孫建國(guó)

(黑龍江紫金銅業(yè)有限公司,黑龍江 齊齊哈爾 161000)

0 前言

某冶煉廠熔煉渣設(shè)計(jì)出渣量為405 033.76 t/a,合1 296.98 t/d,現(xiàn)實(shí)際每天出渣量近1 600 t。緩冷場(chǎng)共有熔煉渣渣包160 個(gè)、冰銅渣包20 個(gè);冷卻噴淋閥門180 個(gè)、水放空閥門180 個(gè)。針對(duì)熔煉渣緩冷生產(chǎn)管理過程中存在的問題和需求,基于新一代信息技術(shù),開展渣包識(shí)別、渣位識(shí)別、噴淋冷卻智能控制、人員識(shí)別、生產(chǎn)調(diào)度等關(guān)鍵問題研究。實(shí)現(xiàn)渣位、渣包、渣車、司機(jī)的智能化管理,實(shí)現(xiàn)渣包、渣位自動(dòng)識(shí)別,實(shí)現(xiàn)噴淋冷卻自動(dòng)化,統(tǒng)計(jì)渣量及各要素的效率或利用率,實(shí)現(xiàn)渣包全壽命管理、噴淋時(shí)間、作業(yè)效率、及時(shí)通知等精細(xì)化管理。結(jié)合信息化處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度,結(jié)合化驗(yàn)數(shù)據(jù)和渣選礦數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)渣中含銅資產(chǎn),為企業(yè)的金屬平衡和成本核算提供數(shù)據(jù)依據(jù)。2019 年8 月投產(chǎn)以來連續(xù)安全運(yùn)轉(zhuǎn),并且實(shí)現(xiàn)無人值守的目的,其系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低、運(yùn)行可靠、安全性高、維護(hù)運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。

1 熔煉渣緩冷智能管理系統(tǒng)概述

該公司冶煉廠熔煉渣緩冷智能管理系統(tǒng)目前是國(guó)內(nèi)首創(chuàng),攻克了熱態(tài)渣包識(shí)別的難關(guān)。該系統(tǒng)采用的技術(shù)涉及智能裝備的改造和使用,智能感知復(fù)雜信號(hào)技術(shù)的使用,4G、Wifi、GPS 無線通訊技術(shù)的使用、通過信息關(guān)聯(lián)處理實(shí)現(xiàn)智能化等技術(shù),各技術(shù)采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法,具有技術(shù)更先進(jìn)的升級(jí)能力和靈活性。系統(tǒng)包括無線通訊(6 個(gè)固定AP站)、車載系統(tǒng)(3 臺(tái)套)、渣包識(shí)別、渣位識(shí)別、噴淋冷卻系統(tǒng)(180 個(gè)噴淋閥+180 個(gè)放空閥)和門禁系統(tǒng)等。系統(tǒng)采用自然緩冷+噴淋水間接緩冷+噴淋水緩冷的工作方式,合理控制熔煉渣緩冷速度,能夠優(yōu)化入選熔煉渣銅顆粒的粒度嵌布,有利于浮選指標(biāo)的提高。因?yàn)橥ㄟ^系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保溫緩冷,礦物的結(jié)晶就會(huì)相應(yīng)長(zhǎng)大,冷卻速度越慢,結(jié)晶越粗,對(duì)后續(xù)渣選礦工段的要求就越低,更有利于選礦。

2 熔煉渣緩冷智能管理系統(tǒng)實(shí)施背景

根據(jù)“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃[1],國(guó)家推動(dòng)發(fā)展智能制造、綠色制造、人工智能、大數(shù)據(jù)、衛(wèi)星應(yīng)用等新一代信息技術(shù)與制造業(yè)融合發(fā)展的一系列產(chǎn)業(yè)政策,以及《集團(tuán)有限公司2018—2022 年戰(zhàn)略規(guī)劃》,熔煉渣緩冷智能管理系統(tǒng)實(shí)施刻不容緩。目前絕大多數(shù)熔煉渣緩冷的管理依然停留在人工階段,渣包信息、緩冷時(shí)間記錄、渣包車輛及水冷設(shè)備參數(shù)等的信息無法及時(shí)準(zhǔn)確的傳遞到渣緩冷場(chǎng)的各個(gè)管理環(huán)節(jié),無法對(duì)緩冷時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確過程控制,影響回收銅顆粒的浮選指標(biāo),同時(shí)導(dǎo)致熔煉渣緩冷管理存在諸多問題,若發(fā)生事故會(huì)嚴(yán)重威脅生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全,嚴(yán)重?fù)p壞周圍設(shè)備和設(shè)施甚至造成火災(zāi),危害極大。如:

(1)自然緩冷時(shí)間,噴淋時(shí)間不夠,渣包車倒包時(shí)出現(xiàn)紅包;

(2)渣包擺放時(shí)位置混淆,包位錯(cuò)放,發(fā)生錯(cuò)包,緩冷時(shí)間不足,導(dǎo)致出現(xiàn)紅包;

(3)渣包隨意擺放,工作人員疏忽誤將空冷渣包放水冷卻,導(dǎo)致爆包;

(4)人員人工輸入難免有錯(cuò)誤,交接班不清出現(xiàn)誤放水及錯(cuò)包情況,極易出現(xiàn)安全隱患;

(5)冰銅、熔煉渣渣包擺放時(shí)位置混淆,包位錯(cuò)放,發(fā)生錯(cuò)包,自然緩冷時(shí)間不夠,開啟噴淋后導(dǎo)致冰銅渣包出現(xiàn)爆包;

(6)冰銅渣包含銅量過高,人工記錄區(qū)分不明顯,自然緩冷時(shí)間不夠,形成白皮現(xiàn)象,導(dǎo)致出現(xiàn)爆包等。

公司利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、衛(wèi)星定位等新一代信息技術(shù),建設(shè)智能化熔煉渣緩冷場(chǎng),建立和完善嚴(yán)格渣緩冷操作流程和管理制度,實(shí)現(xiàn)渣包的智能化管控,對(duì)于提高渣選礦指標(biāo)、渣包利用率和生產(chǎn)效率,降低渣包維護(hù)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度,保障安全生產(chǎn),提升渣緩冷生產(chǎn)管控信息化和智能化水平,推動(dòng)該公司高質(zhì)量發(fā)展,具有重要的意義。智能化熔煉渣緩冷場(chǎng)是公司深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略,創(chuàng)新管理思路和管理模式的重要實(shí)踐[2-3]。

3 熔煉渣緩冷智能管理系統(tǒng)的組成

3.1 通訊系統(tǒng)

緩冷場(chǎng)配置3 臺(tái)渣包車,每臺(tái)渣包車設(shè)1 套車載數(shù)據(jù)處理及無線傳送系統(tǒng),車載系統(tǒng)具備渣包識(shí)別功能,識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別后信息通過無線發(fā)送到后臺(tái)控制系統(tǒng)。中控室可以在線監(jiān)控渣包車的通訊狀態(tài)(聯(lián)機(jī)和脫機(jī))、車輛狀態(tài);通訊系統(tǒng)由車載傳感器、管理中心、控制系統(tǒng)、定點(diǎn)無線AP 站、以太網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線多種通訊方式互聯(lián)成為一個(gè)系統(tǒng)。

圖1 通訊系統(tǒng)架構(gòu)圖及無線通訊點(diǎn)布置圖

3.2 車載系統(tǒng)

渣包車上衛(wèi)星定位裝置采用雙模[4](GPS、北斗)四頻接收機(jī),可接收GPS 和北斗定位信號(hào)對(duì)渣包車進(jìn)行定位;采用雙天線三角定位方法實(shí)現(xiàn)渣位識(shí)別,當(dāng)渣包車取渣包時(shí)車載讀卡器會(huì)讀取到渣包固定位置的RFID 卡,讀出內(nèi)容后與重量信號(hào)、渣包編號(hào)由嵌入式工控機(jī)通過無線通訊WIFI 方式發(fā)送給渣場(chǎng)管理軟件。智能系統(tǒng)的調(diào)度功能會(huì)給駕駛室語音提示,在識(shí)別到渣包后,報(bào)出渣包號(hào)、渣型。到達(dá)指定渣包位時(shí),語音報(bào)出位號(hào),車載系統(tǒng)在駕駛室有顯示屏,顯示系統(tǒng)的所有信息。

3.3 渣包識(shí)別

圖2 車載系統(tǒng)天線、工控機(jī)、顯示屏安裝位置圖

圖3 渣包識(shí)別安裝位置圖于緩冷總貌物理坐標(biāo)圖

渣包編號(hào)自動(dòng)識(shí)別[5]采用了兩種識(shí)別方案相互結(jié)合的方法,從而提高系統(tǒng)的識(shí)別可靠性和穩(wěn)定性。第一種基于渣包地理坐標(biāo)的方案,通過GPS 定位與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地圖重合的坐標(biāo)嵌入渣場(chǎng)總貌圖中,渣位的位置、渣包的位置、渣車的移動(dòng)位置、馬路位置、維修間、熔煉吹煉接渣位置都是按地理坐標(biāo)成比例的實(shí)際反映位置,可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的顯示渣包、渣車的移動(dòng)位置,通過車載的GPS 和北斗雙定位來實(shí)現(xiàn)渣包編號(hào)定位識(shí)別;第二種采用耐高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的射頻RFID 識(shí)別,通過車載讀卡器讀取RFID 內(nèi)存儲(chǔ)的編號(hào)來實(shí)現(xiàn)渣包編號(hào)的識(shí)別。兩種方案結(jié)合,保證渣包識(shí)別的準(zhǔn)確性,基于渣包識(shí)別的準(zhǔn)確性指導(dǎo)運(yùn)包、放包、倒包及噴淋水的自動(dòng)化管理、記錄和指令發(fā)送。

3.4 渣位識(shí)別

渣位自動(dòng)識(shí)別采用三星雙頻產(chǎn)品,精確實(shí)現(xiàn)渣包定位;通過精確定位技術(shù)對(duì)渣包的位置和行車路線進(jìn)行感知和測(cè)量。渣包車司機(jī)可在人機(jī)界面上查看緩冷場(chǎng)渣包的區(qū)位布置信息,根據(jù)渣包車接收到的語音指令,去相應(yīng)的渣位取包、放包、倒渣作業(yè),車上的語音會(huì)智能提示是否放到正確的位置;在管理中心和渣包車上,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)緩冷場(chǎng)渣位的狀態(tài)顯示,空位、空冷、水冷、待倒、故障、待修,用不同顏色直觀表示不同狀態(tài)。

3.5 噴淋冷卻控制系統(tǒng)

圖4 渣位布局畫面

渣包放到位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)渣包冷卻程序,渣包開始計(jì)時(shí),按時(shí)間設(shè)定依次進(jìn)入:空冷-水冷-待倒-空包-空位。渣包的水冷程序分為兩種模式,一種為連續(xù)水冷,一種為斷續(xù)水冷(為了防止連續(xù)噴水爆包),前幾個(gè)小時(shí)為斷續(xù)放水,后面剩下的水冷時(shí)間進(jìn)行連續(xù)放水。控制系統(tǒng)按程序控制渣包噴水閥門,為了防止冬季由于閥門關(guān)閉不嚴(yán),漏水造成管路結(jié)冰,在水冷結(jié)束后,關(guān)閉噴淋水閥門同時(shí)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)打開放空閥;再次打開噴淋水閥門的同時(shí)聯(lián)動(dòng)關(guān)閉放空閥。噴淋冷卻控制系統(tǒng)通過管理系統(tǒng)分渣型(不同渣型緩冷時(shí)間不同)進(jìn)行可靠判斷,精確管理緩冷工藝,實(shí)現(xiàn)安全控制。

3.6 門禁系統(tǒng)

在渣包車去取熔煉渣的行駛路線上,有時(shí)有其它車輛通過,為確保行車安全在路線上設(shè)置自動(dòng)門禁。在GPS 結(jié)合地理坐標(biāo)成比例的實(shí)際反映位置的地圖中,檢測(cè)到渣包車將到達(dá)路口時(shí),系統(tǒng)給門禁系統(tǒng)中的倒計(jì)時(shí)牌發(fā)落桿命令,倒計(jì)時(shí)牌綠燈變紅燈開始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)30 s,并語音播報(bào)“渣包車通過,禁止通行”,30 s 后道閘落桿。待系統(tǒng)通過坐標(biāo)檢測(cè)渣包車通過后發(fā)命令給倒計(jì)時(shí)牌,倒計(jì)時(shí)牌紅燈變綠燈道閘抬桿。允許其他車輛通行。

圖5 噴淋系統(tǒng)控制圖

圖6 門禁位置及控制圖

3.7 熔煉渣智能緩冷系統(tǒng)其他功能

(1)司機(jī)登車插工作卡,可識(shí)別并記錄當(dāng)值司機(jī)的在崗及工作狀態(tài),對(duì)人、車、包、位實(shí)現(xiàn)精確調(diào)度,為人員績(jī)效提供考核依據(jù)。

(2)匯總查詢統(tǒng)計(jì)渣場(chǎng)上空包、熔煉渣總包數(shù)、冰銅總包數(shù)、待倒總包數(shù)、維修總包數(shù)、故障包的數(shù)量;為渣場(chǎng)存儲(chǔ)量提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

(5)渣包進(jìn)出場(chǎng)優(yōu)先記錄查詢,可根據(jù)進(jìn)出場(chǎng)渣包編號(hào)、渣型、車次、班次、日期范圍等多維度查詢,對(duì)查詢范圍內(nèi)的進(jìn)出記錄進(jìn)行渣量和包次統(tǒng)計(jì)。

(6)渣場(chǎng)進(jìn)出場(chǎng)渣量和銅量分析柱圖,為進(jìn)出場(chǎng)渣量、進(jìn)出場(chǎng)銅量分析工作提供參考依據(jù)。

(7)進(jìn)出場(chǎng)渣型渣量占比對(duì)比分析圖,根據(jù)查詢?nèi)掌诜秶?為進(jìn)出場(chǎng)渣型渣量占比分析提供參考,有利于指導(dǎo)下一工序的生產(chǎn)計(jì)劃。

(3)基于渣包編號(hào)識(shí)別,可實(shí)現(xiàn)每個(gè)渣包的使用包次記錄并生成相應(yīng)查詢報(bào)表;包次記錄可提供渣包使用次數(shù)查詢、渣包使用記錄查詢、渣包故障維護(hù)記錄查詢、渣包利用率查詢、人工調(diào)度日志查詢等。這樣可實(shí)現(xiàn)渣包預(yù)修、預(yù)維護(hù)操作,實(shí)現(xiàn)渣包全壽命管理,延長(zhǎng)渣包使用時(shí)間,達(dá)到合理安排生產(chǎn)的目的。

(4)渣位放水時(shí)間查詢,為每個(gè)渣位提供放水時(shí)間歷史查詢功能,可追溯放水曲線。

4 熔煉渣緩冷智能管理系統(tǒng)踐行成果

智能管理系統(tǒng)經(jīng)過一年多的運(yùn)行,可實(shí)現(xiàn)超過設(shè)計(jì)能力20%的處理量,優(yōu)化了熔煉渣銅顆粒的粒度嵌布,提高浮選指標(biāo),現(xiàn)選礦日處理渣量近1 600 t。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,渣場(chǎng)未出現(xiàn)紅包、爆包事故,實(shí)現(xiàn)了無人值守的全自動(dòng)精細(xì)化管理。渣場(chǎng)通過精細(xì)化管理降低了生產(chǎn)和管理成本,達(dá)到了本質(zhì)安全。

圖7 進(jìn)出場(chǎng)渣量及渣型分析圖

(1)對(duì)渣緩冷進(jìn)行精細(xì)化管理,可以逐步優(yōu)化工藝參數(shù),提高有價(jià)金屬(Cu)回收率:熔煉渣含銅2.30%、銅精礦含銅19.75%、銅回收率為87.91%、尾礦含銅0.29%。年產(chǎn)15萬t銅約產(chǎn)生405033.76t熔煉渣,則熔煉渣中含銅約9 315 t。實(shí)際熔煉渣選礦銅回收率為89%,增加1.1%,銅產(chǎn)量增加101 t/a。經(jīng)濟(jì)效益增加101 ×5.564 0(2020 年11 月27 日銅價(jià))=562 萬。

(2)合理使用渣包可以及時(shí)釋放渣包應(yīng)力,同時(shí)對(duì)每個(gè)渣包預(yù)防性維護(hù),渣包壽命延長(zhǎng)10%。假設(shè)每個(gè)渣包20 萬,該廠有渣包180 個(gè),則在渣包生命周期內(nèi)可以節(jié)省費(fèi)用為20 ×10% ×180=360 萬。

(3)熔煉渣緩冷循環(huán)泵的功率160 kW,工頻運(yùn)行時(shí)電流為278 A?，F(xiàn)由系統(tǒng)通過流量調(diào)節(jié)回路控制循環(huán)泵的變頻,頻率大約在30 Hz 時(shí)即可滿足現(xiàn)場(chǎng)水量要求,此時(shí)運(yùn)行電流為205 A。

(4)實(shí)現(xiàn)無人值守、降低人員成本。按渣場(chǎng)有人值守時(shí),需要1 名班長(zhǎng)、4 名崗位人員,每人費(fèi)用支出10 萬元/年,可節(jié)約管理成本5×10=50 萬/年。

5 結(jié)論

渣場(chǎng)智能管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)渣包、渣位自動(dòng)識(shí)別,實(shí)現(xiàn)噴淋冷卻自動(dòng)化控制,統(tǒng)計(jì)渣量及各要素的效率或利用率,實(shí)現(xiàn)對(duì)渣位、渣包、渣車、司機(jī)的智能化管理,實(shí)現(xiàn)無人值守。該系統(tǒng)對(duì)冷卻狀態(tài)的記錄和指示實(shí)現(xiàn)冷卻過程安全控制,結(jié)合環(huán)境因素優(yōu)化冷卻作業(yè),提高生產(chǎn)效率和設(shè)備使用率;通過智能調(diào)度實(shí)現(xiàn)合理作業(yè)和渣包均衡使用管理;統(tǒng)計(jì)渣包使用次數(shù)、渣車作業(yè)時(shí)間、渣量實(shí)現(xiàn)渣包全壽命管理;基于地理坐標(biāo)的畫面顯示和表達(dá),對(duì)渣包位置、渣包緩冷狀態(tài)、渣車位置實(shí)時(shí)在線監(jiān)控,提升了安全管理水平。本套系統(tǒng)投運(yùn)開啟了熔煉渣換冷場(chǎng)智能化管理的先河,在同行業(yè)企業(yè)具有推廣應(yīng)用的前景。