鮑萬臣 陳志強 戚志剛 梁 青 韓明坤 杜惠鵬 張玉偉 馬東升

(河北鋼鐵集團司家營鐵礦有限公司)

某鐵選廠磨礦分級自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化

鮑萬臣 陳志強 戚志剛 梁 青 韓明坤 杜惠鵬 張玉偉 馬東升

(河北鋼鐵集團司家營鐵礦有限公司)

某鐵選廠使用自動化控制系統(tǒng)對磨礦分級作業(yè)進行集中聯(lián)鎖控制對磨礦和分級過程實時監(jiān)測、控制。由于選礦工藝設(shè)計存在一定缺陷、系統(tǒng)部分設(shè)備出現(xiàn)老化，使有些控制功能無法實現(xiàn)，滿足不了實際生產(chǎn)的需要。介紹了磨礦分級自動化控制系統(tǒng)在一段磨礦和二段磨礦分級自動化控制中的應(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)工藝實際需要，對磨礦分級進行實時監(jiān)測，并建立合理的控制邏輯，對磨機給礦、濃度和螺旋分級機溢流細度進行了優(yōu)化控制。實踐結(jié)果結(jié)明，控制系統(tǒng)優(yōu)化后，可提高磨機臺時處理量2～5個百分點，同時提升了系統(tǒng)可靠性和運行指標。該鐵選廠磨礦分級自動化控制系統(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，實現(xiàn)了工藝過程的精細化管理，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 自動化 實時監(jiān)控 自動檢測

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

1 原磨礦分級自動化控制系統(tǒng)介紹

1.1 一段磨礦分級自動化控制

選礦廠一段磨礦分級由一段球磨機+螺旋分級機完成，控制內(nèi)容主要包括集中聯(lián)鎖控制、一段球磨機給礦控制、一段螺旋分級機返砂水控制、分級機溢流粒度自動控制、設(shè)備故障報警、控制參數(shù)超限報警、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，實現(xiàn)球磨機、螺旋分級機、輸送皮帶等設(shè)備相互聯(lián)鎖控制。設(shè)備啟動順序原則上按照物料走向的逆向順序依次啟動，正常停機的順序按照物料走向的正向順序依次延時停車，延時時間間隔應(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)備實施啟?？刂?、運行檢測、連鎖保護，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的集中管理與集中監(jiān)視。但球磨機設(shè)備配套的成套單元機組如油泵、加熱電機、勵磁柜等的啟?？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)控主要實現(xiàn)球磨機的磨機負荷判斷、磨機濃度控制、螺旋分級機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)整分級機內(nèi)的補加水(即磨機排礦水)量來控制礦漿濃度，實現(xiàn)分級過程的控制。

當溢流細度變粗、濃度偏大時，增加補加水量，加速分級機內(nèi)礦石顆粒沉淀，較粗的顆粒返回球磨，較細的顆粒溢出，溢流濃度降低；反之，減小補加水量，減緩分級機內(nèi)礦砂沉淀，增大溢流濃度。同時需要考慮補加水量變化對被水流攜帶進入溢流的未分級顆粒的影響。在給水管路上安裝流量計和電動閥，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調(diào)節(jié)給水量，快速穩(wěn)定螺旋分級機的溢流細度和濃度。

1.2 二段磨礦分級自動化控制

二段磨礦分級由二段球磨機+高頻細篩+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，細篩給礦濃度50%，細篩篩下細度-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、報警等功能。

1.2.2 磨礦生產(chǎn)的安全監(jiān)控

主要實現(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，實現(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，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)，此時應(yīng)及時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)及時排查是否有異物進入。

1.2.3 磨礦生產(chǎn)的過程控制

主要實現(xiàn)球磨機的磨機負荷判斷、細篩給礦濃度控制、泵池液位控制、細篩篩下粒度檢測。

(1)球磨機的控制。對二段球磨機的運行功率、磨音進行檢測，對二段球磨機的負荷進行判斷。

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

(3)細篩篩下粒度的檢測。細篩篩下粒度是保證二段磁選的重要指標。當篩下粒度超出上下限區(qū)間時，系統(tǒng)自動檢查細篩給礦是否正常，不正常時通過控制給細篩給礦濃度進行調(diào)整；如果細篩給礦濃度正常而篩下粒度仍然超出上限，則系統(tǒng)自動做出閃光報警并在畫面上顯示報警原因，提示操作人員檢查篩網(wǎng)是否需要更換；如果細篩給礦濃度正常而細篩的篩下粒度仍然低于下限，則系統(tǒng)自動檢查分級機溢流細度及濃度是否合理并轉(zhuǎn)入到球磨機螺旋分級機的優(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。人工操作很難及時發(fā)現(xiàn)和克服這些擾動并及時調(diào)整操作條件如給水量、磨機給礦量、砂泵轉(zhuǎn)速、泵池補加水量等，很容易導致磨機的過負荷(“脹肚”)或欠負荷以及泵喘振、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。不僅使磨機產(chǎn)量和分級溢流細度達不到工藝要求，也直接影響后續(xù)選別流程自動化控制的穩(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)合實際生產(chǎn)經(jīng)驗，得到符合當前生產(chǎn)狀況的控制數(shù)據(jù)。根據(jù)選礦廠的實際情況，提供一種優(yōu)化控制系統(tǒng)，實時監(jiān)控生產(chǎn)過程中的各種產(chǎn)品指標，自動調(diào)整各種工作參數(shù)，實現(xiàn)球磨機完全自動化生產(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)揮球磨機磨礦效率主要靠3個操作條件來保證：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由給礦量的自動調(diào)節(jié)來保證合理的球料比；③通過磨機入口的補加水量(或返砂水量)自動調(diào)節(jié)來保證合適的磨礦濃度。

2.3 磨機給礦的優(yōu)化控制

2.3.1 磨機負荷的智能判斷

對磨機的負荷狀態(tài)進行準確的判斷是磨機給礦優(yōu)化控制進而保證其處理效率的前提。磨機的負荷是指球磨機中物料容積占磨機有效容積的百分數(shù)，即充填率。在實踐中發(fā)現(xiàn)，與充填率的變化存在一定變化規(guī)律的兩個信號是磨音及功率，可通過檢測這兩個信號實現(xiàn)磨機負荷的實時監(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。人工操作不能及時有效地應(yīng)對該情況的發(fā)生，不僅難以達到最佳的磨機處理能力，也不能保證合格的分級溢流細度。另外，礦石性質(zhì)變化也會直接影響磨礦效率，并使循環(huán)負荷中產(chǎn)生變化。

礦石性質(zhì)不變時，入磨礦量等于分級設(shè)備的溢流礦量，二者平衡，此時循環(huán)負荷處于穩(wěn)定狀態(tài)，即分級機、旋流器返回球磨機的沉砂量穩(wěn)定。當?shù)V石硬度較軟容易被磨細時，循環(huán)負荷趨于下降，反之趨于上升?？筛鶕?jù)循環(huán)負荷的變化，逐步改變磨機的礦石裝載量，進而改變磨礦效率。因此，在磨礦分級系統(tǒng)中，磨礦效率與循環(huán)負荷緊密聯(lián)系，合適的循環(huán)負荷可保證良好的磨礦效率?？刂葡到y(tǒng)可通過對循環(huán)負荷和磨機負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

當控制系統(tǒng)判斷出磨機料位和礦石性質(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，使磨機處于較優(yōu)的工作狀態(tài)，達到優(yōu)化控制的目的。

2.3.4 給礦控制

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

2.4 磨機磨礦濃度的優(yōu)化控制

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

2.4.1 一段磨機磨礦濃度的智能判斷

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

2.4.2 一段磨機磨礦濃度的優(yōu)化控制

與給礦量優(yōu)化控制類似。

2.4.3 一段磨機返砂水的控制

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

2.5 螺旋分級機溢流細度的優(yōu)化控制

通過連續(xù)檢測粒度變化情況和螺旋分級機排礦水流量來控制返砂量。系統(tǒng)通過對磨音、磨機功率、分級機功率、返砂水、排礦水、溢流粒度的模型分析，實現(xiàn)對返砂水補水流量、排礦水補水流量、分級機功率和溢流細度的檢測、控制，達到最優(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 實踐效果

系統(tǒng)改造完成后，提高了磨機的碎磨能力和螺旋分級機的分級效率，降低了生產(chǎn)成本和工人的勞動強度，提高了勞動作業(yè)率和產(chǎn)品質(zhì)量，達到了節(jié)能降耗的目的。磨礦分級自動化控制系統(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)，實現(xiàn)給礦、補加水、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，能進行更及時的調(diào)整，減少異常故障的處理時間，最終穩(wěn)定了生產(chǎn)指標，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。改造后磨機原礦臺時處理量提高2%～5%，金屬回收率提高1%。

4 結(jié) 論

研究了磨礦分級自動化控制系統(tǒng)的改造，并進行了實踐。以計算機代替人工對生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程的在線操作和監(jiān)控，提高了球磨機的磨礦效率、產(chǎn)品質(zhì)量以及磨機的處理能力。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、減少故障停機時間和穩(wěn)定生產(chǎn)流程技術(shù)經(jīng)濟指標起到了關(guān)鍵作用。同時可將工人現(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。