永平铜矿选矿厂系日处理能力1万吨的大型选厂。该厂于1984年9月建成, 1985年正式投入生产。选矿厂一段磨矿的设计, 引进了二台由加拿大Allis-Chalmers公司制造的ϕ5.03×6.4米溢流型球磨机, 每台生产能力为5000吨/日。还引进了二组26"克莱伯斯(KREBS)水力旋流器作为分级设备(每组旋流器为6台)。为了保证大型磨矿分级设备的安全及高效运行, 配备了一整套引进的自动化仪表。

一   一般磨矿工艺设备联系

永平铜矿选厂一段磨矿有二个系统, 磨矿回路采用旋流器分级与球磨机构成闭路。工艺设备联系如图 1(单系统)。球磨机1排矿自流至泵池2；由砂泵3输送矿浆经核辐射密度计4和电磁流量计5检测后进入旋流器组7进行分级, 溢流经过PSM-200型粒度仪8检测后进入浮选作业; 底流返回磨机1再磨, 形成闭路磨矿。通常情况打开3~4台旋流器, 每台旋流器给矿管与总给矿管的罐顶盖之间用10"液压电动闸阀6连接。旋流器正常工作时, 闸阀打开, 备用时关闭。

图  1  一段磨矿工艺设备联系示意图

1-ϕ5.03> 6.4m溢流型球磨机; 2-泵池；3-14"×12"变速WARMAN泵; 4-核辐射密度计; 5-电磁流量计; 6-10"液压电动闸管阀; 7-26"KREBS水力旋流器; 8-PSM-200型粒度仪.

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二   磨矿回路的自动控制

一段磨矿工艺自动控制主要由自动检测报警系统和自动调节系统两部分组成。其中自动检测报警系统包括测定运行中与工艺设备有关的温度、压力、流量和液位, 自动调节系统是指磨机给矿自动调节、磨矿浓度自动调节、分级溢流粒度自动调节和泵池液位自动调节系统。生产实践表明, 一段磨矿回路的自动检测和自动调节系统是较为先进的, 能够满足正常生产时工艺条件的要求。

一   自动检测报警系统项目

1.温度检测:(1)磨机两端主轴承温度; (2)小齿轮轴承温度; (3)同步电机两端轴承温度; (4)同步电机定子温度; (5)磨机两端主轴承油温; (6)小齿轮轴承油温。

2.压力检测:(1)空气离合器气源压力; (2)空气离合器进气管压力; (3)磨机两轴承端高压油回路油压; (4)磨机两轴承端过滤器压差; (5)小齿轮轴承过滤器压差; (6)旋流器进浆压差。

3.流量检测:(1)磨机两轴承端油流量; (2)小齿轮轴承油流量; (3)大齿轮喷油量；(4)磨机给矿量。

4.液位检测:(1)砂泵池液位; (2)液力耦合器油位。

投产三年来实践表明, 自动检测报警系统, 能准确地检测磨矿工艺设备在运行中的有关温度、压力、流量和液位等参数, 保证了大型磨矿分级设备的安全和高效运行。有的还能够通过记录仪记录下整个生产过程中设备力运行状况, 便于随时查阅和调整。譬如, 安装在仪表室控制屏上的功率记录仪, 以带状图形记录球磨机的驱动功率, 操作者观察曲线能够判断磨机的运行情况。如当磨机的支取功率连续几个班有规律地逐渐下降, 表示没有补加钢球或补加不够, 当磨机支取功率超过5~10%的急剧下降, 则表示磨机内矿浆发粘(磨矿浓度偏高), 因此, 需加大磨矿补加水。

二   自动调节系统

1.磨机给矿自动调节系统, 该调节系统是基于稳定磨机总给矿量原理设计的。国内常用的磨机给矿调节系统是恒定给矿调节系统。显然, 这种调节系统对处理粒度和硬度等参数相同的矿石是较为理想的, 但对磨碎物理机械性能极不相同的矿石, 则不能保证球磨机的最佳给矿。

一段磨矿给矿调节系统如图 2所示。工艺上设定的总给矿量(新给矿量加循环负荷量)在主调节器MFIC上设定, 安装在旋流器进浆管上的核辐射密度计和电磁流量计测得旋流器进浆密度和流量信号分别经密度变送器DT和流量变送器FT变成4~20mA的标准信号, 经质量流量计算器FY计算得干矿量信号反馈到主调节器MFIC中与给定值进行比较, 调节器对其偏差进行PI运算后, 送到副调节器WIC中作为其外给定信号, 与此同时, 磨机给矿量经电脑皮带秤测得的重量信号通过重量变送器WT变换成4~20 mA的标准信号反馈到副调节器WIC输入端与外给定值进行比较, 调节器WIC对其偏差进行PI运算后, 输出信号控制调速电机的调速装置VS, 以控制圆盘给矿机的转速, 达到调节磨机给矿量的目的。由此看出, 在该调节系统中, 磨机给矿调节器WIC的给定值是由质量流量调节器MFIC的差值决定的。主调节器MFIC的输出值是副调节器WIC的给定值。根据入磨矿石粒度和硬度的不同, 在相同的操作条件下, 磨矿循环负荷会产生不同的变化。因此, 允许磨机新给矿量有少量的波动, 通过调节磨机新给矿量以达到的磨机总给矿量(新给矿量加循环负荷量)的恒定。

图  2  一段磨矿给矿调节系统示意图

1-粉矿仓; 2-26"KREBS水力旋流器; 3-5.03×6.4m溢流型球磨机; 4-泵池; 5-14"×12"变速WARMA泵; 6-圆盘给矿机; 7-集矿皮带; 8-给矿皮带; 9-莱姆西系列20型电脑皮带秤; FT-流量变送器; DT-密度变送器; WT-重量变送器; FY-质量流量计算器; MFIC-质量流量调器节; WIC-重量调节器; VS-变速装置.

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生产实践表明, 系统中由于具有电脑皮带秤的副调系统, 使调节过程加快了, 当给矿量发生变化时(或大或小, 但不包括粉矿仓卸料有堵塞现象), 副调回路对给矿量的变化进行及时调整, 使磨机给矿达到稳定, 当矿石性质如可磨性或其他原因引起球磨机内矿量变化时, 主调节器MFIC又能及时调整副调系统的磨机给矿设定值, 即调节了磨机新给矿量的大小, 从而避免了球磨机处于“空砸”和“胀肚”状况出现, 使磨矿效率能够得到充分发挥, 克服了单一但定给矿系统的不足。在磨机运行情况下, 仪表室内操作屏上能够很好地记录由循环负荷反映出来的矿石物理机械性质之变化。当给料中矿石的粒度, 硬度和其他参数有所变化时, 旋流器的循环负荷能够立即在记录仪上反映出来。

2.磨矿浓度调节系统, 选厂投产初期, 一段磨机出现低效率运行, 其生产能力只能达到150~180吨/时台。经过多次流程考查得知, 磨矿浓度偏低(70~72%)是一个重要的原因。当调整磨矿浓度到75~80%时, 磨机生产能力有大幅度提高。生产实践表明, 保证适宜的磨矿浓度对于大直径球磨机的运行显得十分重要。通常采用的磨矿浓度调节系统有:稳定磨机给水量或根据磨矿机排矿的矿浆浓度调节磨机给水量。前者对于磨机处理物理机械性质比较恒定的矿石时较为适宜; 后者由于受到磨机排矿浓度检测等的限制, 使得难以被采用。图 3为磨机给矿-给水双闭环比值调节系统。该系统有一个水流量闭环调节回路和一个磨机给矿闭环调节回路。工艺上根据最佳磨矿浓度, 所得到的矿石—水的比率在调节器FIO书比值器上设定。在调节系统稳定状态下, 矿石和水通过比值器, 自动地按规定的固液比给入球磨机。当给水通道由于某种干扰作用使磨机给水量与设定量发生偏差时, 给水调节回路就能够自动调整调节阀5的开度, 使磨机给水量达到规定值, 当磨机给矿量受干扰而发生变化时, 给矿调节回路也能够自动地改变磨机给矿量去逐渐消除磨机给矿量的偏差。与此同时, 给水调节回路根据已改变的给矿量, 经过调节器FIC中比值器重新给定一个新的给定值调节给水阀5的开度, 改变给水量, 使球磨机内固液比保持在规定的比值上。经过自动调节, 给矿回路中给矿偏差逐渐消除, 给水回路中给水给定值也逐渐改变, 最后系统恢复到原来的稳定状态。考虑到保证调节质量, 给矿—给水双闭环比值调节系统均采用了比例积分调节规律。

图  3  磨机给矿—给水双闭环比值调节系统示意图

1—扮矿仓; 2—集矿皮带; 3—给矿皮带; 4—电脑皮带秤:5—调节阀; 6—5.03×6.4m溢流型球磨机，7—圆盘给料机; VS—调速装置; WT—重量变送器; FT—流量变送器; IFC—流量调节器; WIC—重量调节器;

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3、分级溢流粒度自动调节系统, 在磨矿过程中, 矿浆粒度的测量历来为选矿厂高度重视。其原因为:一方面磨矿费用占选厂矿石处理费用的比例很高, 另一方面磨矿细度和均匀性对选矿工艺指标有直接的影响。国内相当多的选矿厂通过连续自动检测溢流浓度来间接反映分级溢流粒度。永平铜矿选厂试生产以来表明, 采用由美国ARMCO公司引进的psm—20型粒度仪测定出溢流浓度与实际取详值相比, 其相对误差在2%内, 若不定期对粒度仪标定, 粒度测定值与实际取祥值相比, 其相对误差就有可能超过2%, 虽然分级溢流浓度在很大程度上能反映溢流粒度, 但是实践表明, 只有按粒度控制才能较为准确地控制磨矿产品粒度。图 4为设计的分级溢流粒度三环自动调节系统。

图  4  分级溢流粒度自动调节系统示意图

1—26"KREBS水力旋流器; 2—5.03×6.4m溢流型球磨机; 3—泵池; 4—14"×12", 变送WARMAN泵; 5—调节阀; AT—粒度变送器; FT—流量变送器; DT—密度变送器; AIC—粒度调节器; FIC—流量调节器; DIC—密度调节器.

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工艺上所需要的磨矿产品粒度值在粒度回路调节器AIC上设定, 来自粒度仪检测出的粒度信号经变送器AT变成4~20mA的标准信号反馈到调节器AIC中与给定值进行比较, 其偏差输出值给入密度调节回路中的调节器DIC中作为其给定值。间时, 由密度计检测出的矿浆密变信号经变送器DT变成4~20mA的标准信号也反馈到调节器DIC中, 而调节器DIC的输出值又作为给水回路中调节器FIC的给定值。调节阀5根据调节器FIC输出偏差值大小来调节阀门的启闭程度, 通过加大或减少泵池补加水, 改变旋流器进浆浓度, 从而达到自动调节分级溢流粒度的目的。当给水通道产生干扰使泵池补加水量发生变化时, 给水调节回路通过调节器FIC的输出偏差信号, 自动调节阀位, 使水流量保持给定值；当由于磨机排矿量的波动等原因引起旋流器进浆浓度发生变化时, 通过调节器DIC的闭环调节回路作用, 发出一个新的给水信号给调节器FIC, 而调节器FIC根据实际水流量与新给定流量的差值发出信号来改变调节间5的阀位, 使得磨机在新的排矿量条件下, 保持旋流器有相同的进浆浓度。由此可知, 设计的分级溢流三环自动调节系统, 无论是系统处于稳定时, 还是波动时, 都能够进行自动调节, 最终保证分级溢流粒度满足工艺设定的要求。调节系统采用了比例积分调节规律。

4.泵池液位自动调节系统, 为了使闭路磨矿系统得到满意的分级指标, 旋流器的进浆压力保持相对稳定是重要的条件之一。压力的任何变化都会影响分级效率。通常采用的稳定旋流器进浆压力的方式有二种:一是由泵将矿浆扬送到设在高处的稳压箱中, 然后自流给入旋流器, 二是根据泵池液位来控制泵池补加水, 稳定泵池液位, 然后用定速泵将犷浆扬入旋流器。显然, 前者给矿压力较低, 因为设置稳压箱需要较大的高差, 而且管路较长, 后者由于利用泵池补加水来稳定泵池液位, 一方面液位波动较大, 另一方面会使旋流器进浆浓度波动较大, 直接影响旋流器的分级粒度。图 5为设计的泵池液位调节系统。该系统不但有效地利用了动力, 而且管路少, 便于维护。工艺上所要求的泵池液位, 在液位调节器LIC上设定, 液位计探头测出的泵池液位经浓位变送器LT变成4~20mA的标准信号, 反馈到调节器LIC中与给定值比较, 当液位测定值与给定值发生偏差时, 调节器JIC根据调节器LIC输出的偏差大小, 使砂泵功率发生变化, 通过调速装置VS改变泵的转速, 使泵池液位逐渐趋于给定值。当泵池液位达到给定值时, 偏差消除, 砂泵功率人小不变, 即泵的转速不变, 泵池液位保持在给定值上。生产实践表明, 即使球磨机给矿量波动较大的情况(100~250吨/时台), 泵池液位的控制也是较为稳定的, 其平均相对误差 < 1%。由于砂泵驱动速度紧紧跟踪着泵池液位的变化，在正常情况下, 泵池矿浆不会出现“外溢”及“露底”现象, 保证了变速WARMAN泵的正常运行, 从而使得旋流器总给矿管内矿浆始终满管, 核辐射密度计和电磁流量计正常工作, 为稳定旋流器给矿压力和给矿量创造了良好的条件。通过添加或减少泵池补加水来调节旋流器的进浆浓度达到自动控制分级溢流浓度和粒度的目的。

图  5  泵池液位调节系统示意图

1—泵池; 2—14"×12"变速WARMAN泵: YS—调速装置; LT—液位变速器; LCI—浪位调节器; IJC—功率调节器。

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三   结语

在大型选厂选用少系列而又大型的磨矿分级设备, 生产实践表明, 采用自动化仪表对磨矿工艺过程进行自动检测和自动调节是不可缺少的, 也是选矿技术发展的一个方向。永平铜矿选矿厂一段磨矿回路, 引进的国外大型磨矿分级设备和整套自动化仪表对工艺过程进行自动检测和自动调节在国内是属于较为先进的。