煉銅PS轉(zhuǎn)爐吹煉仿真模擬系統(tǒng)在冶金教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：本文結(jié)合臥式轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，將冶煉的進(jìn)度與現(xiàn)場(chǎng)的冶煉進(jìn)度模擬到1：1的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間的完全同步、相符，將虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于冶金類教學(xué)，通過虛擬現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)環(huán)境，數(shù)學(xué)模型支持模擬真實(shí)的生產(chǎn)工藝過程，學(xué)生通過監(jiān)控界面進(jìn)行操作，讓學(xué)生更形象、直觀的體會(huì)真實(shí)的生產(chǎn)過程。在不斷地考核和練習(xí)過程中，實(shí)現(xiàn)掌握知識(shí)的目的。

關(guān)鍵詞：PS轉(zhuǎn)爐；吹煉；模擬仿真軟件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.019

1 概述

PS轉(zhuǎn)爐吹煉和回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉銅生產(chǎn)具有工藝成熟、投資成本低、與其它冶金爐窯易于匹配、生產(chǎn)組織靈活、生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，為有色金屬火法冶煉銅工藝中被廣泛應(yīng)用的冶煉工藝。目前被國內(nèi)絕大多數(shù)煉銅企業(yè)所接受。但由于其裝備設(shè)備大多是重型設(shè)備，危險(xiǎn)程度和操作難度要求都比較高，不具備企業(yè)新員工親身操作的條件。國內(nèi)各院校冶金專業(yè)主要以教授理論知識(shí)為主，缺少煉銅教學(xué)實(shí)際操作的環(huán)境和平臺(tái)。

我國已進(jìn)入世界煉銅大國，但不是煉銅強(qiáng)國，其根本原因之一在于煉銅轉(zhuǎn)爐吹煉崗位和陽極爐精煉崗位崗位操作技能水平參差不齊。轉(zhuǎn)爐吹煉銅和陽極爐精煉銅生產(chǎn)過程是一個(gè)復(fù)雜的控制過程，我國絕大多數(shù)煉銅企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中主要靠操作工的操作經(jīng)驗(yàn)和操作技能來進(jìn)行對(duì)爐窯的控制，因此煉銅操作工的技能水平很大程度上影響著煉銅效率和產(chǎn)品質(zhì)量。企業(yè)培訓(xùn)一個(gè)合格煉銅操作爐長周期過長，且缺乏先進(jìn)有效的手段。據(jù)有色金屬行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，目前煉銅企業(yè)培養(yǎng)一個(gè)合格的轉(zhuǎn)爐吹煉和陽極爐精煉操作爐長一般需要3年的時(shí)間。冶金專業(yè)院校中缺乏煉銅實(shí)訓(xùn)環(huán)境，根本無法培養(yǎng)出合格的轉(zhuǎn)爐吹煉和陽極爐精煉操作工。

2 轉(zhuǎn)爐吹煉銅生產(chǎn)技能訓(xùn)練在冶金教學(xué)中存在的主要問題

（1）煉銅場(chǎng)景中故障排除培訓(xùn)，難以將故障的發(fā)生呈現(xiàn)給學(xué)生。

（2）安全問題是制約煉銅轉(zhuǎn)爐和陽極爐操作工培訓(xùn)的一個(gè)重要因素。

（3）學(xué)生基本無機(jī)會(huì)上機(jī)操作。

（4）冶金教學(xué)以理論為主，學(xué)生的實(shí)操能力難以考核。

煉銅模擬仿真系統(tǒng)有效的解決煉銅轉(zhuǎn)爐工與陽極爐工操作工培訓(xùn)和考核難題的有效手段，而且冶金教學(xué)具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

學(xué)生可通過該項(xiàng)目系統(tǒng)虛擬環(huán)境中的煉銅生產(chǎn)場(chǎng)景進(jìn)行操作培訓(xùn)，安全地進(jìn)行煉銅操作、處理各種虛擬故障，能夠產(chǎn)生親臨現(xiàn)場(chǎng)的感受和體驗(yàn)。煉銅操作學(xué)員置身于逼真的模擬生產(chǎn)環(huán)境中，通過向操作界面發(fā)出各種控制信號(hào)來不斷改變虛擬環(huán)境中煉銅的作業(yè)狀態(tài)，進(jìn)而觀察相應(yīng)的操作效果，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，在不影響實(shí)際生產(chǎn)的前提下達(dá)到了訓(xùn)練轉(zhuǎn)爐工操作工的協(xié)調(diào)性和準(zhǔn)確性的目的，極大地縮短了培訓(xùn)周期。而且利用該項(xiàng)目對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)后，可通過理論考試加虛擬環(huán)境中的虛擬煉銅操作考核對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)考核。

轉(zhuǎn)爐模塊動(dòng)作主要包括轉(zhuǎn)爐的旋轉(zhuǎn)離開煙罩，行車吊運(yùn)冰銅包由一側(cè)將液體冰銅傾倒入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，并伴有煙氣、液體流動(dòng)等特效，然后行車吊運(yùn)銅包離開轉(zhuǎn)爐，并且轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)至爐口位置，轉(zhuǎn)爐爐口的煙罩關(guān)閉，轉(zhuǎn)爐后側(cè)有捅風(fēng)眼機(jī)在軌道上工作，對(duì)轉(zhuǎn)爐一側(cè)的風(fēng)眼依次執(zhí)行捅風(fēng)眼操作，轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)時(shí)可看到液體冰銅自爐口迸濺而出，不同時(shí)刻狀態(tài)、顏色稍有不同。

轉(zhuǎn)爐模塊動(dòng)作主要包括轉(zhuǎn)爐的旋轉(zhuǎn)操作，材料（如石英，冰銅）的添加操作，轉(zhuǎn)爐后側(cè)捅風(fēng)眼機(jī)捅風(fēng)眼操作，取樣操作以及爐口煙罩上升和下降操作等。

學(xué)生可通過單擊轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)相關(guān)按鈕控制轉(zhuǎn)爐的旋轉(zhuǎn)以及停止，轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)到風(fēng)眼接近水平面直至剛超出液體水平面且沒有停止吹風(fēng)時(shí)，可看到液體冰銅自爐口迸濺而出。當(dāng)液體水平面高于爐口位置時(shí)，爐內(nèi)液體會(huì)從爐口流出，漸漸的流入到了銅包里，，銅包里的液體不斷的上升。

3 技術(shù)及管理創(chuàng)新

該仿真系統(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)圖形顯示技術(shù)為核心的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，利用虛擬的場(chǎng)景結(jié)合仿真的監(jiān)控系統(tǒng)，通過監(jiān)控界面和虛擬場(chǎng)景相互呼應(yīng)，模擬呈現(xiàn)整個(gè)轉(zhuǎn)爐吹煉和陽極爐精煉生產(chǎn)主要工藝環(huán)節(jié)的大型場(chǎng)景以及各種已出現(xiàn)或人為設(shè)定的故障產(chǎn)生全景和排除解決過程。學(xué)生可通過系統(tǒng)中的仿真監(jiān)控系統(tǒng)與虛擬環(huán)境中的具體反應(yīng)安全地進(jìn)行生產(chǎn)操作、處理各種異常工況，并能達(dá)到和現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)、考核的同樣效果。

（1）煉銅生產(chǎn)技能訓(xùn)練與考核模擬仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

（2）虛擬場(chǎng)景展現(xiàn)轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)工藝流程。

吹煉前的安全檢查→查看生產(chǎn)計(jì)劃→設(shè)定吹煉條件→進(jìn)料→開風(fēng)吹煉→造渣作業(yè)→溫度控制→液面控制→環(huán)保設(shè)備設(shè)施使用→篩爐作業(yè)→二周期吹煉→產(chǎn)量控制→造銅終點(diǎn)控制。

（3）虛擬場(chǎng)景展現(xiàn)陽極爐精煉生產(chǎn)工藝流程。

進(jìn)料前的安全檢查→查看生產(chǎn)計(jì)劃→設(shè)定生產(chǎn)條件→進(jìn)料→氧化除雜→倒渣作業(yè)→溫度控制→氧化終點(diǎn)控制→還原劑加入操作→還原作業(yè)→造銅終點(diǎn)控制→澆鑄→銅陽極板澆鑄質(zhì)量控制

（4）模擬轉(zhuǎn)爐吹煉和陽極爐精煉過程異常工況控制。轉(zhuǎn)爐吹煉部分有過冷、過熱、惡噴、銅過吹等異常工況，陽極爐精煉部分有欠氧化、欠還原、過還原、冒黑煙、廢板處置等。

4 煉銅模擬軟件在冶金教學(xué)中的具體應(yīng)用

（1）培訓(xùn)方式創(chuàng)新。電腦仿真技術(shù)用于銅冶煉培訓(xùn)，用于鑒定前培訓(xùn)、新員工培訓(xùn)、學(xué)生實(shí)習(xí)，減輕了企業(yè)培訓(xùn)負(fù)擔(dān)，減輕了承擔(dān)學(xué)生實(shí)習(xí)的負(fù)擔(dān)。（2）教學(xué)方式創(chuàng)新。將仿真系統(tǒng)用于冶金技術(shù)專業(yè)職業(yè)院校學(xué)生教學(xué)，這已在十來家院校里開始用了。真實(shí)的數(shù)據(jù)模擬提高了學(xué)生動(dòng)手能力。（3）培訓(xùn)鑒定管理制度創(chuàng)新。有色鑒定中心通過此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)鑒定前培訓(xùn)、鑒定過程全程監(jiān)控、管理，此項(xiàng)監(jiān)管制度已在職業(yè)院校試行。學(xué)生實(shí)現(xiàn)了，有網(wǎng)即可學(xué)習(xí)、考核，掌握自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度，有指導(dǎo)性地提升實(shí)踐能力。

作者簡介：孔曉萍（1970-），女，甘肅人，本科，學(xué)士學(xué)位，副教授，研究方向：有色金屬冶金。