某鐵選廠磨礦分級自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化

鮑萬臣 陳志強(qiáng) 戚志剛 梁 青 韓明坤 杜惠鵬 張玉偉 馬東升

(河北鋼鐵集團(tuán)司家營鐵礦有限公司)

某鐵選廠磨礦分級自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化

鮑萬臣 陳志強(qiáng) 戚志剛 梁 青 韓明坤 杜惠鵬 張玉偉 馬東升

(河北鋼鐵集團(tuán)司家營鐵礦有限公司)

某鐵選廠使用自動(dòng)化控制系統(tǒng)對磨礦分級作業(yè)進(jìn)行集中聯(lián)鎖控制對磨礦和分級過程實(shí)時(shí)監(jiān)測、控制。由于選礦工藝設(shè)計(jì)存在一定缺陷、系統(tǒng)部分設(shè)備出現(xiàn)老化，使有些控制功能無法實(shí)現(xiàn)，滿足不了實(shí)際生產(chǎn)的需要。介紹了磨礦分級自動(dòng)化控制系統(tǒng)在一段磨礦和二段磨礦分級自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上分析了系統(tǒng)優(yōu)化的目的、影響磨礦效率的因素，根據(jù)工藝實(shí)際需要，對磨礦分級進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并建立合理的控制邏輯，對磨機(jī)給礦、濃度和螺旋分級機(jī)溢流細(xì)度進(jìn)行了優(yōu)化控制。實(shí)踐結(jié)果結(jié)明，控制系統(tǒng)優(yōu)化后，可提高磨機(jī)臺時(shí)處理量2～5個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)提升了系統(tǒng)可靠性和運(yùn)行指標(biāo)。該鐵選廠磨礦分級自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化，提高了企業(yè)生產(chǎn)和決策反應(yīng)的速度與水平，實(shí)現(xiàn)了工藝過程的精細(xì)化管理，對企業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定、快速發(fā)展具有重要作用。

選礦工藝 自動(dòng)化 實(shí)時(shí)監(jiān)控 自動(dòng)檢測

引入磨礦分級自動(dòng)化控制系統(tǒng)可充分提高磨礦和分級效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)磨礦分級作業(yè)各種故障的監(jiān)測報(bào)警及參數(shù)的自動(dòng)檢測與顯示，最終保持磨礦分級作業(yè)在最優(yōu)的穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行。司家營鐵礦磨礦分級自動(dòng)化控制系統(tǒng)于2006年投入使用，實(shí)現(xiàn)了多媒體視頻監(jiān)控、破碎順序連鎖控制、安全保護(hù)控制及部分生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。由于選礦工藝設(shè)計(jì)不夠合理，存在一定的缺陷，使系統(tǒng)有些控制功能無法實(shí)現(xiàn)，且很多設(shè)備已經(jīng)接近使用壽命，不能滿足實(shí)際需要，有必要進(jìn)行優(yōu)化。

1 原磨礦分級自動(dòng)化控制系統(tǒng)介紹

1.1 一段磨礦分級自動(dòng)化控制

選礦廠一段磨礦分級由一段球磨機(jī)+螺旋分級機(jī)完成，控制內(nèi)容主要包括集中聯(lián)鎖控制、一段球磨機(jī)給礦控制、一段螺旋分級機(jī)返砂水控制、分級機(jī)溢流粒度自動(dòng)控制、設(shè)備故障報(bào)警、控制參數(shù)超限報(bào)警、通訊等。

1.1.1 集中聯(lián)鎖控制功能

包括順序啟車、順序停車、事故停車等，實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)、螺旋分級機(jī)、輸送皮帶等設(shè)備相互聯(lián)鎖控制。設(shè)備啟動(dòng)順序原則上按照物料走向的逆向順序依次啟動(dòng)，正常停機(jī)的順序按照物料走向的正向順序依次延時(shí)停車，延時(shí)時(shí)間間隔應(yīng)保證該設(shè)備上的剩余物料被處理完。根據(jù)工藝要求對設(shè)備實(shí)施啟?？刂?、運(yùn)行檢測、連鎖保護(hù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的集中管理與集中監(jiān)視。但球磨機(jī)設(shè)備配套的成套單元機(jī)組如油泵、加熱電機(jī)、勵(lì)磁柜等的啟?？刂撇辉诼?lián)鎖啟停范圍內(nèi)。

1.1.2 磨礦生產(chǎn)的過程控制

磨礦生產(chǎn)的過程監(jiān)控主要實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)的磨機(jī)負(fù)荷判斷、磨機(jī)濃度控制、螺旋分級機(jī)的溢流粒度檢測與控制。

1.1.3 分級過程控制

根據(jù)螺旋分級機(jī)的粒度分級特性，在給礦條件相對穩(wěn)定的條件下，在一定的濃度范圍內(nèi)，溢流濃度增加，-0.074 mm粒級百分含量減小，反之，含量增大。通過調(diào)整分級機(jī)內(nèi)的補(bǔ)加水(即磨機(jī)排礦水)量來控制礦漿濃度，實(shí)現(xiàn)分級過程的控制。

當(dāng)溢流細(xì)度變粗、濃度偏大時(shí)，增加補(bǔ)加水量，加速分級機(jī)內(nèi)礦石顆粒沉淀，較粗的顆粒返回球磨，較細(xì)的顆粒溢出，溢流濃度降低；反之，減小補(bǔ)加水量，減緩分級機(jī)內(nèi)礦砂沉淀，增大溢流濃度。同時(shí)需要考慮補(bǔ)加水量變化對被水流攜帶進(jìn)入溢流的未分級顆粒的影響。在給水管路上安裝流量計(jì)和電動(dòng)閥，根據(jù)排礦水算法和新給礦量修改閉環(huán)流量的給定值并及時(shí)調(diào)節(jié)給水量，快速穩(wěn)定螺旋分級機(jī)的溢流細(xì)度和濃度。

1.2 二段磨礦分級自動(dòng)化控制

二段磨礦分級由二段球磨機(jī)+高頻細(xì)篩+濃縮磁選等完成。二段磨礦采用φ3 600 mm×6 000 mm溢流型球磨機(jī)，細(xì)篩給礦濃度50%，細(xì)篩篩下細(xì)度-0.074 mm 80%，球磨排礦泵池φ3 500 mm，泵池來料還包括一段磁選精礦。

1.2.1 集中聯(lián)鎖控制

包括順序啟車、順序停車、事故停車、報(bào)警等功能。

1.2.2 磨礦生產(chǎn)的安全監(jiān)控

主要實(shí)現(xiàn)渣漿泵給礦泵池的液位監(jiān)控，具體為：

(1)穩(wěn)定泵池液位在合適范圍內(nèi)，保證渣漿泵不抽空、不喘振、泵池不冒礦。

(2)利用礦漿池液位的檢測，采用變頻器控制泵池渣漿泵的轉(zhuǎn)速，使液位始終在合適范圍內(nèi)波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)礦漿池渣漿泵的無人值守，杜絕渣漿泵“喘氣”現(xiàn)象。

(3)通過渣漿泵電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速及泵池液位的檢測，判斷渣漿泵的工作狀態(tài)，如正常工作時(shí)，泵池液位、渣漿泵電流、轉(zhuǎn)速是否在正常范圍內(nèi)。如液位高、轉(zhuǎn)速快、電流低，說明泵處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)及時(shí)通知崗位工人檢查入渣漿泵口閥是否堵塞，或渣漿泵的聯(lián)軸器是否脫落；如液位高、轉(zhuǎn)速低、電流高、濃度高，則說明渣漿泵可能出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)情況，應(yīng)及時(shí)排查是否有異物進(jìn)入。

1.2.3 磨礦生產(chǎn)的過程控制

主要實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)的磨機(jī)負(fù)荷判斷、細(xì)篩給礦濃度控制、泵池液位控制、細(xì)篩篩下粒度檢測。

(1)球磨機(jī)的控制。對二段球磨機(jī)的運(yùn)行功率、磨音進(jìn)行檢測，對二段球磨機(jī)的負(fù)荷進(jìn)行判斷。

(2)細(xì)篩給礦濃度及泵池液位的控制，主要為保證底流細(xì)度。當(dāng)泵池液位大于上限或小于下限時(shí)，排礦水閥門開度與泵池液位形成閉環(huán)，而不是控制細(xì)篩給礦濃度。

(3)細(xì)篩篩下粒度的檢測。細(xì)篩篩下粒度是保證二段磁選的重要指標(biāo)。當(dāng)篩下粒度超出上下限區(qū)間時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)檢查細(xì)篩給礦是否正常，不正常時(shí)通過控制給細(xì)篩給礦濃度進(jìn)行調(diào)整；如果細(xì)篩給礦濃度正常而篩下粒度仍然超出上限，則系統(tǒng)自動(dòng)做出閃光報(bào)警并在畫面上顯示報(bào)警原因，提示操作人員檢查篩網(wǎng)是否需要更換；如果細(xì)篩給礦濃度正常而細(xì)篩的篩下粒度仍然低于下限，則系統(tǒng)自動(dòng)檢查分級機(jī)溢流細(xì)度及濃度是否合理并轉(zhuǎn)入到球磨機(jī)螺旋分級機(jī)的優(yōu)化控制調(diào)整程序中。

2 控制系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 優(yōu)化目的

入磨原礦性質(zhì)及粒度的變化、供水水壓的波動(dòng)等經(jīng)常對磨礦分級的生產(chǎn)過程造成干擾，甚至是大幅度干擾。人工操作很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)和克服這些擾動(dòng)并及時(shí)調(diào)整操作條件如給水量、磨機(jī)給礦量、砂泵轉(zhuǎn)速、泵池補(bǔ)加水量等，很容易導(dǎo)致磨機(jī)的過負(fù)荷(“脹肚”)或欠負(fù)荷以及泵喘振、泵池礦漿外溢等現(xiàn)象的發(fā)生，致使磨礦分級生產(chǎn)過程不穩(wěn)定。不僅使磨機(jī)產(chǎn)量和分級溢流細(xì)度達(dá)不到工藝要求，也直接影響后續(xù)選別流程自動(dòng)化控制的穩(wěn)定性，降低最終產(chǎn)品的產(chǎn)量。

合格優(yōu)化控制系統(tǒng)是使用先進(jìn)的測量儀器測量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過上層軟件系統(tǒng)綜合分析，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，得到符合當(dāng)前生產(chǎn)狀況的控制數(shù)據(jù)。根據(jù)選礦廠的實(shí)際情況，提供一種優(yōu)化控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程中的各種產(chǎn)品指標(biāo)，自動(dòng)調(diào)整各種工作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)完全自動(dòng)化生產(chǎn)，提高處理量和生產(chǎn)效率。

2.2 影響磨礦效率的因素

充分發(fā)揮球磨機(jī)磨礦效率主要靠3個(gè)操作條件來保證：①采用合理的磨礦介質(zhì)添加制度，保證合理的介質(zhì)充填率；②由給礦量的自動(dòng)調(diào)節(jié)來保證合理的球料比；③通過磨機(jī)入口的補(bǔ)加水量(或返砂水量)自動(dòng)調(diào)節(jié)來保證合適的磨礦濃度。

2.3 磨機(jī)給礦的優(yōu)化控制

2.3.1 磨機(jī)負(fù)荷的智能判斷

對磨機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷是磨機(jī)給礦優(yōu)化控制進(jìn)而保證其處理效率的前提。磨機(jī)的負(fù)荷是指球磨機(jī)中物料容積占磨機(jī)有效容積的百分?jǐn)?shù)，即充填率。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，與充填率的變化存在一定變化規(guī)律的兩個(gè)信號是磨音及功率，可通過檢測這兩個(gè)信號實(shí)現(xiàn)磨機(jī)負(fù)荷的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.3.2 礦石性質(zhì)判斷

礦石性質(zhì)發(fā)生變化是磨礦分級作業(yè)經(jīng)常遇到的問題，對操作性穩(wěn)定產(chǎn)生不良影響。人工操作不能及時(shí)有效地應(yīng)對該情況的發(fā)生，不僅難以達(dá)到最佳的磨機(jī)處理能力，也不能保證合格的分級溢流細(xì)度。另外，礦石性質(zhì)變化也會(huì)直接影響磨礦效率，并使循環(huán)負(fù)荷中產(chǎn)生變化。

礦石性質(zhì)不變時(shí)，入磨礦量等于分級設(shè)備的溢流礦量，二者平衡，此時(shí)循環(huán)負(fù)荷處于穩(wěn)定狀態(tài)，即分級機(jī)、旋流器返回球磨機(jī)的沉砂量穩(wěn)定。當(dāng)?shù)V石硬度較軟容易被磨細(xì)時(shí)，循環(huán)負(fù)荷趨于下降，反之趨于上升。可根據(jù)循環(huán)負(fù)荷的變化，逐步改變磨機(jī)的礦石裝載量，進(jìn)而改變磨礦效率。因此，在磨礦分級系統(tǒng)中，磨礦效率與循環(huán)負(fù)荷緊密聯(lián)系，合適的循環(huán)負(fù)荷可保證良好的磨礦效率。控制系統(tǒng)可通過對循環(huán)負(fù)荷和磨機(jī)負(fù)荷的變化趨勢來分析礦石性質(zhì)變化的趨勢。

2.3.3 給礦量優(yōu)化控制

當(dāng)控制系統(tǒng)判斷出磨機(jī)料位和礦石性質(zhì)的變化趨勢后，給出對應(yīng)的較優(yōu)的給礦值和磨礦濃度范圍，通過相應(yīng)操作，使磨機(jī)處于較優(yōu)的工作狀態(tài)，達(dá)到優(yōu)化控制的目的。

2.3.4 給礦控制

在球磨機(jī)給礦皮帶上設(shè)置電子秤，實(shí)時(shí)檢測給礦量，通過調(diào)整圓盤和電振的啟動(dòng)數(shù)量及頻率來控制給礦量。系統(tǒng)對電振和圓盤給料機(jī)的工作時(shí)間進(jìn)行累計(jì)，在一定周期內(nèi)沒有啟動(dòng)使用過的給礦設(shè)備自動(dòng)被調(diào)整進(jìn)入到正常工作機(jī)組序列或報(bào)警提示，避免長時(shí)間不工作造成礦料結(jié)塊。

2.4 磨機(jī)磨礦濃度的優(yōu)化控制

磨機(jī)的磨礦濃度是影響磨機(jī)工作效率的一個(gè)關(guān)鍵因素，系統(tǒng)主要通過間接手段來檢測球磨機(jī)的磨礦濃度。

2.4.1 一段磨機(jī)磨礦濃度的智能判斷

檢測螺旋分級機(jī)的溢流濃度，并根據(jù)給入一段磨礦的礦量與水量、分級機(jī)的返砂量(根據(jù)分級機(jī)電流大小導(dǎo)出，返砂含水量由檢測儀表提供，通過試驗(yàn)得到)之間的變化情況，對球磨機(jī)的排礦濃度進(jìn)行模糊判斷，并認(rèn)為排礦濃度近似等于磨礦濃度。

2.4.2 一段磨機(jī)磨礦濃度的優(yōu)化控制

與給礦量優(yōu)化控制類似。

2.4.3 一段磨機(jī)返砂水的控制

根據(jù)磨礦濃度的設(shè)定值，自動(dòng)化控制系統(tǒng)要依據(jù)實(shí)時(shí)檢測的球磨機(jī)新給入礦量及螺旋分級機(jī)的返砂量、返砂濃度及其它的邊界條件等，計(jì)算并控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，給出新給礦需要的配比水量。

2.5 螺旋分級機(jī)溢流細(xì)度的優(yōu)化控制

通過連續(xù)檢測粒度變化情況和螺旋分級機(jī)排礦水流量來控制返砂量。系統(tǒng)通過對磨音、磨機(jī)功率、分級機(jī)功率、返砂水、排礦水、溢流粒度的模型分析，實(shí)現(xiàn)對返砂水補(bǔ)水流量、排礦水補(bǔ)水流量、分級機(jī)功率和溢流細(xì)度的檢測、控制，達(dá)到最優(yōu)的分級效果。采用DF-PSM超聲波粒度儀檢測粒度，控制粒度在給定值附近。

3 實(shí)踐效果

系統(tǒng)改造完成后，提高了磨機(jī)的碎磨能力和螺旋分級機(jī)的分級效率，降低了生產(chǎn)成本和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)作業(yè)率和產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。磨礦分級自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造后，更有利于穩(wěn)定一、二段球磨生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)給礦、補(bǔ)加水、泵池液位、變頻等環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制。工藝參數(shù)發(fā)生異常時(shí)，能進(jìn)行更及時(shí)的調(diào)整，減少異常故障的處理時(shí)間，最終穩(wěn)定了生產(chǎn)指標(biāo)，提高了選廠的效益。

以司家營選鐵廠某一磨礦分級系列為例，一段臺時(shí)處理量為200 t/h，原礦品位為26%～28%，鐵精礦品位為65%～67%，金屬回收率75%～78%，尾礦鐵品位9%左右。改造后磨機(jī)原礦臺時(shí)處理量提高2%～5%，金屬回收率提高1%。

4 結(jié) 論

研究了磨礦分級自動(dòng)化控制系統(tǒng)的改造，并進(jìn)行了實(shí)踐。以計(jì)算機(jī)代替人工對生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程的在線操作和監(jiān)控，提高了球磨機(jī)的磨礦效率、產(chǎn)品質(zhì)量以及磨機(jī)的處理能力。通過對磨礦分級作業(yè)主要生產(chǎn)流程的自動(dòng)優(yōu)化控制，提高了設(shè)備效率，穩(wěn)定了工藝生產(chǎn)過程，降低了系統(tǒng)能耗。對保障設(shè)備安全、減少故障停機(jī)時(shí)間和穩(wěn)定生產(chǎn)流程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起到了關(guān)鍵作用。同時(shí)可將工人現(xiàn)場操作改為巡查處理，改善了作業(yè)環(huán)境，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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2015-11-24)

鮑萬臣(1968—)，男，高級工程師，063701 河北省唐山市灤縣。