METSIM软件在闪速炼铜工艺设计的运用

〔摘要〕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。

〔关键词〕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。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。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150kt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。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。

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。

作者:何峰 单位:中国瑞林工程技术有限公司

参考文献

[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.