一种“新线”信息化技术在某铁矿选厂的研究

张国胜，谢广峰，陈彦亭

（1.河钢集团矿业有限公司，河北唐山 063009；2.河钢集团矿山设计有限公司，河北唐山 063700）

0 引言

某铁矿属于老矿山企业，同时又是一个开发利用低品位铁矿资源的代表性企业。近年来该矿取得了较好的效益，但伴随着铁矿行业的持续低迷，企业生存压力日渐增大[1]。该矿以自身实际出发，针对选厂流程中的制约点进行了全方位排查。目前，国内多数磨选工艺设备需要现场岗位启停控制，流程启动时间长，无论是从设备损耗、能耗、水耗上来说都是极大浪费。磨选工艺能耗高，如何节能降耗、提升磨矿产量是一直存在的难题。因此，结合河钢矿业各矿山选矿自动化控制的实践经验，融合当前国内成熟信息化技术，为老矿山企业带来新活力。

1 选厂概况

该选厂的磨选流程为阶段磨矿阶段选别流程，最终产品为铁精矿。一段磨矿为一段球磨机+螺旋分级机。以二选厂为例，其设计年处理原矿石400万t，年产铁精粉37.54万t，磷精矿10.88万t。在一段磨矿分级过程中，影响系列处理能力及磨矿产品粒度的因素有：给矿量、矿石粒度及硬度、分级机返砂量、磨机磨矿粒度及浓度、介质充填率、衬板状况及球荷球比等。上述因素的多变性及随机性，增加了磨矿分级过程控制的难度，经过该磨矿分级过程分析，选取对影响磨矿效果比较直接的因素进行检测和控制。但整个流程的岗位上基本由人工对生产设备和工艺过程的在线操作和监控一线工人的劳动强度很大，生产设备的潜能没有被激发出来，主要设备的处理量和运转率没有实现最大化。

2 选厂信息化系统

信息化的选厂是为了提升产品竞争力与质量，其建设不能一蹴而就，需要长期的努力与变革，其根本是运营模式的变化，而智能化是信息化选厂的基础与核心[2]。本文结合相应的选矿工程经验，对信息化系统在选厂生产中的应用进行了介绍。

2.1 控制与测控硬件的安装

控制柜由磨机控制仪及辅助电气部件组成，磨机控制仪可实现给料量检测与控制、给水量检测与控制、磨音检测、磨机电流检测。测控检测仪表有水流量检测的涡轮流量计；水流量控制的电动阀门；磨音检测的磨音电耳（磨音频谱仪）的传感器；用于磨机电流检测的电流变送器等。

2.2 监控层、管理层信息化的搭建

值班岗位人员通过安装在值班室内的计算机运行界面来观察磨机负荷量状态、磨机电流、料量、水量等工艺参数。对系统的运行参数进行修改，对运行状态进行操作。管理者可通过安装在调度办公室的计算机随时了解系统的运行状态，便于生产调度的监督与管理。

2.3 信息化的技术框架

局域网络化管理采用客户端/服务器结构即C/S结构，数据来自监控计算机。为了保证控制层的可靠性，服务器与监控计算机的采用RS485及MODBUS协议，从而保证了管理计算机的病毒不会侵入到控制级由监控计算机传送来的数据存入数据库，同时具有数据显示、运行曲线显示、报警输出、打印等功能。客户机从数据库取得数据，完成相应的显示、数据综合、报表打印等工作。集团管理层网络下监控采用浏览器/服务器（B/S）模式。服务器可以租用公共服务空间，也可以使用集团服务器，数据从厂内网络服务器上获取，也可通过5G获取。职能部门可以通过访问Internet网页观察现场的运行情况，获取相应的数据[3-6]。系统结构如图1所示，系统工作示意图如图2所示。

图1 系统结构图

图2 系统工作示意图

3 一段磨矿流程智能化设计

磨矿分级是选矿生产的主要工艺环节，选用的大型装备多，也是选矿厂能耗的主要过程，采用自动化控制技术是稳定提升各项工艺指标的主要手段［7］。为了方便现场检修与维护，系统备有手动控制与本地/远程控制。在生产中的集中连锁控制、生产过程控制属于最基本的自动化改造，只有在此基础上才能进一步实现智能化控制。因此本文从磨矿的负荷智能控制、专家控制、磨机产量优化控制等方面进行了分析与设计。

3.1 磨矿负荷智能优化控制的结构

料量闭环控制、水量闭环控制、料水比例控制构成了磨机基本控制。负荷给定闭环构成了磨机负荷专家控制，最外环构成了系统的优化控制系统。智能优化控制结构图如图3所示。

图3 智能优化控制结构图

3.2 磨机负荷的智能优化控制

3.2.1 智能判断

合理的矿石装载量是保证球磨机处理效率的重要条件。磨机的负荷状况即充填率，即指磨机中物料容积占磨机有效容积百分数[8]。由于磨机在工作过程中，其声音、频率的高低，与矿物的充填量和矿石性质有着密切关系。当矿物充填少时，磨音清脆，反之沉闷。使用磨音频谱仪检测磨机矿石装载量变化的情况。针对不同状态、不同环境的磨机声音在频谱上存在差别，磨音频谱分析仪能够排除背景噪声的干扰，自动分析出最能体现磨机状态的特殊区域的频率，这就能够在排除干扰的前提下准确判断磨机的状态。如图4所示，根据磨音频谱的高低预判断出磨机的负荷料位。

3.2.2 自动调节控制

磨机在自动运行时，磨音低于设定值时，系统会减小给料量和给水量；磨音高于设定值时，系统会加大给料量和给水量，使磨音恢复到设定值附近。磨音较大时，磨机负荷太小，产量降低；磨音较小时，磨机负荷太大，产量也会降低；合理的磨音，磨机负荷适中，这时的磨矿的产量最高，此时磨音才是最佳磨音。因此，运行在略高于最佳磨音点附近，才能实现高产、稳产。

3.2.3 专家经验控制

磨音信号高低与磨机内负荷的高低相关，给矿量越少磨音越高，反之则磨音越低。矿石性质发生变化是磨矿作业时经常遇到的问题，工人进行调节也较为复杂，如调整不及时严重干扰作业的稳定性。既使有效地进行相应的调节，磨机很难以达到最佳处理能力，间接还会影响到分级溢流浓度、粒度的合格率。矿石的给料性质变化会直接影响磨机的磨矿效率，并在循环负荷中有明显变化。

3.2.4产量优化控制

图4 磨音频谱趋势图

当磨机负荷较小时，磨机处理能力较低，反之，磨机处理能力也降低；当负荷适中时，磨机处理能力达到最高值，磨机的消耗功率也接近最高。所以在系统工作在最高的功率下，磨机的处理能力可达到最高。系统通过磨机的运行曲线，确定磨机的工作点，当工作点的磨机负荷大于最佳工作点时，减小磨机给矿量；当工作点的磨机负荷小于最佳工作点时，增加磨机给矿量。最终使磨机负荷运行在最高状态下。

4 结束语

该系统的投入使用后，可提高处理量5%～10%，按照增产10%计算。增产部分中的精粉可节约成本100元/t，仅增产量可为企业带来的年利润230余万元，同时也可提高精矿品位、减少岗位工、延长设备维护周期、降低能耗等间接经济效益。为了能够持续稳定地为公司提供铁精粉产量，应加快对该矿的系统进行“新线”信息化升级改造工作，尽快实施建设。