研究磨礦過程的穩(wěn)態(tài)檢測與優(yōu)化

賀 馳

（遼寧省核工業(yè)地質(zhì)二四一大隊(duì)有限責(zé)任公司，遼寧 丹東 118100）

選礦本身是一個(gè)相對(duì)比較復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程，所有來自于采礦場的礦石，需要經(jīng)過選礦過程當(dāng)中涉及到的各個(gè)作業(yè)，最后才能夠得到符合標(biāo)準(zhǔn)要求的情況。在選礦作業(yè)具體展開中，主要涉及到的環(huán)節(jié)包括破碎篩分以及磨礦分級(jí)等。每一個(gè)環(huán)節(jié)都具有一定的復(fù)雜性特點(diǎn)，不僅會(huì)涉及到動(dòng)力學(xué)過程，而且還會(huì)涉及到物理以及化學(xué)過程，尤其是碎礦篩分以及磨礦分級(jí)可以被看作是其中必不可少的重要工序。磨礦作業(yè)在選礦場的建設(shè)和發(fā)展中，需要投入的資金比例相對(duì)比較大，同時(shí)磨礦產(chǎn)品自身的質(zhì)量將會(huì)對(duì)整個(gè)選別環(huán)節(jié)指標(biāo)產(chǎn)生一系列影響。

1 磨礦過程的穩(wěn)態(tài)檢測與優(yōu)化意義

系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化可以被看作是針對(duì)各種不同類型控制變量的一種控制方式，與干擾變量進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不可測變量有針對(duì)性的估計(jì)。針對(duì)各種不同類型的系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行有效的計(jì)算，促使系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，同時(shí)能夠達(dá)到控制要求。穩(wěn)態(tài)優(yōu)化主要是與系統(tǒng)現(xiàn)階段的操作特性進(jìn)行結(jié)合，在保證可以滿足約束條件的基礎(chǔ)上，能夠促使系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)滿足新時(shí)期背景下提出的個(gè)性化要求，保證可以將目標(biāo)函數(shù)要求落實(shí)到實(shí)處。

穩(wěn)態(tài)優(yōu)化在實(shí)踐中主要是針對(duì)擾動(dòng)影響進(jìn)行分析，對(duì)系統(tǒng)自身的最優(yōu)設(shè)定值進(jìn)行深入探尋，大多數(shù)情況下與經(jīng)濟(jì)效益之間具有一定關(guān)聯(lián)性的優(yōu)化，可以被看作是穩(wěn)態(tài)優(yōu)化的主要范圍。在系統(tǒng)連續(xù)過程當(dāng)中，將過程操作作為基本約束條件，利用某種經(jīng)濟(jì)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的優(yōu)化[1]。將尋優(yōu)計(jì)算得出的最優(yōu)生產(chǎn)工藝參數(shù)直接提供給相對(duì)應(yīng)的操作人員進(jìn)行有效落實(shí)，整個(gè)過程可以被看作是離線優(yōu)化的過程，如果在實(shí)踐中可以直接將最優(yōu)工藝參數(shù)直接看作是控制器的設(shè)定值，由控制系統(tǒng)進(jìn)行操作，那么整個(gè)過程可以被看作是在線優(yōu)化。

磨礦過程的優(yōu)化可以被看作是在線穩(wěn)態(tài)優(yōu)化，在這個(gè)磨礦過程當(dāng)中，最為重要的任務(wù)之一是要促使磨礦原料粉碎到合適的粒度，促使有用的礦物成分能夠直接從脈石當(dāng)中進(jìn)行解離，或者不同有用成分相互之間可以實(shí)現(xiàn)有效解離，這樣能夠?yàn)楹罄m(xù)的選別過程提供可靠的原料作為支持。由于各種不同類型的選礦方法以及工藝流程，根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況的不同粒度組成的物料，其自身對(duì)應(yīng)的選礦效率具有非常明顯的差異性。同時(shí)不同物料分選力度的下限也大不相同，因此要針對(duì)給定的礦石以及選礦流程，與磨礦產(chǎn)生最適合的粒度進(jìn)行結(jié)合。粒度組合給料具有非常重要的影響和作用，磨礦過程穩(wěn)態(tài)優(yōu)化可以被看作是在整個(gè)生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的出發(fā)點(diǎn)，針對(duì)整個(gè)磨礦過程的最優(yōu)工作狀態(tài)操作參數(shù)進(jìn)行找尋和利用[2]。在實(shí)踐中要保證磨礦產(chǎn)品質(zhì)量的提升，從中獲取到最優(yōu)粒度組成的磨礦產(chǎn)物。通常情況下可以表現(xiàn)成為解離充分以及過粉碎碎輕等，磨礦作業(yè)在具體展開中會(huì)涉及到的影響因素相對(duì)比較多，同時(shí)影響因素大多數(shù)比較復(fù)雜，磨礦過程穩(wěn)態(tài)優(yōu)化涉及到的內(nèi)容相對(duì)比較廣泛。要想從根本上保證磨礦過程兩個(gè)目標(biāo)的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化相對(duì)比較困難，過去在優(yōu)化研究方面主要是針對(duì)礦石對(duì)象以及流程特點(diǎn)等展開有針對(duì)性的分析。將其中涉及到的重點(diǎn)內(nèi)容作為主攻方向，但是在實(shí)際生產(chǎn)中，兩個(gè)目標(biāo)是需要同時(shí)進(jìn)行綜合考慮。優(yōu)化的最終結(jié)果可以直接被看作是磨礦過程可控變量的一種給定值，磨礦過程的整個(gè)優(yōu)化和完善在某種程度上可以被看作是在線穩(wěn)態(tài)多目標(biāo)的優(yōu)化。

2 磨礦過程的系統(tǒng)分析與穩(wěn)態(tài)檢測

2.1 磨礦過程的系統(tǒng)分析

在磨礦過程中，磨機(jī)的粉磨將會(huì)對(duì)磨礦過程產(chǎn)品自身的質(zhì)量以及產(chǎn)量產(chǎn)生直接性的影響。分級(jí)過程主要是針對(duì)合格或者不合格磨礦產(chǎn)品有針對(duì)性的分離處理，促使合格產(chǎn)品可以直接進(jìn)入到下一系列的工作當(dāng)中，不合格的產(chǎn)品會(huì)直接被送入到磨機(jī)當(dāng)中進(jìn)行妥善處理。針對(duì)磨礦系統(tǒng)的整個(gè)狀態(tài)進(jìn)行客觀分析，同時(shí)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行科學(xué)合理的構(gòu)建和利用，在正常生產(chǎn)中返砂量以及皮帶機(jī)給料量相互之間可以被看作是循環(huán)負(fù)荷，其自身的變化范圍大概控制在2～5左右[3]。

2.1.1 系統(tǒng)的穩(wěn)定

在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下的磨礦過程工作狀態(tài)相對(duì)比較穩(wěn)定，在此狀態(tài)下的磨礦過程可以被看作是典型平穩(wěn)隨機(jī)過程。除了各種不同類型隨機(jī)干擾會(huì)產(chǎn)生的一系列波動(dòng)影響之外，各變量的均值并不會(huì)受到時(shí)間影響而發(fā)生一系列的變化。介質(zhì)通常情況下會(huì)直接沿著磨機(jī)的長度方向進(jìn)行有效分布，以此為基礎(chǔ)，保持均勻狀態(tài)。物料力度的分布梯度會(huì)呈現(xiàn)出普遍狀態(tài)，因此在整個(gè)輸入的條件下，其自身的穩(wěn)定性能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出。

2.1.2 系統(tǒng)的失穩(wěn)與漂移

對(duì)于任何不穩(wěn)定的外部輸出而言，勢必都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)受到影響而發(fā)生一系列變化。系統(tǒng)在受到波動(dòng)影響之后，外部輸入會(huì)小于處理能力，系統(tǒng)自身的狀態(tài)波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致輸出波動(dòng)受到影響，系統(tǒng)自身可以達(dá)到一種新動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)。系統(tǒng)在受到波動(dòng)之后，其自身的外部輸入與系統(tǒng)處理能力相比要更大一些的時(shí)候，介質(zhì)無法及時(shí)將物料進(jìn)行有效排放[4]。物料的積累導(dǎo)致介質(zhì)的粉磨作用會(huì)受到嚴(yán)重的削弱影響，導(dǎo)致物料在整個(gè)磨機(jī)內(nèi)越來越多。

2.2 磨礦過程的穩(wěn)態(tài)檢測

針對(duì)磨礦過程模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)優(yōu)化之前，為了從根本上保證優(yōu)化結(jié)果的有效性和針對(duì)性，需要針對(duì)整個(gè)磨礦過程是否處于穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行合理的判斷。只有處于穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果才能夠給予正確的引導(dǎo)和支持。

2.2.1 穩(wěn)態(tài)檢測變量的選擇

磨礦過程的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化結(jié)果可以被看作是被磨礦控制提供有效設(shè)定值的基礎(chǔ)，磨礦過程的穩(wěn)定控制會(huì)涉及到給礦過程以及磨礦濃度等各方面的有效控制。磨礦過程多變量穩(wěn)定控制對(duì)應(yīng)的控制變量可以分為給水量以及分級(jí)機(jī)補(bǔ)加水等，由于受到控變量的影響，必須要保證磨礦過程能夠達(dá)到的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)才能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化。也就是在實(shí)踐中只要保證給礦量以及給水量等可以處于穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，這樣才能夠保證整個(gè)磨礦過程的穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2.2 穩(wěn)態(tài)的基本概念

工業(yè)過程的穩(wěn)態(tài)形式具有非常明顯的廣義性特點(diǎn)，會(huì)涉及到的內(nèi)容包括周期、穩(wěn)態(tài)以及常值穩(wěn)態(tài)等，由于工況的不斷變化，設(shè)定點(diǎn)的調(diào)整等因素帶來的一系列影響，過程穩(wěn)態(tài)也會(huì)在各種不同類型的穩(wěn)態(tài)形式中發(fā)生一系列變化。也就是在一段時(shí)間范圍內(nèi)，過程變量會(huì)逐漸呈現(xiàn)出一種相對(duì)比較穩(wěn)態(tài)的形式。在另一時(shí)間段內(nèi)則可以以其他的形式表現(xiàn)出來，在整個(gè)時(shí)間段范圍內(nèi)，過程當(dāng)中的各變量也會(huì)呈現(xiàn)出不同的穩(wěn)態(tài)形式。

3 磨礦過程的多目標(biāo)模型分析與優(yōu)化仿真

3.1 磨礦過程的多目標(biāo)模型分析

3.1.1 決策變量

決策變量是指針對(duì)目標(biāo)有決定性影響的變量，與現(xiàn)階段的研究結(jié)果進(jìn)行結(jié)合，決策變量主要是在磨礦過程數(shù)學(xué)模型開始建設(shè)的基礎(chǔ)上，利用決定性準(zhǔn)數(shù)對(duì)其進(jìn)行合理的判斷。其中包括給料力度分布因子、給料因子、介質(zhì)填充因子、介質(zhì)沖擊作用因子以及介質(zhì)研磨作用因子和磨礦濃度、磨機(jī)轉(zhuǎn)速率。這些都可以被看作是整個(gè)磨礦工藝操作當(dāng)中直接或者間接變量的影響參數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，這些變量要與目前的實(shí)際生產(chǎn)條件進(jìn)行結(jié)合，這樣才能夠保證整個(gè)生產(chǎn)過程的有效性和針對(duì)性。

3.1.2 目標(biāo)函數(shù)

目標(biāo)函數(shù)可以被看作是在正確優(yōu)化思想影響下的一種選定，由決策變量來表達(dá)，將其直接看作是指標(biāo)函數(shù)的一種評(píng)價(jià)方式。與目前現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行結(jié)合，對(duì)選中的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率模型以及產(chǎn)品粒度分布模型等進(jìn)行合理分析，這樣可以將其看作是優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。通過這種方式在實(shí)踐中的合理利用，由于產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率模型以及磨礦產(chǎn)品自身力度分布模型能夠?qū)φ麄€(gè)磨礦產(chǎn)品自身的質(zhì)量以及產(chǎn)量進(jìn)行有針對(duì)性的描述，會(huì)直接影響到整個(gè)選礦廠的經(jīng)濟(jì)效益。在現(xiàn)實(shí)操作中，促使其能夠達(dá)到一種相對(duì)比較理想的水平，由此可以看出，磨礦過程的優(yōu)化可以被看作是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化的問題。與目前磨礦過程數(shù)學(xué)模型當(dāng)中的推導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行結(jié)合分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率方面，如果從量的角度出發(fā)，可以對(duì)磨機(jī)自身的粉磨能力進(jìn)行有效反饋，數(shù)值越大就意味著和磨礦產(chǎn)品的產(chǎn)量越大，系統(tǒng)自身的粉磨能力越強(qiáng)。產(chǎn)品粒度分布因子如果從質(zhì)的角度出發(fā)對(duì)其進(jìn)行分析，可以對(duì)磨礦粉磨能力進(jìn)行有效反饋，意味著整個(gè)磨機(jī)產(chǎn)品當(dāng)中過粗或者過細(xì)的顆粒相對(duì)比較少，對(duì)于后續(xù)一系列作業(yè)的開展而言可以提前打下良好基礎(chǔ)。

3.1.3 約束條件

現(xiàn)階段多目標(biāo)優(yōu)化當(dāng)中主要的問題是帶約束條件的優(yōu)化問題相對(duì)比較多，約束條件形式包括由等式約束以及不等式約束。在整個(gè)優(yōu)化過程當(dāng)中，決策變量需要在整個(gè)決策空間當(dāng)中對(duì)其自身的取值進(jìn)行有效的變化，促使目標(biāo)函數(shù)能夠獲取到對(duì)應(yīng)比較理想的數(shù)值，但是對(duì)于系統(tǒng)操作而言，其自身的決策變量會(huì)受到各種不同類型因素的影響。為了從根本上保證整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，促使各約束條件在形式上都能夠給出更加具體的工藝要求，對(duì)上下界約束進(jìn)行合理的選擇和利用。與磨礦機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)時(shí)的基本操作條件進(jìn)行結(jié)合，最終可以得到的決策變量約束集如表1所示。

表1 決策變量約束集

4 結(jié)語

磨礦過程的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化對(duì)于磨礦產(chǎn)品自身產(chǎn)量和質(zhì)量提升而言，具有非常重要的影響和作用。磨礦過程的穩(wěn)態(tài)檢測可以被看作是磨礦過程穩(wěn)態(tài)優(yōu)化的必要前提條件，只有處于相對(duì)比較穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下，才能夠保證優(yōu)化的效果。工業(yè)過程的穩(wěn)態(tài)本身具有一定的廣義性特點(diǎn)，因此在整個(gè)磨礦中，需要對(duì)整個(gè)過程是否處于穩(wěn)態(tài)狀態(tài)進(jìn)行有效的檢測。正態(tài)分布法是目前比較常見的一種方式，在實(shí)踐中的整體應(yīng)用效果普遍比較良好，有利于為磨礦過程的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化效果提供保障[5]。