基于案例推理的磨礦分級(jí)過(guò)程優(yōu)化研究

劉永生，韓翠香

（河北鋼鐵集團(tuán)灤縣司家營(yíng)鐵礦有限公司，河北 唐山 063700）

磨礦分級(jí)過(guò)程作為選礦廠生產(chǎn)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是解離過(guò)程中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，分級(jí)過(guò)程設(shè)計(jì)與操作情況的優(yōu)劣，是直接影響礦廠整體經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)指標(biāo)。我國(guó)現(xiàn)代市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)較為激烈，因此，礦產(chǎn)企業(yè)在進(jìn)行磨礦分級(jí)過(guò)程當(dāng)中，要提高自身企業(yè)的生產(chǎn)效率，這樣才能保障礦產(chǎn)企業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展，從而提高競(jìng)爭(zhēng)能力。為了減少產(chǎn)品工序質(zhì)量的波動(dòng)，以降低選礦成本和提高礦石處理量，本文提出了基于案例推理的磨礦分級(jí)過(guò)程優(yōu)化研究。

1 磨礦分級(jí)過(guò)程

選礦過(guò)程是一個(gè)典型而復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，大致分為破碎和選別兩大步驟。而在礦物原料中存在著有用礦物和脈石礦物，為在其中分離出符合冶煉要求的精礦，選礦廠在選礦作業(yè)過(guò)程中需要對(duì)礦物原料進(jìn)行分離。磨礦分級(jí)作業(yè)是破碎解離過(guò)程的一個(gè)關(guān)鍵步驟，可以為選別作業(yè)提供原材料，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。

1.1 磨礦分級(jí)過(guò)程工藝

磨礦分級(jí)過(guò)程主要設(shè)備和磨礦分級(jí)過(guò)程工作流程都隸屬磨礦分級(jí)過(guò)程工藝。其中，磨礦分級(jí)過(guò)程當(dāng)中的主要設(shè)備為磨礦機(jī)，它的主要功能是用于礦產(chǎn)資源的稀碎加工，分級(jí)環(huán)節(jié)所用的螺旋分級(jí)機(jī)及旋流器等；而磨礦機(jī)又是依照不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類的，按排礦方法不同可分為中心排礦磨礦機(jī)、格子排礦磨礦機(jī)；按照磨礦介質(zhì)不同可分為球磨機(jī)、自磨機(jī)等。

1.2 磨礦分級(jí)流程

磨礦分級(jí)工藝流程中，傳統(tǒng)的工作流程常用一段開(kāi)路磨礦流程、一段閉路路程；兩段磨礦流程以及多段磨礦里過(guò)程階段。一段開(kāi)路磨礦流程長(zhǎng)用于粗磨工序當(dāng)中，加工后的產(chǎn)品粒度較為粗糙，當(dāng)對(duì)磨礦產(chǎn)品要求有限制——即要求粒度較細(xì)且均勻時(shí)可采用一段閉路磨礦流程，其生產(chǎn)率稍高于開(kāi)路磨礦；當(dāng)選礦廠要求產(chǎn)品粒度-200目占70%以上，或者是要求處理硬而難磨的礦石并要求粒度較細(xì)時(shí)，可采用兩段磨礦流程[1]。下圖為本文研究的兩段式閉路磨礦流程。

圖1 磨礦分級(jí)過(guò)程工藝流程

如圖1，球磨機(jī)II和水力旋流器組成的二段磨礦回路中，將泵池內(nèi)的泵漿，想打入水利旋流器當(dāng)中，并進(jìn)行分級(jí)處理，此道工序完成過(guò)后，要復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)細(xì)粒礦漿，通過(guò)溢流口進(jìn)入下道選別工序。

2 基于案例推理的磨礦分級(jí)過(guò)程優(yōu)化研究

磨礦分級(jí)過(guò)程的優(yōu)化是結(jié)合相應(yīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對(duì)磨礦分級(jí)過(guò)程進(jìn)行研究，從而總結(jié)出最佳的工作狀態(tài)，是一種典型而復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化控制。實(shí)現(xiàn)磨礦分級(jí)過(guò)程優(yōu)化是為了盡可能地增大磨機(jī)處理量，最大限度地降低磨機(jī)功耗和材料消耗，以實(shí)現(xiàn)磨礦產(chǎn)品中的粒度組成達(dá)到最佳狀態(tài)。

2.1 基于案例推理過(guò)程優(yōu)化方法的構(gòu)架

本文對(duì)基于案例推理的磨礦分級(jí)過(guò)程優(yōu)化方法進(jìn)行分析，分析細(xì)節(jié)主要分為兩個(gè)階段：離線準(zhǔn)備與在線應(yīng)用。

（1）離線準(zhǔn)備階段主要完成以下工作：首先，構(gòu)造案例。合適的工況條件和工藝指標(biāo)是案例的屬性，可根據(jù)其優(yōu)化要求結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行選擇，將相應(yīng)工況下的控制器經(jīng)驗(yàn)設(shè)定值作為案例的解，并存儲(chǔ)施工案例。其次，屬性約簡(jiǎn)和規(guī)則挖掘。換句話說(shuō)，它指的是案件更正的規(guī)則。在傳統(tǒng)的案例矯正方法中，相關(guān)知識(shí)難以獲取，阻礙了相關(guān)人員的制定和研究。因此，它具有一定的主觀性[2]。在這項(xiàng)研究中，為了實(shí)現(xiàn)規(guī)則和得到更多的獨(dú)立、智慧、更客觀的一組規(guī)則，將粗糙集的規(guī)則挖掘方法，應(yīng)用于固定的規(guī)則獲取的情況下，通過(guò)粗糙集規(guī)則挖掘過(guò)程中，屬性的收縮,減少繁瑣的優(yōu)勢(shì)，可以使這樣然后案件本身精簡(jiǎn)，案例推理過(guò)程的效率進(jìn)一步提升。

（2）在線應(yīng)用階段主要分為案例檢索重用、案例在線修正以及案例存檔三大過(guò)程[3]。為提升檢索效率，需要經(jīng)過(guò)組織競(jìng)網(wǎng)絡(luò)，來(lái)組織獲取到案例庫(kù)中的分級(jí)檢索方法，如對(duì)在主案例庫(kù)和緩存案例庫(kù)的檢索中得出的檢索結(jié)果進(jìn)行綜合，對(duì)于得出相似度符合要求的源案例，則可重用其解，否則需進(jìn)行案例在線修正。若得出的源案例相似度不符合要求時(shí)，需要根據(jù)離線準(zhǔn)備階段，挖掘出規(guī)則求解，然后將所得到的解應(yīng)用到生產(chǎn)過(guò)程中。若以上修正案例的應(yīng)用效果良好，則可將其存儲(chǔ)到緩存案例庫(kù)中。

2.2 基于案例推理的磨礦分級(jí)過(guò)程的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)

2.2.1 建立案例庫(kù)

在建立磨礦分級(jí)的案例庫(kù)時(shí)需要區(qū)分條件屬性和解屬性，將給礦量、磨礦濃度以及分級(jí)機(jī)溢流濃度等可變量作為解屬性，其他工況作為案例構(gòu)造的條件屬性。如：在兩段回路磨礦過(guò)程工藝中，按照優(yōu)化變量細(xì)分為：①給礦量?jī)?yōu)化案例庫(kù)、②磨礦濃度和分級(jí)機(jī)溢流濃度優(yōu)化案例庫(kù)、③旋流器給礦濃度和給礦壓力優(yōu)化案例庫(kù)，此三種案例庫(kù)屬性不同但操作流程相同[4]。

在①中，給礦粒度、磨機(jī)電流以及磨機(jī)音頻和返砂量為條件屬性，給礦量為解屬性；②中，給礦量、排礦細(xì)度、分溢細(xì)度及返砂比等為條件屬性，磨礦濃度和分級(jí)機(jī)溢流濃度為解屬性；③中，二段球磨機(jī)排礦濃度、排礦細(xì)度以及旋流器給礦細(xì)度等為條件屬性，旋流器給礦濃度和及其給礦壓力為解屬性。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證

以磨礦濃度和分級(jí)機(jī)溢流濃度優(yōu)化為例，對(duì)磨礦分級(jí)過(guò)程優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證，構(gòu)造案例如表1所示。

表1 磨礦濃度和分級(jí)機(jī)溢流濃度優(yōu)化初始案例庫(kù)

對(duì)上表中的初始案例庫(kù)進(jìn)行規(guī)則挖掘，得到的磨礦濃度優(yōu)化的8條規(guī)則和分級(jí)機(jī)溢流濃度優(yōu)化的9條規(guī)則。

2.2.3 案例在線修正與存儲(chǔ)

案例檢索環(huán)節(jié)中，源案例與目標(biāo)案例的最大相似度值＜閾值0.9時(shí)，可判定該源案例不能為目標(biāo)案例提供合適的解，此時(shí)需要進(jìn)行案例在線修正[5]。早在離線準(zhǔn)備階段中，就已經(jīng)完成案例修正規(guī)則的獲取工作，因此，當(dāng)存在需要修改的目標(biāo)用例時(shí)，只需根據(jù)此規(guī)則獲取解決方案屬性。這樣，目標(biāo)案例的條件屬性和反編組將形成一個(gè)新的案例，并通過(guò)評(píng)估其解決方案屬性的應(yīng)用效果來(lái)判斷新案例是否包含在存儲(chǔ)中。

3 結(jié)語(yǔ)

磨礦分級(jí)作業(yè)不僅在選礦廠生產(chǎn)中占據(jù)較大的成本費(fèi)用比重，其工序產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣還是后續(xù)作業(yè)效果的影響因素之一。由于磨礦過(guò)程本身具備的復(fù)雜特性，使得我國(guó)磨礦過(guò)程自動(dòng)化水平低下，這樣一來(lái)，在優(yōu)化控制的研究成果方面就很難得到良好的推廣。而磨礦分級(jí)過(guò)程的設(shè)計(jì)和操作情況在優(yōu)化運(yùn)行后，不僅能提升礦山產(chǎn)品的生產(chǎn)能力，還能降低選礦生產(chǎn)成本，減少產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)。因此，為提升礦山企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，保障其能夠發(fā)展壯大，不斷探究磨礦分級(jí)過(guò)程的優(yōu)化已是必然趨勢(shì)。