關(guān)于濕式球磨機(jī)特性探討

周 偉

（浙江德創(chuàng)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，浙江紹興 312000）

關(guān)于濕式球磨機(jī)特性探討

周 偉

（浙江德創(chuàng)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，浙江紹興 312000）

目前，濕式球磨機(jī)在我國(guó)的選礦行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，但是其能耗高達(dá)一半，甚至更高，其內(nèi)部工作機(jī)理更是不簡(jiǎn)單，目前對(duì)其內(nèi)部特征的數(shù)學(xué)應(yīng)用模型還沒(méi)有研究出來(lái)，這就決定了對(duì)球磨機(jī)特性及控制策略的掌握十分有必要。

濕式球磨機(jī)；傳統(tǒng)控制；數(shù)據(jù)融合；智能控制

1 濕式球磨機(jī)特性

1.1 干式球磨機(jī)外部特性

目前，都是直接用消耗的有用功率來(lái)表述干式球磨機(jī)的工作特性，如下方程（1）：

方程式中D、V、N、W分別為球磨機(jī)的幾何尺寸、轉(zhuǎn)速、礦石性質(zhì)、介質(zhì)充填率。D和v是特定磨機(jī)的常數(shù)；而功率是特定礦石充填率的函數(shù)，

即

圖1是P與W的關(guān)系圖。很明顯，磨機(jī)消耗功率P隨著充填率W增加而增加，這個(gè)時(shí)候磨機(jī)工作狀態(tài)是在欠載工作Ⅰ區(qū)；功率P隨著W增加到Wm時(shí)達(dá)到最大值Pm，此時(shí)二者均為極值點(diǎn)；當(dāng)W再繼續(xù)增加下去時(shí)磨機(jī)功率則隨之下降，磨機(jī)工作狀態(tài)則處在最佳工作Ⅱ區(qū)；W再接下去增加，磨機(jī)功率及排礦量也跟著下降，這個(gè)時(shí)候磨機(jī)的進(jìn)礦量超過(guò)排礦量，一段時(shí)間后出現(xiàn)“脹肚”現(xiàn)象，磨機(jī)工作狀態(tài)則處在 “脹肚”工作Ⅲ區(qū)。因此，在Ⅱ區(qū)內(nèi)磨機(jī)工作狀態(tài)是最好的，只要有效保持該狀態(tài)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，就能將磨機(jī)的處理能力最大限度地發(fā)揮出來(lái)。

圖1 干式球磨機(jī)工作特性

1.2 濕式球磨機(jī)外部特性

不難看出，圖1中的磨機(jī)工作特性是一個(gè)具有單變量的極值特性的只適用于干式球磨機(jī)的理想曲線(xiàn)。而濕式球磨機(jī)有些不同，如果充填率是常數(shù)，功率P隨著磨礦濃度R的變化而變化，這個(gè)時(shí)候方程式（2）則變?yōu)椋?/p>

由此看來(lái)，在方程式（3）中的W，R，N三個(gè)變量在生產(chǎn)過(guò)程隨機(jī)影響功率，因?yàn)槿狈斓V及檢測(cè)礦石可磨性和可選性的儀器，礦石性質(zhì)的變化是最明顯的。在實(shí)踐過(guò)程當(dāng)中，襯板磨損越大，磨機(jī)的有效容積V也越大，對(duì)磨機(jī)功率P的影響也比較大；當(dāng)充填率W不變時(shí)，P值也受磨機(jī)內(nèi)的鋼球、礦石及水的影響。鋼球量補(bǔ)加的間斷性存在于大部分礦山中，其在兩次加球之間有一個(gè)漸變過(guò)程，且時(shí)常突變，該突變性具有普遍性。而影響P值的另一個(gè)重要原因是鋼球的粒級(jí)組成。因此，磨機(jī)工作特性表現(xiàn)為一個(gè)動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)，且變量和極值均有多個(gè)。方程（4）對(duì)其描述準(zhǔn)確：

方程式中B、K、T分別是鋼球質(zhì)量、有球徑組成的配比、時(shí)間。

1.3 濕式球磨機(jī)動(dòng)態(tài)特性分析

1）球磨機(jī)和鋼球配比為定數(shù)，隨著礦石性質(zhì)變化P-則形成一組曲線(xiàn)，曲線(xiàn)的左右移動(dòng)受礦石可磨性好壞的影響。

2）決定磨機(jī)充填率變化的是Q（給礦量）、S（后水補(bǔ)加量）、F（返砂量），即

3）用振動(dòng)式負(fù)荷儀來(lái)測(cè)試磨機(jī)充填率可以得知，磨機(jī)振動(dòng)與W之間成反比。

4）在386中國(guó)工程科學(xué)第七卷中顯示，在一定范圍的內(nèi)螺旋分級(jí)機(jī)的溢流濃度與細(xì)度的關(guān)系接近于一條曲線(xiàn)。

5）溢流濃度與分級(jí)機(jī)返砂量也成反比。

6）溢流濃度和給礦量決定著磨機(jī)的循環(huán)負(fù)荷。當(dāng)溢流濃度是定數(shù)，礦石性質(zhì)和鋼球的變化主要由循環(huán)負(fù)荷即返砂量的大小來(lái)決定。在鋼球不變的情況下，循環(huán)負(fù)荷與礦石可磨性成正比。

7）在溢流濃度、礦石性質(zhì)及磨礦濃度三者都為定數(shù)的情況下，鋼球量的變化隨循環(huán)負(fù)荷Pm值的變化而變化。

8）從進(jìn)礦到出礦磨礦就是一個(gè)時(shí)間為100～120s的延遲系統(tǒng)。

以上十大特性顯示，磨礦分級(jí)過(guò)程存在的變量較多，且受時(shí)間影響的非線(xiàn)性系統(tǒng)。由于濕式球磨機(jī)的工作原理太過(guò)復(fù)雜，難以把握其規(guī)律性，因此，到目前為止在實(shí)踐中還沒(méi)有一個(gè)數(shù)學(xué)模型能夠精準(zhǔn)描述其內(nèi)部特征并指導(dǎo)工作。這些年來(lái)，磨機(jī)外部的工作特征被認(rèn)為是“雷池”，只能講其外部作為研究重點(diǎn)，盡管如此，數(shù)學(xué)方程式也無(wú)法準(zhǔn)確表述其外部的工作特性。

2 濕式球磨機(jī)的傳統(tǒng)控制策略

目前，國(guó)內(nèi)外還是沿用傳統(tǒng)的濕式磨機(jī)控制策略，如下：

1）依據(jù)濕式球磨機(jī)的工作原理，采用PID、前饋、恒定給礦及定比給水等控制。這些控制方式雖然并不需要非常準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型來(lái)指導(dǎo)，但仍要求精確檢測(cè)被控和輸入的變量，以達(dá)到穩(wěn)定磨礦的目的。

2）極值控制是依據(jù)極值曲線(xiàn)而設(shè)計(jì)的。其需要變量和極值的穩(wěn)定，其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要參考磨機(jī)具有單變量極值的外部特性。由于濕式球磨機(jī)具備變量多、非線(xiàn)性及隨機(jī)性等特征，因此，只有干式自磨機(jī)才適合應(yīng)用這種控制方式。

3）無(wú)須數(shù)學(xué)模型并具有極值且變量和極值都是變數(shù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制。該系統(tǒng)有自動(dòng)搜尋功能，并在功率極值Pw附近運(yùn)行，而功率極值又時(shí)常變化，這主要是因?yàn)榈V石性質(zhì)、磨礦濃度、鋼球量及充填率等變量影響著濕式球磨機(jī)。磨機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，主要是由于搜尋Pw是一個(gè)變量的過(guò)程，磨機(jī)給礦量也要隨之變化。這種方式適用于Pw值相對(duì)穩(wěn)定的磨機(jī)，抗干擾能力差，只能小幅度提高磨機(jī)效率，且對(duì)變量檢測(cè)要求非常精準(zhǔn)。

由此看來(lái)，傳統(tǒng)的控制策略只能對(duì)過(guò)程和參數(shù)進(jìn)行特定、含糊的判斷和控制，而根本無(wú)法對(duì)介質(zhì)沖填率、磨礦濃度及料球比等球磨機(jī)內(nèi)部的重要參數(shù)進(jìn)行有效的判斷和控制，再加上磨礦分級(jí)過(guò)程極為復(fù)雜，因此，這些控制策略無(wú)法從根本上解決優(yōu)化控制問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)電力行業(yè)已經(jīng)廣泛運(yùn)用以濕式球磨機(jī)為主要設(shè)備的煙氣脫硫技術(shù)。濕式和普通球磨機(jī)攜帶的介質(zhì)各不相同，前者攜帶的是空氣，后者則是水，這決定了其系統(tǒng)的組成和運(yùn)行也有別于普通球磨機(jī)。

[1]劉順望.脫硫濕式球磨機(jī)堵磨原因分析及處理[J].電力科技與環(huán)保，2014，（03）.

河北專(zhuān)項(xiàng)整治焦化行業(yè)污染 壓減產(chǎn)能600萬(wàn)噸

日前河北省大氣辦印發(fā)《河北省焦化行業(yè)污染整治專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)方案》，提出到到今年年底前，現(xiàn)有焦炭生產(chǎn)企業(yè)全部達(dá)標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)廢水不外排。同時(shí)開(kāi)展焦?fàn)t煙氣脫硝試點(diǎn)工作，到2017年底，全省焦化行業(yè)達(dá)到國(guó)家清潔生產(chǎn)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以上水平，氮氧化物實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

河北專(zhuān)項(xiàng)整治焦化行業(yè)污染壓減產(chǎn)能600萬(wàn)噸

河北省大氣辦日前印發(fā)的《河北省焦化行業(yè)污染整治專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)方案》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《方案》)提出，到今年年底，通過(guò)退出轉(zhuǎn)型，壓減焦炭產(chǎn)能600萬(wàn)噸，確?，F(xiàn)有焦炭生產(chǎn)企業(yè)全部達(dá)到污染物排放要求。

開(kāi)展焦化行業(yè)污染整治專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)，是今年河北省防治大氣污染實(shí)施的四大專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)之一。《方案》提出，嚴(yán)格環(huán)境執(zhí)法檢查，通過(guò)退出轉(zhuǎn)型一批、改造提升一批、兼并重組一批、停產(chǎn)整治一批，嚴(yán)控焦炭產(chǎn)能，強(qiáng)力推進(jìn)污染物達(dá)標(biāo)排放和管理。

通過(guò)整治，到今年年底前，現(xiàn)有焦炭生產(chǎn)企業(yè)全部達(dá)標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)廢水不外排。開(kāi)展焦?fàn)t煙氣脫硝試點(diǎn)工作，到2017年底，全省焦化行業(yè)達(dá)到國(guó)家清潔生產(chǎn)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以上水平，氮氧化物實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。到2018年底，全省焦化行業(yè)煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放總量分別控制在10萬(wàn)噸、5萬(wàn)噸、15萬(wàn)噸以?xún)?nèi)，較2015年分別削減57%、50%、50%。

《方案》提出，嚴(yán)控焦炭產(chǎn)能，2018年底，全省焦炭產(chǎn)能控制在1億噸以?xún)?nèi)。嚴(yán)把煉焦項(xiàng)目審批關(guān)，不再審批煉焦新增產(chǎn)能項(xiàng)目。堅(jiān)決淘汰落后產(chǎn)能，對(duì)污染嚴(yán)重、經(jīng)營(yíng)困難、污染治理難度大的企業(yè)，鼓勵(lì)和支持其主動(dòng)退出，轉(zhuǎn)型發(fā)展。在建項(xiàng)目的備案、環(huán)評(píng)等手續(xù)不全的，一律停止建設(shè)。新建成項(xiàng)目手續(xù)不全的，一律不準(zhǔn)投產(chǎn)。到今年年底，未開(kāi)展污染治理項(xiàng)目建設(shè)，且經(jīng)環(huán)保部門(mén)監(jiān)測(cè)不達(dá)標(biāo)的焦炭生產(chǎn)企業(yè)，一律由當(dāng)?shù)卣婪ㄓ枰躁P(guān)停。

河北省將對(duì)責(zé)任不落實(shí)、工作不得力，未按期完成目標(biāo)任務(wù)的，嚴(yán)格實(shí)施問(wèn)責(zé)，并在全省范圍內(nèi)予以通報(bào)。對(duì)整治不力、偷排偷放、超標(biāo)排放等行為，堅(jiān)決予以曝光并依法嚴(yán)厲查處。

（摘自：中國(guó)化工信息網(wǎng)）

Discussion on Characteristics of A Wet Ball Mill

Zhou Wei

At present，the wet ball mill is widely used in the mineral processing industry in our country，but its energy consumption up to half，or even higher，the internal working mechanism is simple，it is currently a good internal features of mathematics model does not come up，This determines the characteristics and control strategy of ball mill master is necessary.

wet ball mill；transmission control；data fusion；intelligent control

TD453

B

1003–6490（2016）04–0253–02

2016–04–16

周偉（1980—），男，浙江杭州人，工程師，主要從事環(huán)境保護(hù)工程設(shè)計(jì)及管理工作。