磨礦分級自動控制系統在某鉛鋅礦山選礦廠的應用

許躍龍 柴興偉

[摘 ? ?要]根據選礦廠的實際情況，探討一種自動控制系統。生產過程中對最終產品進行實時監控，自動調整各種工藝參數，實現球磨機完全生產自動化，提高加工能力和生產效率。也就是說，在生產中使用先進的測量儀器測量生產數據，通過對上層軟件系統的綜合分析，結合實際生產經驗，可以得到符合當前生產情況的控制結果。

[關鍵詞]磨礦;自動控制;粒度;濃度

[中圖分類號]TD45 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）01–00–04

[Abstract]This article discusses an automatic control system based on the actual situation of the concentrator. During the production process， the final product is monitored in real time， various process parameters are automatically adjusted， the ball mill is fully automated， and the processing capacity and production efficiency are improved. That is to say， the use of advanced measuring instruments to measure production data in production， through the comprehensive analysis of the upper software system， combined with actual production experience， can obtain the control results in line with the current production situation.

[Keywords]grinding; automatic control; particle size; concentration

磨礦作業在整個選礦廠生產流程中起著承上啟下的作用，在選礦廠的基建投資、生產費用（主要是電力、鋼球等）中占有相當大的比重。同步磨礦作業是整個選礦廠的“瓶頸”作業，直接關系到選礦生產的處理能力、磨礦產品的質量（粒度特征、單體解離度、磨礦產品的濃度等），對后續作業指標，尤其是浮選作業的經濟技術指標有很大的影響。

1 磨礦工藝流程

球磨機由粉礦倉下帶式輸送機送至格子型球磨機，由沉沒式雙螺旋分級機送至粗浮選工段，粗浮選返礦送至二段（再磨）球磨機磨礦，再經旋流器分級后送至精浮選工段。球磨機比例給水：根據球磨機的給礦量，調節球磨機加水管上調節閥的閥門開度，以控制給水量。球磨機隨設備所帶檢測儀表及其連鎖保護系統，與選廠控制系統聯網。泵池液面檢測及旋流器進口壓力檢測控制系統：泵池設置液位計，旋流器入口設置壓力變送器，分別檢測其液位和壓力。在水泵液位正常范圍內工作時，通過改變變頻調速裝置的轉速，使旋流器進口壓力穩定下來;當水泵液位過高或過低時，變頻器換成液位信號進行控制。在壓力信號占主導地位后，再切換至相對穩定的控制模式。旋流器入口設流量計、濃度計，進行流量指示和濃度控制，并進行干礦量計算。通過控制泵池的加水量來使旋流器入口濃度穩定在一定范圍內。旋流器出口進行濃度、流量檢測，控制旋流產品為合格產品。

2 磨礦自動控制系統應用探討

（1）磨礦控制目標，通過磨礦自動控制系統調節給礦量能夠克服擾動（主要是礦石性質的影響），保證磨礦生產的正常運行，在保證產品質量和金屬回收率的前提下，使磨機的處理量達到最大（臺時最大）。按照磨礦自動控制系統粒度模型設計調節給礦量、給水量，達到粒度生產指標。根據球磨機的礦漿濃度，磨礦自動控制系統調節磨機的給水量、給礦量和鋼球量，使球磨機工作在最佳磨礦狀態提高磨機的工作效率。通過檢測球磨機的功率及時發現和避免磨機出現“脹肚”事故。通過磨礦自動控制系統控制砂泵池的給水量調節沉沒式雙螺旋分級機的溢流濃度。在磨礦自動控制系統的控制下，在穩定生產的前提條件下，得到合格磨礦產品，并最大限度地提高磨機處理量。

（2）充分發揮磨礦效率的條件。在球磨機過程中，充分發揮磨礦效率主要有三個操作條件來保證：①合理的介質填充率，應通過合理的添加介質制度來保證磨礦效率;②要有合理的球料比，球料比應通過自動調節給礦量來保證;③要有合適的磨礦濃度，磨礦濃度應該通過自動調節磨機入口的加水量來保證。

（3）球磨機內礦石裝載量的判斷。為了球磨機的穩定控制和最優控制，需要準確判斷球磨機的負荷狀態。球磨機的負荷條件是填充率，即球磨機內物料體積占球磨機有效體積的百分比。在實踐中，有兩種信號，填充率的變化有一定的變化規律。這兩個信號是動力和研磨。功率變送器的輸出信號與球磨機中的負載有關。負載越大，功率變送器的輸出越高。然而，在“膨脹”的情況下，功率發射器的信號反而會降低。具體過程見研磨噪聲、功率與磨機填充率的關系圖。通過物理標定，球磨機“鼓包”趨勢點的功率信號可以作為“鼓包”信號的比較值，即臨界點。當功率大于臨界點時，球磨機按照原來的控制流程工作。當功率信號接近或小于臨界點時，表明球磨機有“鼓肚”傾向，控制過程進入“鼓肚”保護部分。當功率信號高于臨界點時，再次下降，說明球磨機內礦石過多，給礦粒度變粗或礦石硬度增加。可以控制輸出進給信號減少或停止進給一段時間，直到功率信號上升并接近某個值，然后才能恢復原來的進給量。正常情況下，原礦給料是球磨機的處理能力允許的，肚子脹的原因一般是原礦粒度和硬度的變化引起的，如圖1所示。

總之，通過功率的變化來判斷球磨機的工作狀態，不僅可以準確測量球磨機的負荷，分析球磨機狀態的變化趨勢，而且可以保證系統的自診斷和自動校正，為球磨機效率的檢測提供基礎數據。并且當其中一個出現故障時，系統仍然可以正常工作，互相保護。

（4）球磨機介質充填率控制是影響球磨機研磨效率的關鍵因素。球磨機介質填充率過高，不僅降低了研磨效率，還增加了能耗。球磨機介質填充率過低，研磨效率低，嚴重影響加工能力和產品質量。通過收集鋼球的添加周期和數量，清理磨機內剩余鋼球的大小，建立一定礦石性質下鋼球的磨損模型，并建立模型仿真，使球磨機控制器能夠以仿真圖的形式掌握球磨機內鋼球的球球比，為操作人員提供球球比的軟測量指標，從而指導操作者根據礦石性質、球磨機的狀態和當前球球比來優化球磨機的控制。根據球耗比（選礦廠通過實驗得到）計算合理的鋼球添加量，通過增加自動加球機實現定時，定量加球，以保證有合適的介質充填率，保證球磨機有較高的磨礦效率。

球磨機鋼球補充控制計算如下：

球磨機損耗鋼球重量：MQ=Q5礦量/Kb球耗比（Qt：Kc）

球磨機補充鋼球數量：NK=MQ/Fw（kg）

球磨機補充鋼球間隔：TK=NK/TN

式中，Q5為單位時間生產礦量（小時或班次）;Kb為處理噸礦損耗鋼球量;Fw為單球重量;TN為生產Q5礦量的時間段。

3 超聲力度分析儀在磨礦作業自動控制中的作用

磨礦回路操作條件的任何變化都會導致循環負負荷和最終產品粒度的變化。這種變化超出了手動操作的控制范圍。利用粒度傳感器連續檢測分級機溢流產物的粒度;可以連續監測回路運行情況;保證生產;超過臨界極限;同時利用粒度檢測信號控制研磨路徑，從而提高產品質量和生產能力，如圖2所示。

3.1 監測作用

實驗表明：棒磨機給礦率的變化對分級溢流產品的影響是始于緩慢的漸進變化，并且在給礦率增、減速度相同時，對一次分級器的溢流產品粒度的反應有所差別。圖2中的曲線A、B分別記錄了棒磨給礦率（圖中的曲線A）在l0 min內勻速減小或增加時，水力旋流器溢流礦漿中200目粒級分布變化情況（圖中曲線B所示）。

這一實驗結果也適用于下述幾種情況：

（1）在給礦率和給礦粒度不變的情況下，增加礦石硬度與增加給礦率具有相同作用。

（2）給礦率和礦石硬度不變的情況下，增大給礦粒度與加大給礦率具有相同作用。

（3）在給礦率、礦石硬度、塊度不變的情況下，分級溢流細度發生變化時，表明磨礦介質不足，磨機襯板磨損厲害，或是由于旋流器給料礦漿性質的變化、分級器排礦口局部堵塞等原因引起的。

因此，礦漿粒度分析儀可以連續監測由上述干擾引起的回路產品粒度分布不必要的不規則變化，以便操作人員在控制臺的顯示屏上及時發現生產過程中可能發生的情況，保證正常生產。礦漿池進水率的階躍變化對水力旋流器溢流產物粒徑的變化有很大的即時反應。在磨礦分級系統中，當棒磨機在恒定給水率的控制下運行時，存在恒定的給水率。然而，礦漿池進料速度的任何變化對溢流產品粒度的影響都可以通過超聲波粒度分析儀完全檢測出來。圖3中的曲線A、B、C分別記錄了礦漿池進料量（曲線A）變化時礦漿濃度（曲線B）和溢流產物粒徑（曲線C）的變化，如圖3所示。

因此，利用超聲波粒度儀的連續檢測信號來控制漿池的進料速度比控制進料速度對最終研磨產品粒度的影響更為重要，是穩定研磨產品粒度的有效控制手段。

3.2 超聲力度分析儀在磨礦與分級自動控制中的應用

當棒磨機在恒定進料控制下運行時，由于操作條件的變化，為了保持產品粒度恒定，磨礦回路要么過載，要么處理能力不足。為了克服上述缺點，自動控制系統利用超聲波粒度分析儀的檢測信號，控制礦漿池的水量，改變循環負荷，保持產品粒度恒定。然而，由于礦漿池的供水控制幾乎沒有能力平衡磨礦產品的粒度，因此受到分級機生產能力的限制。一旦分級機的底流速度和固體含量超過實際生產能力，分離器的出料口就會部分或全部堵塞。在這種情況下，為了保證系統的連續生產，需要暫時放寬對磨礦產品粒度的要求，限制礦漿池的加水量，及時降低棒磨機的給礦速率，以補償礦石硬度或給礦粒度增加帶來的影響。相反，當研磨產品的粒度細度變好時，磨礦回路中會出現“過磨”現象。此時需要立即提高棒磨機的給礦速度，增加處理能力，實現給礦控制的調整。調值給礦控制不但對平衡最終產品粒度的能力大，而且能保證磨礦作業在最大生產能力工-兄下連續運行控制原理敘述如下：

3.2.1 礦漿池給水率控制

就分級設備而言，礦漿池給水率的變化對一次分級設備（水力旋流器）的影響要比對二級分級設備（浮槽）大得多：因此，在該環節中必須從控制一次分級設備的分級效果人手。其控制原理，如圖4所示。

圖4中：SP為設定值，SP為32%，vI、3為電磁流量計，計量礦漿池給水量（m/h），DT2為7射線密度計，檢測礦漿池濃度（kg/dm），TA1為超聲粒度儀，檢測水力旋流器溢流粒度（+200目%）。

3.2.2 調值給礦控制

在礦漿池供水控制的作用下，磨礦產物粒度保持穩定，循環負荷的變化直接反映礦石性質的變化。因此，超聲波粒度分析儀間接為棒磨機的調節值和礦石控制提供了可靠的依據。從圖1可以看出，該控制系統沒有采集和測量水力旋流器的流量。它借用了礦漿池液位控制環節中的電磁流量計FT3和漿液供水環節中使用的射線密度計DT2的檢測信號，通過公式（1）計算出能反映循環負荷變化的指標QX，并用QX調整棒磨機給定值。其計算公式如下：

QX=K1+K2×FA17+DA12×（K3+K2×FAl7）%

（1）式中K1、K2、K3均為系數;

FAJ7為水力旋流器進料流量（m/h）：

DAI2為水力旋流器進料密度（kg/dm）

調值紿礦控，制如圖5所示。

礦石性質發生變化時，在礦漿池加水控制回路的作用下，循環負荷發生變化，循環負荷指數QX的瞬時變化由公式（1）計算。當QX偏離給定值SP時，用PID算法計算其偏差ΔX，調整棒磨給礦率給定值SSP，使磨機能在最大處理條件下運行。一般情況下，通過調整給礦控制值，可使處理能力提高5%以上。

3.3 制約條件

在字值給料控制中，為了保證系統在最大能力工況下的連續生產，需要限制圖4中水力旋流器給漿密度的下限。一旦棒磨機給料硬度或結塊變大，控制系統不會無限期向礦漿池加水，而是暫時放寬對溢流產品粒度的要求，通過調整值給料環節調整給料速率，平衡產品粒度。

4 結束語

磨礦的成本是選礦廠的主要成本之一，而磨礦的質量直接影響選礦生產的技術指標，因此對選礦磨礦的控制極為重要。通過對磨礦專家自動控制應用的探討，為選礦廠成本控制提供了改進方向。同時，提高磨礦產品粒度和濃度控制的準確性，可以大大降低勞動強度，降低磨礦粒度和濃度對選礦指標的影響，為提高選礦指標奠定基礎，取得更好的經濟效益。

參考文獻

[1] 張美義，徐辰華.基于神經網絡的磨礦分級自動控制系統在廣西某選礦廠的應用[J].河南科技，2018（25）：3.

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