有色金属冶炼中的网络控制管理技术研究

有色金属冶炼中的网络控制管理技术研究

发表时间：2018-01-10T14:32:01.707Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第21期作者：曲俊月[导读] 本文提出一种基于参数自整定性失稳控制的有色金属冶炼网络控管理技术，进行有色金属冶炼的控制系统网络结构设计。

沈阳有色冶金设计研究院辽宁 110003 摘要：现阶段，有色金属冶炼在我国经济发展中起着重要的作用，传统的有色金属冶炼系统在设计过程中忽略了外部因素产生的作用，致使控制系统在有色金属冶炼过程中资源消耗计算不准确，造成能源和时间的浪费。本文提出一种基于参数自整定性失稳控制的有色金属冶炼网络控管理技术，进行有色金属冶炼的控制系统网络结构设计，实现网络控制管理优化。最后通过仿真实验进行了性能验证，展示了本文算法的有效性。

关键词：有色金属冶炼；网络控制；管理技术；研究 1、前言

有色金属冶炼一直是我国经济发展的重要支柱产业，有色金属冶炼中的网络控制管理涉及的参量和元器件复杂，参数受到环境和化工生产条件变化的影响，从而产生一定的漂移和失真，需要对有色金属冶炼中的网络控制管理进行优化设计，提高有色金属冶炼中的网络控制管理的可靠性和稳定性，从而提高有色金属冶炼生产的效益。

2、有色金属冶炼工艺类型

总的来说，有色金属冶炼过程一般包含干燥、焙烧熔炼、浸出/吹炼和精炼四个工段。其中，精矿是否干燥取决于冶炼厂所在地的气候条件、焙烧/熔炼炉体对精矿水分的要求。冶炼过程主要采用大气污染控制设备（APCD）控制气态污染物的排放。干燥工段主要产生颗粒物，一般安装除尘器进行除尘。目前大部分冶炼厂采用布袋除尘器（FF），也有少数冶炼厂采用文丘里除尘、旋风除尘等低效率的除尘器。除尘器捕集到的尘主要是精矿颗粒，一般与精矿一起送入焙烧/熔炼炉。焙烧/熔炼工段的温度往往在800℃以上，是大气污染物的主要释放节点，也是冶炼过程汞污染控制的重点。目前，仍有部分小企业仅对焙烧/熔炼烟气进行简单的除尘，甚至完全无烟气治理设施。大部分冶炼厂采用除尘+净化+制酸的方式控制烟气中的颗粒物和SO2的排放。

锌冶炼工艺一般包括焙烧浸出湿法炼锌、全湿法炼锌、密闭鼓风炉炼铅锌（ISP）、竖罐炼锌、电炉炼锌和土法炼锌。焙烧浸出湿法炼锌采用的焙烧炉主要是沸腾炉，烟气量较为稳定。沸腾炉中排出的烟气的SO2浓度一般为6.5–9.0%，故能够进行烟气制酸。该工艺浸出工段可进一步分为常规浸出和热酸浸出。常规浸出主要产生浸出渣和铜渣、镉渣等金属渣；热酸浸出主要产生铅银渣和铁渣。焙烧浸出湿法炼锌工艺是目前中国锌冶炼行业的主导工艺，也是《铅锌行业规范条件》中推荐使用的工艺。全湿法炼锌工艺是锌冶炼工艺中唯一一种不需要经过高温焙烧过程的工艺，进入该工艺过程的汞主要进入废水和废渣中。ISP工艺可以同时炼锌和铅，具有较强的原料适应性，既可以处理精矿也可以处理次生铅锌物料。

铅冶炼工艺包括熔池炼铅、ISP炼铅锌、烧结机炼铅、土法炼铅（烧结锅/烧结盘炼铅）等。熔池炼铅又分为富氧底吹熔炼–高铅渣直接还原法、富氧底吹熔炼–鼓风炉还原法、富氧顶吹熔炼–鼓风炉还原法、奥斯迈特炼铅法、基夫赛特炼铅法和卡尔多炉炼铅法等。熔池炼铅是《铅锌行业规范条件》推荐的工艺。该工艺的烟气量稳定，烟气中的SO2浓度在7.5%以上，可进行双转双吸制酸。烧结机炼铅曾是中国使用最为广泛的工艺，该工艺污染严重，烟气中的SO2浓度低（1.0–5.0%），处理难。

3、有色金属冶炼中的网络控制管理技术研究 3.1有色金属DCS控制设计

有色金属冶炼过程要求：冶炼炉的温度控制是整个冶炼系统的重中之重，温度控制技术直接影响着整个有色金属冶炼过程的稳定性和节能性，为了达到准确控制的目的，必须要对有色金属冶炼炉温度时时监控，保证DCS温度控制系统对炉温进行自动控制，确保冶炼正常运转。在冶炼有色金属过程中DCS控制温度主要方法有：在有色金属冶炼炉压缩机进、出口两端安装温度传感器，温度传感器对有色金属冶炼过程中出炉温度和入炉温度进行监控；温度通过膨胀阀进、出口的压力传感器和温度传感器对电子膨胀阀进、出口的压力和温度进行监控。

有色金属冶炼自动降温监控系统设计要求：在有色金属冶炼过程中冷却降温循环系统，主要以制冷剂提供冷量，冷却冶炼炉内温度。有色金属冶炼过程必须确保风扇和冷水泵设备完好，并且有充足的制冷剂，确保整个冶炼过程炉内的降温速度。在冶炼炉进水和出水通路中加入DCS温度控制传感装置，对冶炼炉内的进出水温度时时进行监测。在整个控制系统的主通路内设置流量传感器，对有色金属冶炼过程的总水流量进行监控，可以有效避免能源浪费。

有色金属冶炼降温控制监控要求：制冷剂循环控制系统将冷水注入降温通路中将热量带走，降低冶炼炉内温度，在蒸发装置中DCS温度控制系统将流出的热水经过制冷剂来降温。在整个的有色金属冶炼过程中，对冶炼炉内要保证有足够的制冷剂，蒸发装置要时时运转防止冻坏；利用冶炼DCS控制系统，通过向冷冻水中加入足够量的水，确保冶炼的温度要求。

3.2基于物联网络的有色金属冶炼DCS控制设计 3.2.1物联网DCS控制策略

物联网DCS控制器是根据比例调节、微分调节、积分调节线性组合构成，是较为成熟的控制策略，它算法简单、可靠性高。物联网对冷水和制冷回路信息进行实时监测，对系统进行预判，对风扇提前预测控制启动，操作端上所有冶炼过程数据用图形显示。有色金属冶炼过程全部基于物联网络中实现DCS控制，可以达到温度调节快，耗能少的目的。

3.2.2DCS控制技术的基本结构 DCS控制技术可通过DCS控制系统实现，DCS控制系统主要包括控制装置、操作管理装置以及数据通信系统。分散过程控制装置部分由多回路控制器、单回路控制器、多功能控制器、可编程序逻辑控制器及数据采集装置等组成。它相当于现场控制级和过程控制装置级，实现与过程的连接。集中操作与管制部分由操作站、管理机与外部设备组成。相当于车间操作管理级和全厂优化调度管理级，实现人机接口。基本结构如下所示：

通过图2能够明显发现，两种算法在进行加密温度调节过程中，采用传统方法时，在温度调节时间一定的情况下，其炉内温度快速上升，且无下降趋势；采用本文方法时，其炉内温度上升速度较慢，且基于物联网络的有色金属冶炼DCS控制技术调节温度时间明显低于传统方法，具有一定的优势。

4、结语

仿真实验表明，经过物联网的有色金属冶炼DCS控制技术，在冶炼过程中对温度控制准确，耗时少，调节快，能够满足生产需要，具有广泛的应用价值。

参考文献

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[2]朱梦芳，邵理阳，张志勇，等.基于二阶Loyt-Sagnac干涉仪的灵敏度增强温度传感器[J].光子学报，2016，45（6）：0606002.