CC BY
104
УДК 622.7:658.5
Е.Е.АНДРЕЕВ, канд. техн. наук, доцент, (812) 328-82-85 В.В.ЛЬВОВ, канд. техн. наук, ассистент, (812) 328-82-85 Н.В.НИКОЛАЕВА, канд. техн. наук, ассистент, (812) 328-82-85 Санкт-Петербургский государственный горный университет
E.E.ANDREEV, PhD in eng. sc., associate professor, (812) 328-82-85 V.V.LVOV, PhD in eng. sc, assistant lecturer, (812)328-82-85 N.V.NIKOLAEVA, PhD in eng. sc, assistant lecturer, (812)328-82-85 Saint Petersburg State Mining University
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ДВУХСТАДИАЛЬНОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ОФ-1 ГМК «ПЕЧЕНГАНИКЕЛЬ»
Разработан алгоритм и система оптимального управления циклом двухстадиального мокрого измельчения для Ждановской обогатительной фабрики ГМК «Печенганикель». Проведено компьютерное моделирование, позволяющее определить оптимальные установки к системам оптимизации, реализующих разработанный алгоритм. Разработана функциональная схема автоматизации, позволяющая внедрить разработанный алгоритм и систему оптимального управления.
Ключевые слова: автоматизация, измельчение, оптимизация, управление.
AUTOMATION OF TWO STADIAL GRINDING FOR EXAMPLE MINERAL SEPARATION PLANT GMK «PECHENGANICKEL»
The algorithm and system optimal control of two-cycle by stages for mineral separation plant GMK «Pechenganickel». Computer modeling, which allows to determine the optimal set of optimization systems that implement the developed algorithm. A functional diagram of automation, allows the implementation algorithm and a system of optimal control.
Key words: automation, milling, optimization, control.
Одна из причин низких показателей технологического процесса* (рис.1) на первой секции измельчения ОФ ГМК «Печенганикель» - это отсутствие функционирующих систем стабилизации выходных показателей качества (плотность и гранулометрический состав) готового продукта измельчения.
Для разработки алгоритма управления качеством готового продукта было проведено математическое моделирование процесса
* Андреев Е.Е. Дробление, измельчение и подготовка сырья к обогащению: Учебник / Е.Е.Андреев, О.Н.Тихонов; СПГГИ. СПб, 2007. 440 с.
Andreev E.E., Tikhonov O.N. Crushing and preparation of raw material for enrichment: the Textbook; SPMI. Saint Petersburg, 2007. 440.
измельчения обеих стадий измельчения с помощью компьютерного пакета JKSimMet** (рис.2, 3). На математических моделях рассчитывались режимные параметры процесса (см. таблицу) при изменении производительности секции с 350 до 420 т/ч с шагом в 10 т/ч. Была выбрана стратегия управления, ориентированная на стабилизацию плотности слива гидроциклонов в I стадии и гранулометрического состава (по расчетному классу крупности -0,074 мм) слива гидроциклонов во II стадии измельчения.
** JKSimMet User Manual and Supplementary Information Manual // JKTech. Indooroopilly, Qld., Australia. 1989. Version 4. Release 1.
_ 115
Исходная руда
I стадия измельчения
Классификация в гидроциклонах Слив
Пески
Хвосты
Промпродукт
Межцикловая флотация
Классификация в гидроциклонах Слив ^
II стадия измельчения
Рис. 1. Технологическая схема двухстадиального замкнутого цикла мокрого измельчения
Моделирование проводилось при следующих ограничениях (константах).
Для I стадии измельчения:
1) содержание твердого на сливе мельницы 70 %;
2) содержание твердого в сливе гидроциклонов 38,6 %;
3) число работающих гидроциклонов 4 шт. р = 600 мм).
Для II стадии измельчения
1) содержание твердого в питании гидроциклонов 50 %;
2) содержание твердого на сливе мельницы 69,5 %;
3) выход промпродукта флотации 20 %;
4) содержание класса -0,074 мм в сливе гидроциклонов 86 %;
5) число работающих гидроциклонов 27 шт. (р = 350 мм).
Остальные параметры работы секции измельчения соответствовали принятым на ОФ режимным значениям.
Цель моделирования - расчет расходов воды в мельницы и зумпфы, давлений на входе в гидроциклоны I и II стадий, а также плотности питания и содержания класса -0,074 мм в сливе гидроциклонов I стадии и плотности слива гидроциклонов II стадии измельчения.
Параметры моделирования представлены в таблице и на рис.3, 4. На рисунках данные приведены в процентах по отношению к базовому варианту Q = 350 т/ч. Эти данные положены в основу разработанного алгоритма.
Исходное 350 питание 97 9
□ У
766 52,0
349 37,5
Гидроциклоны D = 600 мм n = 4
416 77,1
766 70,0
А
Слив гидроциклонов на флотацию
766
52,0
К
766 70,0
Мельница МТТТТТ 6,5 х 9,65
766
Зумпф
52,0
Рис.2. Схема цикла I стадии измельчения. В числителе - тонна в час твердого, в знаменателе процент твердого
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.192
Рис.3. Схема цикла II стадии измельчения В числителе - тонна в час твердого, в знаменателе процент твердого
Зависимость параметров процесса измельчения от производительности 1-й секции
Параметры Единица измерения Производительность 1-й секции, т/ч
350 360 370 380 390 400 410 420
I стадия измельчения
Слив гидроциклона 0 600 мм -0,074 мм 48,24 47,77 47,32 46,86 46,41 45,96 45,57 45,17
% (отн.) 100,0 99,00 98,00 97,10 96,20 95,30 94,50 93,60
Вода в мельницу м3/ч 211,6 224,6 236,6 249,6 261,6 272,6 285,6 298,6
м3/мин 3,530 3,740 3,940 4,160 4,360 4,54 4,760 4,980
Вода в зумпф разгрузки мельницы м3/ч 337,0 340,0 345,0 348,0 351,0 354,0 359,0 362,0
м3/мин 5,620 5,670 5,750 5,800 5,850 5,900 5,980 6,030
% (отн.) 100,0 100,9 102,3 103,2 104,1 105,0 106,4 107,3
Давление на входе в гидроциклон КПа 40,95 43,12 45,39 47,66 50,01 52,26 54,83 57,34
% (отн.) 100,0 105,3 110,8 116,4 122,1 127,6 133,9 140,0
Питание гидроциклонов % твердого 53,70 54,00 54,.20 54,40 54,70 54,90 55,10 55,30
% (отн.) 100,0 100,4 100,9 101,3 101,9 102,2 102,6 103,0
II стадия измельчения
Слив гидроциклона 0 350 мм % твердого 28,30 7,90 27,50 26,90 26,10 25,20 24,30 23,23
г/л 1225 1221 1217 1212 1204 1196 1187 1177
% (отн.) 100,0 98,50 97,00 95,00 93,00 90,00 86,00 82,00
Вода в мельницу м3/ч 0,00 0,00 0,00 0,00 40,70 80,30 126,9 182,8
м3/мин 0,00 0,00 0,00 0,00 0,68 1,34 2,16 3,05
Вода в зумпф разгрузки мельницы м3/ч 325,0 358,0 393,0 428,0 460,0 498,2 543,9 599,5
м3/мин 5,41 5,97 6,55 7,13 7,66 8,30 9,07 10,00
% (отн.) 100,0 110,7 121,3 131,8 141,6 153,4 167,6 184,8
Давление на входе в гидроциклон КПа 71,20 75,90 80,90 86,70 95,00 104,6 116,2 184,8
% (отн.) 100,0 106,6 113,6 121,6 133,4 147,0 163,0 230,6
Рис.4. Зависимость параметров процесса измельчения от скорости подачи руды для I стадии
1 - расход воды в мельницу; 2 - давление на входе в гидроциклон; 3 - расход воды в зумпф; 4 - твердого в питании гидроциклона, %; 5 - крупность -0,074 мм на сливе гидроциклона, %
С учетом технических средств и конфигурации схемы целесообразно стабилизировать плотность слива гидроциклонов I стадии по давлению на входе в гидроциклон (рис.4), а во II стадии - поддерживать заданную крупность помола по классу -0,074 мм (рис.5), стабилизируя требуемую (свою для каждой производительности) плотность пульпы на сливе гидроциклонов II стадии измельчения.
Система реализуется в рамках АСУТП ОФ при трехуровневом управлении. На первом (нижнем) уровне высокочастотные возмущения вызваны колебаниями показателей материальных потоков с периодом в несколько минут. На втором (среднем) уровне стабилизируются среднечастотные колебания показателей качества с периодом в десятки минут. На третьем (верхнем) обычном уровне оптимизации, возмущения обусловлены длительными изменениями технологического режима и показателями качества с периодом часы и более. Согласно алгоритму внутренний контур стабилизации расхода воды в зумпф компенсирует высокочастотные колебания, связанные, в частности, с изменениями напора в водной магистрали. Возмущения средней частоты, связанные с изменениями показателей плотности пульпы, компенсируются в контуре стабилизации плотности слива гидроциклона. Оптимизация качества помола осуществляется на верхнем уровне управления. Показате-
Рис.5. Зависимость параметров процесса измельчения от скорости подачи руды для II стадии
1 - расход воды в зумпф; 2 - давление на входе в гидроциклон; 3 - плотность слива гидроциклона
лем качества может быть выбрана циркулирующая нагрузка агрегата, контролируемая, например, по мощности двигателя насоса.
Управляющий сигнал с этого уровня изменяет задание для контура стабилизации плотности. Желательно использование насосов с регулируемым приводом и стабилизация уровня пульпы в зумпфе с воздействием на частоту вращения электродвигателя привода насоса.
В статье описан алгоритм управления гранулометрическим составом продукта измельчения на II стадии; I стадия регулируется аналогично, но стабилизируется не плотность, а давление на входе в гидроциклон. При разработке алгоритма и системы оптимизации управления двухстадиальным циклом использовался опыт кафедры обогащения полезных ископаемых Санкт-Петербургского горного университета.
Бесперебойная и высокоэффективная работа гидроциклонной установки возможна лишь при наличии адекватной системы автоматического управления процессом классификации. Автоматическое управление должно включать элементы систем автоматического контроля и стабилизации.
Система автоматического контроля:
• уровня пульпы в зумпфе насоса гидроциклона;
• расхода воды в зумпф насоса гидроциклона;
118 _
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.192
Слив
Межцикловая флотация
Концентрат
Рис.6. Структурная схема управления качеством готового продукта на I секции измельчения
на ОФ-1 ГМК «Печенганикель» ДРВ - датчик расхода воды; ДРР - датчик расхода руды; ДВ - датчик веса; УВМ - управляющая
вычислительная машина
• плотности слива гидроциклона;
• гранулометрического состава продукта классификации;
• активной потребляемой мощности двигателем насоса;
• давления на входе в гидроциклон.
Система стабилизации:
• расхода воды в зумпф насоса гидроциклона;
• уровня пульпы в зумпфе насоса гидроциклона;
• плотности пульпы на сливе гидроциклона.
На рис.6 представлена схема системы управления двухстадиальной гидроциклонной установкой на примере первой секции измельчения ОФ-1 ГМК «Печенганикель».
