某铁选厂磨矿分级自动化控制系统的优化

鲍万臣 陈志强 戚志刚 梁 青 韩明坤 杜惠鹏 张玉伟 马东升

(河北钢铁集团司家营铁矿有限公司)

某铁选厂磨矿分级自动化控制系统的优化

鲍万臣 陈志强 戚志刚 梁 青 韩明坤 杜惠鹏 张玉伟 马东升

(河北钢铁集团司家营铁矿有限公司)

某铁选厂使用自动化控制系统对磨矿分级作业进行集中联锁控制对磨矿和分级过程实时监测、控制。由于选矿工艺设计存在一定缺陷、系统部分设备出现老化，使有些控制功能无法实现，满足不了实际生产的需要。介绍了磨矿分级自动化控制系统在一段磨矿和二段磨矿分级自动化控制中的应用，在此基础上分析了系统优化的目的、影响磨矿效率的因素，根据工艺实际需要，对磨矿分级进行实时监测，并建立合理的控制逻辑，对磨机给矿、浓度和螺旋分级机溢流细度进行了优化控制。实践结果结明，控制系统优化后，可提高磨机台时处理量2～5个百分点，同时提升了系统可靠性和运行指标。该铁选厂磨矿分级自动化控制系统的优化，提高了企业生产和决策反应的速度与水平，实现了工艺过程的精细化管理，对企业生产的稳定、快速发展具有重要作用。

选矿工艺 自动化 实时监控 自动检测

引入磨矿分级自动化控制系统可充分提高磨矿和分级效率，同时实现磨矿分级作业各种故障的监测报警及参数的自动检测与显示，最终保持磨矿分级作业在最优的稳定状态下进行。司家营铁矿磨矿分级自动化控制系统于2006年投入使用，实现了多媒体视频监控、破碎顺序连锁控制、安全保护控制及部分生产过程的自动控制。由于选矿工艺设计不够合理，存在一定的缺陷，使系统有些控制功能无法实现，且很多设备已经接近使用寿命，不能满足实际需要，有必要进行优化。

1 原磨矿分级自动化控制系统介绍

1.1 一段磨矿分级自动化控制

选矿厂一段磨矿分级由一段球磨机+螺旋分级机完成，控制内容主要包括集中联锁控制、一段球磨机给矿控制、一段螺旋分级机返砂水控制、分级机溢流粒度自动控制、设备故障报警、控制参数超限报警、通讯等。

1.1.1 集中联锁控制功能

包括顺序启车、顺序停车、事故停车等，实现球磨机、螺旋分级机、输送皮带等设备相互联锁控制。设备启动顺序原则上按照物料走向的逆向顺序依次启动，正常停机的顺序按照物料走向的正向顺序依次延时停车，延时时间间隔应保证该设备上的剩余物料被处理完。根据工艺要求对设备实施启停控制、运行检测、连锁保护，实现生产过程中的集中管理与集中监视。但球磨机设备配套的成套单元机组如油泵、加热电机、励磁柜等的启停控制不在联锁启停范围内。

1.1.2 磨矿生产的过程控制

磨矿生产的过程监控主要实现球磨机的磨机负荷判断、磨机浓度控制、螺旋分级机的溢流粒度检测与控制。

1.1.3 分级过程控制

根据螺旋分级机的粒度分级特性，在给矿条件相对稳定的条件下，在一定的浓度范围内，溢流浓度增加，-0.074 mm粒级百分含量减小，反之，含量增大。通过调整分级机内的补加水(即磨机排矿水)量来控制矿浆浓度，实现分级过程的控制。

当溢流细度变粗、浓度偏大时，增加补加水量，加速分级机内矿石颗粒沉淀，较粗的颗粒返回球磨，较细的颗粒溢出，溢流浓度降低；反之，减小补加水量，减缓分级机内矿砂沉淀，增大溢流浓度。同时需要考虑补加水量变化对被水流携带进入溢流的未分级颗粒的影响。在给水管路上安装流量计和电动阀，根据排矿水算法和新给矿量修改闭环流量的给定值并及时调节给水量，快速稳定螺旋分级机的溢流细度和浓度。

1.2 二段磨矿分级自动化控制

二段磨矿分级由二段球磨机+高频细筛+浓缩磁选等完成。二段磨矿采用φ3 600 mm×6 000 mm溢流型球磨机，细筛给矿浓度50%，细筛筛下细度-0.074 mm 80%，球磨排矿泵池φ3 500 mm，泵池来料还包括一段磁选精矿。

1.2.1 集中联锁控制

包括顺序启车、顺序停车、事故停车、报警等功能。

1.2.2 磨矿生产的安全监控

主要实现渣浆泵给矿泵池的液位监控，具体为：

(1)稳定泵池液位在合适范围内，保证渣浆泵不抽空、不喘振、泵池不冒矿。

(2)利用矿浆池液位的检测，采用变频器控制泵池渣浆泵的转速，使液位始终在合适范围内波动，实现矿浆池渣浆泵的无人值守，杜绝渣浆泵“喘气”现象。

(3)通过渣浆泵电机电流、转速及泵池液位的检测，判断渣浆泵的工作状态，如正常工作时，泵池液位、渣浆泵电流、转速是否在正常范围内。如液位高、转速快、电流低，说明泵处于空转状态，此时应及时通知岗位工人检查入渣浆泵口阀是否堵塞，或渣浆泵的联轴器是否脱落；如液位高、转速低、电流高、浓度高，则说明渣浆泵可能出现堵转情况，应及时排查是否有异物进入。

1.2.3 磨矿生产的过程控制

主要实现球磨机的磨机负荷判断、细筛给矿浓度控制、泵池液位控制、细筛筛下粒度检测。

(1)球磨机的控制。对二段球磨机的运行功率、磨音进行检测，对二段球磨机的负荷进行判断。

(2)细筛给矿浓度及泵池液位的控制，主要为保证底流细度。当泵池液位大于上限或小于下限时，排矿水阀门开度与泵池液位形成闭环，而不是控制细筛给矿浓度。

(3)细筛筛下粒度的检测。细筛筛下粒度是保证二段磁选的重要指标。当筛下粒度超出上下限区间时，系统自动检查细筛给矿是否正常，不正常时通过控制给细筛给矿浓度进行调整；如果细筛给矿浓度正常而筛下粒度仍然超出上限，则系统自动做出闪光报警并在画面上显示报警原因，提示操作人员检查筛网是否需要更换；如果细筛给矿浓度正常而细筛的筛下粒度仍然低于下限，则系统自动检查分级机溢流细度及浓度是否合理并转入到球磨机螺旋分级机的优化控制调整程序中。

2 控制系统优化

2.1 优化目的

入磨原矿性质及粒度的变化、供水水压的波动等经常对磨矿分级的生产过程造成干扰，甚至是大幅度干扰。人工操作很难及时发现和克服这些扰动并及时调整操作条件如给水量、磨机给矿量、砂泵转速、泵池补加水量等，很容易导致磨机的过负荷(“胀肚”)或欠负荷以及泵喘振、泵池矿浆外溢等现象的发生，致使磨矿分级生产过程不稳定。不仅使磨机产量和分级溢流细度达不到工艺要求，也直接影响后续选别流程自动化控制的稳定性，降低最终产品的产量。

合格优化控制系统是使用先进的测量仪器测量生产数据，通过上层软件系统综合分析，结合实际生产经验，得到符合当前生产状况的控制数据。根据选矿厂的实际情况，提供一种优化控制系统，实时监控生产过程中的各种产品指标，自动调整各种工作参数，实现球磨机完全自动化生产，提高处理量和生产效率。

2.2 影响磨矿效率的因素

充分发挥球磨机磨矿效率主要靠3个操作条件来保证：①采用合理的磨矿介质添加制度，保证合理的介质充填率；②由给矿量的自动调节来保证合理的球料比；③通过磨机入口的补加水量(或返砂水量)自动调节来保证合适的磨矿浓度。

2.3 磨机给矿的优化控制

2.3.1 磨机负荷的智能判断

对磨机的负荷状态进行准确的判断是磨机给矿优化控制进而保证其处理效率的前提。磨机的负荷是指球磨机中物料容积占磨机有效容积的百分数，即充填率。在实践中发现，与充填率的变化存在一定变化规律的两个信号是磨音及功率，可通过检测这两个信号实现磨机负荷的实时监控。

2.3.2 矿石性质判断

矿石性质发生变化是磨矿分级作业经常遇到的问题，对操作性稳定产生不良影响。人工操作不能及时有效地应对该情况的发生，不仅难以达到最佳的磨机处理能力，也不能保证合格的分级溢流细度。另外，矿石性质变化也会直接影响磨矿效率，并使循环负荷中产生变化。

矿石性质不变时，入磨矿量等于分级设备的溢流矿量，二者平衡，此时循环负荷处于稳定状态，即分级机、旋流器返回球磨机的沉砂量稳定。当矿石硬度较软容易被磨细时，循环负荷趋于下降，反之趋于上升。可根据循环负荷的变化，逐步改变磨机的矿石装载量，进而改变磨矿效率。因此，在磨矿分级系统中，磨矿效率与循环负荷紧密联系，合适的循环负荷可保证良好的磨矿效率。控制系统可通过对循环负荷和磨机负荷的变化趋势来分析矿石性质变化的趋势。

2.3.3 给矿量优化控制

当控制系统判断出磨机料位和矿石性质的变化趋势后，给出对应的较优的给矿值和磨矿浓度范围，通过相应操作，使磨机处于较优的工作状态，达到优化控制的目的。

2.3.4 给矿控制

在球磨机给矿皮带上设置电子秤，实时检测给矿量，通过调整圆盘和电振的启动数量及频率来控制给矿量。系统对电振和圆盘给料机的工作时间进行累计，在一定周期内没有启动使用过的给矿设备自动被调整进入到正常工作机组序列或报警提示，避免长时间不工作造成矿料结块。

2.4 磨机磨矿浓度的优化控制

磨机的磨矿浓度是影响磨机工作效率的一个关键因素，系统主要通过间接手段来检测球磨机的磨矿浓度。

2.4.1 一段磨机磨矿浓度的智能判断

检测螺旋分级机的溢流浓度，并根据给入一段磨矿的矿量与水量、分级机的返砂量(根据分级机电流大小导出，返砂含水量由检测仪表提供，通过试验得到)之间的变化情况，对球磨机的排矿浓度进行模糊判断，并认为排矿浓度近似等于磨矿浓度。

2.4.2 一段磨机磨矿浓度的优化控制

与给矿量优化控制类似。

2.4.3 一段磨机返砂水的控制

根据磨矿浓度的设定值，自动化控制系统要依据实时检测的球磨机新给入矿量及螺旋分级机的返砂量、返砂浓度及其它的边界条件等，计算并控制电动调节阀门，给出新给矿需要的配比水量。

2.5 螺旋分级机溢流细度的优化控制

通过连续检测粒度变化情况和螺旋分级机排矿水流量来控制返砂量。系统通过对磨音、磨机功率、分级机功率、返砂水、排矿水、溢流粒度的模型分析，实现对返砂水补水流量、排矿水补水流量、分级机功率和溢流细度的检测、控制，达到最优的分级效果。采用DF-PSM超声波粒度仪检测粒度，控制粒度在给定值附近。

3 实践效果

系统改造完成后，提高了磨机的碎磨能力和螺旋分级机的分级效率，降低了生产成本和工人的劳动强度，提高了劳动作业率和产品质量，达到了节能降耗的目的。磨矿分级自动化控制系统改造后，更有利于稳定一、二段球磨生产流程的工艺参数，实现给矿、补加水、泵池液位、变频等环节的闭环控制。工艺参数发生异常时，能进行更及时的调整，减少异常故障的处理时间，最终稳定了生产指标，提高了选厂的效益。

以司家营选铁厂某一磨矿分级系列为例，一段台时处理量为200 t/h，原矿品位为26%～28%，铁精矿品位为65%～67%，金属回收率75%～78%，尾矿铁品位9%左右。改造后磨机原矿台时处理量提高2%～5%，金属回收率提高1%。

4 结 论

研究了磨矿分级自动化控制系统的改造，并进行了实践。以计算机代替人工对生产设备和工艺过程的在线操作和监控，提高了球磨机的磨矿效率、产品质量以及磨机的处理能力。通过对磨矿分级作业主要生产流程的自动优化控制，提高了设备效率，稳定了工艺生产过程，降低了系统能耗。对保障设备安全、减少故障停机时间和稳定生产流程技术经济指标起到了关键作用。同时可将工人现场操作改为巡查处理，改善了作业环境，具有一定的应用价值。

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2015-11-24)

鲍万臣(1968—)，男，高级工程师，063701 河北省唐山市滦县。