鞍千球磨自动化改造方案(精简)

鞍千矿球磨自动化改造方案

辽宁中新自动控制集团有限公司 2010-2-4

磨矿过程是选矿厂的中间工序。矿石经过物理的研磨、分级作用，颗粒由大变小到一定的程度，才能达到矿石的单体解离或近于单体解离，有利于选别工序的金属回收和金属富集。因此磨矿过程是影响选矿生产的关键环节，直接制约着选矿产品质量和金属回收率。此外，磨矿作业能耗占选矿厂整个选矿过程的40%～60%。因此磨矿过程实现自动控制具有重要意义。下图是阶段磨和连续磨的工艺流程对照（左图为阶段磨，右图为连续磨）：

针对鞍千矿的特点，其工艺流程如左图所示。圆筒矿仓内的粉矿经由圆盘给料机、给矿皮带，送入一段球磨机内，经过一段闭路的球磨机、旋流器的分别作用，初步合格的矿石被送入由二段球磨机、水力旋流器组成的二段闭路磨矿系统继续再磨，粗细分级旋流器的溢流和沉砂被分别送入重选和浮选的选别工序。为了保证磨矿效率和分级效果，必须在一段磨机入口、一段磨机出口和二段泵池处分别加入一定流量的清水来确保各个工序的作业浓度。

磨矿过程最关键的工艺指标是二段磨矿的旋流器溢流粒度指标。从控制的角度看，影响磨矿作业的主要因素有一段球磨机给矿量、一段球磨机磨矿质量浓度、水力旋流器给矿压力、水力旋流器给矿质量浓度等。保持球磨机给矿量稳定，对稳定产品质量、稳定球磨机磨矿过程都是很重要的因素，同时从经济效益的角度

考虑应保证球磨机的最大处理能力。对于球磨机来说，一个比较合适的磨矿质量浓度是实现球磨机磨矿效率高低的前提，磨矿浓度的过高或过低都会产生负面的影响。且溢流浓度的高低将会影响旋流器沉砂的多少和沉砂的质量浓度，从而影响球磨机的磨矿效率和球磨机的处理量，因此控制旋流器溢流浓度是控制产品质量好坏、磨矿效率的重要环节。为了保证水力旋流器在生产上的稳定及其产品质量的稳定，必须控制旋流器的给矿压力，防止产品质量的波动，同时也防止旋流器给矿泵池被打空或槽满。旋流器的溢流粒度与旋流器的给矿量有一定的关系，此参数配合旋流器的给矿压力将是控制旋流器分级效率的重要工作参数。以上各种因素的相互影响，共同作用，决定了磨矿分级作业的好坏。正是从该工艺的生产技术要求及工艺特点设计了磨矿过程综合自动化系统。

该系统关键由磨矿智能优化控制系统和运行过程管理系统两层结构组成。其中智能优化控制系统采用控制系统集成设计技术和智能控制技术，由磨矿过程智能优化回路设定系统、一段磨矿回路控制子系统与二段磨矿回路控制子系统组成。运行过程管理系统包括系统监测、故障诊断、设备管理、生产安全管理、报表生产与打印等功能模块。智能优化控制系统和运行过程管理系统通过设备网、控制网、以太网和实时数据库实现两层和各个子系统之间的信息集成，从而实现磨矿过程的综合自动化。

智能优化控制系统实现各设备逻辑连锁控制、回路控制和回路优化设定控制等功能。逻辑连锁控制主要包括给矿皮带、矿浆泵及水力旋流器给矿变频器组等设备装置的单机启停操作和全线联起、联停的操作。回路控制主要实现重要工艺参数的连续稳定控制，并控制在工艺要求范围内。控制回路主要包括一段球磨机给矿量、球磨机磨矿质量浓度、二段水力旋流器给矿压力、给矿质量浓度的回路控制，以及矿浆泵泵池液位的前馈控制，保证磨矿过程的稳定、高效生产。磨矿智能优化控制系统以保证磨矿产品粒度、提高球磨机的磨矿效率和分级设备的分级效率、提高球磨机的处理量、降低能耗综合生产指标为目标，采用智能协调控制策略，根据磨矿粒度的目标要求和边界条件等的波动情况，分别对一段磨矿控

制系统和二段磨矿控制系统的基础控制回路的设定值进行在线优化。

运行过程管理系统实现运行管理和系统管理功能。从生产过程采集的数据或由控制系统处理后的数据，传送给过程管理系统，由过程管理系统对其进行监视和管理。操作员在中控室通过监控画面和多媒体的生产现场实景监控画面，全面监控磨矿作业的生产状况和设备状况，从而可以实现在软手动工作方式下的生产操作或在全自动生产方式下实现必要的人工干预。生产与设备的故障诊断系统可以对球磨机给矿断料、球磨机轴瓦异常、泵池泵异常、变频器异常以及生产波动异常、工艺参数变化异常等工况做出判断，给出报警信息与操作上的建议。

在磨分作业中，有些参数是可测的，有些参数是不可测的，然而通过检测其它参数，可间接反映或接近这些不可测数。因而目前磨分作业的最佳控制是通过检测以下参数而实现的：磨机粒度；磨机功耗；旋流器给矿压力；给矿量；返砂水量；排砂水量；分级溢流粒度；矿浆浓度；磨机音频。

A．磨机粒度检测：

选矿生厂过程中，磨矿产品粒度是影响选矿技术经济指标的重要参数之一。为了保证磨矿作业的产品达到规定的技术经济指标，避免欠磨和过磨，使选矿过程优质高产、低消耗，发挥最大的经济效益，需要对磨矿粒度进行在线实时检测。在这个过程中，我们使用奥托昆普“PSI-300在线粒度分析仪”进行实时监测。PSI-300粒度仪的测量原理是利用激光衍射分布测量组分，对矿浆进行全粒集分析，将非电量的矿浆颗粒大小转换成标准的电信号，是一种非接触式测量矿浆粒度的仪器，从而矿浆黏度、温度、浓度不会对测量带来影响；气泡和片状矿物对仪器的测量不会造成干扰；整个测量无需除气、脱磁或稀释。这个系统可以将分析结果发送到工厂的自动化系统，用于实时过程监视和控制。可以选择多种粒度分布作为输出。而且一天24小时连续不断地运行，只需要很小的维护量。PSI-300粒度仪具有1，2或3个样流入口，可以根据用户定义的时间间隔，制取没有稀释的混合样。通过手动，可以对正在测量并纪录的矿浆制取标定样。每秒钟测量大小2次。对于一个流道，每70秒刷新分析数据一次。对于多流道，每90秒/流道刷新一

次。

B．磨机功耗检测：

磨机功耗是随磨机负荷而变化的，当负荷增大，磨机功耗也随之增长，当磨机达到最大功率时，如果负荷继续增加，磨机功耗将急剧下降，通过检测和调整这个参数，使磨机效率达到最大，同时分析该参数与磨机音频参数，可确定矿石性质，磨矿介质等情况，进而调节给矿量。

C．旋流器给矿压力

检测和调整旋流器给矿压力，可调整旋流器溢流粒度和沉砂粒度，间接调整分级效率和返砂比。

D．返砂水量、排水水量

检测和调整返砂水量、排水水量可间接调整矿浆浓度。矿浆浓度不仅影响磨机生产能力、产品质量、电耗，而且影响旋流器溢流粒度，从而影响选别效果。磨矿浓度过低时，磨机中的固体减少，因而减少磨矿介质的有效磨矿作用，磨矿浓度适当增高，磨矿效率提高，但会降低磨机生产能力（因矿浆流动性变小）和降低磨矿效率（因降低了介质的冲击和研磨作用），适宜的磨矿浓度由工艺确定。

E. 磨机音频频谱分析

对磨机内部的球荷充填率进行实时在线检测,有磨机功率检测、音频频谱分析、压力检测等方法。其中压力检测方法最为可靠, 音频频谱分析准确性次之, 功率检测准确度不高, 检测范围有限。但是, 采用压力检测方法使现场检修和维护增加难度, 而采用音频频谱分析方法使现场检修和维护则容易的多。因此这里采用音频频谱分析方法在线对磨机内部的球荷充填率进行实时检测, 若不能满足现场需求, 再选择压力检测方法, 最终实现人工无法准确判断的球荷充填率检测。

在磨矿多变量控制系统中，原有的单参数回路控制也要按主要控制量和被控量成对应原则，针对鞍千矿的特点，总的来说是根据球磨和分级划分为两大闭环系统，并把相互影响的参数引入这两个闭环中，以满足工艺要求。球磨部分的主要控制回路有：以被控对象为给矿量为主形成一个大的闭环系统。此系统由给矿