗铜吹炼的本质是通过氧化反应去除冰铜中的杂质，并产出期望品位的粗铜产品，这就要求在不同的原料、不同给料量的情况下，给定合适的氧化反应反需的氧气量；另一方面，炉内的温度控制也极其重要，它不仅影响生产操作还影响作还影响炉体的寿命，而炉体寿命的长短不仅影响炉子的大修费用也影响产能。但是，在铜冶炼生产过程中，炉内的物理化学过程十分复杂，在大规模工业生产条件下依靠人工经验是不可能达到预期效果的。因此需要研究一种模型，用数学方法描述炉内的物理化学过程，用于在不同工艺条件下计算出最佳工艺参数，以达到产品质量平稳、减少能源消耗、延长炉体寿命的目的。
发明内容
本发明目的是提供一种基于数学模型指导的粗铜吹炼工艺，它可根据冶金学关于在密闭的环境中火法冶金过程化学平衡和热力学平衡理论，建立闪速炉粗铜吹炼数学模型，利用数学模型将原料中的各元素的参数输入，计算出所需要目标参数和操作参数，根据计算出的各参数控制吹炼炉工作，达到节能减排、延长炉体寿命的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的一种基于数学模型指导的粗铜吹炼工艺，包括以下步骤①先将冰铜、烟尘、石灰和石英沙混合均匀后置入闪速吹炼炉的冰铜喷嘴，再将炉料与工艺风由喷嘴一起置入吹炼炉的反应塔内迅速完成吹炼反应，为改变反应塔中间区域的氧势，利用反应塔内安装的中央氧枪吹入氧气，并向反应塔内通入压缩空气，通过压缩空气的气流改善炉料在反应塔内的分布状况；炉内的氧化程度和产出物的温度分别由氧/料比和工艺风的氧浓度控制，当炉内热量不足时，通过冰铜喷嘴周围的天然气烧咀补充热量，当热量过剩的情况下，则加入烟尘调节炉内的热平衡状况；②上步反应生成的熔体在沉淀池内分离为粗铜和渣，产出的粗铜通过溜槽定期进入阳极炉进行精炼，吹炼渣经水淬磨细脱水后返回闪速熔炼炉继续熔炼，吹炼炉的烟气经余热锅炉和电收尘后送制酸系统制酸，烟气经余热锅炉沉降下来的烟尘和电收尘的烟尘经破碎筛分后返回闪速熔炼，电收尘的其他烟尘则返回吹炼炉作冷料；③根据冶金学关于在密闭环境中火法冶金过程化学平衡和热力学平衡理论，建立以金属平衡和热平衡为基础的闪速炉粗铜吹炼数学模型；通过金属平衡建立一个11元线性方程组，以求取当粗铜含硫达到目标值时物料在炉内化学反应所需要的氧量，渣中四氧化三铁、硅品位达到目标值时的钙量和硅量；热平衡是求取渣温达到目标值时的氧气浓度或天然气量，模型既可以把氧气浓度作为未知数，也可以将天然气量作为未知数； 利用该数学模型，根据给定的目标参数和生产条件能够精确计算出需要的最佳操作参数，使粗铜吹炼工艺过程的关键控制指标粗铜硫品位、渣中四氧化三铁、渣温保持稳定性，以达到提高生产效率、降低消耗、节约能源、延长炉体寿命的目的；在闪速炉粗铜吹炼生产过程中，其物理化学过程十分复杂，完全把握每一因互不对吹炼过程的影响是十分困难的。为了便于在实际生产中运用，选取粗铜闪速吹炔过程中主要元素作为平衡体系的元素。微量物相和不可知的物相归到Other中。
根据粗铜史吹炼生产的控制要求、过程的目标参数和操作参数设定为 粗铜吹炼生产投入物料为固体冰铜、返回的电收尘烟尘(C烟尘)、石灰、硅酸矿及随固体物料吹入的氧；铲出物为粗铜、渣、锅炉烟尘(B烟尘)、电收尘烟尘(C烟尘)及SO2烟气。
根据控制要求和投入产出条件，构造如下金属衡表
备注表中 G给定值 C解方程前计算 Xn未知数 空白解方程后计算 --不计算 根据金属平衡原理，将金属平衡表中的未知量，构造成一个11元线性方程组，解此方程组，即可求得为达到粗铜吹炼目标参数所需的氧系数、石灰量、硅酸矿量的操作值。
在闪速炉粗铜吹炼过程中，沉淀池的渣温是炉内温度控制的指标，而进入沉淀池前的反应塔中固、液、气三相混合物的温度直接影响沉淀池的渣温。
在反应塔的温度控制是通过随固体物料吹入的氧气浓度和补充的燃料燃烧热予以控制。这样通过热平衡表列出全部热收入和热支出并使平衡，就可求出达到目标渣温时反应塔吹入的氧气浓度。
反应塔热平衡
由于闪速炉粗铜吹炼可以在高富氧浓度下生产，可以实现自热吹炼，因此模型可以指定燃料量计算氧气浓度，也可指定氧浓度计算燃料量。
FCF(即，闪速吹炼)的技术要点 1)FCF采用常温富氧吹炼，氧浓度可达60％以上。
2)工艺风量＝工艺空气量+工艺氧 分配风量(压缩空气)＝6.3F+2.9u+0.526*V/F F矿量(冰铜)，u工艺风速，V工艺风量 中央氧量＝工艺氧量*7％ 工艺氧是工业制备氧. 3)吹炼渣为铁酸钙渣型(Cu—Fe—CaO)。
4)粗铜含S越低，要求氧化气氛越强，渣含铜越高。
在炉渣中机械夹杂的铜为2％、1300℃的冶炼条件下，炉渣中铜的化学平衡溶解度为 (％Cu)≈7.75*A*P021/4 其中对于铁酸钙炉渣，A＝19—23，硅酸铁渣本A＝25—35。
5)稳定Fe3O4和CaSO4挂渣是吹炼操作的关键。
6)Fe3O4铁酸钙渣中的溶解度高，可达20％。
7)为挂渣稳定，需加入少量的硅，当硅超出一定范围时，会有2CaO.SiO2析出，渣的粘度增加， 导致放渣操作困难，此时可通过调节CaO/Fe消除其影响. 8)根据相关资料介绍，“与闪速熔炼不同，闪速吹炼反应中，冰铜中的S全部氧化，仅有少量的S分散到粗铜和渣中。大部分的S是在反应塔中氧化的，约为总S的2/3，氧化反应的产物主要有Cu2O、CuO、Cu2O.Fe2O3、CuO.Fe2O3、Fe3O4等。未氧化的S是Cu2—XS(含有≤0.5％的铁)，在沉淀池内渣面上的反应层中，铜的氧化物(主要是Cu2O)及铜、铁的过氧化物(CuO、Fe2O3、Fe3O4等)与硫化物反应生成金属铜。
FCF的主要设计参数 精矿、熔剂、天然气设计成分 ●炉料 *为CaO+MgO＝1.5 ●天然气成分与发热值 ●工业制备氧浓度99.6％ FCF烟尘化学成分与矿石成分 ●FCF锅炉烟尘
●FCF电收尘烟尘
FCF化合物形态假定与计算 FCF的投入与产出物料
投入与产出物料的化合物及化学计算 计算常数 固体冰铜 ●化合物构成 备注*2FeO.SiO2考虑冰铜带渣的情况。
●化学计算 Cu量Cu2O的Cu量 ＝冰铜的Cu量*P1 Fe量FeS的Fe量 ＝[冰铜的S量—[冰铜的Cu量—Cu2O的Cu量]*k1]*P2 2FeO.SiO2的Fe量 ＝冰铜的SiO2量*K9 Fe3O4的Fe量 ＝冰铜Fe量—FeS的Fe量—2FeO.SiO2的Fe量 O量O量＝Fe3O4的O量+2FeO.SiO2的O量+Cu2O的O量 其中Fe3O4的O量＝Fe3O4的Fe量*K7 2FeO.SiO2的O量＝2FeO.SiO2的Fe量*K14 Cu2O的O量＝Cu2O的Cu量*K16 生石灰 ●化合物构成 备注也适用于熟石灰。
●化学计算 CaCO3量＝CaO量*P3 MgCO3量Mgo量*P4 硅酸矿 ●化学计算O2量＝硅酸矿的Fe量*K11 FCF渣 ●化合物构成 备注根据1、2、3节的技术要点8)考虑通过改变反应塔S氧化的比率做两种选择 1、部分S在反应塔完成反应，部分在渣面上完成。此时沉淀池热平衡应考虑S的氧化热。
2、全部在反应塔完成。
●化学计算 Cu量 金属Cu量＝渣中的Cu量*P5 Cu2O的Cu量＝渣中的Cu量*P6 CuO的Cu量＝渣中的Cu量*P7 Fe量 FeS的Fe量＝{渣中的S量*P30—[渣中的Cu量—Cu2O的Cu量—CuO的Cu量 —金属Cu量]*k1—渣量*P10*K12}*P2 Fe2O3的Fe量＝渣中的Fe量*P8Fe3O4的Fe量＝渣中的Fe量*P92FeO.SiO2的Fe量＝渣中的SiO2量*K9FeOX·CaO的Fe量＝渣中的Fe量—FeS的Fe量—Fe2O3的Fe量—Fe3O4的Fe量—2FeO.SiO2 的Fe量 O量O量＝Cu2O的O量+CuO的O量+Fe2O3的O量+Fe3O4的O量+FeOX·.CaO的O量+2FeO.SiO2的O 量+CaSO4的O量 其中Cu2O的O量＝Cu2O的Cu量*K16 CuO的O量＝CuO的Cu量*K8 Fe2O3的O量＝Fe2O3的Fe量*K11 Fe3O4的O量＝Fe3O4的Fe量*K7 FeOX·CaO的O量＝FeOX·CaO的Fe量*K14 2FeO.SiO2的O量＝2FeO.SiO2的Fe量*K14 CaSO4的O量＝渣量*P10*K12*K15 电收尘烟尘(FCF C烟尘) ●化合物构成 化学计算 Cu量 Cu2S的Cu量＝FCF C烟尘的Cu量*P11 Cu2O的Cu量＝FCF C烟尘的Cu量*P12 CuSO4的Cu量＝FCF C烟尘的Cu量—Cu2S的Cu量—Cu2O的Cu量 Fe量 Fe3O4的Fe量＝FCF C烟尘Fe量 O量 O量＝Cu2O的O量+CuSO4的O量+Fe3O4的O量 Cu2O的O量＝Cu2O的Cu量*K16 CuSO4的O量＝[FCF C烟尘的S量—Cu2S的Cu量*K1]*K17 Fe3O4的O量＝FCF C烟尘Fe量*K7 锅炉烟尘(FCF B烟尘) ●化合物构成 ●化学计算 Cu量 Cu2S的Cu量＝FCF B烟尘的S量*K18 Fe量Fe3O4的Fe量＝FCF B烟尘Fe量 O量O量＝Cu2O的O量+Fe3O4的O量 Cu2O的O量＝[FCF B烟尘的Cu量—Cu2S的Cu量]*K16 Fe3O4的O量＝FCF B烟尘Fe量*K7 粗铜 ●化合物构成 ●化学计算 Cu量 Cu2S的Cu量＝粗铜中的S量*K18 Cu2O的Cu量＝粗铜中的Cu量*P13 Fe量Fe3O4的Fe量＝粗铜中的Fe量 O量O量＝Cu2O的O量+Fe3O4的O量 Cu2O的O量＝Cu2O的Cu量*K16 Fe3O4的O量＝粗铜中的Fe量*K7 3FCF冶金计算概念模型 FCF冶金计算模型概述 1、模型适用范围 本模型用于祥光铜业粗铜吹炼生产操作指导。
2、构造模型的基本方法 本模型以金属平衡和热平衡为基础，根据给定的目标参数和计算条件计算出需要的操作参数指导值。
与供方提供的操作制度不同，本模型的烟尘、氧燃料全部参加平衡。
氧燃料的加入与数据给定由人工决定。
3、控制对象与参数 4、影响模型精度分析 1)冰铜成分波动过大。
2)给料计量不准。
3)炉料及产物物相不明或比率不准。因此在投产后最好作物相分析。
4)计算准确性验证手段缺乏。
5)当冰铜带渣严重时，硅酸矿量会为负数，这是正常现象。它提示需要调整CaO/Fe来改善炉况。
模型的基本参数 1、目标参数 2、给定参数 3、品位 4、常数、系数 5、输出参数 金属平衡 金属平衡表
备注表中 G给定值 C解方程前计算 Xn未知数 空白解方程后计算 --不计算 金属平衡方程式 1、物料平衡 冰铜量+投入C烟尘量+石灰量+硅酸矿量+O量 ＝粗铜量+渣量+产出B烟尘量+产出C烟尘量+烟气中的S量+烟气中的其它量 冰铜量+投入C烟尘量+X1+X2+X11 ＝X3+X4+X7+X8+X9+X10 2、Cu平衡 冰铜Cu量+投入C烟尘Cu量+石灰Cu量+硅酸矿Cu量 ＝粗铜Cu量+渣中的Cu量+产出B烟尘Cu量+产出C烟尘Cu量 冰铜Cu量+投入C烟尘Cu量+X1*石灰Cu品位+X2*硅酸矿Cu品位 ＝X3*粗铜Cu品位+X4*渣中的Cu品位+X7*产出B烟尘Cu品位 +X8*产出C烟尘Cu品位 3、Fe平衡 冰铜Fe量+投入C烟尘Fe量+石灰Fe量+硅酸矿Fe量 ＝粗铜Fe量+渣中的Fe量+产出B烟尘Fe量+产出C烟尘Fe量 冰铜Fe量+投入C烟尘Fe量+X1*石灰Fe品位+X2*硅酸矿Fe品位 ＝X3*粗铜Fe品位+X5+X7*产出B烟尘Fe品位+X8*产出C烟尘Fe品位 4、S平衡 冰铜S量+投入C烟尘S量+石灰S量+硅酸矿S量 ＝粗铜S量+渣中的S量+产出B烟尘S量+产出C烟尘S量+烟气中的S量 冰铜S量+投入C烟尘S量+X1*石灰S品位+X2*硅酸矿S品位 ＝X3*粗铜S品位+X4*渣中的S品位+X7*产出B烟尘S品位 +X8*产出C烟尘S品位+X9 5、SiO2平衡 冰铜SiO2量+投入C烟尘SiO2量+石灰SiO2量+硅酸矿SiO2量 ＝粗铜SiO2量+渣中的SiO2量+产出B烟尘SiO2量+产出C烟尘SiO2量 冰铜SiO2量+投入C烟尘SiO2量+X1*石灰SiO2品位+X2*硅酸矿SiO2品位 ＝X3*粗铜SiO2品位+X4*渣中的SiO2品位+X7*产出B烟尘SiO2品位 +X8*产出C烟尘SiO2品位 6、CaO平衡 冰铜CaO量+投入C烟尘CaO量+石灰CaO量+硅酸矿CaO量 ＝粗铜CaO量+渣中的CaO量+产出B烟尘CaO量+产出C烟尘CaO量 冰铜CaO量+投入C烟尘CaO量+X1*石灰CaO品位+X2*硅酸矿CaO品位 ＝X3*粗铜CaO品位+X6+X7*产出B烟尘CaO品位+X8*产出C烟尘CaO品位 7、渣中的CaO/Fe平衡 X6＝X5*目标CaO/Fe 8、产出B烟尘量 X7＝(冰铜量+投入C烟尘量+X1+X2)*烟尘发生率*(1—C烟尘率) 9、产出C烟尘量 X8＝(冰铜量+投入C烟尘量+X1+X2)*烟尘发生率*C烟尘率 10、烟气中的其它量平衡 X10＝[(冰铜其它量+投入C烟尘其它量+X1*石灰其它品位+X2*硅酸矿其它品位) —(冰铜O2量+投入C烟尘O2量+硅酸矿O2量)] *(1—其它系数) 其中冰铜O2量＝Fe3O4的O2量+2FeO.SiO2的O2量+Cu2O的O2量 ＝冰铜Fe3O4的Fe量*K7+冰铜2FeO.SiO2的Fe量*K14 +冰铜Cu2O的Cu量*K16 投入C烟尘O2量＝Cu2O的O2量+CuSO4的O2量+Fe3O4的O2量 ＝投入C烟尘Cu2O的Cu量*K16 +[FCF C烟尘的S量—Cu2S的Cu量*K1]*K17 +FCF C烟尘Fe量*K7 硅酸矿O2量＝硅酸矿的Fe量*K11 11、O2平衡 X11＝(粗铜O2量+渣中的O2量+产出C烟尘的O2量+产出B烟尘的O2量)—(冰铜O2量+投入C烟尘O2量+硅酸矿O2量)其中粗铜O2量＝Cu2O的O量+Fe3O4的O量 ＝粗铜Cu2O的Cu量*K16+粗铜中的Fe量*K7 渣中的O2量＝Cu2O的O2量+CuO的O2量+Fe2O3的O2量+Fe3O4的O2量+FeOX·CaO的O2量+2FeO.SiO2的O2量+CaSO4的O2量 ＝渣中的Cu2O的Cu量*K16+渣中的CuO的Cu量*K8 +渣中的Fe2O3的Fe量*K11+渣中的Fe3O4的Fe量*K7 +渣中的FeOX·CaO的Fe量*K14 +渣中的2FeO.SiO2的Fe量*K14 +渣量*P10*K12*K15 产出B烟尘的O2量＝Cu2O的O量+Fe3O4的O量＝[FCF B烟尘的Cu量—Cu2S的Cu量]*K16 +FCF B烟尘Fe量*K7 其它各项的O2量见烟气中的其它量平衡。
氧气量计算 1、理论氧气量＝(烟气中的S量*22。4/32。06+投入产出的O2量*22。4/32)*103 Nm3(100％O2) 2、必要氧气量＝理论氧气量/反应塔氧效率 热平衡 热平衡表 1、反应塔热平衡
2、沉淀池热平衡
3、上升烟道热平衡
4、总热平衡
热平衡计算 入热 1、S燃烧热 ＝烟气中的S量*反应塔S的氧化率*SO2生成热 2、FeO的生成热＝(渣中的Fe量—渣中FeS的Fe量—渣中Fe3O4的Fe量)*FeO反应热其中FeS的Fe量 ＝{渣中的S量*P30—[渣中的Cu量—Cu2O的Cu量—CuO的Cu量 —金属Cu量]*k1—渣量*P10*K12}*P2 Fe3O4的Fe量＝渣中的Fe量*P9 3、Fe3O4(含CuSO4、CaSO4)生成热 ＝Fe3O4生成热+CuSO4生成热+CaSO4生成热 其中 ●Fe3O4生成热＝(渣中Fe3O4的Fe量+产出C烟尘Fe3O4的Fe量+产出B烟尘Fe3O4的Fe量+粗铜Fe3O4的Fe量)*Fe3O4反应热 其中渣中Fe3O4的Fe量＝渣中的Fe量*P9产出C烟尘Fe3O4的Fe量＝产出C烟尘Fe量B烟尘Fe3O4的Fe量＝FCF B烟尘Fe量粗铜Fe3O4的Fe量＝粗铜中的Fe量 ●CuSO4生成热＝产出C烟尘CuSO4的Cu量*CuSO4反应热 其中CuSO4的Cu量＝(C烟尘的Cu量—C烟尘Cu2S的Cu量 —C烟尘Cu2O的Cu量) ●CaSO4生成热＝渣中CaSO4的Ca量*CaSO4反应热 其中渣中CaSO4的CaO量＝渣量*P10*(40.08+16)/(40.08+32.06+16*4) 4、分解热＝—(Fe3O4分解热+投入C烟尘CuSO4分解热+FeS的分解热 +Cu2S变成CuSO4分解热+硅酸矿分解热+石灰分解热) 其中 ●Fe3O4分解热＝(冰铜Fe3O4的Fe量+投入C烟尘的Fe3O4的Fe量)*Fe3O4反应热 其中冰铜Fe3O4的Fe量 ＝冰铜Fe量—冰铜FeS的Fe量—冰铜2FeO.SiO2的Fe量投入C烟尘Fe3O4的Fe量＝投入C烟尘Fe量 ●投入C烟尘CuSO4分解热＝投入C烟尘CuSO4的Cu量*CuSO4反应热 ●FeS的分解热＝[(粗铜的Fe量+渣中Fe量+产出C烟尘的Fe量+B烟尘的Fe量) —(冰铜Fe3O4的Fe量+冰铜2FeO.SiO2的Fe量+投入C烟尘Fe3O4的 Fe量+硅酸矿的Fe量)*FeS反应热 ●Cu2S变成CuSO4分解热＝(产出C烟尘的Cu量—投入C烟尘的Cu量)*Cu2S反应热 ●硅酸矿分解热＝硅酸矿的Fe量*Fe2O3反应热 ●石灰分解热＝CaCO3量*CaCO3反应热+MgCO3量*MgCO3反应热 5、炉料显热 [总装入量*炉料比热+(冰铜量*冰铜水分率+石灰量*石灰水分率 +硅酸矿量*硅酸矿水分率)]*(炉料温度—基准温度) 6、造渣热(沉淀池) ＝渣中2FeO.SiO2的Fe量*2FeO.SiO2生成热 +渣中FeOX.CaO的Fe量*FeOX.CaO生成热 7、反应塔燃料燃烧热 ＝反应塔天然气量*天然气发热量 8、反应塔送风显热 ＝(O2量*O2单位热量+N2量*N2单位热量+H2O量*H2O单位热量)*10-3 Mj/h 其中单位热量计算通式 单位热量＝(a*TG+b*TG2*10-3+C*TG-1*103+d)*1/22.4*4.187 Kj/Nm3 系数表 TG反应塔送风温度+217.160K O2量＝反应塔工艺风O2量+反应塔燃烧风O2量 反应塔工艺风O2量＝必要矿石氧气量 反应塔燃烧风O2量＝反应塔燃烧风量*反应塔燃烧风氧浓度 N2量＝反应塔工艺风N2量+反应塔燃烧风N2量+反应塔天然气量*天然气含N2率 反应塔工艺风N2量＝必要矿石氧气量/工艺风富氧浓度*(1—工艺风富氧浓度) 反应塔燃烧风N2量＝反应塔燃烧风量(湿基！)*(1—反应塔燃烧风氧浓度) H2O量＝反应塔工艺风H2O量+反应塔燃烧风H2O量 反应塔工艺风H2O量＝反应塔工艺空气量(干基)*(空气水分率) 反应塔燃烧风H2O量＝反应塔燃烧空气量*反应塔空气水分率 9、沉淀池S燃烧热＝烟气中的S量*(1—反应塔S的氧化率)*SO2生成热 10、沉淀池天然气燃烧热＝沉淀池天然气量*天然气发热量 11、沉淀池燃烧风显热＝(O2量*O2单位热量+N2量*N2单位热量+H2O量*H2O单位热量)*10-3O2量、N2量、H2O量及其单位热量参见第8项。
12、上升烟道天然气燃烧热＝上升烟道天然气量*天然气发热量 13、上升烟道燃烧风显热＝(O2量*O2单位热量+N2量*N2单位热量+H2O量*H2O单位热量)*10-3 O2量、N2量、H2O量及其单位热量参见第8项。
14、入热合计＝上述1~13项之和 出热 1、粗铜显热＝粗铜量*粗铜单位热量 粗铜单位热量＝0.1766*TB+5.29—(0.0885+0.0005*TB)*粗铜品位*100 TB在反应塔中为反应塔气体温度(0K) 在沉淀池中为粗铜温度(0K) 2、渣显热 ＝渣量*渣单位热量 渣单位热量＝0.3*TS—131.9 TS在反应塔中为反应塔气体温度(0K) 在沉淀池中为粗铜温度(0K) 3、烟气显热＝(SO2量*SO2单位热量+O2量*O2单位热量+NO2量*NO2单位热量 +CO2量*CO2单位热量+H2O量*H2O单位热量)*10-3 其中单位热量计算通式 单位热量＝(a*TG+b*TG2*10-3+C*TG-1*103+d)*1/22.4*4.187 Kj/Nm3 系数表 TG反应塔热平衡时为反应塔烟气温度+217.16K0 沉淀池热平衡时为沉淀池烟气温度+217.16K0 上升烟道热平衡时为上升烟道烟气温度+217.16K0 4、辐射热损＝上升烟道烟气显热*辐射损失率 5、反应塔烟尘显热＝(产出B烟尘量+产出C烟尘量+烟气中其他量)*烟尘单位热量 烟尘单位热量＝0.3*TG—131.9 TG反应塔热平衡时为反应塔烟气温度+217.16K0 沉淀池热平衡时为沉淀池烟气温度+217.16K0 上升烟道热平衡时为上升烟道烟气温度+217.16K0 6、水分蒸发热＝(冰铜量*冰铜水分率+石灰*石灰水分率+硅酸矿*硅酸矿水分率)*(水分蒸发热+饱和水焓—装入水分焓) 7、反应塔散热＝给定值 8、沉淀池散热＝给定值 9、上升烟道散热＝给定值 10、出热合计＝上述
项之和 烟气成分计算 1、反应塔烟气成分量●SO2量＝烟气中S量*(22.4/32.06)*103 Nm3/h●O2量＝反应塔工艺风O2量*(1—反应塔工艺风氧效率)+反应塔燃烧风O2量*(1—反应塔燃烧风氧效率) 反应塔工艺风O2量＝必要矿石氧气量 反应塔燃烧风O2量＝反应塔燃烧风量*反应塔燃烧风氧浓度●N2量＝反应塔工艺风N2量+反应塔燃烧风N2量+反应塔天然气量*天然气含N2率反应塔工艺风N2量＝必要矿石氧气量/工艺风富氧浓度*(1—工艺风富氧浓度)反应塔燃烧风N2量＝反应塔燃烧风量(湿基！)*(1—反应塔燃烧风氧浓度) ●CO2量＝天然气C品位*反应塔天然气量*22.4/12+[石灰CaO量 *CaCO3比率/56.08+石灰MgO量*MgCO3比率/40.32]*22.4*103 +反应塔天然气量*天然气CO2比率 ●H2O量＝反应塔工艺风H2O量+反应塔燃烧风H2O量+炉料H2O量+天然气H2O量反应塔工艺风H2O量＝反应塔工艺空气量(干基)*(空气水分率)反应塔燃烧风H2O量＝反应塔燃烧空气量*反应塔空气水分率炉料H2O量＝[冰铜量*冰铜水分率+石灰量*石灰水分率+硅酸矿量 *硅酸矿水分率]*22.4/18*103天然气H2O量＝天然气量*天然气H品位*22.4/2 2、沉淀池烟气成分量 ●沉淀池SO2量＝反应塔SO2量 ●沉淀池O2量＝反应塔O2量+沉淀池燃烧风O2量*(1—沉淀池氧效率)沉淀池燃烧风O2量＝沉淀池燃烧风量*沉淀池燃烧风氧浓度 ●沉淀池N2量＝反应塔N2量+沉淀池燃烧风N2量 +沉淀池天然气量*天然气含N2率沉淀池燃烧风N2量＝沉淀池燃烧风量(湿基！)*(1—沉淀池燃烧风氧浓度) ●沉淀池CO2量＝反应塔CO2量+天然气C品位*沉淀池天然气量*22.4/12+沉淀池天然气量*天然气CO2比率 ●沉淀池H2O量＝反应塔H2O量+沉淀池燃烧风H2O量+沉淀池天然气H2O量 沉淀池燃烧风H2O量＝沉淀池燃烧空气量*沉淀池空气水分率 沉淀池天然气H2O量＝沉淀池天然气量*天然气H品位*22.4/2 3、上升烟道烟气成分量 ●上升烟道SO2量＝沉淀池SO2量 ●上升烟道O2量＝沉淀池O2量+上升烟道燃烧风O2量*(1—上升烟道氧效率) 上升烟道燃烧风O2量＝上升烟道燃烧风量*上升烟道燃烧风氧浓度 ●上升烟道N2量＝沉淀池N2量+上升烟道燃烧风N2量 +上升烟道天然气量*天然气含N2率 上升烟道燃烧风N2量＝上升烟道燃烧风量(湿基！) *(1—上升烟道燃烧风氧浓度) ●上升烟道CO2量＝沉淀池CO2量+天然气C品位*上升烟道天然气量*22.4/12 +上升烟道天然气量*天然气CO2比率 ●上升烟道H2O量＝沉淀池H2O量+上升烟道燃烧风H2O量 +上升烟道天然气H2O量 上升烟道燃烧风H2O量＝上升烟道燃烧空气量*上升烟道空气水分率 沉淀池天然气H2O量＝沉淀池天然气量*天然气H品位*22.4/2 为了进一步实现本发明的目的，还可以采用以下技术方案反应塔的工艺风是工艺空气和工业制备氧混合的常温富氧气体，富化率可达80％。其配料过程是在吹炼炉炉顶部完成，吹炼炉炉顶分别安装了冰铜、烟尘、石灰和石英沙配料仓，各物料均配有独立的计量装置，经计量给料后的炉料进入两台埋刮板运输机，再由埋刮板运输机送入闪速吹炼炉的喷嘴。
本发明的有益效果在于它可通过专用的数学模型精确计算出各目标参数，可克服原生产过程中，全靠操作人员凭经验估算目标参数生产的缺陷，可大幅降低次品产生率、提高生产效率延长生产设备的使用寿命，并具有节能减排的优点。
图1是本发明的沉淀池中的反应过程示意图，化学反应式表示为 Cu2S+2Cu2O＝6Cu+SO2 Cu2S+2CuO＝4Cu+SO2 Cu2S+2Fe2O3＝4FeO+SO2
具体实施例方式 举例说明本发明所述的一种基于数学模型指导的粗铜吹炼工艺，具体操作与计算步骤如下 1、根据生产要求，有如下一组生产条件 A、生产目标 B、生产条件 C、入炉物料 2、根据生产目标和条件，依照模型金属平衡方程，可得到以下线性方程组 X1+X2-X3-X4-X7-X8-X9-X10+X11＝-37.0000 -0.9911X3-0.2000X4-0.4098X7-0.4098X8＝-25.2706 0.0050X1+0.0200X2-0.0007X3-X5-0.0392X7-0.0392X8＝-2.3394 -0.0016X3-0.0025X4-0.1693X7-0.1693X8-X9＝-7.5381 0.0100X1+0.8500X2-0.0250X4-0.0200X7-0.0100X8＝-0.0625 0.9500X1+0.0200X2-X6-0.0060X7-0.0060X8＝-0.0155 0.3300X5-X6＝0.0000 -0.0427X1-0.0427X2+X7＝1.5818 -0.0522X1-0.0522X2+X8＝1.9333 0.0250X1+0.0914X2-10.0000X10＝-0.7717 0.0086X2-0.0022X3-0.0456X4-0.3151X5-0.1559X7-0.5320X8+X11＝1.0018 求解得X1＝0.7637 (需要加入的石灰量) X2＝0.1505 (需要加入的硅酸矿量) X3＝22.8320 (产出粗铜量) X4＝5.8326 (产出渣量) X5＝2.1891 (渣中Fe量) X6＝0.7224 (渣中CaO量) X7＝1.6208 (产出的锅炉烟尘量) X8＝1.9810 (产出的电收尘烟尘量) X9＝6.8772 (烟气中的S量) X10＝0.0805 (烟气中的其他量) X11＝1.3100 (需要加入的氧量) 其中X1＝0.7637 (需要加入的石灰量) X2＝0.1505 (需要加入的硅酸矿量) 直接用于工艺操作。
2、计算必要的氧气量(Nm3)必要的氧气量＝5770.7095(100％O2) 4、计算热量求氧气浓度 求得在给定条件下，氧气浓度x＝0.7897 5、根据工艺要求，计算输出参数，工艺将按此操作 本发明所述的工业制备氧是指由制氧设备生产出的氧气。其氧浓度取决于制氧工艺，深度冷冻的制氧工艺产出的氧气浓度越高，越稳定。
本发明所述的反应塔工艺风是炉料反应过程中需要的工业制备氧气和自然空气的混合气体。
本发明所述的反应塔工艺氧量是炉料反应过程中需要的工业制备氧气，在祥光铜业制氧机产出氧气氧浓度为99％。氧浓度在模型中允许改变。本发明所述的常温是指18-26℃，通常指25℃。
本发明所述的工艺风是炉料反应过程中需要的自然空气，含21％O2，79％N2，根据空气湿度，外加水分，模型中按1％水分率计算。
本发明所述的技术方案并不限制于本发明所述的实施例的范围内。本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。
权利要求
1、一种基于数学模型指导的粗铜吹炼工艺，其特征在于包括以下步骤
①先将冰铜、烟尘、石灰和石英沙混合均匀后置入闪速吹炼炉的冰铜喷嘴，再将炉料与工艺风由喷嘴一起置入吹炼炉的反应塔内迅速完成吹炼反应，为改变反应塔中间区域的氧势，利用反应塔内安装的中央氧枪吹入氧气，并向反应塔内通入压缩空气，通过压缩空气的气流改善炉料在反应塔内的分布状况；炉内的氧化程度和产出物的温度分别由氧/料比和工艺风的氧浓度控制，当炉内热量不足时，通过冰铜喷嘴周围的天然气烧咀补充热量，当热量过剩的情况下，则加入烟尘调节炉内的热平衡状况；
②上步反应生成的熔体在沉淀池内分离为粗铜和渣，产出的粗铜通过溜槽定期进入阳极炉进行精炼，吹炼渣经水淬磨细脱水后返回闪速熔炼炉继续熔炼，吹炼炉的烟气经余热锅炉和电收尘后送制酸系统制酸，烟气经余热锅炉沉降下来的烟尘和电收尘的烟尘经破碎筛分后返回闪速熔炼，电收尘的其他烟尘则返回吹炼炉作冷料；
③根据冶金学关于在密闭环境中火法冶金过程化学平衡和热力学平衡理论，建立以金属平衡和热平衡为基础的闪速炉粗铜吹炼数学模型；通过金属平衡建立一个11元线性方程组，以求取当粗铜含硫达到目标值时物料在炉内化学反应所需要的氧量，渣中四氧化三铁、硅品位达到目标值时的钙量和硅量；热平衡是求取渣温达到目标值时的氧气浓度或天然气量，模型既可以把氧气浓度作为未知数，也可以将天然气量作为未知数；
利用该数学模型，根据给定的目标参数和生产条件能够精确计算出需要的最佳操作参数，使粗铜吹炼工艺过程的关键控制指标粗铜硫品位、渣中四氧化三铁、渣温保持稳定性，按所得的参数进行生产，具体计算的相关表格与计算公式如下
一、金属平衡
(一)、金属平衡表
根据控制要求和投入产出条件，构造如下金属平衡表
备注表中G给定值C解方程前计算Xn未知数空白解方程后计算
一不计算
(二)、金属平衡方程式
根据金属平衡原理，将金属平衡表中的未各量，构造成一个11元线性方程组，解此方程组，即可求得为达到粗铜吹炼目标参数所需的氧系数、石灰量、硅酸矿量的操作值，具体方程如下
1、物料平衡
冰铜量+投入C烟尘量+石灰量+硅酸矿量+O量
＝粗铜量+渣量+产出B烟尘量+产出C烟尘量+烟气中的S量+烟气中的其它量冰铜量+投入C烟尘量+X1+X2+X11
＝X3+X4+X7+X8+X9+X10
2、Cu平衡
冰铜Cu量+投入C烟尘Cu量+石灰Cu量+硅酸矿Cu量
＝粗铜Cu量+渣中的Cu量+产出B烟尘Cu量+产出C烟尘Cu量
冰铜Cu量+投入C烟尘Cu量+X1*石灰Cu品位+X2*硅酸矿Cu品位
＝X3*粗铜Cu品位+X4*渣中的Cu品位+X7*产出B烟尘Cu品位+X8*产出C烟尘Cu品位
3、Fe平衡
冰铜Fe量+投入C烟尘Fe量+石灰Fe量+硅酸矿Fe量
＝粗铜Fe量+渣中的Fe量+产出B烟尘Fc量+产出C烟尘Fe量冰铜Fe量+投入C烟尘Fe量+X1*石灰Fe品位+X2*硅酸矿Fe品位
＝X3*粗铜Fe品位+X5+X7*产出B烟尘Fe品位+X8*产出C烟尘Fe品位
4、S平衡
冰铜S量+投入C烟尘S量+石灰S量+硅酸矿S量
＝粗铜S量+渣中的S量+产出B烟尘S量+产出C烟尘S量+烟气中的S量
冰铜S量+投入C烟尘S量+X1*石灰S品位+X2*硅酸矿S品位
＝X3*粗铜S品位+X4*渣中的S品位+X7*产出B烟尘S品位
+X8*产出C烟尘S品位+X9
5、SiO2平衡
冰铜SiO2量+投入C烟尘SiO2量+石灰SiO2量+硅酸矿SiO2量
＝粗铜SiO2量+渣中的SiO2量+产出B烟尘SiO2量+产出C烟尘SiO2量
冰铜SiO2量+投入C烟尘SiO2量+X1*石灰SiO2品位+X2*硅酸矿SiO2品位
＝X3*粗铜SiO2品位+X4*渣中的SiO2品位+X7*产出B烟尘SiO2品位
+X8*产出C烟尘SiO2品位
6、CaO平衡
冰铜CaO量+投入C烟尘CaO量+石灰CaO量+硅酸矿CaO量
＝粗铜CaO量+渣中的CaO量+产出B烟尘CaO量+产出C烟尘CaO量
冰铜CaO量+投入C烟尘CaO量+X1*石灰CaO品位+X2*硅酸矿CaO品位
＝X3*粗铜CaO品位+X6+X7*产出B烟尘CaO品位+X8*产出C烟尘CaO品位
7、渣中的CaO/Fe平衡
X6＝X5*目标CaO/Fe
8、产出B烟尘量
X7＝(冰铜量+投入C烟尘量+X1+X2)*烟尘发生率*(1—C烟尘率)
9、产出C烟尘量
X8＝(冰铜量+投入C烟尘量+X1+X2)*烟尘发生率*C烟尘率
10、烟气中的其它量平衡
X10＝[(冰铜其它量+投入C烟尘其它量+X1*石灰其它品位+X2*硅酸矿其它品位)
—(冰铜O2量+投入C烟尘O2量+硅酸矿O2量)]
*(1—其它系数)
其中冰铜O2量＝Fe3O4的O2量+2FeO.SiO2的O2量+Cu2O的O2量
＝冰铜Fe3O4的Fe量*K7+冰铜2FeO.SiO2的Fe量*K14
+冰铜Cu2O的Cu量*K16
投入C烟尘O2量＝Cu2O的O2量+CuSO4的O2量+Fe3O4的O2量
＝投入C烟尘Cu2O的Cu量*K16
+[FCF C烟尘的S量—Cu2S的Cu量*K1]*K17
+FCF C烟尘Fe量*K7
硅酸矿O2量＝硅酸矿的Fe量*K11
11、O2平衡
X11＝(粗铜O2量+渣中的O2量+产出C烟尘的O2量+产出B烟尘的O2量)
—(冰铜O2量+投入C烟尘O2量+硅酸矿O2量)
其中粗铜O2量＝Cu2O的O量+Fe3O4的O量
＝粗铜Cu2O的Cu量*K16+粗铜中的Fe量*K7
渣中的O2量＝Cu2O的O2量+CuO的O2量+Fe2O3的O2量+Fe3O4的O2量+FeOX.CaO的
O2量+2FeO.SiO2的O2量+CaSO4的O2量
＝渣中的Cu2O的Cu量*K16+渣中的CuO的Cu量*K8
+渣中的Fe2O3的Fe量*K11+渣中的Fe3O4的Fe量*K7
+渣中的FeOX.CaO的Fe量*K14
+渣中的2FeO.SiO2的Fe量*K14
+渣量*P10*K12*K15
产出B烟尘的O2量＝Cu2O的O量+Fe3O4的O量
＝[FCF B烟尘的Cu量—Cu2S的Cu量]*K16
+FCF B烟尘Fe量*K7
其它各项的O2量见烟气中的其它量平衡，
(三)氧气量计算
1、理论氧气量＝(烟气中的S量*22。4/32。06+投入产出的O2量*22。4/32)*103
Nm3(100％O2)
2、必要氧气量＝理论氧气量/反应塔氧效率；
二、热平衡
(一)热平衡表
1、反应塔热平衡
2、沉淀池热平衡
3、上升烟道热平衡
4、总热平衡
(二)热平衡计算
A、入热
1、S燃烧热＝烟气中的S量*反应塔S的氧化率*SO2生成热
2、FeO的生成热＝(渣中的Fe量—渣中FeS的Fe量—渣中Fe3O4的Fe量)*FeO反应热
其中FeS的Fe量＝{渣中的S量*P3O—[渣中的Cu量—Cu2O的Cu量—CuO的Cu量
—金属Cu量]*k1—渣量*P10*K12}*P2
Fe3O4的Fe量＝渣中的Fe量*P9
3、Fe3O4(含CuSO4、CaSO4)生成热＝Fe3O4生成热+CuSO4生成热+CaSO4生成热
其中
●Fe3O4生成热＝(渣中Fe3O4的Fe量+产出C烟尘Fe3O4的Fe量+产出B烟尘Fe3O4的Fe量+
粗铜Fe3O4的Fe量)*Fe3O4反应热
其中渣中Fe3O4的Fe量＝渣中的Fe量*P9产出C烟尘Fe3O4的Fe量＝产出C烟尘Fe量B烟尘Fe3O4的Fe量＝FCF B烟尘Fe量粗铜Fe3O4的Fe量＝粗铜中的Fe量
●CuSO4生成热＝产出C烟尘CuSO4的Cu量*CuSO4反应热
其中CuSO4的Cu量＝(C烟尘的Cu量—C烟尘Cu2S的Cu量
—C烟尘Cu2O的Cu量)
●CaSO4生成热＝渣中CaSO4的Ca量*CaSO4反应热
其中渣中CaSO4的CaO量＝渣量*P10*(40.08+16)/(40.08+32.06+16*4)
4、分解热＝—(Fe3O4分解热+投入C烟尘CuSO4分解热+FeS的分解热
+Cu2S变成CuSO4分解热+硅酸矿分解热+石灰分解热)
其中
●Fe3O4分解热＝(冰铜Fe3O4的Fe量+投入C烟尘的Fe3O4的Fe量)*Fe3O4反应热
其中冰铜Fe3O4的Fe量
＝冰铜Fe量—冰铜FeS的Fe量—冰铜2FeO.SiO2的Fe量
投入C烟尘Fe3O4的Fe量＝投入C烟尘Fe量
●投入C烟尘CuSO4分解热＝投入C烟尘CuSO4的Cu量*CuSO4反应热
●FeS的分解热＝[(粗铜的Fe量+渣中Fe量+产出C烟尘的Fe量+B烟尘的Fe量)
—(冰铜Fe3O4的Fe量+冰铜2FeO.SiO2的Fe量+投入C烟尘Fe3O4的
Fe量+硅酸矿的Fe量)*FeS反应热
●Cu2S变成CuSO4分解热＝(产出C烟尘的Cu量—投入C烟尘的Cu量)*Cu2S反应热
●硅酸矿分解热＝硅酸矿的Fe量*Fe2O3反应热
●石灰分解热＝CaCO3量*CaCO3反应热+MgCO3量*MgCO3反应热
5、炉料显热
[总装入量*炉料比热+(冰铜量*冰铜水分率+石灰量*石灰水分率
+硅酸矿量*硅酸矿水分率)]*(炉料温度—基准温度)
6、造渣热(沉淀池)＝渣中2FeO.SiO2的Fe量*2FeO.SiO2生成热
+渣中FeOX·CaO的Fe量*FeOX·CaO生成热
7、反应塔燃料燃烧热＝反应塔天然气量*天然气发热量
8、反应塔送风显热＝(O2量*O2单位热量+N2量*N2单位热量+H2O量*H2O单位热量)*10-3
Mj/h
其中单位热量计算通式
单位热量＝(a*TG+b*TG2*10-3+C*TG-1*103+d)*1/22.4*4.187
Kj/Nm3
系数表
TG反应塔送风温度+217.160K
O2量＝反应塔工艺风O2量+反应塔燃烧风O2量
反应塔工艺风O2量＝必要矿石氧气量
反应塔燃烧风O2量＝反应塔燃烧风量*反应塔燃烧风氧浓度
N2量＝反应塔工艺风N2量+反应塔燃烧风N2量+反应塔天然气量*天然气含N2率
反应塔工艺风N2量＝必要矿石氧气量/工艺风富氧浓度*(1—工艺风富氧浓度)
反应塔燃烧风N2量＝反应塔燃烧风量(湿基！)*(1—反应塔燃烧风氧浓度)
H2O量＝反应塔工艺风H2O量+反应塔燃烧风H2O量
反应塔工艺风H2O量＝反应塔工艺空气量(干基)*(空气水分率)
反应塔燃烧风H2O量＝反应塔燃烧空气量*反应塔空气水分率
9、沉淀池S燃烧热＝烟气中的S量*(1—反应塔S的氧化率)*SO2生成热
10、沉淀池天然气燃烧热＝沉淀池天然气量*天然气发热量
11、沉淀池燃烧风显热＝(O2量*O2单位热量+N2量*N2单位热量+H2O量*H2O单位热量)*1O-3O2量、N2量、H2O量及其单位热量参见第8项，
12、上升烟道天然气燃烧热＝上升烟道天然气量*天然气发热量
13、上升烟道燃烧风显热＝(O2量*O2单位热量+N2量*N2单位热量+H2O量*H2O单位热量)*10-3
O2量、N2量、H2O量及其单位热量参见第8项，
14、入热合计＝上述1~13项之和
B、出热
1、粗铜显热＝粗铜量*粗铜单位热量
粗铜单位热量＝0.1766*TB+5.29—(0.0885+0.0005*TB)*粗铜品位*100
TB在反应塔中为反应塔气体温度(0K)
在沉淀池中为粗铜温度(0K)
2、渣显热＝渣量*渣单位热量
渣单位热量＝0.3*TS—131.9
TS在反应塔中为反应塔气体温度(0K)
在沉淀池中为粗铜温度(0K)
3、烟气显热＝(SO2量*SO2单位热量+O2量*O2单位热量+NO2量*NO2单位热量
+CO2量*CO2单位热量+H2O量*H2O单位热量)*10-3
其中单位热量计算通式
单位热量＝(a*TG+b*TG2*10-3+C*TG-1*103+d)*1/22.4*4.187
Kj/Nm3
系数表
TG反应塔热平衡时为反应塔烟气温度+217.16K0
沉淀池热平衡时为沉淀池烟气温度+217.16K0
上升烟道热平衡时为上升烟道烟气温度+217.16K0
4、辐射热损＝上升烟道烟气显热*辐射损失率
5、反应塔烟尘显热＝(产出B烟尘量+产出C烟尘量+烟气中其他量)*烟尘单位热量
烟尘单位热量＝0.3*TG—131.9
TG反应塔热平衡时为反应塔烟气温度+217.16K0
沉淀池热平衡时为沉淀池烟气温度+217.16K0
上升烟道热平衡时为上升烟道烟气温度+217.16K0
6、水分蒸发热＝(冰铜量*冰铜水分率+石灰*石灰水分率+硅酸矿*硅酸矿水分率)
*(水分蒸发热+饱和水焓—装入水分焓)
7、反应塔散热＝给定值
8、沉淀池散热＝给定值
9、上升烟道散热＝给定值
10、出热合计＝上述1~9项之和
C、烟气成分计算
1、反应塔烟气成分量
●SO2量＝烟气中S量*(22.4/32.06)*103 Nm3/h
●O2量＝反应塔工艺风O2量*(1—反应塔工艺风氧效率)
+反应塔燃烧风O2量*(1—反应塔燃烧风氧效率)
反应塔工艺风O2量＝必要矿石氧气量
反应塔燃烧风O2量＝反应塔燃烧风量*反应塔燃烧风氧浓度
●N2量＝反应塔工艺风N2量+反应塔燃烧风N2量
+反应塔天然气量*天然气含N2率
反应塔工艺风N2量＝必要矿石氧气量/工艺风富氧浓度*(1—工艺风富氧浓度)
反应塔燃烧风N2量＝反应塔燃烧风量(湿基！)*(1—反应塔燃烧风氧浓度)
●CO2量＝天然气C品位*反应塔天然气量*22.4/12+[石灰CaO量
*CaCO3比率/56.08+石灰MgO量*MgCO3比率/40.32]*22.4*103
+反应塔天然气量*天然气CO2比率
●H2O量＝反应塔工艺风H2O量+反应塔燃烧风H2O量+炉料H2O量+天然气H2O量
反应塔工艺风H2O量＝反应塔工艺空气量(干基)*(空气水分率)
反应塔燃烧风H2O量＝反应塔燃烧空气量*反应塔空气水分率
炉料H2O量＝[冰铜量*冰铜水分率+石灰量*石灰水分率+硅酸矿量
*硅酸矿水分率]*22.4/18*103
天然气H2O量＝天然气量*天然气H品位*22.4/2
2、沉淀池烟气成分量
●沉淀池SO2量＝反应塔SO2量
●沉淀池O2量＝反应塔O2量+沉淀池燃烧风O2量*(1—沉淀池氧效率)
沉淀池燃烧风O2量＝沉淀池燃烧风量*沉淀池燃烧风氧浓度
●沉淀池N2量＝反应塔N2量+沉淀池燃烧风N2量
+沉淀池天然气量*天然气含N2率
沉淀池燃烧风N2量＝沉淀池燃烧风量(湿基！)*(1—沉淀池燃烧风氧浓度)
●沉淀池CO2量＝反应塔CO2量+天然气C品位*沉淀池天然气量*22.4/12
+沉淀池天然气量*天然气CO2比率
●沉淀池H2O量＝反应塔H2O量+沉淀池燃烧风H2O量+沉淀池天然气H2O量
沉淀池燃烧风H2O量＝沉淀池燃烧空气量*沉淀池空气水分率
沉淀池天然气H2O量＝沉淀池天然气量*天然气H品位*22.4/2
3、上升烟道烟气成分量
●上升烟道SO2量＝沉淀池SO2量
●上升烟道O2量＝沉淀池O2量+上升烟道燃烧风O2量*(1—上升烟道氧效率)
上升烟道燃烧风O2量＝上升烟道燃烧风量*上升烟道燃烧风氧浓度
●上升烟道N2量＝沉淀池N2量+上升烟道燃烧风N2量
+上升烟道天然气量*天然气含N2率
上升烟道燃烧风N2量＝上升烟道燃烧风量(湿基！)
*(1—上升烟道燃烧风氧浓度)
●上升烟道CO2量＝沉淀池CO2量+天然气C品位*上升烟道天然气量*22.4/12
+上升烟道天然气量*天然气CO2比率
●上升烟道H2O量＝沉淀池H2O量+上升烟道燃烧风H2O量
+上升烟道天然气H2O量
上升烟道燃烧风H2O量＝上升烟道燃烧空气量*上升烟道空气水分率
沉淀池天然气H2O量＝沉淀池天然气量*天然气H品位*22.4/2。
2、根据权利要求1所述的一种基于数学模型指导的粗铜吹炼工艺，其特征在于反应塔的工艺风是工艺空气和工业制备氧混合的常温富氧气体，富化率可达80％。
3、根据权利要求1所述的一种基于数学模型指导的粗铜吹炼工艺，其特征在于其配料过程是在吹炼炉炉顶部完成，吹炼炉炉顶分别安装了冰铜、烟尘、石灰和石英沙配料仓，各物料均配有独立的计量装置，经计量给料后的炉料进入两台埋刮板运输机，再由埋刮板运输机送入闪速吹炼炉的喷嘴。
全文摘要
本发明公开了一种基于数学模型指导的粗铜吹炼工艺，包括以下步骤①先将冰铜、烟尘、石灰和石英沙置入闪速吹炼炉的冰铜喷嘴，再将炉料与工艺风置入吹炼炉的反应塔内迅速完成吹炼反应；②上步反应生成的熔体在沉淀池内分离为粗铜和渣，产出粗铜由溜槽定期进入阳极炉进行精炼；③建立闪速炉粗铜吹炼数学模型；通过金属平衡建立一个11元线性方程组，以求取当粗铜含硫达到目标值时物料在炉内化学反应所需要的氧量，渣中四氧化三铁、硅品位达到目标值时的钙量和硅量；热平衡是求取渣温达到目标值时的氧气浓度或天然气量，模型既可把氧气浓度作为未知数，也可将天然气量作为未知数；它可提高生产效率延长生产设备的使用寿命，具有节能减排的优点。
文档编号C22B15/00GK101435024SQ200810238370
公开日2009年5月20日 申请日期2008年12月15日 优先权日2008年12月15日
发明者张士庆, 殷庆飞 申请人:阳谷祥光铜业有限公司