选矿生产过程自动控制(曾云南)

欢迎各位领导专家参加选矿新技术研讨选矿生产过程自动控制曾云南一、破碎作业自动控制二、磨矿作业自动控制四、浓缩、输送及三水平衡六、选矿厂综合自动化系统三、选别作业自动控制五、主要选矿检测仪表欧洲钢铁工业技术发展指南指出：“对于降低生产成本、提高产品质量、减少环境污染和资源消耗只能通过全流程自动控制系统的优化设计来实现”。概述选矿自动化的主要内容:破碎作业、磨矿分级作业、选别作业、脱水过滤作业及大井浓缩、精/尾矿输送作业、三水平衡等全流程选矿生产过程的自动控制。通过计算机网络系统实现在线优化生产调度和管理，使整个选矿生产过程处于最佳状态，最大限度地提高产量，精矿品位和金属回收率等技术经济指标，达到高产优质、节能降耗的目的。选矿自动化的效益据报道：实现选矿自动化的选厂可提高金属回收率1%～2%。通过控制磨矿的粒度，控制磁场的强度(或浮选药剂)等手段，可以使精矿品位提高0.4%～2%。通过碎矿磨矿作业的最佳负荷控制，可使破碎能力提高10～15％，磨矿的处理量提高3%～10%。节约能耗5%～10%，生产成本降低3～5％，劳动生产率提高25～50％。第一部分破碎作业控制1.1破碎作业的典型控制策略1.2超细碎-高压辊磨机监控1.3破碎筛分作业控制1.4破碎控制器及其应用1.1破碎作业的典型控制策略典型的挤满给矿控制策略主参数控制选取了主传动电机功率和破碎机排矿口尺寸两个参数作为被控变量，通过检测给矿量、压力、功率、油温、排矿口尺寸等来动态调整排矿口尺寸和给矿速率其目标函数是排矿口尺寸最小、给矿量最大。系统的所有控制动作均是向这两个目标逼近。1.2超细碎-高压辊磨机监控高压辊磨机运输胶带监控1.3破碎筛分作业控制江铜德兴铜矿泗洲选矿厂江铜永平铜矿选厂破碎筛分圆锥破碎机典型挤满给矿控制器SANDVIKASR工艺过程控制模块DCU显示屏润滑系统控制模块破碎机润滑站马矿院研制的几种破碎机控制器美国AC84”单缸液压圆锥控制器在江铜德兴铜矿应用国产圆锥PYD-2200破碎控制器在江铜德兴铜矿和江铜永平铜矿应用ＳＭＫ碎磨控制器在南京栖霞山铅锌矿应用1、集中操作，集中控制，集中监控，集中调度。2、设备机旁设有手动/自动转换开关、紧急停车按钮和事故开关。手动方式只用于平时检修试车，没有联锁保护功能。而正常生产拒绝手动，只有在自动运行情况下才能保障安全作业。3、要求调度室和控制室在一起。控制室内不安装启停按钮，一律用计算机开停车（事故急停除外）。4、关键部位尽量采用电视监控。破碎系统电气设备开车管理•粗、中、细破碎机及配仓（矿仓）负荷平衡分析与控制。•中、细破筛分两段一闭路负荷平衡分析与控制。•碎磨综合平衡控制。关键工艺回路综合控制破碎综合自动化系统控制站配置100M/s光纤工业以太网工程师站标准的办公室以太网ET200MET200MET200MET200MET200MET200M厂调操作员站1#系统站破碎系统站S7-300S7-400WinCCWinCCWinCCET200MET200MET200MS7-3002#系统站破碎操作员站WinCC矿调操作员站打印机第二部分磨矿作业控制磨矿作业是整个选矿厂生产工艺流程中最关键的环节，它起着承上启下的作用，磨矿作业在选矿厂的基建投资和生产费用(主要是电耗、钢耗)中占有很大的比例。同时磨矿作业是整个选矿厂的“瓶颈”作业，直接关系到选矿生产的处理能力、磨矿产品的质量(粒度特性、单体解离度、磨矿产品的浓度等)，对后续作业(特别是浮选作业)的指标乃至整个选矿厂的经济技术指标有很大的影响。•属于物料性质方面的有：矿石可磨度、给料粒度、产品细度等；•属于磨机结构方面的有：磨机规格、型式、衬板形状等；•属于操作方面的有：介质形状、尺寸配比及材质、介质充填率、磨机转速率、加球制度、料球比和磨矿浓度等。这些因素是相互影响。影响磨矿过程作业指标的因素磨机可改变的条件一旦磨机转速率固定，磨机中球负荷、物料负荷以及水量的总和，统称为磨机负荷，这3个因素是可控的。它是磨矿过程一个重要参数，直接影响到磨矿的效果。磨机功率、音强与负荷关系球磨机运行过程中，当矿石充填率低时，电耳信号高，功率小；随着充填率增高，电耳信号降低，同时功率消耗增高；达到一定充填率时，电耳继续降低，但是功率开始下降。磨机“胀肚”趋势点,即临界点，当电耳信号高于临界点时，磨机工作正常，控制过程稳定。当电耳信号接近临界点时，说明磨机具有“胀肚”趋势，控制过程进入“胀肚”保护处理。双因素联合检测典型磨矿分级控制马矿院的典型工程案例1马矿院的典型工程案例2马矿院的典型工程案例3马矿院的典型工程案例4磨机自动加球机其基本思路是，将各种规格的钢球混装在1台加球机内，由加球滚筒随机抓取钢球放入球槽内，然后通过在球道上安装钢球类型检测和计数装置来精确计量和控制进入球磨机的钢球量和钢球配比，从而实现钢球的自动、定时、定量、按比例补加。自动加球机1自动加球机2第三部分选别作业控制３.1浮选过程控制的主要目标是：保持合格的最终精矿品位、提高有用成分的回收率、降低药剂等原材料的消耗量。用作浮选过程控制的控制变量主要有：浮选矿浆的pH值、浮选药剂量、浮选槽液位、浮选槽的充气量等。先进的浮选控制策略据奥托昆普公司的精确液位控制案例：通过预先检测矿浆流量，来视上游矿浆量对液位的影响，并整浮选槽闸门和循环泵来补偿上游的波动。可使用现有PID控制回路，增加前馈补偿内容到PID输出，很容易对浮选槽液位进行调整和控制，以适应浮选情况改变。3.1.1浮选槽液位检测与控制带超声波物位计的液位计传感器A对准浮选槽泡沫，B对准浮球上相连的平板，平板位移的变化即为矿浆液位的变化,两个超声波探头所测物位差距,即为泡沫层厚度。单PID与精确液位控制方案结果比较PID控制精确的液位控制3.1.2加药控制选矿药剂的进步对我国选矿工艺的发展特别是提质降杂起到了重要作用，在浮选生产过程中有效地计量和控制浮选剂的添加量是十分必要的，如何精确地测量是整个浮选自动控制系统的关键。马鞍山矿院为此开展了“程控加药机”“石灰乳自动添加装置”的研制与推广运用。SMCJ－型石灰乳程控加药机已在德兴铜矿、南京栖霞山、唐钢司家营等现场应用浮选药剂控制的典型策略3.1.3浮选柱作业控制浮选柱是一种矿浆与气泡逆向流动的设备。泡沫层的厚度以及浮选柱内矿浆液面的位置是影响浮选柱精矿品位和产率的重要因素。稳定控制主要包括3方面的内容：矿浆入料流量控制、浮选柱矿浆液位控制以及加药量控制等，其主要目的是使浮选柱在无人为因素影响的情况下能够在某个稳定的状态下工作，使浮选产品质量合格、产率最高。稳定控制的关键是控制浮选柱矿浆的液位。一种基于浮选柱偏流控制的优化控制策略浮选柱作业控制3.1.4浮选泡沫图象分析技术泡沫浮选过程示意图浮选操作者观察浮选槽表面所形成的气泡状态所提供的信息(如泡沫的颜色，大小，流动速度以及气泡的易碎度)，来调整浮选槽液位和改变药剂制度等。浮选泡沫图像系统浮选泡沫图像系统硬件组成硬件：工业控制计算机、视频图像采集卡、高清晰度彩色CCD摄像机和照明系统等。浮选泡沫图像系统软件：它主要包括图像质量检测，图像预处理，图像分割，图像分析，数据库建立，浮选模型及控制处理等。3.2磁(重)选作业控制如：磁力脱水槽、磁聚机、高梯度磁选机、磁选柱等作业控制(略)。在诸多选矿工艺中,磁选是一种少污染或无污染的选矿工艺。大力发展磁选技术，特别是发展节能、降耗的高效磁选设备，对国民经济建设有着十分重要的意义。近年来我国磁选设备研制进展很快，而且其作业过程大多数配备了自动控制系统，取得了良好的经济效益。1.高效浓缩机的主要检测参数有：给矿量、给矿浓度、底流流量、底流浓度、药剂流量、界面高度、驱动扭矩，对溢流水浊度要求高的地方还要检测溢流水的浊度；主要控制参数有：底流排放量和絮凝剂添加量。第四部分浓缩、输送及三水平衡高效浓缩机微机控制系统2.铁精矿输送管道系统太钢尖山铁矿选矿厂生产出的铁精矿经102.487km（是我国第一条长距离铁精矿输送管道）的长距离管道系统进至太钢原料场，其最终废弃物——尾矿是通过4台53m浓缩机两级浓缩达到约40％～4５％的高浓度后自流进入油隔离泵输送到尾矿库。尖山铁精矿管道输送系统浆体制备部分：此部分位于尖山铁矿选矿厂附近，主要由浓缩机、大型搅拌储浆槽、浓缩机底流泵站、石灰乳制备间、除氧剂添加设施等组成。浆体输送及管线部分，主泵是由荷兰引进的2台输出最大压力为15.3MPa的高压隔膜泵,管线为外径为229．7mm的直缝管，起点为尖主泵站，终点为太钢原料场附近的脱水车间，脱水车间(终点站)设在太钢原料场附近，设有过滤车间、事故用流态化矿浆仓、浓缩机、污水净化站及带式输送机等。测试系统：实际上是对浓缩机排出的待输送矿浆的各种工艺参数（如浓度、粒度等)进行连续的在线测试。浓缩机排出的矿浆在输送前，首先经过一个连接有搅拌制浆装置的环路管道系统在环管中对矿浆的主要工艺参数进行严格的自动检测。只有在各项参数均符合输送要求的情况下，方才予以输送。若有参数不符台要求，则矿浆循环到搅拌制浆装置中予以相应的白动处理，再重新进行参数测试。如此循环下去。管道环路参数测试系统3.三水平衡及环水系统自动控制歪头山矿尾矿坝静压回水远程自控系统该系统通过控制环水泵站溢流水量从而增减2#事故池供水量，而环水泵站溢流水量的大小则通过远程控制尾矿坝静压回水量大小来实现。梅山铁矿选矿环水系统自动控制浮选车间所需的环水由高位水池经环水总管提供，废水由过滤车间处理后送至环水储水池，再由环水泵站送至环水总管，整个流程过程中要消耗掉部分水量，由联合泵站抽河水补充高位水池。4.过滤设备作业控制过滤设备主要有盘式真空过滤机、水平带式真空过滤机、陶瓷过滤机等。陶瓷过滤机自动方式有自动清洗和自动过滤。槽体内矿浆液面高度由超声波液位探头检测，根据检测结果控制给料阀的开闭，达到液位上限时自动停止给料，降到液位下限时自动补充给料。液位上、下限值根据生产需要自行设定。滤液罐里的滤液高度由检测器和滤液排放阀控制。自动过滤的程序是：启动搅拌器和圆盘→启动真空泵(真空≤0.7)和滤液泵→关闭槽底排放阀→自来水供给返冲洗管路→矿浆给人过滤机槽中→圆盘浸入矿浆中→滤盘抽真空→压力差使滤饼形成→滤饼脱水→刮板从圆盘上刮下滤饼→滤液对滤盘返冲洗→输料皮带将精矿送人矿仓。第五部分选矿主要检测仪表211213KG1111GKMPSM400配置图5.1PSM400超声波粒度仪粒度与浓度的计算公式5.2PSI一200型粒度分析仪PCCS—控制装置PFSA—稳流装置PAFS—空气过滤柜VBS—阀门栓；PSTS—粒度探头装置；PCAA—标定取样装置。激光粒度分析PSI500激光衍射原理简单示意5.3PKI-074P粒度仪探测杆5和带连接板7的端轴承6组成了探针,探测杆5的上部通过摇杆9紧紧地与电感应变换器10连接杆相连。这个变换器用来测定夹住的分子11的规格，并以输出变换器电压12的方式传递到微处理测量变换器МИП-2上。13121087117634512859流动的泥浆在管道中安装粒度探头在槽中安装粒度探头5.4矿浆品位检测有代表性的产品芬兰奥托昆普的库里厄系列（Courier）马鞍山矿院的WDPF型在线分析仪四川先达公司的CIT—2000M型丹东东方测控的DF-5730型西北矿冶院的BYF100一Ⅲ型载流5.4.1Courier3SL品位分析原理使用X射线管为激发源，X射线照射到被测样品时发射出X荧光射线，在元索周期表中每一种元素对应一种特征的辐射能量即特征波长，基于这一原理，各种元素可相互分辨出来，通过确定每一元素的单独荧光射线强度，可获得与矿样中元素含量成正比的信号，所测量的信号再转换成数字形式并应用于分析计算，最终得出样品所含元素及其品位。Courier3SL分析探头配置框图使用高分辨率波长色散分析技术，探头采用的分光晶体是分析仪的核心部件，是奥托昆普的专利产品。Courier3SL系统组成框图SSM:二次取样、样品缩分组件CSA:标定／组合式取样器PCS:探头控制装置5.