磨礦分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)在某鉛鋅礦山選礦廠的應(yīng)用

許躍龍 柴興偉

[摘 ? ?要]根據(jù)選礦廠的實(shí)際情況，探討一種自動(dòng)控制系統(tǒng)。生產(chǎn)過程中對(duì)最終產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)調(diào)整各種工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)完全生產(chǎn)自動(dòng)化，提高加工能力和生產(chǎn)效率。也就是說，在生產(chǎn)中使用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器測(cè)量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)上層軟件系統(tǒng)的綜合分析，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可以得到符合當(dāng)前生產(chǎn)情況的控制結(jié)果。

[關(guān)鍵詞]磨礦;自動(dòng)控制;粒度;濃度

[中圖分類號(hào)]TD45 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）01–00–04

[Abstract]This article discusses an automatic control system based on the actual situation of the concentrator. During the production process， the final product is monitored in real time， various process parameters are automatically adjusted， the ball mill is fully automated， and the processing capacity and production efficiency are improved. That is to say， the use of advanced measuring instruments to measure production data in production， through the comprehensive analysis of the upper software system， combined with actual production experience， can obtain the control results in line with the current production situation.

[Keywords]grinding; automatic control; particle size; concentration

磨礦作業(yè)在整個(gè)選礦廠生產(chǎn)流程中起著承上啟下的作用，在選礦廠的基建投資、生產(chǎn)費(fèi)用（主要是電力、鋼球等）中占有相當(dāng)大的比重。同步磨礦作業(yè)是整個(gè)選礦廠的“瓶頸”作業(yè)，直接關(guān)系到選礦生產(chǎn)的處理能力、磨礦產(chǎn)品的質(zhì)量（粒度特征、單體解離度、磨礦產(chǎn)品的濃度等），對(duì)后續(xù)作業(yè)指標(biāo)，尤其是浮選作業(yè)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有很大的影響。

1 磨礦工藝流程

球磨機(jī)由粉礦倉(cāng)下帶式輸送機(jī)送至格子型球磨機(jī)，由沉沒式雙螺旋分級(jí)機(jī)送至粗浮選工段，粗浮選返礦送至二段（再磨）球磨機(jī)磨礦，再經(jīng)旋流器分級(jí)后送至精浮選工段。球磨機(jī)比例給水：根據(jù)球磨機(jī)的給礦量，調(diào)節(jié)球磨機(jī)加水管上調(diào)節(jié)閥的閥門開度，以控制給水量。球磨機(jī)隨設(shè)備所帶檢測(cè)儀表及其連鎖保護(hù)系統(tǒng)，與選廠控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。泵池液面檢測(cè)及旋流器進(jìn)口壓力檢測(cè)控制系統(tǒng)：泵池設(shè)置液位計(jì)，旋流器入口設(shè)置壓力變送器，分別檢測(cè)其液位和壓力。在水泵液位正常范圍內(nèi)工作時(shí)，通過改變變頻調(diào)速裝置的轉(zhuǎn)速，使旋流器進(jìn)口壓力穩(wěn)定下來;當(dāng)水泵液位過高或過低時(shí)，變頻器換成液位信號(hào)進(jìn)行控制。在壓力信號(hào)占主導(dǎo)地位后，再切換至相對(duì)穩(wěn)定的控制模式。旋流器入口設(shè)流量計(jì)、濃度計(jì)，進(jìn)行流量指示和濃度控制，并進(jìn)行干礦量計(jì)算。通過控制泵池的加水量來使旋流器入口濃度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。旋流器出口進(jìn)行濃度、流量檢測(cè)，控制旋流產(chǎn)品為合格產(chǎn)品。

2 磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用探討

（1）磨礦控制目標(biāo)，通過磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)給礦量能夠克服擾動(dòng)（主要是礦石性質(zhì)的影響），保證磨礦生產(chǎn)的正常運(yùn)行，在保證產(chǎn)品質(zhì)量和金屬回收率的前提下，使磨機(jī)的處理量達(dá)到最大（臺(tái)時(shí)最大）。按照磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)粒度模型設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)給礦量、給水量，達(dá)到粒度生產(chǎn)指標(biāo)。根據(jù)球磨機(jī)的礦漿濃度，磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)磨機(jī)的給水量、給礦量和鋼球量，使球磨機(jī)工作在最佳磨礦狀態(tài)提高磨機(jī)的工作效率。通過檢測(cè)球磨機(jī)的功率及時(shí)發(fā)現(xiàn)和避免磨機(jī)出現(xiàn)“脹肚”事故。通過磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)控制砂泵池的給水量調(diào)節(jié)沉沒式雙螺旋分級(jí)機(jī)的溢流濃度。在磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制下，在穩(wěn)定生產(chǎn)的前提條件下，得到合格磨礦產(chǎn)品，并最大限度地提高磨機(jī)處理量。

（2）充分發(fā)揮磨礦效率的條件。在球磨機(jī)過程中，充分發(fā)揮磨礦效率主要有三個(gè)操作條件來保證：①合理的介質(zhì)填充率，應(yīng)通過合理的添加介質(zhì)制度來保證磨礦效率;②要有合理的球料比，球料比應(yīng)通過自動(dòng)調(diào)節(jié)給礦量來保證;③要有合適的磨礦濃度，磨礦濃度應(yīng)該通過自動(dòng)調(diào)節(jié)磨機(jī)入口的加水量來保證。

（3）球磨機(jī)內(nèi)礦石裝載量的判斷。為了球磨機(jī)的穩(wěn)定控制和最優(yōu)控制，需要準(zhǔn)確判斷球磨機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)。球磨機(jī)的負(fù)荷條件是填充率，即球磨機(jī)內(nèi)物料體積占球磨機(jī)有效體積的百分比。在實(shí)踐中，有兩種信號(hào)，填充率的變化有一定的變化規(guī)律。這兩個(gè)信號(hào)是動(dòng)力和研磨。功率變送器的輸出信號(hào)與球磨機(jī)中的負(fù)載有關(guān)。負(fù)載越大，功率變送器的輸出越高。然而，在“膨脹”的情況下，功率發(fā)射器的信號(hào)反而會(huì)降低。具體過程見研磨噪聲、功率與磨機(jī)填充率的關(guān)系圖。通過物理標(biāo)定，球磨機(jī)“鼓包”趨勢(shì)點(diǎn)的功率信號(hào)可以作為“鼓包”信號(hào)的比較值，即臨界點(diǎn)。當(dāng)功率大于臨界點(diǎn)時(shí)，球磨機(jī)按照原來的控制流程工作。當(dāng)功率信號(hào)接近或小于臨界點(diǎn)時(shí)，表明球磨機(jī)有“鼓肚”傾向，控制過程進(jìn)入“鼓肚”保護(hù)部分。當(dāng)功率信號(hào)高于臨界點(diǎn)時(shí)，再次下降，說明球磨機(jī)內(nèi)礦石過多，給礦粒度變粗或礦石硬度增加?？梢钥刂戚敵鲞M(jìn)給信號(hào)減少或停止進(jìn)給一段時(shí)間，直到功率信號(hào)上升并接近某個(gè)值，然后才能恢復(fù)原來的進(jìn)給量。正常情況下，原礦給料是球磨機(jī)的處理能力允許的，肚子脹的原因一般是原礦粒度和硬度的變化引起的，如圖1所示。

總之，通過功率的變化來判斷球磨機(jī)的工作狀態(tài)，不僅可以準(zhǔn)確測(cè)量球磨機(jī)的負(fù)荷，分析球磨機(jī)狀態(tài)的變化趨勢(shì)，而且可以保證系統(tǒng)的自診斷和自動(dòng)校正，為球磨機(jī)效率的檢測(cè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。并且當(dāng)其中一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)仍然可以正常工作，互相保護(hù)。

（4）球磨機(jī)介質(zhì)充填率控制是影響球磨機(jī)研磨效率的關(guān)鍵因素。球磨機(jī)介質(zhì)填充率過高，不僅降低了研磨效率，還增加了能耗。球磨機(jī)介質(zhì)填充率過低，研磨效率低，嚴(yán)重影響加工能力和產(chǎn)品質(zhì)量。通過收集鋼球的添加周期和數(shù)量，清理磨機(jī)內(nèi)剩余鋼球的大小，建立一定礦石性質(zhì)下鋼球的磨損模型，并建立模型仿真，使球磨機(jī)控制器能夠以仿真圖的形式掌握球磨機(jī)內(nèi)鋼球的球球比，為操作人員提供球球比的軟測(cè)量指標(biāo)，從而指導(dǎo)操作者根據(jù)礦石性質(zhì)、球磨機(jī)的狀態(tài)和當(dāng)前球球比來優(yōu)化球磨機(jī)的控制。根據(jù)球耗比（選礦廠通過實(shí)驗(yàn)得到）計(jì)算合理的鋼球添加量，通過增加自動(dòng)加球機(jī)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，定量加球，以保證有合適的介質(zhì)充填率，保證球磨機(jī)有較高的磨礦效率。

球磨機(jī)鋼球補(bǔ)充控制計(jì)算如下：

球磨機(jī)損耗鋼球重量：MQ=Q5礦量/Kb球耗比（Qt：Kc）

球磨機(jī)補(bǔ)充鋼球數(shù)量：NK=MQ/Fw（kg）

球磨機(jī)補(bǔ)充鋼球間隔：TK=NK/TN

式中，Q5為單位時(shí)間生產(chǎn)礦量（小時(shí)或班次）;Kb為處理噸礦損耗鋼球量;Fw為單球重量;TN為生產(chǎn)Q5礦量的時(shí)間段。

3 超聲力度分析儀在磨礦作業(yè)自動(dòng)控制中的作用

磨礦回路操作條件的任何變化都會(huì)導(dǎo)致循環(huán)負(fù)負(fù)荷和最終產(chǎn)品粒度的變化。這種變化超出了手動(dòng)操作的控制范圍。利用粒度傳感器連續(xù)檢測(cè)分級(jí)機(jī)溢流產(chǎn)物的粒度;可以連續(xù)監(jiān)測(cè)回路運(yùn)行情況;保證生產(chǎn);超過臨界極限;同時(shí)利用粒度檢測(cè)信號(hào)控制研磨路徑，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力，如圖2所示。

3.1 監(jiān)測(cè)作用

實(shí)驗(yàn)表明：棒磨機(jī)給礦率的變化對(duì)分級(jí)溢流產(chǎn)品的影響是始于緩慢的漸進(jìn)變化，并且在給礦率增、減速度相同時(shí)，對(duì)一次分級(jí)器的溢流產(chǎn)品粒度的反應(yīng)有所差別。圖2中的曲線A、B分別記錄了棒磨給礦率（圖中的曲線A）在l0 min內(nèi)勻速減小或增加時(shí)，水力旋流器溢流礦漿中200目粒級(jí)分布變化情況（圖中曲線B所示）。

這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果也適用于下述幾種情況：

（1）在給礦率和給礦粒度不變的情況下，增加礦石硬度與增加給礦率具有相同作用。

（2）給礦率和礦石硬度不變的情況下，增大給礦粒度與加大給礦率具有相同作用。

（3）在給礦率、礦石硬度、塊度不變的情況下，分級(jí)溢流細(xì)度發(fā)生變化時(shí)，表明磨礦介質(zhì)不足，磨機(jī)襯板磨損厲害，或是由于旋流器給料礦漿性質(zhì)的變化、分級(jí)器排礦口局部堵塞等原因引起的。

因此，礦漿粒度分析儀可以連續(xù)監(jiān)測(cè)由上述干擾引起的回路產(chǎn)品粒度分布不必要的不規(guī)則變化，以便操作人員在控制臺(tái)的顯示屏上及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的情況，保證正常生產(chǎn)。礦漿池進(jìn)水率的階躍變化對(duì)水力旋流器溢流產(chǎn)物粒徑的變化有很大的即時(shí)反應(yīng)。在磨礦分級(jí)系統(tǒng)中，當(dāng)棒磨機(jī)在恒定給水率的控制下運(yùn)行時(shí)，存在恒定的給水率。然而，礦漿池進(jìn)料速度的任何變化對(duì)溢流產(chǎn)品粒度的影響都可以通過超聲波粒度分析儀完全檢測(cè)出來。圖3中的曲線A、B、C分別記錄了礦漿池進(jìn)料量（曲線A）變化時(shí)礦漿濃度（曲線B）和溢流產(chǎn)物粒徑（曲線C）的變化，如圖3所示。

因此，利用超聲波粒度儀的連續(xù)檢測(cè)信號(hào)來控制漿池的進(jìn)料速度比控制進(jìn)料速度對(duì)最終研磨產(chǎn)品粒度的影響更為重要，是穩(wěn)定研磨產(chǎn)品粒度的有效控制手段。

3.2 超聲力度分析儀在磨礦與分級(jí)自動(dòng)控制中的應(yīng)用

當(dāng)棒磨機(jī)在恒定進(jìn)料控制下運(yùn)行時(shí)，由于操作條件的變化，為了保持產(chǎn)品粒度恒定，磨礦回路要么過載，要么處理能力不足。為了克服上述缺點(diǎn)，自動(dòng)控制系統(tǒng)利用超聲波粒度分析儀的檢測(cè)信號(hào)，控制礦漿池的水量，改變循環(huán)負(fù)荷，保持產(chǎn)品粒度恒定。然而，由于礦漿池的供水控制幾乎沒有能力平衡磨礦產(chǎn)品的粒度，因此受到分級(jí)機(jī)生產(chǎn)能力的限制。一旦分級(jí)機(jī)的底流速度和固體含量超過實(shí)際生產(chǎn)能力，分離器的出料口就會(huì)部分或全部堵塞。在這種情況下，為了保證系統(tǒng)的連續(xù)生產(chǎn)，需要暫時(shí)放寬對(duì)磨礦產(chǎn)品粒度的要求，限制礦漿池的加水量，及時(shí)降低棒磨機(jī)的給礦速率，以補(bǔ)償?shù)V石硬度或給礦粒度增加帶來的影響。相反，當(dāng)研磨產(chǎn)品的粒度細(xì)度變好時(shí)，磨礦回路中會(huì)出現(xiàn)“過磨”現(xiàn)象。此時(shí)需要立即提高棒磨機(jī)的給礦速度，增加處理能力，實(shí)現(xiàn)給礦控制的調(diào)整。調(diào)值給礦控制不但對(duì)平衡最終產(chǎn)品粒度的能力大，而且能保證磨礦作業(yè)在最大生產(chǎn)能力工-兄下連續(xù)運(yùn)行控制原理敘述如下：

3.2.1 礦漿池給水率控制

就分級(jí)設(shè)備而言，礦漿池給水率的變化對(duì)一次分級(jí)設(shè)備（水力旋流器）的影響要比對(duì)二級(jí)分級(jí)設(shè)備（浮槽）大得多：因此，在該環(huán)節(jié)中必須從控制一次分級(jí)設(shè)備的分級(jí)效果人手。其控制原理，如圖4所示。

圖4中：SP為設(shè)定值，SP為32%，vI、3為電磁流量計(jì)，計(jì)量礦漿池給水量（m/h），DT2為7射線密度計(jì)，檢測(cè)礦漿池濃度（kg/dm），TA1為超聲粒度儀，檢測(cè)水力旋流器溢流粒度（+200目%）。

3.2.2 調(diào)值給礦控制

在礦漿池供水控制的作用下，磨礦產(chǎn)物粒度保持穩(wěn)定，循環(huán)負(fù)荷的變化直接反映礦石性質(zhì)的變化。因此，超聲波粒度分析儀間接為棒磨機(jī)的調(diào)節(jié)值和礦石控制提供了可靠的依據(jù)。從圖1可以看出，該控制系統(tǒng)沒有采集和測(cè)量水力旋流器的流量。它借用了礦漿池液位控制環(huán)節(jié)中的電磁流量計(jì)FT3和漿液供水環(huán)節(jié)中使用的射線密度計(jì)DT2的檢測(cè)信號(hào)，通過公式（1）計(jì)算出能反映循環(huán)負(fù)荷變化的指標(biāo)QX，并用QX調(diào)整棒磨機(jī)給定值。其計(jì)算公式如下：

QX=K1+K2×FA17+DA12×（K3+K2×FAl7）%

（1）式中K1、K2、K3均為系數(shù);

FAJ7為水力旋流器進(jìn)料流量（m/h）：

DAI2為水力旋流器進(jìn)料密度（kg/dm）

調(diào)值紿礦控，制如圖5所示。

礦石性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，在礦漿池加水控制回路的作用下，循環(huán)負(fù)荷發(fā)生變化，循環(huán)負(fù)荷指數(shù)QX的瞬時(shí)變化由公式（1）計(jì)算。當(dāng)QX偏離給定值SP時(shí)，用PID算法計(jì)算其偏差ΔX，調(diào)整棒磨給礦率給定值SSP，使磨機(jī)能在最大處理?xiàng)l件下運(yùn)行。一般情況下，通過調(diào)整給礦控制值，可使處理能力提高5%以上。

3.3 制約條件

在字值給料控制中，為了保證系統(tǒng)在最大能力工況下的連續(xù)生產(chǎn)，需要限制圖4中水力旋流器給漿密度的下限。一旦棒磨機(jī)給料硬度或結(jié)塊變大，控制系統(tǒng)不會(huì)無限期向礦漿池加水，而是暫時(shí)放寬對(duì)溢流產(chǎn)品粒度的要求，通過調(diào)整值給料環(huán)節(jié)調(diào)整給料速率，平衡產(chǎn)品粒度。

4 結(jié)束語

磨礦的成本是選礦廠的主要成本之一，而磨礦的質(zhì)量直接影響選礦生產(chǎn)的技術(shù)指標(biāo)，因此對(duì)選礦磨礦的控制極為重要。通過對(duì)磨礦專家自動(dòng)控制應(yīng)用的探討，為選礦廠成本控制提供了改進(jìn)方向。同時(shí)，提高磨礦產(chǎn)品粒度和濃度控制的準(zhǔn)確性，可以大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低磨礦粒度和濃度對(duì)選礦指標(biāo)的影響，為提高選礦指標(biāo)奠定基礎(chǔ)，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 張美義，徐辰華.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨礦分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)在廣西某選礦廠的應(yīng)用[J].河南科技，2018（25）：3.

[2] 孫景敏，李史厚，張艷偉，等.選礦廠球磨機(jī)給礦自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].有色金屬，2007（6）：55-56.