CN87108168A - 一种控制磨矿粒度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种湿式磨矿控制技术，一种适用于选矿厂、水泥厂、陶瓷厂、耐火材料厂以及其它具有湿式磨矿场合的控制磨矿粒度的方法。该方法采用新的粒子滞留时间分布模型，利用计算机对球磨机或棒磨机的示踪元素浓度分布进行多元回归分析，求出粒子的平均滞留时间，通过对粒子平均滞留时间的控制实现磨矿粒度的自动控制。该方法使流程稳定，避免了产品粒度和产量的波动，从而提高了磨矿效率，降低了操作费用，同时也减轻了工人的劳动强度。

Description

本发明涉及湿式磨矿控制技术，一种适用于选矿厂、水泥厂、陶瓷厂、耐火材料厂以及其它具有湿式磨矿场合的控制磨矿粒度的方法。

工业实践证明，磨矿粒度是对产品的经济效益和生产费用影响最大的因素。如果使磨矿粒度始终保持在给定值，并且使磨机保持在满载状态，则磨机的生产效率最高，而最终磨矿产品的单位成本降至最低。因此，以粒度为基础的控制通常是提高磨机生产效率的最有效办法。以粒度为基础的控制，就是根据影响选厂生产经济指标的两个主要因素（解离度和产量）来选择确定的粒度，并以测得的数据作为调整磨矿回路所需要的信息。

多年来，筛析和浓度控制一直是最常用的磨矿控制方法。但筛析不仅费时间，代价大，精度低，而且获得的单点粒度并不能代表频繁变化的真实的产品粒度。目前，很多选矿厂仍然采用浓度控制来代替粒度控制，典型的例子有苏联专利SU    1058610和SU    1021471，因为长期以来一直认为粒度和浓度有直接关系。然而，粒度和浓度变化的在线测量已经证明这种认识和做法是不足取的，浓度与粒度并非始终相关。由于矿石可磨性和矿浆粘度的变化，粒度和浓度之间的关系也相应地显著改变，最终产品粒度是一个动态函数。所以，采用浓度控制的方法只能在某种程度上减少粒度波动，并不能使产品达到并且维持在予先选定的粒度值上。

近年来，人们力图寻求比较满意的粒度控制方法，有直接的方法，也有间接的方法。加拿大采矿杂志（Canadian    Mining    J）1973jun    P36-37介绍了粒度和浓度的监控系统（缩写PSM）它用于直接测量磨矿粒度，这向改善选矿作业的经济指标迈进了一大步。然而，这是一种价格相当昂贵的系统，它的真空加速离心机、超声波能源传感器和用于超声波信号处理及数据分析的电子仪器装置，再加上外接的数字计算机系统，需要花费相当数量的投资。用于粗粒级的一套PSM-100价值数万美元，而用于较细粒级的一套PSM-400价格更为昂贵。

苏联专利SU    919741根据测出的粒子连生体中有用矿物的含量和连生体尺寸公式，来控制磨矿过程。日本专利JP58170550，JP58170551和JP58170552则是根据测得的磨矿产品的回收率作为控制值，使给矿和分级装置在稳定状态下工作。JP58153547利用激光测定磨矿产品的粒度分布，将测量值与给定值用计算机比较，以控制给矿量，从而得到一定粒度分布的磨矿产品。最近，美国专利US4597535和US4611763通过噪音检测和磨矿条件给定值的比较实现磨矿给矿的计算机控制。这些方法虽然可以从不同的角度改善磨矿粒度的控制，但是成本高，设备复杂。

本发明的目的是提供一种新的控制磨矿粒度的方法。利用计算机控制技术，按照新确定的粒子滞留时间分布数学模型（简称新RTD模型）控制粒子平均滞留时间使流程得以稳定，避免了产品粒度和产量的波动，从而提高了磨矿效率，降低了成本，同时也减轻了工人的劳动强度。

本发明的目的是这样实现的：采用电子计算机系统调节磨矿流程中的给矿系统、给水系统和检测系统，对磨矿粒度进行自动控制。在检测系统中设置与示踪元素相适应的在流放射性同位素激发X射线探头，并按照确定的检测周期将测得的具有不同时间间隔的一系列示踪元素浓度值，直接输入电子计算机系统中的接口，该接口将此模拟量转换成数字量送入微机，该微机按照给定的数学模型进行多元回归分析，求得与粒子尺寸呈线性关系的平均滞留时间，并且定时地与给定的平均滞留时间进行比较，将比较结果向给矿系统中的调速装置和给水系统中的执行器发出调节信号，对磨矿粒度进行自动控制。

探头在时间t测得的示踪元素浓度值C_（t）系按给定的三参量指数式动态数学模型（简称新RTD模型）：

${\mathrm{C\; (\; t\; )\; =\; K}}_{1}t{}^{k_2}{\mathrm{e\; x\; P\; (\; -\; K}}_3\mathrm{t\; )}$

进行多元回归分析，根据求出的参量值K₁、K₂、K₃即可确定粒子的平均滞留时间（MRT）：

MRT＝（K₂+1）/K₃

下面是导出的新RTD模型：

$G(K_2+1)={K_3}^{k_1+1}\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}{t}^{k_1}\exp (-K_{3}t)/G(k_2+1)$

式中TE（t）为无因次时间，分母为伽马函数：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明的一种工作流程示意图。

图2是本发明的一种工作特性曲线。

图3是示踪元素浓度测量值与拟合值之间的关系图。

图4是本发明在工业条件下采用新RTD模型的计算机输出图。

图5是本发明在工业条件下采用导出的新RTD模型的计算机输出图。

图6是本发明在半工业条件下采用新RTD模型的计算机输出图。

图7是本发明在半工业条件下采用导出的新RTD模型的计算机输出图。

根据图1～7详细描述本发明的方法。这种控制磨矿粒度的方法是采用电子计算机系统调节给矿系统、给水系统和检测系统。其中给矿系统包括矿料1、电子皮带秤2、皮带给矿机3、调速装置4;给水系统包括执行器5、电磁流量计6、给水装置7;检测系统包括执行器5、电磁流量计6、固态或液态示踪元素8、磨机9及其卸料装置10、与示踪元素相适应的在流放射性同位素激发X射线探头11;电子计算机系统包括电子计算机接口12、微机13、打印机14。矿料1通过电子皮带秤2，经可以调速的皮带给矿机3进入磨机9，皮带给矿机3通过可控硅变频或其它种类的调速装置4来调整运行速度，该装置及电子皮带秤2与接口12联结将给矿系统与电子计算机系统组成闭环调节回路;给水装置7通过电磁流量计6和执行器5将水给入磨机9、执行器5和电磁流量计6与接口12联结，将给水系统与电子计算机系统组成闭环调节回路;检测系统中的固态或液态示踪元素8通过电磁流量计6和执行器5先进入磨机9，然后进入磨机卸料装置10，检测系统中的执行器5和电磁流量计6也与接口12联结，将检测系统与电子计算机系统组成开环调节回路，由电子计算机系统来控制给矿量、给水量、示踪元素给入量。流经磨机卸料装置10的示踪元素含量是时间的函数，不同时间的示踪元素含量值由与示踪元素相适应的在流放射性同位素激发X射线探头11直接测取。为使探头测量出具有代表性的矿浆流，可采用固定截取型取样器从主矿流中截取一部分矿流，再把分矿流引到安装探头的流通式样品盒处。样品盒上的薄膜窗宜加清洁筛，筛子和薄膜应定期清洗和更换。接口12将来自给矿、给水和检测系统的模拟量转换成数字量送入微机13，微机13把处理结果连同控制示踪元素的指令给入接口12，再将数字量转换成相应的模拟量，以控制过程自动进行。微机13需要配齐参数计算、控制计算、数理统计及二维作图程序。这些软件包括：给矿与给水的按比例控制;示踪元素的定时给入控制、探头检测的时间间隔控制及检测周期的确定;探头11在t时间测得的示踪元素浓度值C_（t）系按照三参量指数式动态数学模型（简称新RTD模型）：

${\mathrm{C\; (\; t\; )\; =\; K}}_{1}t{}^{k_2}{\mathrm{e\; x\; P\; (\; -\; K}}_3\mathrm{t\; )}$ ……①

进行多元回归分析，根据求出的参量值K₁、K₂、K₃即可确定平均滞留时间（MRT）：

MRT＝（K₂+1）/K₃……②

微机13还须配备具有调节器功能的软件，用于把探头11输送来的讯号处理后得出的平均滞留时间（MRT）与给定值进行比较，得出一差值，根据差值输出一个按相应规律变化的信号给执行器5和调速装置4，通过增加或减少给水及给矿量来实现对磨矿粒度的自动控制。

粒子平均滞留时间的给定值是这样得到的：根据现场大量试验数据的回归分析结果，得出磨矿粒度与粒子的平均滞留时间呈线性关系。在矿石和磨矿条件一定的条件下，对应有确定的粒子尺寸-平均滞留时间工作特性曲线，如图2所示。该曲线可这样获得：当磨机9在稳定状态下运转时，在其入口处给入与被磨物料可磨度相近的固态示踪元素8，紧接着在磨机9出口按照确定的取样时间取出一系列矿样，取样总时间应以能够保证获得完整的浓度曲线为准，每个取样均按粒级分组（至少为6组），测出每个粒级的示踪元素含量C_（t），对各组分别采用公式①进行多元回归分析，用②式求出平均滞留时间，再对各组的平均滞留时间和粒子尺寸作回归分析，即可得到粒子尺寸-平均滞留时间工作特性曲线。然后可以按照控制目标确定控制区域，如果控制目标是最大处理量，则可控制磨机运行在A₁A₂工作段上，即在较短的平均滞留时间里（T₁～T₂）获得较粗的产品粒度（d₁～d₂），如果控制目标是最高解离度，则可控制磨机运行在A₃A₄工作段上，即在较长的平均滞留时间里（T₃～T₄）获得较细的产品粒度（d₃～d₄）。在操作中，当微机13求出的MRT值偏离给定的控制值时，微机13即发出指令，对给矿量和给水量按比例进行调整。对于上述第二个控制目标，可以这样确定细磨的界限：细磨增加的生产费用不超过由于细磨提高的回收率而增加的收入。

在矿石的可磨性和磨矿条件（如装球或装棒量、磨机衬板磨损、磨机转速、磨矿浓度等）发生变化时，给定的平均滞留时间MRT值必须加以修正。

与微机13连接的打印机14可自动打出每8小时的班报告，或者每隔1～2小时直接输出分别由拟合值和检测值表示的滞留时间分布曲线，并在曲线上方直接打印出平均滞留时间数值及磨机工作条件。根据条件和需要，也可设置屏幕显示、数据输入功能及报警系统，以便操作者对流程直接控制。

图3～7即为与微机13连接的打印机14打印出的曲线图。

图3是示踪元素浓度测量值与拟合值之间的关系图。是试验采用φ4.9×5.7m球磨机，被磨矿物为磁铁矿，以铬铁矿为示踪物，开路磨矿，其中A：给矿量为230吨/小时，示踪元素尺寸为K80＝0.45mm;B：给矿量为207吨/小时，示踪元素尺寸为0.3～0.6mm。图中纵座标表示示踪元素铬的浓度（PPm），横座标表示平均滞留时间（分钟）。虚线表示示踪元素铬浓度的测定值;实线表示其按新RTD模型求出的拟合值。

图4是在工业条件下采用新RTD模型的计算机输出图。纵座标表示示踪元素铬的浓度（1000PPm），横座标表示平均滞留时间（t分钟）。其中：

平均滞留时间（MRT）A-D：5.22    6.49    5.81

6.60（分钟）

曲线A：K₁-K₃＝2387.26 1.9102 0.5570

曲线B：K₁-K₃＝1150.79 1.7528 6.4241

曲线C：K₁-K₃＝3775.54 0.7493 0.3011

曲线D：K₁-K₃＝1413.16 1.8147 0.4262

图5是在工业条件下采用导出的新RTD模型的电子计算机输出图。是无因次时间的示踪元素铬的滞留时间出现率曲线图。纵座标表示伽马函数值，横座标为无因次时间T。其中：

平均滞留时间（MRT）A-D：5.22    6.49    5.81

6.60（分钟）

伽马函数值A-D：1.8438    1.6109    0.9191

1.6976

给矿量（吨/小时）A-D：230    198    207    161

图6是在半工业条件下采用新RTD模型的计算机输出图。纵座标表示示踪元素锂的浓度（克/升），横座标表示平均滞留时间（t分钟）。其中：

平均滞留时间（MRT）A-D：18.52    11.19    7.86

6.93（分钟）

曲线A：K₁-K₃＝0.6108 0.7314 0.0935

曲线B：K₁-K₃＝0.2385 0.8234 0.1630

曲线C：K₁-K₃＝0.4383 1.1353 0.2715

曲线D：K₁-K₃＝0.5894 0.8877 0.2723

图7是在半工业条件下采用导出的新RTD模型的计算机输出图。纵座标表示伽马函数值，横座标表示无因次时间T。其中：

平均滞留时间（MRT）A-D：18.52    11.19    7.86

6.93（分钟）

伽马函数值A-D：0.9157    0.9368    1.0648

0.9584

给矿量（吨/小时）A-D：90    180    270    360

本发明应用新的RTD模型和计算机控制技术实现了以平均滞留时间控制磨矿粒度的目的。使磨矿流程得以稳定，避免了产品粒度和产量的波动，从而提高了磨矿效率，降低了操作费用，同时减轻了工人的劳动强度。在选矿厂，对于不同类型的矿石，可使处理量提高5～8%，精矿产量可提高10～20%。这种方法也可应用在磨矿试验中，以探索各种磨矿参数对磨矿效果的影响以寻求最佳工作状态。

Claims (2)

1、一种控制磨矿粒度的方法，该方法采用电子计算机系统调节磨矿流程中的给矿系统，给水系统和检测系统，对磨矿粒度进行自动控制，其特征在于检测系统中与示踪元素相适应的在流放射性同位素激发X射线探头按照确定的检测周期将测得的具有不同时间间隔的一系列示踪元素浓度值，直接输入电子计算机系统中的接口，该接口将此模拟量转换成数字量送入微机，该微机按照给定的数学模型进行多元回归分析，求得与粒子尺寸呈线性关系的平均滞留时间，并且定时地与给定的平均滞留时间进行比较，将比较结果向给矿系统中的调速装置和给水系统中的执行器发出调节信号，对磨矿粒度进行自动控制。

2、根据权利要求1所述的控制磨矿粒度的方法，其特征在于给定的数学模型可以是：

${\mathrm{C\; (\; t\; )\; =\; K}}_{1}t{}^{k_2}{\mathrm{e\; x\; P\; (\; -\; K}}_3\mathrm{t\; )}$

式中C_（t）为t时的示踪元素浓度值，K₁、K₂、K₃为参量，将上式进行多元回归分析，求出K₁、K₂、K₃，进而确定粒子的平均滞留时间（MRT）：

MRT＝（K₂+1）/K₃

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