有色金属冶炼自动控制研究现状与展望--中国期刊网

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有色金属冶炼自动控制研究现状与展望

发表时间：2021/8/9 来源：《探索科学》2021年7月上13期作者：韦热闹

[导读] 有色金属冶炼企业属资源密集型企业，粗放型管理以及安全、环保等方面的问题较为突出，企业生产经营中如何降本增效、不断提升管理水平和经济效益是需要充分关注的问题，其中成本管控与核算工作尤为重要。从控制角度出发，将有色金属冶炼相关研究成果按控制要素即冶炼模型、控制系统进行划分。

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摘要：有色金属冶炼企业属资源密集型企业，粗放型管理以及安全、环保等方面的问题较为突出，企业生产经营中如何降本增效、不断提升管理水平和经济效益是需要充分关注的问题，其中成本管控与核算工作尤为重要。从控制角度出发，将有色金属冶炼相关研究成果按控制要素即冶炼模型、控制系统进行划分。在总结已有成果的基础上，阐明融合优化模型与先进算法并最终形成完整的有色金属冶炼控制体系是未来发展的主要方向。
关键词：有色金属；冶炼；自动控制
        引言
        自有色金属冶炼技术诞生以来，有关高效获取优质金属资源的探索就一直在进行，目前已经积累了丰硕的理论与实践成果；国内行业高校和科研院所也已完成了数百台有色金属冶炼锅炉的优化改造，并取得了显著成绩。但另一方面，现场生产情况总体落后于实验室模拟；且很多现场历经多次改造，设备细节变化较大，传统的理想状态模型很难全面反映真实的现场情况。因而，有色金属冶炼对象系统自身(即模型系统、控制系统)及外部扰动因素诸如环保、节能等研究领域，仍有进一步优化发展的空间，实现智慧化有色冶炼对国家战略层面可持续发展有着重要意义。
        1有色金属冶炼企业的特点
        我国是有色金属的生产和贸易大国，铁、铬、锰以外的金属都属于有色金属的范畴，有色金属是国民日常生活以及国防工业等科学技术发展必不可少的基础材料，很多尖端制造中所需的部件都离不开有色金属，所以有色金属已成为提升国家综合实力和保障国家安全的关键性战略资源。“采、选、冶”是有色金属工业的基本构成，有色金属冶炼企业属资源密集型企业，需要依托矿产资源作为基础，无论企业采用怎样的生产方法，总体上都要围绕资源的冶炼生产。有色金属冶炼企业固定资产设备较多，在资产结构中占据较高比重，并且生产工艺复杂，技术设备要求高。随着我国节能环保事业的推进，有色金属冶炼企业需要提高自动化水平和环保水平，适应市场竞争，实现转型升级。特别是经济全球化和国际经济形势不断变化的背景下，企业更是要积累竞争优势。
        2有色金属冶炼工艺优化
        有色金属冶炼的最终目标是制备纯度满足要求的金属单质，冶炼形式主要可归类为火法、湿法和电解法三大类别。火法冶炼即通过高温方式处理矿石或精矿，藉此直接获取金属或其化合物；湿法冶炼是将金属元素转入液相，再进行回收；电解冶炼法是向电解质溶液或熔融的电解质中通入电流，在极板上进行氧化还原反应完成制备。不同种类金属受自身活性和制备成本等因素的影响，其工业生产通常选定一类方法为主，辅以电解等手段，通过逐步提高纯度从而得到最终产品，即金属锭块。从形式上看，60余种有色金属的冶炼方法百花齐放，很多种类金属冶炼策略并不唯一，且同一方案中所使用的添加物料也存在多种选择。但从工艺控制角度分析，针对一种金属的工业化生产所涉及的理化原理和风险控制具有相似性，其现场基本的控制理念与控制难点是相近的。有色冶金自动化正是将不同有色金属冶炼工艺机理作为基础，在大工业时代背景下，通过控制学科与冶金、采矿学科的交叉实现有色冶金生产在产品纯度、经济效益、环保水平等多方面的全面升级。
        3有色金属冶炼优化控制
        3.1有色金属冶炼控制策略优化方案
        有色金属冶炼系统工艺流程复杂，且通常具有较大的惯性与迟延时间。只有设计适合的控制策略并搭配更为高效的控制算法才能实现冶炼流程的高效与稳定，这一研究方向也是有色金属冶炼过程优化控制的重点。目前，有关控制策略优化设计的研究各具特色，且在生产过程或仿真环境下均表现出较好的技术性能与经济收益，相关研究发展势头迅猛；但另一方面，有色金属冶炼系统针对性强，使得案例成功经验难以大规模推广应用，直接复制套用甚至会适得其反。随着控制科学的进一步发展，优化策略将打破工艺壁垒，适用范围逐步扩大；智能化程度也将进一步增强，逐步实现摆脱对人员经验的依赖。总体上看，有关控制策略的研究将成为有色金属冶炼的必由之路。

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        3.2有色金属冶炼控制优化算法研究
        在科技迅速发展的大时代背景下，先进控制理论的推广应用成为大势所趋。一方面计算机芯片技术的发展为优化算法奠定了物质实施基础，新型高速处理器使得控制的实时性要求不再成为限制优化算法的鸿沟；另一方面，算法本身也在不断完善并朝向更加智能化的方向发展。利用先进算法的优势性能实现有色冶金品控提升成为当前优化控制的重要手段。深度学习理论在金属探伤等领域已在一定程度上投入工业应用，但用作控制器对有色金属冶炼流程进行直接控制的案例目前少见报道。总体上看，深度控制所具备的精细化调节等优势势必推进这一研究方向不断前进。
        3.3结论
        目前，我国有关有色金属冶炼的研究已经取得了很多成绩，部分研究结果达到世界领先水平，经济效益初步显现；但有色冶金工业属于高能耗重污染行业，在连续工业生产条件下，降低单位时间燃料消耗与污染物排放量有着重要意义，相关研究属于长期优化课题。从控制角度出发，有色金属冶炼优化改进的发展趋势如下。
        1)以需求为导向的工艺融合与新型工艺开发是未来研究的重点
        伴随科技成果转化进程加速，新型工艺投产创效势必获得更大的发展空间；与此同时，集成已有技术成果诸如网络技术、信息管理手段等，也成为重要的发展方向。即协同研发与集成两条路线，相互促进从而实现工艺流程管控力度与精度的提升。
        2)冶炼模型的实用性会进一步提升
        未来模型将更加切合生产现场，即减少或取消近似条件，使得对象特性不再因建模角度的因素而被迫选择性忽略；同时，融合流场、机理及数据反馈的综合模型将更加全面地为控制研究提供参考依据。
        3)成熟的控制策略带来更优控制品质
        新型控制策略的设计将更加合理，优化策略与工艺之间能够紧密结合，相互促进，实现控制系统从物理层到控制层的协调运行，从而实现综合控制品质的全面提升。
        4)新型控制优化算法将逐步并最终替换传统控制器投入生产
        大数据时代背景下，精细化管控成为未来工业控制的主流，具备自适应能力、强鲁棒性的先进控制算法借助自身优势实现冶金流程控制品质的提升符合冶金优化控制技术发展规律，对向冶金生产智能化有着重要意义。
        3.4加强人才队伍建设
        当前有色金属冶炼企业正处于转型发展的关键时期，企业不仅要改革落后的生产工艺，引入先进设备，还要从原材料采购、生产流程规范、人力资源建设等方面积累竞争优势。这就要求企业要更加重视人才储备，制定优秀人才选拔聘用制度，分别从知识技能、学历基础、工作经验、专业素养、职业精神等方面考察吸纳高素质的财务管理人员，积极开展成本管控与核算改革工作，引入先进管理方法，通过运用大数据技术全面分析企业的成本变动特征，提出降本增效的有力解决
对策。
        结束语
        有色金属冶炼涉及国民经济发展和人民生活的各个方面，也是发展基础材料、国防工业以及促进相关科技进步的重要战略行业。随着国际经济环境的日趋复杂，有色金属冶炼企业也面临更大的竞争压力。有关有色金属冶炼的研究成果经过不断积累与沉淀，最终形成由新型工艺、综合模型、优化策略和先进算法组成的优化冶炼体系，终将实现节能减排与可持续发展的时代要求，取得更美好
的成绩。
参考文献
[1]桂卫华,阳春华,陈晓方,等.有色冶金过程建模于优化的若干问题及挑战[J].自动化学报,2013,39(3):197?207.
[2]朱茂兰,黄中省,衷水平,等.镓精矿中镓的提取工艺[J].中国有色金属学报,2018,28(11):2351?2357.
【作者简介】：韦热闹(1981.11-),男,壮族，广西河池人，本科，助理工程师，主要从事金属冶炼加工等相关工作。