磨矿自动化控制系统在赤峰某钼矿的应用.pdf

2 0 1 2 年第4 期 有色金属 噍矿部分 6 7 - d o i 1 0 _ 3 9 6 9 蝎．i s s m l 6 7 l 9 4 9 2 2 0 1 2 ．0 4 ．0 1 7 磨矿自动化控制系统在赤峰某钼矿的应用 杨树亮，范凌霄，严凡涛，王志民 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 7 0 摘要对赤峥某钼矿磨矿自动化工程情况进行阐述，文中介绍了该矿的磨矿自动化实际应用情况，同时介绍了控制 系统的结构及设备选型等。 关键词磨矿自动化；磨矿分级；工程应用 中圈分类号咖2 s ．9文献标识码A文章编号1 6 7 l 一9 4 9 2 2 0 1 2 0 4 - 0 0 6 7 - 0 5 A p p H ∞廿o n0 fG 咖d i n gC 蚰t m Is y s t | 哪i naM o l y b d 蚰岫M i 耻o fC h 溉I l g 翻ⅣG 鼽M 髓口憎，础Ⅳ功够加，蹦Ⅳ砌t 加，肌蚋G 历f m f n 蚵叼＆n e 】问酗e n n 哦I h s 蹴u 据矿尬n { 阳帆d 且幻t 蒯u ，1 孵， 咖姆j D D D 7 D ，饥t r t ∞ A b L t 腿c t 矾eP a p e ri s 砌i n l ya b 叨t Ⅱ地鲥n d i ”gc o n l r D l 璺y s t e 皿P m j e c ti nc h i f e n g ，j ti n t r o d u c e s p m c t i c a l印曲c a t i 哑o f 卸t o m a t i o ne n 西n e e d n g ，衄dt l l ep 印e ri n 曲d u c e sc 帆t r o ls y s t e ms t m c t l l r e a n d e q u i p 瑚I e n t 鸵l e c 豳na n ds o 0 1 1 ． K e yw o r d s 舒n d i n gp r o c 髓s i n g 矾t o 眦t i ∞；毋n d i n gc l 鹄s 近c a t i o n ；e n 西n e e d n ga p p H c a t i o n 磨矿作业过程及任务就是使矿石中的有用矿物 充分单体解离及粒度适合选别要求，并且过粉碎尽 量小，产品粒度均匀，为选别作业提供合适的入选 矿浆，为更好回收矿石中的有用成分创造条件。磨 矿自动控制的主要任务是在最佳给矿量条件下，保 证磨矿分级设备溢流产品粒度、浓度稳定，使磨矿 分级生产过程调整到稳定或最佳状态，充分提高磨 矿和分级的效率。 检验磨矿作业效果的重要参数是分级后矿浆的 粒度和浓度。影响分级效果的因素除了原矿性质以 外，还包括磨机的工作效率和分级设备的工作状 况。针对以上情况，通过解耦，我们将需要控制的参 数分解为磨机的给矿量、磨机给水量、进旋流器矿 浆的浓度、旋流器的工作压力等。以旋流器溢流矿 浆的粒度和浓度为最终控制目标，通过对给矿量等 参数进行控制，实现提高磨机效率、稳定旋流器分 级效果的目的，为选别作业提供合格的产品[ 1 引。 1工艺简介 赤峰某钼矿选矿厂工艺流程如下粉矿仓中的 收疆日期2 0 1 2 罐0 9修回日期2 0 t 2 0 5 一1 7 作者简介杨树亮 1 9 7 8 - ．男，河北永年人，硕士，工程师。 矿石通过安装在其底部的振动给料机进入集矿皮 带，集矿皮带上的矿石经给矿皮带进入球磨机。矿 石、水和钢球在球磨机中经过研磨后形成矿浆，矿 浆经球磨机泵池及其渣浆泵打到水力旋流器，水力 旋流器的溢流进入下一流程 浮选作业 ，旋流器 的底流返回到球磨机，该处水力旋流器和球磨机构 成一段闭路磨矿系统。 磨矿系统分为3 个系列，各系列的流程和设备 均相同，其流程图见图l 。每个系列磨矿系统包含 2 条集矿皮带和1 条给矿皮带，每个集矿皮带对应 1 0 台振动给料机，每系列含l 台球磨机、1 组水力 旋流器、1 个泵池、2 台渣浆泵及1 个泰勒阀。球 磨机选用溢流型球磨机，旋流器选用威海海王旋流 器有限公司的E x 6 6 0 型的水力旋流器。 2 控制策略介绍 2 ．1 磨机恒定给矿 磨机给矿的控制方案主要分三类，不考虑矿石 性质和磨矿条件变化的恒定给矿自动控制系统、考 虑矿石性质和磨矿条件变化的自动控制系统、自寻 万方数据 6 8 有色金属 选矿部分2 0 1 2 年第4 期 图l 磨矿过程自动化检测控制流程图 F i g ．1 A u t o m a t i o nm e 髂证n g 粕dc o n t m ln o wc h a I t o f 班n d i n gp r o c e s s 最佳的自动控制系统。综合考虑该项目的现场情况 和国内磨矿给矿应用现状，该项目选择运行稳定可 靠的恒定给矿控制方案。恒定给矿控制框图如图2 所示，检测元件为核子秤，执行机构为带变频器的 振动给料机，控制单元为P L C 。振动给料机的控制 采用现场操作箱控制和远程P L C 控制两种方式， 当振动给料机控制由现场切换到远程P L C 控制时， 采用无扰动切换的方式m ] 。 给矿量设定值 图2 球磨机恒定给矿控制框图 F i g ．2 F e e dr a t eb 1 0 c kd i a 孵姗o fb 8 l lI I l i U 球磨机恒定给矿的控制曲线如图3 所示 3 0 0 警2 0 0 磐 饕 监1 0 0 、㈧． ．h 一 ⋯⋯、．．／ 。＼一＼■⋯⋯。芸蔷；7 1 2 ■赫看’ 1 6 5 0 ∞1 6 5 5 0 0 图3 球磨机恒定给矿控制曲线图 F i g ．3 F e e dE a t ec u n r eo fb a uI I I i U 图3 中，线1 为给矿量设定值，线2 为给矿量 实测值。从控制曲线图上可以看出，磨机给矿量控 制稳定，当磨机给矿量设定值为2 1 0t ／I I 时，磨机 的给矿量波动一般控制在上下5t 范围之内，满足 现场的工艺要求。 2 ．2 球磨机前给水控制 磨矿过程是通过磨机里的较大块矿石 对自磨 机、砾磨机而言 或磨矿介质 如钢球或钢棒等 落入矿泥中，使矿石互相撞击研磨来实现矿石粒度 达到所要求规格的过程。在该过程中，给入磨机中 的水量多少直接影响磨矿效率和磨机质量。如果磨 机内矿泥浓度太大，它将限制较大的矿块及介质下 落，并且起缓冲垫的作用。最后由磨机离心力的作 用，使全部矿泥变浓厚而保持在磨机筒身内壁上， 使磨矿作用减少到零。为此，必须保证磨机内磨矿 浓度适宜，以便发挥磨机的最大磨矿效率。在磨机 内直接测量矿浆浓度，目前仍无法解决，一般多采 用定值控制或者按矿石比率控制给水量的方法实现 控制磨矿机内矿浆浓度[ 2 】。 在矿石的湿度、返砂量及返砂湿度变化不大的 情况下，磨矿机内矿浆浓度主要取决于向磨机内所 加入的原矿量及水量。该处磨机的给水量采用与新 给入磨机实际原矿量成比率的方案控制，其控制系 统见图4 ，该系统中检测元件采用电磁流量计，执 行机构采用气动调节蝶阀。气动调节阀的控制采用 现场操作箱控制和远程P L c 控制相结合的方式， 当由现场控制箱切换到远程P L C 控制时，实现无 扰动切换的功能。 图4 球磨机给水量控制系统框图 F i g ．4 ’r a t e rs u p p l yc o n t I D lb l o c kd i a g r 锄o fb a U m i u e r 球磨机前给水量控制曲线见图5 所示。 、3 ∞ 吕 ≮ ，I ．．／ 应s 、一 _ ＼一＼一。五毛i ’ 2 2 一实测值 3 一开度值 万方数据 2 0 1 2 年第4 期 杨树亮等磨矿自动化控制系统在赤峰某钼矿的应用 6 9 量值，线3 为阀门开度值，给矿量测量值在该图中 无显示。当磨机给矿量测量值发生变化时，磨机的 给水量设定值和测量值随之发生相应的变化，给水 量的测量值和设定值偏差很小，控制效果较好。 2 ．3 旋流器矿浆浓度控制 水力旋流器溢流矿浆是磨矿作业最终产品，其 粒度受水力旋流器进浆浓度的影响极大。一般情况 下，当矿石性质变化不大时，分级设备的溢流产品 粒度与浓度有一定关系，因此将水力旋流器的进矿 管浓度保持在一定范围之内，有助于将水力旋流器 的溢流产品粒度控制在某一个范围内。根据工艺流 程的特点，通过调整加入到磨机泵池中的水流量的 方式来调整旋流器给矿管的浓度，控制框图如图6 所示。该回路浓度控制采用了串级闭环控制，辅助 回路调节给水流量，主回路调节浓度。检测元件为 电磁流量计和放射性浓度计，执行机构为气动调节 蝶阀，控制单元为P L C 。气动调节蝶阀的控制采用 现场操作箱控制和远程P L C 控制两种方式，当气 动调节蝶阀由现场控制切换到远程P L c 控制时， 采用无扰动切换的方式。 图6 水力旋流器进浆浓度控制框图 F i g ．6 D e I l s i t yc o n t r o lb l o c kd i 哪弘mo fh y d r o c l 叫e i 叩u ts l m T y 入旋流器矿浆浓度控制曲线如图7 所示。 5 0 堡 { 越 蛏3 0 黉1 5 稍 l O 价Ⅳ儿 ．，厂V ＼P ＼什 一＼J ＼焉慧 3 一阀门开度值 l O 4 ，W1 6 Ⅻ叫 图7 水力旋流器进浆浓度控制曲线图 F i g ．7D e 璐i t rc o n 缸D lc u r v eo fh y d r o c l o 鹏i n p u t s l I l r r y 图7 中，线1 为旋流器进浆浓度设定值，线2 为测量值，线3 为阀门开度值。从控制曲线图上可 以看出，旋流器的进浆浓度基本稳定在设定值上。 气动调节阀动作灵敏，浓度控制非常稳定。 2 ．4 旋流器分级稳定控制 稳定的旋流器进料压力是保证分级效果的关 键。由于旋流器压力受旋流器进料流量的影响，而 矿浆池液位受控于矿浆流量。要使旋流器进料压力 稳定在一定范围内，必须放宽对泵池液位的约束， 因此，用超声波液位计测量液位并送入P L C 系统， 设置液位的上限、上上限、下限、下下限等报警状 态 可根据生产实际情况决定 。采用分段控制策 略，确保旋流器分级稳定。旋流器分级稳定控制系 统图如图8 所示。 旋流器工作 压力设定值 F ’i g ．8 8 0 击 岜 督6 0 禁 培 4 0 入旋流器矿浆压力控制曲线如图9 所示。 T＼’ 一 ’一 ’l 1 2 1 设定值； 2 测量值 1 6 4 5 0 01 6 5 0 0 D 图9 水力旋流器压力控制曲线图 F i g ．9 胁s s u r ec o n 伽lc u r v eo fh y d I D c l o n e 图9 中，线1 为旋流器压力设定值，线2 为压 力测量值。从控制曲线图上可以看出，旋流器压力 控制比较稳定。 2 ．5 旋流器溢流粒度、浓度检测 粒度合格的人选矿浆，对于提高浮选指标，保 证回收率和精矿品位有重要意义，会为企业带来更 大经济效益。通过粒度分析仪测量的旋流器溢流粒 度情况去指导球磨机的给矿量、给水量、旋流器的 进浆浓度、旋流器的工作压力等，可以实现磨矿产 品粒度稳定的目的，例如。如果检测到旋流器溢流 的粒度过细，则在保证一定的粒度情况下，可以加 大给矿量，提高磨机的处理量，反之粒度过粗时则 万方数据 7 0 有色金属 选矿部分2 0 1 2 年第4 期 减小。以保证溢流矿浆的粒度，在此过程中，设置 给矿量设定值的高低限，防止出现“胀肚”或“空 砸”，从而减少磨机过磨或欠磨，提高磨机处理量 和磨机效率。 该项目选择一套北京矿冶研究总院的B P S M 一 Ⅱ浓度粒度一体化分析仪，用来检测三个系列旋流 器的溢流矿浆的粒度和浓度。B P s M 一Ⅱ粒度分析仪 以接触式在线、直接测量矿浆中的颗粒尺寸 矿浆 粒度 。零点校验自动排除漂移。每一台仪器最多 可提供4 个测量流道，对每一个矿浆通道的粒度， 可以同时计算出2 个粒级，自动记录规定时间内 的粒度变化曲线。矿浆粒度测量不受矿浆黏度、温 度、浓度影响，气泡和片状矿物对测量不会造成干 扰，矿浆无需除气、脱磁或稀释。设备防护等级 I P 6 5 ，适用于选矿厂的温度、湿度和环境条件。 2 ．6 附加功能 为了使磨矿车间的操作人员能够方便地了解磨 机的运行情况，在磨矿车间配备了L E D 大屏幕， 用来实时显示每个系列的给矿量、旋流器的溢流粒 度、旋流器的溢流浓度等参数，从而为现场操作人 员掌握磨机的运行情况提供依据。 3 控制系统介绍 3 ．1 硬件结构 磨矿自动化控制系统配置图如图1 0 所示，该 系统硬件设备分为3 层，其分别为现场设备层、控 制层和管理层。现场设备层为仪表设备，包括三个 系列的核子秤、流量计、调节阀、液位计、粒度仪 工程师站 浓度粒度分析仪 图1 0 磨矿自动化控制系统配置图 F i g ．1 0C o n f i g u r a t i o nd i 蹭觥Io f 班n d i n gc o n t r o l s y s t e m 等；控制层为西门子的P L C 控制器；管理层为台 式计算机 工程师站 [ N 】。 3 ．2 软件 该系统软件采用W o n d e r w a r e 的I n r I o u c h 软件， 该项目中主要实现的功能有提供友好的人机操作界 面，可以实时显示磨矿过程参数数据 例如矿量、 水量、压力、液位等 ，用户可以对过程参数进行 实时调整和操作；实时显示现场设备的运行状态 例如远程控制，就地控制，运行脖止等 ；实现关 键参数报警功能 例如，泵池液位高低限报警 ； 提供各个控制回路的实时控制曲线，通过曲线可以 观察控制效果；提供历史曲线，供用户查看一定时 间段内设备的运行睛况。 3 ．3 网络通讯方式 控制系统三层设备的通讯方式如下由于整个 磨矿自动控制系统的现场设备不是很多且较集中， 本系统现场设备层与控制层的P L C 控制器通过硬 接线的方式连接；控制层P L C 控制器与管理层的 工程师站之间通过P R O F I B u S D P 连接。 3 ．4 设备选型原则 控制系统设备在选型上选用国内外技术成熟、 性能可靠的先进仪器仪表，结合生产实际，力求使 控制系统安全可靠、操作方便、维护简单，实现生 产过程的集中控制。 4 结论 通过在赤峰某钼矿上使用磨矿自动化控制系 统，实现了磨矿生产过程的集中监控，使选厂仅通 过一台电脑就能够非常清楚地掌握整个磨矿自动化 的运行状态，可以根据现场情况自由选择远程自动 或就地操作两种方式对现场设备的控制，可以方便 地查看当前及过去一段时间内设备的运行状态。通 过磨矿自动化，可以减少操作人员的劳动强度，使 操作工从繁杂的重复劳动中解脱出来，同时该系统 具有一定的扩展空间，适用于该系统将来的升级及 优化。 由于我国选矿自动化起步较晚，自动化技术与 中国的矿山实际情况密切结合还有很长的路要走； 各矿山企业的自动化发展水平参差不齐，对自动化 在矿山企业中起到的作用认可程度不尽相同；我国 选矿厂现场操作人员自动化水平也相差较大。由于 以上原因我国的选矿自动化基本处在稳定控制阶 段，部分企业开始做全厂优化控制，随着以上制约 I 下转第7 8 页l 万方数据 7 8 有色金属 选矿部分2 0 1 2 年第4 期 2 在生产现场工业试验表明，使用新药剂 H T ，能够得到锂云母精矿品位4 ．6 5 ％，回收率 6 0 ．2 3 ％的较好指标，新药剂H T 被证明能实现对锂 云母的有效回收。 参考文献 [ 1 ] 陈小爱．宜春钽铌矿提高长石产品质量的几项技改措施 [ J ] ．江西有色金属，2 0 0 r 7 ，2 l 3 9 一1 0 ． [ 2 ] 陈小爱．提高锂云母精矿品位及回收率的试验探讨[ J ] ． 江西有色金属，2 0 0 7 ，2 l 1 1 8 1 9 ． [ 3 ] 陈明星，贺伯诚，喻建章．宜春钽铌矿锂云母浮选技 术改造实践[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 5 2 6 8 ． [ 4 ] 刘仁梁．宜春钽铌矿难选次生细泥选矿工艺研究评述 [ J ] ．有色金属 选矿部分 ，1 9 9 8 4 2 4 - 2 8 ． [ 5 ] 岳紫龙，李宏建，周亚飞．江西某钽铌矿浮选药剂调 整研究[ J ] ．中国矿山工程，2 0 0 6 5 7 9 ． e ／≯ ，≯ ／斗 ／玉 ／夺 ／仝 ／≈ ／斗 ／斗 ／仝 ／斗 ／≈ ／佘 ／奢 ／夺 ／佘 ／；、 仓 ／会 ／；＼ ／佘 ／佘 ／乱 仓乡窖e ／；＼ ／i 、 ／佘 ／小 ／i ＼ ／乱 饿饿／兮 上接第7 0 页 因素的不断克服，相信我国的选矿自动化将会再上 一个新台阶，向优化控制、智能化选矿、无人车间 的方向不断迈进。 参考文献 [ 1 ] 白伟．磨矿分级控制系统的开发与应用[ J ] - 自动化应 用，2 0 1 0 1 2 8 9 ． [ 2 ] 李乐亭．钢铁企业过程检测和控制自动化设计手册[ M ] ． 北京冶金工业出版社，2 0 0 0 5 4 7 5 5 2 ． [ 3 ] 唐绍义．浅谈选矿自动化的应用[ J ] ．金属矿山，2 0 0 9 增刊 4 1 3 4 1 6 ． [ 4 ] 邹金慧，高兰，黄宋魏．自动化控制技术在磨矿分级中 的应用[ J ] ．数据采集与处理，2 0 0 8 ，2 3 增刊 1 3 1 一1 3 4 ． [ 5 ] 孙景敏，李世厚，张艳伟，等．选矿厂磨机给矿自动控制 系统设计研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 7 6 3 9 - 4 1 ． [ 6 ] 朱江，刘银生，刘恒柏，等．湖北三鑫金铜公司选厂磨 矿自动化改造与应用[ J ] - 有色金属 选矿部分 ，2 0 1 1 增刊1 2 4 l 2 4 3 ． [ 7 ] 王占峰．包钢选矿厂磨矿自动化系统[ J ] ．包钢科技， 2 0 0 5 ，3 1 4 ．7 4 7 6 [ 8 ] 黄宋魏，张博亚，沈志刚，等．磨浮作业综合自动化系统 [ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 7 4 3 8 4 2 ． 一 ／夺 ，≯ ／斗 ／孓 ／玉 ／斗 岔 ／一 ／仝 ／玉 ／孙 ／≈ ／乱 ／o ／小 ／乱 仓 ／；＼ 饿／富＼ ／乱 ／乱 ＼ ／吨＼ ／＼ ／＼ 饿／；吨屑＼，兮占乍＼ ／昏 骨 新书推荐 硅酸盐矿物精细化加工基础与技术已由冶金工业出版社出版，书号I s B N9 7 8 7 5 0 2 4 5 9 4 4 4 ， 定价3 9 ．0 0 元。 硅酸盐矿物精细化加工基础与技术作者为中南大学杨华明教授、唐爱东教 授。全书共分7 章，第1 ～3 章为硅酸盐矿物精细化加工基础，分别介绍硅酸盐矿物 的结构特征、应用开发和精细化加工现状，硅酸盐矿物的应用矿物学，硅酸盐矿物 的活化改型。第4 ．7 章为硅酸盐矿物精细化加工技术，重点介绍铝硅酸盐矿物制备 聚合氯化铝、铝硅酸盐矿物制备纳米氧化铝、硅酸盐尾渣制备白炭黑、硅酸盐矿物 制备4 A 分子筛干燥剂。 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