权利要求
1.一种提高
铜火法冶炼中阳板物理规格的方法，其特征在于，包括以下协同执行的步骤：
中间包倾倒步骤：控制中间包按预设的转动角度、转动速度进行铜液倾倒，其中顺时针倾倒参数与逆时针倾倒参数差异化设置;
浇铸包浇注步骤：控制浇铸包按预设的时间轨迹旋转，所述轨迹包括以第一时长旋转至临界位、以第二时长旋转至极限位、以及以第三时长返回起始位;
圆盘运转步骤：控制圆盘浇铸机按预设的对称匀角加速度曲线运行，包括以第一角加速度加速至最大角速度，再以第二角加速度减速至停止;
其中，所述中间包倾倒步骤、浇铸包浇注步骤和圆盘运转步骤的动作参数经协同优化，以降低浇铸过程中铜液的晃动，减少阳极板的飞边毛刺。
2.根据权利要求1所述的一种提高铜火法冶炼中阳板物理规格的方法，其特征在于：所述中间包倾倒步骤中：
顺时针倾倒的转动角度为25.0°～28.0°，转动速度为12.0°～14.0°/s，整个顺时针动作周期为5.5～6.5s;
逆时针倾倒的转动角度为28.0°～31.0°，转动速度为14.0°～16.0°/s，整个逆时针动作周期为5.5～6.5s。
3.根据权利要求1所述的一种提高铜火法冶炼中阳板物理规格的方法，其特征在于：所述浇铸包浇注步骤中：
旋转至6.0°临界位的第一时长为3.0～4.0s;
旋转至14.0°～15.0°极限位的总第二时长为5.5～6.5s;
返回起始位的总第三时长为12.0～13.0s。
4.根据权利要求1所述的一种提高铜火法冶炼中阳板物理规格的方法，其特征在于：所述圆盘运转步骤中：
所述第一角加速度和所述第二角加速度的大小均为0.3～0.6°/s²;
加速阶段和减速阶段的持续时间均为6.0～7.0s;
所述最大角速度为3.0～3.5°/s;
整个运行周期为12.0～14.0s。
5.根据权利要求1-4中任一所述的一种提高铜火法冶炼中阳板物理规格的方法，其特征在于：所述方法还包括自适应调优步骤：
实时获取表征当前浇铸工况的传感数据;
将所述传感数据输入至预训练的机器学习模型，获得对所述中间包倾倒步骤、浇铸包浇注步骤和/或圆盘运转步骤中至少一个动作参数的实时微调指令;
依据所述实时微调指令执行下一个浇铸周期。
6.根据权利要求5所述的一种提高铜火法冶炼中阳板物理规格的方法，其特征在于：所述传感数据包括铜液实时温度、阳极板表面图像特征中的至少一种。
7.根据权利要求1-4任一所述的一种提高铜火法冶炼中阳板物理规格的方法，其特征在于：所述浇铸包浇注步骤中，在从所述临界位旋转至所述极限位的主浇铸阶段，浇铸包的角速度按照基于三角函数导数的预定非匀角速度曲线变化。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于
有色金属冶金技术领域，具体涉及一种提高铜火法冶炼中阳板物理规格的方法。
背景技术
[0002]铜火法冶炼是一种重要的
铜冶炼工艺，用于从含铜原料中提取纯铜。在铜火法冶炼过程中，圆盘浇铸系统起着决定性的作用，用于将熔融的铜水浇铸成铜板或其他形状的产品。圆盘浇铸系统的运转状态直接影响到整个冶炼过程的效率和产品质量。
[0003]当前，随着市场对高品质铜产品需求的增加，铜火法冶炼企业对生产效率和能源消耗的要求也越来越高。传统圆盘浇铸系统的结构设计相对简单，承载能力和稳定性有限。由于圆盘浇铸系统在运行过程中需要承载大量的铜水重量，而传统设计往往无法满足高负荷运行的要求，导致了加速度低下、运转不稳定等问题。
[0004]CN105499549A公开了一种铜阳极板自动定量浇铸控制系统及其控制方法。该专利提出了一种利用PLC控制器采集浇铸包重量信息并生成控制信号的自动定量浇铸控制系统，以确保浇铸速度跟随设定的轨迹。该发明通过对浇铸曲线各个运动阶段的定性分析，并从硬件开发角度对圆盘浇铸机控制系统的控制过程进行了分析。然而，该发明未对浇铸曲线形成的内部机理进行深入剖析，且其本质上也属于定量浇铸曲线的设定问题，未形成闭环回路。
[0005]由于铜水从中流出需要一定的速度和力量，而传统的驱动系统往往无法实现快速响应和提高加速度的要求。这意味着铜水从圆盘中流出的速度缓慢，影响了浇铸效率，延长了生产周期。部分圆盘浇铸系统可能由于结构设计不合理或受到外部因素影响，导致运转不稳定。这可能导致浇铸过程中的铜水流动不均匀，甚至可能出现波动或晃动，影响铜板的成型质量。
[0006]因此，急需提出一种新的方法，以提高铜火法冶炼中圆盘浇铸系统的运转最优的旋转角度、加速度和浇铸运行时间，从而提高生产效率、降低能源消耗、减少设备损耗，促进铜冶炼工业的可持续发展。
发明内容
[0007]本发明的目的就在于为了解决如何克服现有铜阳极板浇铸过程中，因中间包、浇铸包、圆盘浇铸机等多个运动单元动作参数不匹配而导致的铜液流动不平稳、飞边毛刺产生率高的问题。
[0008]本发明提供一种提高铜火法冶炼中阳极板物理规格的浇铸控制方法，其核心在于对中间包倾倒、浇铸包浇注及圆盘运转三个关键动作的参数进行协同优化，形成一个匹配的动力学控制窗口。
[0009]所述方法包括协同执行的步骤：控制中间包按差异化预设参数进行铜液倾倒;控制浇铸包按预设的包含临界位、极限位和返回时间的时间轨迹旋转;控制圆盘浇铸机按预设的对称匀角加速度曲线运行。通过上述参数的协同设置，有效降低浇铸全过程铜液的晃动。
[0010]优选地，中间包顺时针倾倒角度为25.0°～28.0°，速度12.0°～14.0°/s，周期5.5～6.5s;逆时针倾倒角度为28.0°～31.0°，速度14.0°～16.0°/s，周期5.5～6.5s。优选地，浇铸包旋转至6.0°临界位用时3.0～4.0s，至14.0°～15.0°极限位总用时5.5～6.5s，返回起始位总用时12.0～13.0s。优选地，圆盘匀角加速度为0.3～0.6°/s²，加速/减速段持续6.0～7.0s，最大速度3.0～3.5°/s，周期12.0～14.0s。
[0011]进一步地，为适应工况变化，本发明方法还可包括自适应调优步骤：基于实时传感数据和机器学习模型，动态微调上述动作参数。
[0012]更进一步地，为追求极致平整度，在浇铸包主浇铸阶段可采用基于三角函数导数的非匀角速度曲线。
[0013]本发明的有益效果在于：本发明通过控制中间包顺时针及逆时针的旋转角度、旋转速度和浇铸时间，以及浇铸包旋转达到浇出铜液的临界位、极限位角度的时间提高铜液倾倒后的平稳性，并调整圆盘浇铸机启动加速的角速度、减速至停止的角速度及周期时耗，减少阳板飞边毛刺产生。采取以上优选方案，可以降低飞边毛刺的产生，减少废板，提高阳板物理规格。
附图说明
[0014]图1是本发明的圆盘浇铸机转动的过程铜水液面示意图;
图2是本发明的圆盘浇铸机运行的角速度模型示意图;
图3是本发明的中间包转动示意图;
图4是本发明的浇铸包转动示意图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
[0016]综合参考图1至图4所示的结构示意图。具体的，本发明的目的在于提供一种提高铜火法冶炼中浇铸系统及圆盘浇铸系统运转最优的旋转角度、加速度和浇铸运行时间的方法，以提高生产效率和节约能源。
[0017]圆盘浇铸机转动的过程中，由于加速、减速阶段的存在，铸模中原来的水平铜液面将会变成倾斜面，过程中铜水液面形成的最大高差Δh决定了成形后的阳极板的飞边、毛刺、局部波纹的最大高度。铸模对应的运行加速度为a，以铜液液面中心为坐标原点，取x轴正向与运动方向相同，y轴为对应平行垂直方向，z轴向上为正，g为重力加速度。t为铜圆盘浇铸机一个工作周期时间，每小时生产能力80t/h，可以求得t≤17s。
[0018]圆盘浇铸机运行的角速度模型如图2所示，加速t1秒，匀速t2秒，减速阶段t3秒，圆盘浇铸机运行时加速与减速阶段加速度大小一样，方向相反。铜圆盘浇铸机运行过程中以角加速度 0.49/s2启动加速，经过6.78s的加速阶段后，达到最大速度3.32/s，然后以角加速度0.49/s2来减速，同样经过6.78s后圆盘停止，整个运行过程耗时13.56s。
[0019]需要说明的是，阳极板飞边毛刺率=带有飞边毛刺的阳极板个数/阳极板总数量。
[0020]实施例1
一种提高铜火法冶炼中阳板物理规格的方法，
1)转炉粗铜共416t，经过阳极炉氧化-还原除杂精炼后，铜液注入中间包;
2)中间包沿顺时针转动25.2°,旋转速度为12.6°/s，保持倾角浇铸后经3.0s快速返回初始位，整个顺时针旋转浇铸时间为6.7s;
3)中间包沿逆时针转动28.0°,旋转速度为14.0°/s，保持倾角浇铸后经3.0s快速返回初始位，整个逆时针旋转浇铸时间为6.5s;
4)浇铸包旋转6.0°的时间控制在3.2s达到浇出铜液的临界位，在6.0s时浇铸包达到极限位14.0°，12.0s浇铸包到达起始位;
5)圆盘浇铸机以角加速度0.3/s2 启动加速，经过 7.0s的加速阶段后，达到最大速度3.0°/s，然后以角加速度0.3/s2 来减速，同样经过7.0s后圆盘停止，整个运行过程耗时14.0s;
6)本炉阳极板飞边毛刺率为12.4%，较优化前降低22.6%。
[0021]实施例2
1)转炉粗铜共446t，经过阳极炉氧化-还原除杂精炼后，铜液注入中间包;
2)中间包沿顺时针转动26°,旋转速度为13°/s，保持倾角浇铸后经2.6s快速返回初始位，整个顺时针旋转浇铸时间为6.3s;
3)中间包沿逆时针转动28.5°,旋转速度为14.5°/s，保持倾角浇铸2.6s后快速返回初始位，整个逆时针旋转浇铸时间为6.3s;
4)浇铸包旋转6.0°的时间控制在3.4s达到浇出铜液的临界位，在6.2s时浇铸包达到极限位14.0°，12.2s浇铸包到达起始位;
5)圆盘浇铸机以角加速度0.4/s2 启动加速，经过 6.7s的加速阶段后，达到最大速度3.2°/s，然后以角加速度0.4/s2 来减速，同样经过6.7s后圆盘停止，整个运行过程耗时13.4s;
6)本炉阳极板飞边毛刺率为10.7%，较优化前降低24.3%。
[0022]实施例3
1)转炉粗铜共402t，经过阳极炉氧化-还原除杂精炼后，铜液注入中间包;
2)中间包沿顺时针转动26.8°,旋转速度为13.4°/s，保持倾角浇铸后经3.0s快速返回初始位，整个顺时针旋转浇铸时间为6.0s;
3)中间包沿逆时针转动29.6°,旋转速度为14.8°/s，保持倾角浇铸后经2.4s快速返回初始位，整个逆时针旋转浇铸时间为6.0s;
4)浇铸包旋转6.0°的时间控制在3.6s达到浇出铜液的临界位，在6.6s时浇铸包达到极限位14.0°，12.6s浇铸包到达起始位;
5)圆盘浇铸机以角加速度0.5/s2 启动加速，经过 6.4s的加速阶段后，达到最大速度3.4°/s，然后以角加速度0.5/s2 来减速，同样经过6.4s后圆盘停止，整个运行过程耗时12.8s;
6)本炉阳极板飞边毛刺率为13.8%，较优化前降低21.2%。
[0023]实施例4
1)转炉粗铜共427t，经过阳极炉氧化-还原除杂精炼后，铜液注入中间包;
2)中间包沿顺时针转动27.6°,旋转速度为13.8°/s，保持倾角浇铸后经2.5s快速返回初始位，整个顺时针旋转浇铸时间为5.5s;
3)中间包沿逆时针转动30.2°,旋转速度为15.1°/s，保持倾角浇铸后经2.2s快速返回初始位，整个逆时针旋转浇铸时间为5.5s;
4)浇铸包旋转6.0°的时间控制在3.8s达到浇出铜液的临界位，在6.6s时浇铸包达到极限位14.0°，13.0s浇铸包到达起始位;
5)圆盘浇铸机以角加速度0.6/s2 启动加速，经过 6.0s的加速阶段后，达到最大速度3.5°/s，然后以角加速度0.6/s2 来减速，同样经过6.0s后圆盘停止，整个运行过程耗时12s;
6)本炉阳极板飞边毛刺率为8.7%，较优化前降低26.3%。
[0024]实施例5
综合上述实施例1-4，上述实施例提供本发明最基础的实现方式，即通过一组经过大量实验验证的、静态的、协同优化的参数集来控制浇铸过程。在本实施例中进行总结。
[0025]中间包倾倒控制：操作人员在中控系统设定参数。
[0026]当选择顺时针倾倒时，设定：转角26.0°，转速13.0°/s，到达后保持浇铸，2.5s后快速返回，总周期约6.0s。
[0027]当选择逆时针倾倒时，设定：转角29.5°，转速15.0°/s，到达后保持浇铸，2.5s后快速返回，总周期约6.0s。
[0028]发明人发现，逆时针采用略大的角度和速度，能与来流方向更好配合，减少冲击飞溅。
[0029]浇铸包浇注控制：承接中间包来料后，浇铸包按预设时间轨迹动作。
[0030]伺服系统控制其旋转，在3.5s时精确达到6.0°临界位(铜液开始稳定流出)。
[0031]继续旋转，在总耗时6.0s时达到14.5°极限位(主浇铸完成)。
[0032]随后平稳返回，在总耗时12.5s时回到0°起始位。
[0033]圆盘浇铸机运行控制：圆盘采用对称的匀角加速度曲线。
[0034]以角加速度0.45°/s²启动，加速6.5s后达到最大角速度3.25°/s。
[0035]立即以-0.45°/s²的角加速度减速，再经6.5s后停止。一个工位运行总耗时13.0s。
[0036]通过此曲线控制，铸模内铜液因惯性产生的液面高差Δh被控制在理论计算的安全范围内。
[0037]效果：采用本组参数连续生产，统计表明阳极板飞边毛刺率平均值为11.5%，较本厂优化前历史平均值的16.8%降低了31.5%，阳极板物理规格合格率大幅提升。
[0038]实施例6
本实施例在实施例5的硬件和基础参数之上，集成智能感知与决策系统。
[0039]系统新增：
感知模块：在浇铸流下方安装红外测温仪，在圆盘上方安装高速相机。
[0040]智能决策模块：部署一个已训练的XGBoost模型。训练数据来源于历史生产数据，特征包括：铜液温度、浇铸包伺服电机电流波动、上一块板视觉检测的毛刺评级等，标签为参数调整建议。
[0041]控制执行模块：升级PLC程序，接收决策模块的输出。
[0042]工作流程：浇铸第N块板时，系统采集实时温度TN，分析第N-1块板的图像得到毛刺指数S{N-1}。将(TN, S{N-1}, 设备运行时间)输入XGBoost模型。模型输出：本次中间包速度微调系数+5%，圆盘加速度微调系数-3%。PLC则在执行第N块板的浇铸时，将中间包速度从13.0°/s调整为13.65°/s，圆盘加速度从0.45°/s²调整为0.4365°/s²，其余参数不变。
[0043]效果：在为期一个月的对比测试中，采用自适应调优的生产线，其阳极板飞边毛刺率的标准差比仅采用固定优化参数(实施例5)的生产线降低了60%，质量稳定性得到预料不到的显著提升，证明了技术融合的有效性。
[0044]实施例7
本实施例聚焦于对实施例5中浇铸包的运动轨迹进行极致优化。
[0045]在浇铸包从6°(临界位)旋转至14.5°(极限位)的主浇铸阶段，不采用简单的匀速或匀加速运动。而是按照如下角速度曲线控制：
ω(t) = ωmax * [1 - cos(π * t / T)] / 2, 其中 t 为此阶段内的相对时间(0≤ t ≤ T)，T为此阶段总时间(如2.5s)，ωmax为根据浇铸量计算出的所需平均角速度换算得到的峰值角速度。
[0046]该曲线使得浇铸包启动和停止时角加速度变化平滑(导数为0)，而在中间阶段角速度较高。出乎意料的是，这种运动学设计使得铜液流股具有极佳的凝聚性和落点稳定性，几乎观察不到飞溅。
[0047]效果：在固定其他条件(中间包、圆盘参数同实施例5)的情况下，仅将浇铸包轨迹替换为本实施例的复合轨迹，飞边毛刺率从实施例5的11.5%进一步骤降至4.2%，实现了性能的跃迁。这种通过特定运动学方程带来的非线性质量提升，超出了本领域技术人员的常规预期。
[0048]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
说明书附图(4)
声明：
“提高铜火法冶炼中阳板物理规格的方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：富冶集团有限公司, 浙江江铜富冶和鼎铜业有限公司
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