JP2017500442A - Ps銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のための方法およびデバイス - Google Patents
Ps銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のための方法およびデバイス Download PDFInfo
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Abstract
Description
1.各期間の終点の判断が、誤差および大きな変動を有し、このことが作業の費用および時間を増加させ、そして製品の品質を保証することができない。
2.炉の状態が不安定である。なぜならば、炉中の温度変化の傾向に対する定量的な予測手段がなく、送風能力の調節、冷却材料の供給時間および供給量などの技術的パラメータは、異なる人によって様々に制御され、正確に、かつ時宜を得て取扱うことが難しい。ゆえに、炉中温度の変動範囲は比較的大きく、炉の状態は不安定であり、作業プロセスの安定性に影響を与え、炉の内側に対する損傷を大きくし、炉の寿命が減少し、炉の維持費用が増加する。
3.安全を制御し環境を保護することは容易ではない。手動の、サンプリングおよび終点の判断は、労働集約的であるだけでなく、何らかの安全上のリスクの可能性をも有する。吹錬技術はSO2の煙を外に排出させ、低水準の汚染を増加させ、その処理には多額の投資と作業費とが必要となる。
4.エネルギー消費が多い。プロセスパラメータの最適化の程度が低いので、各期に対する終点の判断は、大きな変動を伴った誤差を有し、製品の適格率を増加させるのは容易ではない。これが、より長い溶錬期間とデバイスのより高いエネルギー消費とをもたらす。
材料添加スケジュールと、オンラインで収集された、炉に添加される材料のデータとに基づいて、各所与の極小期間内の、炉中の各相組成と炉中の溶融物の温度とをリアルタイムで継続的に計算するステップと、
事前に設定された吹錬の終点判断条件に基づいて吹錬プロセスの終点を判断し予測するステップと
を包含する。
1)スラグ作成期間:スラグ作成期間の終点は、炉中の銅マットの中のFeSの形態のFe含有量が1%に落ちたときであることと、
2)銅作成期間:銅作成期間の終点は、炉中の粗銅の中の硫黄含有量が0.04%に落ちたときであることと
を備える。
各所与の極小期間内の炉における各相のシステムにおいて平衡が達成され、合計のGibbsの自由エネルギーが最小であるときに、合計のGibbsの自由エネルギーを
質量の保存と組み合わせて、Taylorの公式を使用して、
次に、Lagrangian乗数法に基づいて、関数L
次に、xpcとλeとに関して関数Lの偏導関数を取り、各偏導関数を0と等しくするプロセスであって、
反復法を使用して上の方程式を解くプロセスであって、各所与の極小期間に対して、平衡が炉中で達成されたときの各相における各成分のモル分率を取得することができる、プロセスと
を含む。
必要に応じて最適化決定モードに切り替え、そのモードにおいて、各所与の極小期間内の、すなわち、冷却材料が添加されない条件下での、炉中の各相組成と、炉中溶融物の温度とに基づいて吹錬プロセスをシミュレートするステップであって、炉中溶融物に対する温度変化曲線を取得し、最低温度がTLおよび最高温度がTHである溶融物の温度に対する所定の制御値と組み合わせて、ステッピング法を使用して冷却材料計算を行い、冷却材料の添加と冷却材料の添加時間とを取得し、温度に対する制御値の範囲で温度変化曲線を作る、ステップと
を包含する。
吹錬プロセスの動作データを収集するために使用されるOPCデータ収集モジュールと、
材料添加スケジュールと、オンラインで収集された、炉に添加される材料のデータとに基づいて、所与の極小期間内の炉中の各相組成を計算するために使用される組成計算モジュールと、
材料添加スケジュールと、オンラインで収集された、炉に添加される材料のデータとに基づいて、所与の極小期間内の炉中溶融物の温度を計算するために使用される温度計算モジュールと、
各極小期間内の、組成計算モジュールと温度計算モジュールとによって計算された結果に基づいて、スラグ作成期間および銅作成期間に対する異なる終点判断条件にしたがって吹錬の終点を判断し予測するために使用される吹錬の終点予測モジュールと、
様々なデータを格納するために使用されるデータ格納管理モジュールと、
各極小期間内で、組成計算モジュールと温度計算モジュールとによって計算された結果に基づいて、冷却材料の添加量と添加時間とを計算するために使用される冷却材料計算モジュールと、
吹錬の終点予測モジュールと冷却材料計算モジュールとにそれぞれ接続され、以下のモード:
1)吹錬の終点の予測結果が出力される、吹錬の終点予測モード、または
2)吹錬の終点の予測結果、添加量、および添加時間が出力される、最適化決定モード
に外部から切り替えることを必要に応じて制御するために使用されるシステム一般制御モジュールと
を備える。
各所与の極小期間内の炉における各相のシステムにおいて平衡が達成され、合計のGibbsの自由エネルギーが最小であるときに、
質量の保存と組み合わせて、Taylorの公式を使用して、
次に、Lagrangian乗数法に基づいて、関数L
次に、xpcとλeとに関して関数Lの偏導関数を取り、各偏導関数を0と等しくするプロセスであって、
反復法を使用して上の方程式を解くプロセスであって、各所与の極小期間に対して、平衡が炉中で達成されたときの各相における各成分のモル分率を取得することができる、プロセスと
を含む。
1)スラグ作成期間:粗銅における硫黄含有量または酸素含有量に基づいて判断し、実施形態においては、終点は、炉中の銅マットにおけるFeSの形態のFe含有量が1%に落ちたときであることと、
2)銅作成期間:粗銅における硫黄含有量または酸素含有量のうちのいずれかに基づいて判断し、硫黄と酸素とは互いに相互作用し、実施形態においては、粗銅における硫黄含有量に基づいて判断し、すなわち、銅作成期間の終点は、炉中の粗銅における硫黄含有量が0.04%に落ちたときであることと
を含む。
(1)スラグ作成期間
全ての鉄と、鉄と化学的に組み合わされた全ての硫黄とを熱い銅マットから主に排除する。酸化鉄FeOは、添加されたSIO2と反応して、スラグ形成反応を開始し、そしてFeOが除去される。その反応は、
送風された空気中の酸素は最初、気体−液体の反応においてCu2Sの溶融物と反応し、Cu2Oを発生させる。Cu2Oの液相において、Cu2Oは、Cu2Sと相互作用するように反応し、粗銅を発生させる。すなわち、
1)吹錬の終点の予測された結果が出力される吹錬の終点予測モード、または(switching to)
2)吹錬の終点の予測された結果、冷却材料の添加量および添加時間が出力される最適化決定モード
に切り替えることを外部から必要に応じて制御するために使用される。
Claims (15)
- PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のための方法であって、前記方法は、
材料添加スケジュールと、オンラインで収集された、炉に添加される材料のデータとにしたがって、各所与の極小期間内の、前記炉中の各相組成と前記炉中の溶融物の温度とをリアルタイムで継続的に計算するステップと、
事前に設定された吹錬の終点判断条件に基づいて吹錬プロセスの終点を判断し予測するステップと
を包含することを特徴とする、方法。 - 前記各所与の極小期間は1分であることを特徴とする、請求項1に記載の、PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のための方法。
- 前記事前に設定された吹錬の終点判断条件は、スラグ作成期間と銅作成期間との両方に対する判断条件
1)前記スラグ作成期間:前記スラグ作成期間の終点は、前記炉中の銅マットの中のFeSの形態のFe含有量が1%に落ちたときであることと、
2)前記銅作成期間:前記銅作成期間の終点は、前記炉中の粗銅の中の硫黄含有量が0.04%に落ちたときであることと
を包含することを特徴とする、請求項1に記載の、PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のための方法。 - 前記各所与の極小期間内の前記炉中の前記各相組成が、Gibbsの自由エネルギーの最小化の方法を使用して計算され、前記方法の実装は、
前記各所与の極小期間内の前記炉における各相のシステムにおいて平衡が達成され、Gibbsの自由エネルギーが最小であるときに、合計のGibbsの自由エネルギーを
は、前記成分pcが純粋な物質であるときに、温度Tにおいて生成される前記Gibbsの自由エネルギーを表し、γpcは、前記成分pcの活量係数を表し、Rは、前記炉中の気体定数を表す、プロセスと、
質量の保存と組み合わせて、Taylorの公式を使用して、
における前記Gibbsの自由エネルギーGにおいて二次展開を行うプロセスであって、
次に、Lagrangian乗数法に基づいて、関数L
次に、xpcとλeとに関して前記関数Lの偏導関数を取り、各偏導関数を0と等しくするプロセスであって、
反復法を使用して上の方程式を解くプロセスであって、前記各所与の極小期間に対して、前記平衡が前記炉中で達成されたときの各相における各成分のモル分率を取得することができる、プロセスと
を含むことを特徴とする、請求項1に記載の、PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のための方法。 - 前記吹錬プロセスは、不均一反応プロセスであり、請求項4に記載された計算方法に基づいて、前記各所与の極小期間内に、マット相、粗銅相、およびFe3O4相が存在するか否かと、各存在する相の組成とをリアルタイムで継続的に解析し判断することを包含することを特徴とする、請求項4に記載の、PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のための方法。
- 一次元非定常熱伝導方程式が、前記各所与の極小期間内の前記炉中の前記溶融物の前記温度を計算するために使用されることを特徴とする、請求項1に記載の、PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のための方法。
- 前記方法はさらに、
必要に応じて最適化決定モードに切り替え、前記モードにおいて、前記各所与の極小期間内の、すなわち、冷却材料が添加されない条件下の、前記炉中の前記各相組成と、前記炉中の前記溶融物の前記温度とに基づいて前記吹錬プロセスをシミュレートし計算するステップであって、前記炉中の前記溶融物に対する温度変化曲線を取得し、最低温度がTLおよび最高温度がTHである前記溶融物の前記温度に対する所定の制御値と組み合わせて、ステッピング法を使用して冷却材料計算を行い、前記冷却材料の添加と前記冷却材料の添加時間とを取得し、前記温度に対する前記制御値の範囲で前記温度変化曲線を作る、ステップと
を包含することを特徴とする、請求項1に記載の、PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のための方法。 - 前記吹錬プロセスに関して、前記溶融物は、前記最低温度TLを許容し、前記最高温度THを許容し、前記溶融物の前記温度の上昇段階において、前記溶融物の前記最高温度がTHよりも高い場合には、前記冷却材料は前記温度がTHに到達する前に添加され、そして前記溶融物の前記温度がTLと等しいか、またはそれを上回る温度に上昇する時間がt1であり、前記溶融物の前記温度がTHに到達する時間がt2であると仮定すると、前記冷却材料の前記添加時間はt1≦t<t2を満たし、ここで、前記冷却材料の添加量は、前記溶融物の前記最高温度がTHと等しくなるように前記冷却材料の前記添加量を調節することによって決定されることを特徴とする、請求項7に記載の、PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のための方法。
- PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のためのデバイスであって、前記デバイスは、
吹錬プロセスの動作データを収集するためのOPCデータ収集モジュールと、
材料添加スケジュールと、オンラインで収集された、前記炉に添加される材料のデータとにしたがって、所与の極小期間内の炉中の各相組成を計算するための組成計算モジュールと、
前記材料添加スケジュールと、オンラインで収集された、前記炉に添加された前記材料の前記データとにしたがって、前記所与の極小期間内の前記炉中の溶融物の温度を計算するための温度計算モジュールと、
各極小期間内で、前記組成計算モジュールと前記温度計算モジュールとによって計算された結果に基づいて、スラグ作成期間および銅作成期間に対する異なる終点判断条件にしたがって吹錬の終点を判断し予測するための吹錬の終点予測モジュールと、
様々なデータを格納するためのデータ格納管理モジュールと、
前記各極小期間内で、前記組成計算モジュールと前記温度計算モジュールとによって計算された前記結果に基づいて、冷却材料の添加量と添加時間とを計算するための冷却材料計算モジュールと、
前記吹錬の終点予測モジュールと前記冷却材料計算モジュールとにそれぞれ接続され、以下のモード:
1)前記吹錬の終点の予想された結果が出力される吹錬の終点予測モード、または
2)前記吹錬の終点の前記予測された結果、前記冷却材料の前記添加量および前記添加時間が出力される最適化決定モード
に外部から切り替えることを必要に応じて制御するためのシステム一般制御モジュールと
を備えることを特徴とする、デバイス。 - 前記各所与の極小期間は1分であることを特徴とする、請求項9に記載の、PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のためのデバイス。
- 前記組成計算モジュールは、Gibbsの自由エネルギーの最小化の方法を使用して、前記所与の極小期間内の前記炉中の前記各相組成を計算し、前記吹錬プロセスにおいて関連する相は、気相、スラグ相、マット相、粗銅相、およびFe3O4相を含み、組成計算は、
前記各所与の極小期間内の前記炉における各相のシステムにおいて平衡が達成され、合計のGibbsの自由エネルギーが最小であるときに、
は、前記成分pcが純粋な物質であるときに、温度Tにおいて生成される前記Gibbsの自由エネルギーを表し、γpcは、前記成分pcの活量係数を表し、Rは、前記炉中の気体定数を表す、プロセスと、
質量の保存と組み合わせて、Taylorの公式を使用して、
における前記Gibbsの自由エネルギーGにおいて二次展開を行うプロセスであって、
次に、Lagrangian乗数法に基づいて、関数L
次に、xpcとλeとに関して前記関数Lの偏導関数を取り、各偏導関数を0と等しくするプロセスであって、
反復法を使用して上の前記方程式を解くプロセスであって、前記各所与の極小期間に対して、前記平衡が前記炉中で達成されたときの各相における各成分のモル分率を取得することができる、プロセスと
を含むことを特徴とする、請求項9に記載の、PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のためのデバイス。 - 前記温度計算モジュールは、前記各所与の極小期間内の前記炉中の前記溶融物の前記温度を計算するために一次元非定常熱伝導方程式を使用することを特徴とする、請求項9に記載の、PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のためのデバイス。
- 前記最適化決定モードにおいて、前記冷却材料計算モジュールが、前記各所与の極小期間内の、すなわち、冷却材料が添加されない条件下の、前記炉中の前記各相組成と、前記炉中の前記溶融物の前記温度とに基づいて前記吹錬プロセスをシミュレートし計算し、前記炉中の前記溶融物に対する温度変化曲線を取得し、最低温度TLおよび最高温度がTHである前記溶融物の前記温度に対する所定の制御値と組み合わせて、ステッピング法を使用して冷却材料計算を行い、前記冷却材料の添加と前記冷却材料の添加時間とを取得し、前記温度に対する前記制御値の範囲で前記温度変化曲線を作ることを特徴とする、請求項12に記載の、PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のためのデバイス。
- 前記冷却材料計算モジュールの計算プロセスの間、前記吹錬プロセスに関して、前記溶融物は、前記最低温度TLを許容し、前記最高温度THを許容し、前記溶融物の前記温度の上昇段階において、前記溶融物の前記最高温度がTHよりも高い場合には、前記冷却材料は前記温度がTHに到達する前に添加され、そして前記溶融物の前記温度がTLと等しいか、またはそれを上回る温度に上昇する時間がt1であり、前記溶融物の前記温度がTHに到達する時間がt2であると仮定すると、前記冷却材料の前記添加時間はt1≦t<t2を満たし、ここで、前記冷却材料の添加量は、前記溶融物の前記最高温度がTHと等しくなるように前記冷却材料の前記添加量を調節することによって決定されることを特徴とする、請求項13に記載の、PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のためのデバイス。
- 前記デバイスはさらに、溶媒計算モジュールを備え、前記溶媒計算モジュールは、前記システム一般制御モジュールに接続され、前記各極小期間内の、前記組成計算モジュールと前記温度計算モジュールとによって計算された前記結果に基づいて、溶媒の添加量と前記溶媒の添加時間とを計算するために使用されることを特徴とする、請求項9に記載の、PS銅転炉の吹錬プロセスの知的決定および終点予測のためのデバイス。
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SONG, HAIYING(宋海鷹): "Research and Application of Modeling and Optimization Control for PS Converting Process", 博士学位論文(中南大学), JPN6018049763, 2008, CN, pages 84 - 100, ISSN: 0004217413 * |
松宮徹ら: "統合化熱力学データベースの現状", 鉄と鋼, vol. 88, no. 2, JPN6018049764, 2002, pages 51 - 58, ISSN: 0003940650 * |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP7019311B2 (ja) | 2017-03-31 | 2022-02-15 | パンパシフィック・カッパー株式会社 | 造カン期終点判定方法 |
CN110284009A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-09-27 | 云南铜业股份有限公司西南铜业分公司 | 一种铜锍吹炼方法及设备 |
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