一種“新線”信息化技術在某鐵礦選廠的研究

張國勝，謝廣峰，陳彥亭

（1.河鋼集團礦業有限公司，河北唐山 063009；2.河鋼集團礦山設計有限公司，河北唐山 063700）

0 引言

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

1 選廠概況

該選廠的磨選流程為階段磨礦階段選別流程，最終產品為鐵精礦。一段磨礦為一段球磨機+螺旋分級機。以二選廠為例，其設計年處理原礦石400萬t，年產鐵精粉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品粒度的因素有：給礦量、礦石粒度及硬度、分級機返砂量、磨機磨礦粒度及濃度、介質充填率、襯板狀況及球荷球比等。上述因素的多變性及隨機性，增加了磨礦分級過程控制的難度，經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行檢測和控制。但整個流程的崗位上基本由人工對生產設備和工藝過程的在線操作和監控一線工人的勞動強度很大，生產設備的潛能沒有被激發出來，主要設備的處理量和運轉率沒有實現最大化。

2 選廠信息化系統

信息化的選廠是為了提升產品競爭力與質量，其建設不能一蹴而就，需要長期的努力與變革，其根本是運營模式的變化，而智能化是信息化選廠的基礎與核心[2]。本文結合相應的選礦工程經驗，對信息化系統在選廠生產中的應用進行了介紹。

2.1 控制與測控硬件的安裝

控制柜由磨機控制儀及輔助電氣部件組成，磨機控制儀可實現給料量檢測與控制、給水量檢測與控制、磨音檢測、磨機電流檢測。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；用于磨機電流檢測的電流變送器等。

2.2 監控層、管理層信息化的搭建

值班崗位人員通過安裝在值班室內的計算機運行界面來觀察磨機負荷量狀態、磨機電流、料量、水量等工藝參數。對系統的運行參數進行修改，對運行狀態進行操作。管理者可通過安裝在調度辦公室的計算機隨時了解系統的運行狀態，便于生產調度的監督與管理。

2.3 信息化的技術框架

局域網絡化管理采用客戶端/服務器結構即C/S結構，數據來自監控計算機。為了保證控制層的可靠性，服務器與監控計算機的采用RS485及MODBUS協議，從而保證了管理計算機的病毒不會侵入到控制級由監控計算機傳送來的數據存入數據庫，同時具有數據顯示、運行曲線顯示、報警輸出、打印等功能。客戶機從數據庫取得數據，完成相應的顯示、數據綜合、報表打印等工作。集團管理層網絡下監控采用瀏覽器/服務器（B/S）模式。服務器可以租用公共服務空間，也可以使用集團服務器，數據從廠內網絡服務器上獲取，也可通過5G獲取。職能部門可以通過訪問Internet網頁觀察現場的運行情況，獲取相應的數據[3-6]。系統結構如圖1所示，系統工作示意圖如圖2所示。

圖1 系統結構圖

圖2 系統工作示意圖

3 一段磨礦流程智能化設計

磨礦分級是選礦生產的主要工藝環節，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是穩定提升各項工藝指標的主要手段［7］。為了方便現場檢修與維護，系統備有手動控制與本地/遠程控制。在生產中的集中連鎖控制、生產過程控制屬于最基本的自動化改造，只有在此基礎上才能進一步實現智能化控制。因此本文從磨礦的負荷智能控制、專家控制、磨機產量優化控制等方面進行了分析與設計。

3.1 磨礦負荷智能優化控制的結構

料量閉環控制、水量閉環控制、料水比例控制構成了磨機基本控制。負荷給定閉環構成了磨機負荷專家控制，最外環構成了系統的優化控制系統。智能優化控制結構圖如圖3所示。

圖3 智能優化控制結構圖

3.2 磨機負荷的智能優化控制

3.2.1 智能判斷

合理的礦石裝載量是保證球磨機處理效率的重要條件。磨機的負荷狀況即充填率，即指磨機中物料容積占磨機有效容積百分數[8]。由于磨機在工作過程中，其聲音、頻率的高低，與礦物的充填量和礦石性質有著密切關系。當礦物充填少時，磨音清脆，反之沉悶。使用磨音頻譜儀檢測磨機礦石裝載量變化的情況。針對不同狀態、不同環境的磨機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磨機狀態的特殊區域的頻率，這就能夠在排除干擾的前提下準確判斷磨機的狀態。如圖4所示，根據磨音頻譜的高低預判斷出磨機的負荷料位。

3.2.2 自動調節控制

磨機在自動運行時，磨音低于設定值時，系統會減小給料量和給水量；磨音高于設定值時，系統會加大給料量和給水量，使磨音恢復到設定值附近。磨音較大時，磨機負荷太小，產量降低；磨音較小時，磨機負荷太大，產量也會降低；合理的磨音，磨機負荷適中，這時的磨礦的產量最高，此時磨音才是最佳磨音。因此，運行在略高于最佳磨音點附近，才能實現高產、穩產。

3.2.3 專家經驗控制

磨音信號高低與磨機內負荷的高低相關，給礦量越少磨音越高，反之則磨音越低。礦石性質發生變化是磨礦作業時經常遇到的問題，工人進行調節也較為復雜，如調整不及時嚴重干擾作業的穩定性。既使有效地進行相應的調節，磨機很難以達到最佳處理能力，間接還會影響到分級溢流濃度、粒度的合格率。礦石的給料性質變化會直接影響磨機的磨礦效率，并在循環負荷中有明顯變化。

3.2.4產量優化控制

圖4 磨音頻譜趨勢圖

當磨機負荷較小時，磨機處理能力較低，反之，磨機處理能力也降低；當負荷適中時，磨機處理能力達到最高值，磨機的消耗功率也接近最高。所以在系統工作在最高的功率下，磨機的處理能力可達到最高。系統通過磨機的運行曲線，確定磨機的工作點，當工作點的磨機負荷大于最佳工作點時，減小磨機給礦量；當工作點的磨機負荷小于最佳工作點時，增加磨機給礦量。最終使磨機負荷運行在最高狀態下。

4 結束語

該系統的投入使用后，可提高處理量5%～10%，按照增產10%計算。增產部分中的精粉可節約成本100元/t，僅增產量可為企業帶來的年利潤230余萬元，同時也可提高精礦品位、減少崗位工、延長設備維護周期、降低能耗等間接經濟效益。為了能夠持續穩定地為公司提供鐵精粉產量，應加快對該礦的系統進行“新線”信息化升級改造工作，盡快實施建設。