熔煉渣處理過程中的智能管理應用

孫建國

(黑龍江紫金銅業有限公司,黑龍江 齊齊哈爾 161000)

0 前言

某冶煉廠熔煉渣設計出渣量為405 033.76 t/a,合1 296.98 t/d,現實際每天出渣量近1 600 t。緩冷場共有熔煉渣渣包160 個、冰銅渣包20 個;冷卻噴淋閥門180 個、水放空閥門180 個。針對熔煉渣緩冷生產管理過程中存在的問題和需求,基于新一代信息技術,開展渣包識別、渣位識別、噴淋冷卻智能控制、人員識別、生產調度等關鍵問題研究。實現渣位、渣包、渣車、司機的智能化管理,實現渣包、渣位自動識別,實現噴淋冷卻自動化,統計渣量及各要素的效率或利用率,實現渣包全壽命管理、噴淋時間、作業效率、及時通知等精細化管理。結合信息化處理技術實現智能調度,結合化驗數據和渣選礦數據統計渣中含銅資產,為企業的金屬平衡和成本核算提供數據依據。2019 年8 月投產以來連續安全運轉,并且實現無人值守的目的,其系統具有結構簡單、故障率低、運行可靠、安全性高、維護運行成本低等特點。

1 熔煉渣緩冷智能管理系統概述

該公司冶煉廠熔煉渣緩冷智能管理系統目前是國內首創,攻克了熱態渣包識別的難關。該系統采用的技術涉及智能裝備的改造和使用,智能感知復雜信號技術的使用,4G、Wifi、GPS 無線通訊技術的使用、通過信息關聯處理實現智能化等技術,各技術采用面向對象的設計方法,具有技術更先進的升級能力和靈活性。系統包括無線通訊(6 個固定AP站)、車載系統(3 臺套)、渣包識別、渣位識別、噴淋冷卻系統(180 個噴淋閥+180 個放空閥)和門禁系統等。系統采用自然緩冷+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,能夠優化入選熔煉渣銅顆粒的粒度嵌布,有利于浮選指標的提高。因為通過系統實現保溫緩冷,礦物的結晶就會相應長大,冷卻速度越慢,結晶越粗,對后續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實施背景

根據“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃[1],國家推動發展智能制造、綠色制造、人工智能、大數據、衛星應用等新一代信息技術與制造業融合發展的一系列產業政策,以及《集團有限公司2018—2022 年戰略規劃》,熔煉渣緩冷智能管理系統實施刻不容緩。目前絕大多數熔煉渣緩冷的管理依然停留在人工階段,渣包信息、緩冷時間記錄、渣包車輛及水冷設備參數等的信息無法及時準確的傳遞到渣緩冷場的各個管理環節,無法對緩冷時間進行準確過程控制,影響回收銅顆粒的浮選指標,同時導致熔煉渣緩冷管理存在諸多問題,若發生事故會嚴重威脅生產現場作業人員的安全,嚴重損壞周圍設備和設施甚至造成火災,危害極大。如:

(1)自然緩冷時間,噴淋時間不夠,渣包車倒包時出現紅包;

(2)渣包擺放時位置混淆,包位錯放,發生錯包,緩冷時間不足,導致出現紅包;

(3)渣包隨意擺放,工作人員疏忽誤將空冷渣包放水冷卻,導致爆包;

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

(5)冰銅、熔煉渣渣包擺放時位置混淆,包位錯放,發生錯包,自然緩冷時間不夠,開啟噴淋后導致冰銅渣包出現爆包;

(6)冰銅渣包含銅量過高,人工記錄區分不明顯,自然緩冷時間不夠,形成白皮現象,導致出現爆包等。

公司利用工業物聯網和互聯網、人工智能、大數據、云計算、衛星定位等新一代信息技術,建設智能化熔煉渣緩冷場,建立和完善嚴格渣緩冷操作流程和管理制度,實現渣包的智能化管控,對于提高渣選礦指標、渣包利用率和生產效率,降低渣包維護成本和勞動強度,保障安全生產,提升渣緩冷生產管控信息化和智能化水平,推動該公司高質量發展,具有重要的意義。智能化熔煉渣緩冷場是公司深入實施創新驅動發展戰略,創新管理思路和管理模式的重要實踐[2-3]。

3 熔煉渣緩冷智能管理系統的組成

3.1 通訊系統

緩冷場配置3 臺渣包車,每臺渣包車設1 套車載數據處理及無線傳送系統,車載系統具備渣包識別功能,識別系統識別后信息通過無線發送到后臺控制系統。中控室可以在線監控渣包車的通訊狀態(聯機和脫機)、車輛狀態;通訊系統由車載傳感器、管理中心、控制系統、定點無線AP 站、以太網絡、現場總線多種通訊方式互聯成為一個系統。

圖1 通訊系統架構圖及無線通訊點布置圖

3.2 車載系統

渣包車上衛星定位裝置采用雙模[4](GPS、北斗)四頻接收機,可接收GPS 和北斗定位信號對渣包車進行定位;采用雙天線三角定位方法實現渣位識別,當渣包車取渣包時車載讀卡器會讀取到渣包固定位置的RFID 卡,讀出內容后與重量信號、渣包編號由嵌入式工控機通過無線通訊WIFI 方式發送給渣場管理軟件。智能系統的調度功能會給駕駛室語音提示,在識別到渣包后,報出渣包號、渣型。到達指定渣包位時,語音報出位號,車載系統在駕駛室有顯示屏,顯示系統的所有信息。

3.3 渣包識別

圖2 車載系統天線、工控機、顯示屏安裝位置圖

圖3 渣包識別安裝位置圖于緩冷總貌物理坐標圖

渣包編號自動識別[5]采用了兩種識別方案相互結合的方法,從而提高系統的識別可靠性和穩定性。第一種基于渣包地理坐標的方案,通過GPS 定位與現場實際地圖重合的坐標嵌入渣場總貌圖中,渣位的位置、渣包的位置、渣車的移動位置、馬路位置、維修間、熔煉吹煉接渣位置都是按地理坐標成比例的實際反映位置,可以實時動態的顯示渣包、渣車的移動位置,通過車載的GPS 和北斗雙定位來實現渣包編號定位識別;第二種采用耐高溫結構設計的射頻RFID 識別,通過車載讀卡器讀取RFID 內存儲的編號來實現渣包編號的識別。兩種方案結合,保證渣包識別的準確性,基于渣包識別的準確性指導運包、放包、倒包及噴淋水的自動化管理、記錄和指令發送。

3.4 渣位識別

渣位自動識別采用三星雙頻產品,精確實現渣包定位;通過精確定位技術對渣包的位置和行車路線進行感知和測量。渣包車司機可在人機界面上查看緩冷場渣包的區位布置信息,根據渣包車接收到的語音指令,去相應的渣位取包、放包、倒渣作業,車上的語音會智能提示是否放到正確的位置;在管理中心和渣包車上,系統實現緩冷場渣位的狀態顯示,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。

3.5 噴淋冷卻控制系統

圖4 渣位布局畫面

渣包放到位時自動啟動渣包冷卻程序,渣包開始計時,按時間設定依次進入:空冷-水冷-待倒-空包-空位。渣包的水冷程序分為兩種模式,一種為連續水冷,一種為斷續水冷(為了防止連續噴水爆包),前幾個小時為斷續放水,后面剩下的水冷時間進行連續放水。控制系統按程序控制渣包噴水閥門,為了防止冬季由于閥門關閉不嚴,漏水造成管路結冰,在水冷結束后,關閉噴淋水閥門同時自動聯動打開放空閥;再次打開噴淋水閥門的同時聯動關閉放空閥。噴淋冷卻控制系統通過管理系統分渣型(不同渣型緩冷時間不同)進行可靠判斷,精確管理緩冷工藝,實現安全控制。

3.6 門禁系統

在渣包車去取熔煉渣的行駛路線上,有時有其它車輛通過,為確保行車安全在路線上設置自動門禁。在GPS 結合地理坐標成比例的實際反映位置的地圖中,檢測到渣包車將到達路口時,系統給門禁系統中的倒計時牌發落桿命令,倒計時牌綠燈變紅燈開始進行倒計時30 s,并語音播報“渣包車通過,禁止通行”,30 s 后道閘落桿。待系統通過坐標檢測渣包車通過后發命令給倒計時牌,倒計時牌紅燈變綠燈道閘抬桿。允許其他車輛通行。

圖5 噴淋系統控制圖

圖6 門禁位置及控制圖

3.7 熔煉渣智能緩冷系統其他功能

(1)司機登車插工作卡,可識別并記錄當值司機的在崗及工作狀態,對人、車、包、位實現精確調度,為人員績效提供考核依據。

(2)匯總查詢統計渣場上空包、熔煉渣總包數、冰銅總包數、待倒總包數、維修總包數、故障包的數量;為渣場存儲量提供數據依據。

(5)渣包進出場優先記錄查詢,可根據進出場渣包編號、渣型、車次、班次、日期范圍等多維度查詢,對查詢范圍內的進出記錄進行渣量和包次統計。

(6)渣場進出場渣量和銅量分析柱圖,為進出場渣量、進出場銅量分析工作提供參考依據。

(7)進出場渣型渣量占比對比分析圖,根據查詢日期范圍,為進出場渣型渣量占比分析提供參考,有利于指導下一工序的生產計劃。

(3)基于渣包編號識別,可實現每個渣包的使用包次記錄并生成相應查詢報表;包次記錄可提供渣包使用次數查詢、渣包使用記錄查詢、渣包故障維護記錄查詢、渣包利用率查詢、人工調度日志查詢等。這樣可實現渣包預修、預維護操作,實現渣包全壽命管理,延長渣包使用時間,達到合理安排生產的目的。

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

4 熔煉渣緩冷智能管理系統踐行成果

智能管理系統經過一年多的運行,可實現超過設計能力20%的處理量,優化了熔煉渣銅顆粒的粒度嵌布,提高浮選指標,現選礦日處理渣量近1 600 t。系統運行穩定,渣場未出現紅包、爆包事故,實現了無人值守的全自動精細化管理。渣場通過精細化管理降低了生產和管理成本,達到了本質安全。

圖7 進出場渣量及渣型分析圖

(1)對渣緩冷進行精細化管理,可以逐步優化工藝參數,提高有價金屬(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15萬t銅約產生405033.76t熔煉渣,則熔煉渣中含銅約9 315 t。實際熔煉渣選礦銅回收率為89%,增加1.1%,銅產量增加101 t/a。經濟效益增加101 ×5.564 0(2020 年11 月27 日銅價)=562 萬。

(2)合理使用渣包可以及時釋放渣包應力,同時對每個渣包預防性維護,渣包壽命延長10%。假設每個渣包20 萬,該廠有渣包180 個,則在渣包生命周期內可以節省費用為20 ×10% ×180=360 萬。

(3)熔煉渣緩冷循環泵的功率160 kW,工頻運行時電流為278 A。現由系統通過流量調節回路控制循環泵的變頻,頻率大約在30 Hz 時即可滿足現場水量要求,此時運行電流為205 A。

(4)實現無人值守、降低人員成本。按渣場有人值守時,需要1 名班長、4 名崗位人員,每人費用支出10 萬元/年,可節約管理成本5×10=50 萬/年。

5 結論

渣場智能管理系統能夠實現渣包、渣位自動識別,實現噴淋冷卻自動化控制,統計渣量及各要素的效率或利用率,實現對渣位、渣包、渣車、司機的智能化管理,實現無人值守。該系統對冷卻狀態的記錄和指示實現冷卻過程安全控制,結合環境因素優化冷卻作業,提高生產效率和設備使用率;通過智能調度實現合理作業和渣包均衡使用管理;統計渣包使用次數、渣車作業時間、渣量實現渣包全壽命管理;基于地理坐標的畫面顯示和表達,對渣包位置、渣包緩冷狀態、渣車位置實時在線監控,提升了安全管理水平。本套系統投運開啟了熔煉渣換冷場智能化管理的先河,在同行業企業具有推廣應用的前景。