張國勝，謝廣峰，陳彥亭

（1.河鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司，河北唐山 063009；2.河鋼集團(tuán)礦山設(shè)計有限公司，河北唐山 063700）

0 引言

某鐵礦屬于老礦山企業(yè)，同時又是一個開發(fā)利用低品位鐵礦資源的代表性企業(yè)。近年來該礦取得了較好的效益，但伴隨著鐵礦行業(yè)的持續(xù)低迷，企業(yè)生存壓力日漸增大[1]。該礦以自身實際出發(fā)，針對選廠流程中的制約點進(jìn)行了全方位排查。目前，國內(nèi)多數(shù)磨選工藝設(shè)備需要現(xiàn)場崗位啟停控制，流程啟動時間長，無論是從設(shè)備損耗、能耗、水耗上來說都是極大浪費(fèi)。磨選工藝能耗高，如何節(jié)能降耗、提升磨礦產(chǎn)量是一直存在的難題。因此，結(jié)合河鋼礦業(yè)各礦山選礦自動化控制的實踐經(jīng)驗，融合當(dāng)前國內(nèi)成熟信息化技術(shù)，為老礦山企業(yè)帶來新活力。

1 選廠概況

該選廠的磨選流程為階段磨礦階段選別流程，最終產(chǎn)品為鐵精礦。一段磨礦為一段球磨機(jī)+螺旋分級機(jī)。以二選廠為例，其設(shè)計年處理原礦石400萬t，年產(chǎn)鐵精粉37.54萬t，磷精礦10.88萬t。在一段磨礦分級過程中，影響系列處理能力及磨礦產(chǎn)品粒度的因素有：給礦量、礦石粒度及硬度、分級機(jī)返砂量、磨機(jī)磨礦粒度及濃度、介質(zhì)充填率、襯板狀況及球荷球比等。上述因素的多變性及隨機(jī)性，增加了磨礦分級過程控制的難度，經(jīng)過該磨礦分級過程分析，選取對影響磨礦效果比較直接的因素進(jìn)行檢測和控制。但整個流程的崗位上基本由人工對生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程的在線操作和監(jiān)控一線工人的勞動強(qiáng)度很大，生產(chǎn)設(shè)備的潛能沒有被激發(fā)出來，主要設(shè)備的處理量和運(yùn)轉(zhuǎn)率沒有實現(xiàn)最大化。

2 選廠信息化系統(tǒng)

信息化的選廠是為了提升產(chǎn)品競爭力與質(zhì)量，其建設(shè)不能一蹴而就，需要長期的努力與變革，其根本是運(yùn)營模式的變化，而智能化是信息化選廠的基礎(chǔ)與核心[2]。本文結(jié)合相應(yīng)的選礦工程經(jīng)驗，對信息化系統(tǒng)在選廠生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

2.1 控制與測控硬件的安裝

控制柜由磨機(jī)控制儀及輔助電氣部件組成，磨機(jī)控制儀可實現(xiàn)給料量檢測與控制、給水量檢測與控制、磨音檢測、磨機(jī)電流檢測。測控檢測儀表有水流量檢測的渦輪流量計；水流量控制的電動閥門；磨音檢測的磨音電耳（磨音頻譜儀）的傳感器；用于磨機(jī)電流檢測的電流變送器等。

2.2 監(jiān)控層、管理層信息化的搭建

值班崗位人員通過安裝在值班室內(nèi)的計算機(jī)運(yùn)行界面來觀察磨機(jī)負(fù)荷量狀態(tài)、磨機(jī)電流、料量、水量等工藝參數(shù)。對系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行修改，對運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行操作。管理者可通過安裝在調(diào)度辦公室的計算機(jī)隨時了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，便于生產(chǎn)調(diào)度的監(jiān)督與管理。

2.3 信息化的技術(shù)框架

局域網(wǎng)絡(luò)化管理采用客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)即C/S結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)來自監(jiān)控計算機(jī)。為了保證控制層的可靠性，服務(wù)器與監(jiān)控計算機(jī)的采用RS485及MODBUS協(xié)議，從而保證了管理計算機(jī)的病毒不會侵入到控制級由監(jiān)控計算機(jī)傳送來的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，同時具有數(shù)據(jù)顯示、運(yùn)行曲線顯示、報警輸出、打印等功能?？蛻魴C(jī)從數(shù)據(jù)庫取得數(shù)據(jù)，完成相應(yīng)的顯示、數(shù)據(jù)綜合、報表打印等工作。集團(tuán)管理層網(wǎng)絡(luò)下監(jiān)控采用瀏覽器/服務(wù)器（B/S）模式。服務(wù)器可以租用公共服務(wù)空間，也可以使用集團(tuán)服務(wù)器，數(shù)據(jù)從廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上獲取，也可通過5G獲取。職能部門可以通過訪問Internet網(wǎng)頁觀察現(xiàn)場的運(yùn)行情況，獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)[3-6]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)工作示意圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)工作示意圖

3 一段磨礦流程智能化設(shè)計

磨礦分級是選礦生產(chǎn)的主要工藝環(huán)節(jié)，選用的大型裝備多，也是選礦廠能耗的主要過程，采用自動化控制技術(shù)是穩(wěn)定提升各項工藝指標(biāo)的主要手段［7］。為了方便現(xiàn)場檢修與維護(hù)，系統(tǒng)備有手動控制與本地/遠(yuǎn)程控制。在生產(chǎn)中的集中連鎖控制、生產(chǎn)過程控制屬于最基本的自動化改造，只有在此基礎(chǔ)上才能進(jìn)一步實現(xiàn)智能化控制。因此本文從磨礦的負(fù)荷智能控制、專家控制、磨機(jī)產(chǎn)量優(yōu)化控制等方面進(jìn)行了分析與設(shè)計。

3.1 磨礦負(fù)荷智能優(yōu)化控制的結(jié)構(gòu)

料量閉環(huán)控制、水量閉環(huán)控制、料水比例控制構(gòu)成了磨機(jī)基本控制。負(fù)荷給定閉環(huán)構(gòu)成了磨機(jī)負(fù)荷專家控制，最外環(huán)構(gòu)成了系統(tǒng)的優(yōu)化控制系統(tǒng)。智能優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 智能優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)圖

3.2 磨機(jī)負(fù)荷的智能優(yōu)化控制

3.2.1 智能判斷

合理的礦石裝載量是保證球磨機(jī)處理效率的重要條件。磨機(jī)的負(fù)荷狀況即充填率，即指磨機(jī)中物料容積占磨機(jī)有效容積百分?jǐn)?shù)[8]。由于磨機(jī)在工作過程中，其聲音、頻率的高低，與礦物的充填量和礦石性質(zhì)有著密切關(guān)系。當(dāng)?shù)V物充填少時，磨音清脆，反之沉悶。使用磨音頻譜儀檢測磨機(jī)礦石裝載量變化的情況。針對不同狀態(tài)、不同環(huán)境的磨機(jī)聲音在頻譜上存在差別，磨音頻譜分析儀能夠排除背景噪聲的干擾，自動分析出最能體現(xiàn)磨機(jī)狀態(tài)的特殊區(qū)域的頻率，這就能夠在排除干擾的前提下準(zhǔn)確判斷磨機(jī)的狀態(tài)。如圖4所示，根據(jù)磨音頻譜的高低預(yù)判斷出磨機(jī)的負(fù)荷料位。

3.2.2 自動調(diào)節(jié)控制

磨機(jī)在自動運(yùn)行時，磨音低于設(shè)定值時，系統(tǒng)會減小給料量和給水量；磨音高于設(shè)定值時，系統(tǒng)會加大給料量和給水量，使磨音恢復(fù)到設(shè)定值附近。磨音較大時，磨機(jī)負(fù)荷太小，產(chǎn)量降低；磨音較小時，磨機(jī)負(fù)荷太大，產(chǎn)量也會降低；合理的磨音，磨機(jī)負(fù)荷適中，這時的磨礦的產(chǎn)量最高，此時磨音才是最佳磨音。因此，運(yùn)行在略高于最佳磨音點附近，才能實現(xiàn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。

3.2.3 專家經(jīng)驗控制

磨音信號高低與磨機(jī)內(nèi)負(fù)荷的高低相關(guān)，給礦量越少磨音越高，反之則磨音越低。礦石性質(zhì)發(fā)生變化是磨礦作業(yè)時經(jīng)常遇到的問題，工人進(jìn)行調(diào)節(jié)也較為復(fù)雜，如調(diào)整不及時嚴(yán)重干擾作業(yè)的穩(wěn)定性。既使有效地進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，磨機(jī)很難以達(dá)到最佳處理能力，間接還會影響到分級溢流濃度、粒度的合格率。礦石的給料性質(zhì)變化會直接影響磨機(jī)的磨礦效率，并在循環(huán)負(fù)荷中有明顯變化。

3.2.4產(chǎn)量優(yōu)化控制

圖4 磨音頻譜趨勢圖

當(dāng)磨機(jī)負(fù)荷較小時，磨機(jī)處理能力較低，反之，磨機(jī)處理能力也降低；當(dāng)負(fù)荷適中時，磨機(jī)處理能力達(dá)到最高值，磨機(jī)的消耗功率也接近最高。所以在系統(tǒng)工作在最高的功率下，磨機(jī)的處理能力可達(dá)到最高。系統(tǒng)通過磨機(jī)的運(yùn)行曲線，確定磨機(jī)的工作點，當(dāng)工作點的磨機(jī)負(fù)荷大于最佳工作點時，減小磨機(jī)給礦量；當(dāng)工作點的磨機(jī)負(fù)荷小于最佳工作點時，增加磨機(jī)給礦量。最終使磨機(jī)負(fù)荷運(yùn)行在最高狀態(tài)下。

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)的投入使用后，可提高處理量5%～10%，按照增產(chǎn)10%計算。增產(chǎn)部分中的精粉可節(jié)約成本100元/t，僅增產(chǎn)量可為企業(yè)帶來的年利潤230余萬元，同時也可提高精礦品位、減少崗位工、延長設(shè)備維護(hù)周期、降低能耗等間接經(jīng)濟(jì)效益。為了能夠持續(xù)穩(wěn)定地為公司提供鐵精粉產(chǎn)量，應(yīng)加快對該礦的系統(tǒng)進(jìn)行“新線”信息化升級改造工作，盡快實施建設(shè)。