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1、中南人学硕 论义铅锌烧8 1 1 过程烧K i 块含硫预测伙成建模研究摘要滩 、 课趣以韶关冶炼I S P 铅钱 挠结过程为背景， 研究了 烧结块含硫预测过程的 集成建模问 题。 在物料平衡的基础上， 通过将 _ 作状况的不同划分， 分别采用多 元线性回归 模型、 神经网 络模型和基于 经验的专 家规 则模型结合起来，建立了 烧结块含硫的预 测集成模型。 通过与运行结果比 较， 表明所建立的模型是能够反应实际生产情况的，能够对生产过程起到有益的指导作用/ ;仑 文 的 第一 章 指 出 了 课 题 的 来 源 和 意 义 ， 简 略 介 绍 了 密 闭 鼓 风 炉 炼 铅 锌的1 艺 流程，以
2、 及I S P 烧结过程的工艺知识， 重点讨论了 烧结过程控制的现状和课题的重要意义和研究方 法: 第二 章提出了 烧结块残硫预测系统的总体设计思路: 第三章用线性回归分析方法建立了 烧结 块返粉含硫关系模型: 第四 章建立了 基于 物料平 衡的返粉含 硫的 线性回归模型: 第五 章阐 述了 神 经网 络建 模纂础，分析了B P网络的误差反向传播算法和定向 随机搜索算法的 特点，并 建立返粉含硫的神经网 络预测模型 第六章介绍了 烧结块含 硫预测的专家规则模型 : 第 七 章 介 绍 了 该 系 统 的 软 件 编 制 ; 第 八 章 给 出 了 运 行 结 果 )关 键 词 : 神 经 网
3、络 ; 数 学 模 型 ; 集 成 建 澎成 分 预 测 ; 规 则 模 型 ; 多 元 线 性 回归:烧结过程中南大学硕士论文铅锌烧结过程烧结块含硫预侧集成建棋研究Ab s t r a c t/I n th i s p a p e r , a n in t e g r a t e d m o d e l f o r th e p r e d ic t io n o f s u i f u r - f a t e i n s i n t e r in t h eP b - Z n s in t e r in g p r o c e s s o f I m p e r ial S m e lt
4、P ro c e s s ( I S P ) in S h a o g u a n S m e l te ry i sin v e s t i g a t e d . B a s e d o n t h e b al a n c e o f m a t e r ial , m u lt i v a r i a t e l i n e a r re g r e s s i o n m o d e l ,n e u r a l n e t w o r k s y s t e m m o d e l a n d e x p e rt re g u la t i o n m o d e l w e r
5、e f o u n d e d t o c o p e w ithd i ff e re n t in s ta n c e in th e p r o c e s s . A c c o r d i n g t o c o m p a re w ith t h e p r a c t i c a l re s u lt , w ec a n fi n d t h a t t h i s in t e g r a t e d m o d e l c a n re fl e c t th e p r a c t i v i t y o f t h e s i n t e r in g p r o
6、 c e s sa n d i s u s e fu l to g u i d e th e p r o c e s s .K e “ o r d s : n e u r al n e tw o r k , m a th e m e f c m o d e l , in t e g r a t e d m o d e l, c o m p o n e n tp re d i c t i o n . r e g u l a t i o n m o d e l , m u l t i v a r i a t e l i n e a r r e g r e s s i o n , s i n t e
7、 r i n g p r o c e s s、r中r y j ) 、 学hh , 1 台 又第 I 带 课题介绍第1 章 课题介绍1 . 1 课题的来源此 课题系国 家8 6 3 / C I M S 基础应用 研究 项目 铅锌密闭 鼓风 炉冶 炼过程智能集成化建模和优化控制的子课题之一，获得国家8 6 3 计划基金的资助。1 . 2密闭鼓风炉铅锌冶炼工艺概况密 闭 鼓 风 炉 铅 锌 冶 炼 工 艺 即 I S P ( I m p e ri al S m e lt P ro c e s s ; _ I 一 艺 为 英 国 帝国 熔 炼公 司 推出 的 专 利 技 术， 是 近 代火 法 炼铅
8、布 喇 i l 的 先 进方 法 乙 一这 种 方法的F 艺 优势在于在同一冶炼过程中 冶炼铅锌两种金属， 现在已 经为 世界 卜 多个国家所采用从 冶金工艺流程上说， I S P 过程包括烧结和熔炼两大工艺硫化铅、 硫化锌精矿或硫化铅锌混合精矿进厂后先进行千燥， 去掉多余的水 分。 然后与 烧结机返 粉、 石灰石、 焦粉等物料 按一定比 例混合制粒， 送入烧结# I 隧行 烧结， 成为 具有 一定搜凳 和透气 性的 烧结块 烧结块经破碎筛分，筛 选 出 一 定 大 小 的 合 格 烧 结 块 送 密 闭 鼓 风 炉 ， 即 IS F 炉( Im p e ri al S m e lt F u
9、rn a c e )进行熔炼; 不 合格的 烧结 块再? 7 令 却、 破碎做为 烧结配料的 返料使用。 含硫的铅锌 精 矿在 烧结过程中 产生的 S q烟气， 送入 制 酸系 统生产 硫酸。 其工艺 流程如图1 . 1 所示。1 . 3 IS P铅锌烧结过程工艺介绍1 :3 . 1烧结工艺流程烧结过程是铅锌密闭 鼓风炉的原来 例 圭 备过程，为密闭 鼓风炉生产提供满中南人学by ; 论文m I 章 课题介绍V I 锌混合枯矿净化 系统煤 气r -I S F下 和 止 遍 兰彩、欢妇f 疑器 聂+1d ;r$图1 . 1密闭鼓风炉铅锌冶灼 ;I S P 过程 ; 乙 流程足 熔炼要 求的 烧结
10、块， 一沐 为 硫酸系 统 提1; 合格S 0 = 浓度 阴a s 气f1 V 7 J 二 烧结块的要求是 残硫t 勿 理化学反应分别 在这四 层中2 川于 ， 并随 着向 上 鼓风以 薄层 状依次上 移， 同 时 各区的厚度随之发生变化， 干 燥区不断变小， 烧结区不断增大， 在烧结终了 时， 烧结物料全部变为烧结块。1 .3 .2烧结焙烧的 基本原理铅 锌 硫 化精 矿含 有多 种 矿 物: Z n S , P b S . F e S 2 . C u F e “ S 2 . C d S , CaCO3. S i O 2 , A 12 0 3 等， 其 烧结 焙 烧 过 程 是非 常 复 杂
11、的。 但基本 原 理 是: 将制 备 好的 炉料 ( 混合料) 送 入烧结设备中，点 火加热到9 8 0 - 1 0 5 0 C ， 鼓入大量空气条件下， 炉料中 的 金属 硫化 物便 发生 氧化 生 成金 属氧化物和二氧 化 硫， 其反 应可用下式表示 ( M表示金属元素) :中 南 大 学 硕 I 论 文. 一一一一一竺 1# id 燮些2 MS + 3 0 2 = 2 M O + 2 S O 2 + Q该 反 应是 放热反 应， 产 生的 热量 足 够使 烧结 过 程的 一 切反 应 继续 进行，不需 加其它 燃料。 各种金属 氧化 物相互反 应时生 成各种盐 类， 如硅酸盐、 亚铁酸盐
12、、 铝酸盐、 砷酸盐等， 其中 铅的 硅酸 盐和亚 铁酸盐 熔点 较低， 在烧结中 起粘结作用， 将炉 料粘结 成坚 实的 块状物即 烧结块。在某一温 度下硫化物氧 化放出的热， 能使 氧化过程自 发地扩展到全部物料并使反 应加速进行， 此 温 度就叫 着火 温 度。 各种金属 硫化物的 着火温 度一般决定 于该 物 料本 身的 物理 性质， 如 热容 量、 导 热率、 粒度、 致密 度等。 在化学上， 影响 硫化物着火温度 的 是化 学结构和氧 化反 应的热效应。 此外 外界因 素如催化作用 和强化过程等也很 有影响。 硫化 物的 着火温度决定了 焙 饶的最低温度。 一般 硫化锌 和硫化 铅
13、的 着火 温 度较高， 因 此， 在 低温下 氧化迟 缓。 为了 除掉全 部硫， 在焙 烧过程中 必须 有过 剩的 空 气， 较长的 焙 烧时间， 控制较高的 温度。任何流 化物的 氧化过程都是气固相的多相反应过程，可分为若干阶段:1 .气流中 的氧分子 扩散 至 硫化物表面上;2 .氧分子在固 体表面上 吸附;3 .固体表面上进行化学反应;4 化 学反 应的 气 体 产 物 从 固 相表 面 解 吸;5 .气 体产 物从固 相表面向 气流中 扩散。其中最缓慢的 阶段往往决定整个过程的速度。影响 硫化物 焙烧反 应 速 度的决 定因素是:1 .炉 料 的 物理 性 质: 即 精 矿 颗 粒的
14、大小 和 制 粒 炉 料 颗粒的 大小。 因 为多相反 应 过程发生 在两 相 接触的 界面 上， 因 此粒 度小， 表面 积大， 与空气 接 触良 好， 容易 着 火 燃 烧， 有 利于 氧 化反 应 进 行。 精 矿粒 度 越 细f氧 化 越 快。 但 精 矿必 须 与 返粉 A 啦， 才能 保 持 透 气性， 制 粒 后的 粒 度3 - 6 n u n 的 越多， 氧 化 越快。 若制 粒后的 粒 度大于l o r n m或小于l m m的颗粒越多， 则氧化越慢.2 . 硫 化 物 的 性 质 : 硫 化 物 着 火 温 度 高 则 氧 化 慢 ， 着 火 温 度 低 则 氧 化 快。(
15、 如 黄 铁 矿 和 刻) 在 焙 烧 温 度下， 离 解 放出 硫， 同 时a中南大学硕士论文第 1 章 课班介绍 一粒 度 变 小孔 敝增 加 ， 呈 疏 松 多 眯， 所 以 容 易 麒. 欣,硫 化 物( 如 硫化 锌) 在 焙 烧时， 不离 解也 不 崩 裂， 而 在 表 面生 成一 层较致密的氧化膜，故较难焙烧。 3 .烧结 过 程的 温 度: 一 般随 温 度升 高 ， 硫化物的 氧 化 过程 会加 快， 而 且生 成的 硫酸盐容 易分 解成 氧 化物。 为了 加 快硫化物 氧化反 应的 进行，焙 烧 过程 应维 持 在 最大 允 许 温 度。 4 空 气向 硫化 物 表 面 运
16、 动的 速 度 和 过 剩空 气量: 空 气向 硫化 物 表面 运 动速度越大， 氧化 越快， 反 之则 慢。 因为 气流速 度大， 所以 生 成的S O及少量S 0 3 气体产物， 从料粒表面排除的 速度越快， 因 此氧化快。 过剩空气 多， 氧化 越 快， 不i ll 剩空气 太多， 则 会阳邸绷脚汽 S 0 2 的 浓度， 造成 烟气 扩 散 污染 ，所以 一 般 不 采用阳氏 二 氧 化 硫浓 度的 方 法来 加快反应的进行。1 .3 .3 烧结 焙 烧过 程的 化学 机 理 分 析9 ,1 1 烧结 焙 烧所采 用 的 铅 锌精 矿 除 方 铅 矿P b S 、 闪 锌 矿Z n S 外， 还含 有其 它 各 种 金 属 硫化 物 及 硅、 钙 等的 氧化 物， 在 强 还 原 气 氛 A高 温的 烧结 引牛 下， 将发生不同的 物理化学变化， 达到焙 烧脱硫和烧结结块的目 的。l .硫化铅的 始 挠反应分析在高 温 和 氧 化 气氛 下， P b S 会生 成P b O 和P b S O 4 ， 所 起反 应如下:2
