磨礦過程智能優(yōu)化控制技術(shù)研究與應(yīng)用

耿帥，姚婧

（礦冶科技集團(tuán) 自動(dòng)化所，北京 100000)

1 研究背景

某公司磨礦工藝系統(tǒng)受到給礦不穩(wěn)定、礦石性質(zhì)多變、礦石大小不一等多方面因素影響，整個(gè)磨礦過程參數(shù)波動(dòng)明顯。影響磨礦效率的因素很多，常見的因素包括給礦量、給礦粒度、礦石性質(zhì)、磨機(jī)加球量與加球時(shí)間間隔、襯板磨損度、格子板磨損度、返砂濃度、磨機(jī)負(fù)荷、頑石返回量及旋流器壓力等。由于這些因素是實(shí)時(shí)變化的，因此傳統(tǒng)的磨礦車間主要依靠人工調(diào)整工藝參數(shù)。然而，人工調(diào)整往往具有滯后性，導(dǎo)致半自磨進(jìn)礦量及渣漿泵泵池液位波動(dòng)大，進(jìn)入浮選工藝礦漿的流量、濃度、細(xì)度不穩(wěn)定，對后續(xù)的浮選工藝流程造成了不利影響。本文結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，在分析了上百個(gè)完整的磨礦工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，擬針對該選礦廠當(dāng)前的工況，找出磨礦濃度、磨礦細(xì)度、磨機(jī)進(jìn)礦量、頑石返回量以及旋流器壓力等工藝參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行磨礦過程智能優(yōu)化控制技術(shù)研究，以期最大限度地發(fā)揮磨礦處理能力。

2 優(yōu)化控制

2.1 控制目標(biāo)與總體思路

磨礦部分的控制技術(shù)主要包括磨機(jī)回路專家控制技術(shù)和旋流器回路專家控制技術(shù)[1-2]。其中，磨機(jī)回路專家控制技術(shù)又分為磨機(jī)智能給礦專家控制技術(shù)和礦石比率專家控制技術(shù)；旋流器回路專家控制技術(shù)主要是磨礦濃度專家控制技術(shù)和磨礦粒度專家控制技術(shù)。

本項(xiàng)目控制目標(biāo)如下：1）在物位、流量等現(xiàn)有常規(guī)儀表之外，利用磨機(jī)負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)、粒度儀等礦山專用檢測設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測磨機(jī)負(fù)荷狀態(tài)及分級生產(chǎn)指標(biāo)。通過優(yōu)化整定給礦、給水等基礎(chǔ)回路的控制參數(shù)，保證底層給定量的穩(wěn)定。2）工藝流程檢測數(shù)據(jù)及基礎(chǔ)回路控制數(shù)據(jù)歸檔形成過程生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。在對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行專家規(guī)則挖掘和工藝經(jīng)驗(yàn)提取的基礎(chǔ)上，建立專家規(guī)則庫，實(shí)現(xiàn)磨礦過程的專家控制。3）對控制回路、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及生產(chǎn)指標(biāo)的變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)監(jiān)控，判斷工藝流程的穩(wěn)定性、可靠性及設(shè)備負(fù)載狀態(tài)，根據(jù)磨機(jī)的負(fù)載變化情況及溢流粒度及時(shí)調(diào)整操作條件，使得磨礦流程工作在最佳工作點(diǎn)附近。在保證整個(gè)磨礦工序操作智能化、生產(chǎn)安全平穩(wěn)的前提下，滿足后續(xù)浮選工藝流程的供礦粒度和濃度。4）通過完善的系統(tǒng)試車服務(wù)、操作維護(hù)培訓(xùn)服務(wù)、遠(yuǎn)程性能優(yōu)化服務(wù)等全流程，以及持續(xù)的專家分析和設(shè)計(jì)服務(wù)，保證本系統(tǒng)的易用性和持續(xù)應(yīng)用。5）通過磨礦過程模型仿真專家的流程建模與評價(jià)服務(wù)，有效地提高專家規(guī)則庫的建立速度和有效性，并輔助專家系統(tǒng)進(jìn)行提升優(yōu)化[3-4]。磨礦控制系統(tǒng)總體思路見圖1。

圖1 磨礦控制系統(tǒng)總體思路

2.2 磨機(jī)回路專家控制技術(shù)

磨機(jī)回路專家控制系統(tǒng)采集給礦量、頑石返回量、磨機(jī)給水量、磨機(jī)負(fù)荷分析儀數(shù)據(jù)、礦石粒度分析儀數(shù)據(jù)、磨機(jī)功率、磨機(jī)軸瓦壓力，以及設(shè)定的給礦量、磨礦濃度范圍、礦石粒度分布范圍等參數(shù)，經(jīng)過專家系統(tǒng)分析判斷，自動(dòng)調(diào)節(jié)重板頻率、給水量、給礦量等[5-7]。

2.2.1 礦石粒度分布專家控制

儲(chǔ)礦倉礦石粒度分布見圖2。當(dāng)?shù)V石通過皮帶從下料口下落到儲(chǔ)礦堆時(shí)，會(huì)自然堆成三角形形體，且大塊的礦石會(huì)自然地順著坡壁自上而下滾落到的兩邊。這樣就形成了如圖2所示的礦石粒級分布規(guī)律，即離下料口越近礦石粒級分布越細(xì)，離下料口越遠(yuǎn)礦石粒級分布越大。

圖2 儲(chǔ)礦倉礦石粒度分布

入磨礦石可分為小礦石、中礦石、大礦石。根據(jù)礦石粒度分析儀測量出這3類礦石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可以得出皮帶上的礦石面積，從而掌握當(dāng)前礦量的大小、各類礦石的比例等參數(shù)。在保證給礦量穩(wěn)定的前提下，專家控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定的大、中、小礦石比率與礦石粒度分析儀檢測出的礦石粒度進(jìn)行對比，自動(dòng)給定和調(diào)整配礦重板的頻率輸出，保證進(jìn)入磨機(jī)的礦石粒度分布合理。

2.2.2 磨機(jī)智能給礦專家控制技術(shù)

磨機(jī)智能給礦專家控制系統(tǒng)主要對檢測到的磨機(jī)功率、磨機(jī)軸瓦壓力、磨機(jī)負(fù)荷分析儀檢測的振動(dòng)強(qiáng)度，以及DCS控制系統(tǒng)檢測到的其他磨機(jī)主要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析處理，并將其作為磨機(jī)是否脹肚的判斷依據(jù)，自動(dòng)調(diào)整給礦量，防止空腹或脹肚。

2.3 旋流器回路專家控制技術(shù)

2.3.1 磨礦濃度專家控制技術(shù)

磨礦系統(tǒng)濃度控制系統(tǒng)見圖3。該系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的濃度與旋流器溢流粒度儀檢測的濃度進(jìn)行對比，檢查實(shí)際濃度是否超出設(shè)定范圍。如果超出范圍則自動(dòng)判斷，調(diào)整給水量；如果在設(shè)定范圍內(nèi)，則保持當(dāng)前狀態(tài)。

圖3 磨礦系統(tǒng)濃度控制系統(tǒng)

磨礦系統(tǒng)中水量的調(diào)整可能會(huì)引起渣漿泵池液位的變化，因此該系統(tǒng)通過調(diào)整旋流器給礦壓力、旋流器給礦濃度、旋流器給礦流量等工藝參數(shù)，既保證了濃度的穩(wěn)定，不至于出現(xiàn)磨礦流程的波動(dòng)，同時(shí)也保證了去浮選工序的流量穩(wěn)定，不會(huì)超過浮選工序的處理能力。

2.3.2 磨礦粒度專家控制技術(shù)

磨礦系統(tǒng)粒度控制系統(tǒng)框圖見圖4。

圖4 磨礦系統(tǒng)粒度控制系統(tǒng)

如圖4所示，粒度調(diào)整以粒度儀測量的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。當(dāng)粒度儀測量的粒度范圍超過了工藝參數(shù)設(shè)定的粒度范圍時(shí)，專家系統(tǒng)則開始粒度的調(diào)整。專家系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)前磨礦系統(tǒng)的狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整旋流器組數(shù)、旋流器給礦流量、旋流器壓力、旋流器溢流流量、旋流器溢流濃度、渣漿泵池液位等主要參數(shù)，專家系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判定選擇調(diào)整哪個(gè)工藝參數(shù)，使粒度達(dá)到理想的效果。

3 應(yīng)用效果

該公司投用優(yōu)化控制系統(tǒng)后，相比人工操作時(shí)，磨礦工藝流程更加穩(wěn)定，生產(chǎn)指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)。優(yōu)化投用前與投用后半自磨機(jī)數(shù)據(jù)對比見圖5。投用前后1 a，半自磨機(jī)噸礦能耗對比見表1，該廠處理礦量見表2，半自磨機(jī)襯板更換記錄見表3。

圖5 優(yōu)化投用前與投用后半自磨機(jī)數(shù)據(jù)對比

表1 磨機(jī)投用優(yōu)化控制前后噸礦能耗對比kWh/t

表2 磨機(jī)投用優(yōu)化控制前后處理礦量對比t

從圖5可以看出，在人工控制下，磨機(jī)功率、軸壓波動(dòng)大，有漲肚的危險(xiǎn)。磨礦過程智能優(yōu)化控制投用后，磨機(jī)功率上升平穩(wěn)，當(dāng)將要超過上限時(shí)，專家系統(tǒng)能自動(dòng)做出調(diào)整，可有效提高磨機(jī)處理量和磨礦效率。

由表1~表3可以看出：1）投用前噸礦能耗平均為5.91 kWh；投用后，噸礦能耗下降為5.42 kWh，平均節(jié)省0.49 kWh/t。2）投用前襯板平均使用天數(shù)為61.5 d；投用后，襯板平均使用天數(shù)為72.6 d，提高襯板使用天數(shù)為11.1 d。3）投用前月均處理礦量為1 104 971 t；投用后，磨機(jī)月均處理礦量1 122 762 t，相當(dāng)于提高處理礦量約24.7 t/h。

優(yōu)化控制投用前后平均濃度、平均粒度對比見表4。

表4 優(yōu)化控制投用前后平均濃度、平均粒度對比 %

由表4可以看出，投用前月平均濃度、粒度波動(dòng)較大，完全依賴于人工控制，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。系統(tǒng)投用后等一個(gè)月屬于調(diào)試自我適應(yīng)期，從8月份起濃度、粒度波動(dòng)都趨于穩(wěn)定，符合進(jìn)入浮選流程要求。優(yōu)化控制投用前后礦石面積對比見圖6。

圖6 優(yōu)化控制投用前后礦石面積對比

可以看出，優(yōu)化控制技術(shù)的應(yīng)用能有效減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)波動(dòng)[8]。

4 結(jié)語

針對磨礦工藝流程控制的復(fù)雜多變性，通過歷史數(shù)據(jù)分析了近8年來的工藝參數(shù)，綜合礦山選礦技術(shù)、自動(dòng)化模糊控制技術(shù)、給礦礦石粒度分布分析技術(shù)、磨機(jī)振動(dòng)負(fù)荷分析儀技術(shù)、關(guān)鍵參數(shù)的軟測量技術(shù)與常規(guī)連鎖控制技術(shù)，完成了磨礦優(yōu)化控制技術(shù)的研究，系統(tǒng)綜合投用率超過90%，實(shí)現(xiàn)了磨礦—分級回路的智能操作，降低了工人操作強(qiáng)度，穩(wěn)定了工藝流程。該技術(shù)在該選礦廠成功應(yīng)用后，旋流器溢流粒度的波動(dòng)幅度平均減小了15%以上，旋流器溢流濃度的波動(dòng)幅度平均減小了8%以上，旋流器溢流流量的波動(dòng)幅度平均減小了20%以上。