СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД Российский патент 2008 года по МПК B03B13/04 

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано на горно-обогатительных предприятиях в черной металлургии, в том числе для автоматизированного управления процессом.

Известен способ управления цепью технологических аппаратов обогатительной секции, основанный на изменении производительности по исходной руде в зависимости от прогнозируемого по показаниям датчиков косвенных параметров содержания железа в концентрате [1].

Недостатком этого способа управления технологическим процессом является запаздывание управляющего воздействия в виде изменения производительности технологических линий по исходной руде по отношению к изменению качества получаемого конечного продукта.

Кроме этого, недостатком существующего способа управления является нестабильность качества конечного продукта, колебания которого происходят вследствие изменений качества руды на входе процесса.

Известный способ управления не позволяет реагировать достаточно быстро на естественные изменения качества руды на входе процесса. Это связано с инерционностью технологического процесса. Кроме этого, требуется время для выработки управляющей команды, направленной на коррекцию технологического процесса.

Запаздывание при принятии решения, выработки управляющей команды приводит к ухудшению выходных показателей технологического процесса, в первую очередь к колебаниям качества конечного концентрата и потери производительности.

В случае изменения качества руды, влекущего ухудшение процесса обогащения, происходит падение качества конечного концентрата. Однако пока не будет получена информация о снижении качества, технологические линии будут работать с производительностью, неподходящей для данного качества руды (неоптимальной).

В случае изменения качества руды в сторону более легкого обогащения, когда производительность технологических линий по исходной руде целесообразно увеличивать, это так же делают с запаздыванием. Таким образом, теряется производительность.

Запаздывание в управлении процессом приводит к необходимости постоянно компенсировать последствия изменений течения технологического процесса. Например, после получения конечного концентрата пониженного качества, для соответствия плановым показателям качества требуется компенсировать это выпуском соответствующего количества концентрата повышенного качества. Для этого снижают производительность. При этом вынуждены устанавливать более низкую производительность, чем это требуется для получения из данной руды концентрата планового качества. Таким образом, качество конечного продукта (конечного концентрата) на выходе из процесса не стабильно, сильно колеблется, что отрицательно сказывается на последующих процессах (например, окомковании, доменном процессе).

Известен способ управления многостадийным процессом обогащения железных руд, основанный на измерении производительности по исходной руде, содержания готового класса по стадиям классификации и в концентрате и процентного содержания железа в хвостах и изменении расхода руды и воды, основанный на измерении расхода электроэнергии по каждой стадии и по процессу в целом. По динамическим коэффициентам флуктуации производительности процесса, расхода электроэнергии первой стадии, содержания готового класса по первой стадии классификации, процентного содержания железа в хвостах корректируют заданную производительность и расход воды в мельницу и классификацию по каждой стадии [2].

Однако согласно данному способу расход электроэнергии по каждой стадии получают суммированием значений расхода электроэнергии по приводам технологических агрегатов, составляющих стадию (мельница, классификатор, сепараторы), что нацелено на получение информации об энергоемкости стадии в целом. Недостатком известного способа является то, что полученный расход электроэнергии по стадии зависит, с одной стороны, от количества рудного материала, находящегося в цикле (в стадии), а с другой стороны - от степени загрузки мельницы мелющими телами, причем таким образом, что последняя составляющая преобладает.

Таким образом, информация о количестве рудного материала сильно смазывается.

Близкий к предлагаемому в изобретении подход описан в способе автоматизированного управления горно-обогатительным производством [3].

Известный способ включает измерение в заданных интервалах времени расхода электроэнергии оборудования технологических звеньев добычи, дробления и получения железорудного концентрата на 1 т продукта. На основании статистических данных для оборудования технологических звеньев вводят граничные параметры допустимых значений расхода электроэнергии на производство 1 т продукции. Определяют количество продукции, заданного химического состава, получаемого из 1 т руды. Затем производят сравнение расхода электроэнергии, потребляемого каждым технологическим звеном (добычи, дробления, получения концентрата).

Указанный способ отличается глобальным характером, поскольку осуществляет контроль укрупненных технологических звеньев, и, по существу, нацелен на анализ надежности производственных процессов. Локализация нарушений производится поиском, переходом в диагностический режим, последовательным исключением компонентов, на что требуется время.

Сам процесс анализа так же растянут во времени, поскольку существует привязка к удельному показателю на 1 т продукта, это так же является признаком того, что реализация способа подразумевает связь с длительностью технологического цикла, то есть речь не идет о реагировании на изменение в технологическом процессе в реальном времени, что требуется для управления динамично-изменяющимся процессом обогащения.

Наиболее близким по технологической сущности к предлагаемому является способ управления многостадийным процессом обогащения железных руд, основанный на измерении и регулировании циркулирующей нагрузки в первой стадии измельчения в зависимости от содержания железа в концентрате, основанный на измерении потребляемой мощности двигателей насосов, транспортирующих промежуточный продукт на вторую и последующую стадии измельчения, классификации и сепарации, в ходе которого определяют отношение потребляемой мощности к величине рудного питания, измеряют величину содержания железа в исходной руде и по ее величине задают требуемую величину отношения потребляемой мощности к величине рудного питания, сравнивают ее с измеренным отношением и циркулирующую нагрузку корректируют по величине и знаку рассогласования [4].

Недостатком данного способа является то, что насосы подвергаются интенсивному абразивному износу, частой замене, вследствие чего известный способ имеет низкую точность.

Кроме этого, имеются технологические операции, в которых может отсутствовать перекачивание промпродукта насосами. В частности, промпродукт (магнитный продукт) первой стадии магнитной сепарации не перекачивается в мельницу второй стадии измельчения, а транспортируется самотеком по желобу.

Помимо сказанного, все известные способы, основанные на сравнении измеренных значений энергопотребления технологических агрегатов с заданными эталонными значениями, не учитывают действие сезонного фактора, связанного с изменением физических свойств воды в течение года, что снижает эффективность действия способов, поскольку привносит неточность.

Производственная практика показывает наличие значительного влияния на технологию обогащения сезонного фактора. Проявляется это в том, что в летние месяцы (в теплое время года) показатели технологического процесса обогащения снижаются по причине падения эффективности обогатительных процессов. Во избежание брака вынуждены снижать производительности технологических линий на 10-20 т/ч. Однако даже при уменьшении производительности качество конечного концентрата может снижаться на 0,2% по содержанию железа.

Задачей предложенного технического решения является снижение потерь производительности обогатительного процесса при меняющемся содержании железа в подаваемой руде на вход обогатительного процесса и повышение стабильности качества конечного концентрата на выходе за счет оперативного регулирования производительности технологической линии по исходной руде в соответствие с изменением физико-механических свойств исходной руды.

Это достигается тем, что в способе управления процессом обогащения железных руд, который основан на измельчении и магнитной сепарации, включающем настройку технологических режимов работы (регулирование управляющих параметров) технологического оборудования, измерение энергетических показателей работы электродвигателей магнитных сепараторов а также изменение производительности технологической линии по исходной руде, производят стабилизацию производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту на заданном уровне.

Предлагаемый подход основан на том, что характер работы первой стадии магнитной сепарации непосредственно отражается на работе всех последующих операций. Реагируя на изменение состава, крупности исходной руды, первая стадия магнитной сепарации отражает физико-механические свойства руды, и практически моделирует ход всего процесса (в том числе нижеследующих технологических операций). Таким образом, первая стадия магнитной сепарации является своего рода анализатором исходной руды. Это проявляется в изменении относительного выхода магнитного продукта первой стадии магнитной сепарации.

Для достижения задачи измеренное значение контролируемого параметра, отражающего производительность первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту, сравнивается с установленным эталонным значением, соответствующим ее оптимальной производительности, обеспечивающей нормальную работу оборудования. В случае превышения производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту по отношению к заданному уровню производительность технологической линии по исходной руде снижают до устранения указанного превышения. В случае отклонения значений производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту в меньшую сторону по отношению к заданному уровню производительность технологической линии по исходной руде повышают до устранения указанного отклонения и достижения производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту своего заданного уровня (установленного максимального предела).

Заданный предел производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту находят опытным путем, набирая статистику, ставя в соответствие качеству конечного концентрата производительность первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту. Таким образом, для производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту находят свой максимальный и минимальный пределы, характерные для оптимального состояния технологического процесса, при котором получается заданное (плановое) качество конечного продукта.

Кроме этого, с целью учета влияния сезонного фактора на технологию обогащения в предлагаемом техническом решении предусмотрено изменение задаваемого уровня производительности первой стадии магнитной сепарации в зависимости от температуры технологической воды.

Это основано на том, что все процессы мокрого обогащения в значительной степени зависят от физических свойств воды, самым значимым из которых является вязкость, которая зависит от температуры воды.

Таким образом все процессы в технологии закономерно зависят от температуры воды. Поэтому предлагается учитывать сезонный фактор, например, введением поправочного температурного коэффициента, полученного на основе среднестатистических календарных данных замеров температуры воды, подаваемой на обогатительную фабрику (на основе статистики за несколько лет), либо непосредственным измерением температуры воды, используемой в технологических целях.

С целью повышения точности управления процессом обогащения за счет более корректного задания требуемого уровня производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту посредством учета влияния сезонного фактора предлагается задавать уровень оптимальной производительности первой стадии магнитной сепарации, основываясь на значении температуры воды в технологическом процессе. Осуществить это можно при наборе статистики по производительности и качеству, дополнив картину взаимосвязи производительности магнитной сепарации по магнитному продукту и качеством конечного концентрата поправочным температурным коэффициентом.

Способ управления технологического процесса состоит в следующем:

Путем набора статистических данных о качестве конечного концентрата технологической линии обогащения железной руды и определения производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту находят оптимальный уровень производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту (характерный для выпуска концентрата заданного уровня качества), который впоследствии будет использован (задан) в качестве эталонного.

Производят измерение энергетических показателей (например, активной электрической мощности либо силы тока) работы электродвигателей магнитных сепараторов на первой стадии магнитной сепарации

По энергетическим показателям работы электродвигателей магнитных сепараторов на первой стадии магнитной сепарации получают данные о производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту. Например, данные об энергетических параметрах работы электродвигателей магнитных сепараторов интерпретируют в величины массовой производительности по магнитному продукту посредством уравнения регрессии.

Сравнивая полученные данные о количестве материала с эталонными, делают вывод об оптимальности производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту. На основе проведенного сравнения принимают управленческое решение и выдают управляющее воздействие в виде изменения производительности технологической линии по исходной руде.

Обратные действия осуществляют при изменении процесса в сторону более легкого обогащения (например, за счет изменения качества исходной руды).

Когда производительность первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту меньше заданной (эталонной), увеличивают производительность технологической линии по исходной руде до достижения производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту заданного (эталонного) значения.

Предлагаемый способ управление процессом обогащения железных руд с целью снижения потерь производительности и стабилизации качества конечного концентрата от уровня производительности первой стадии магнитной сепарации включает настройку и поддержание технологических режимов работы технологического оборудования, направленные на исключение грубых нарушений, например исключение работы насосов рывками (что обеспечивается достаточной подачей воды в зумпфы насосов).

Выполнение способа управления технологическим процессом позволяет за счет стабилизации нагрузки на вторую стадии измельчения оптимизировать рудную нагрузку на все последующие технологические операции. Это объясняется тем, что все изменения физико-механических свойств руды проявляются в изменении работы первой стадии магнитной сепарации. Так как вклад первой стадии магнитной сепарации в процессе вывода пустой породы из технологического тракта очень велик, становится возможным значительно сгладить возмущения от изменения свойств руды, которые прокатываются по всей технологической цепи сверху вниз.

Осуществление предлагаемого способа управления процессом обогащения железных руд возможно как с интерпретацией, так и без интерпретации измеренных значений энергетических параметров работы электродвигателя магнитного сепаратора в производительность первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту, выраженную в единицах массовой производительности (т/ч). Регулирование может производиться, ориентируясь непосредственно на измеряемый энергетический параметр (активную мощность, расход электроэнергии, силу тока), либо на определенную по этому энергетическому параметру (путем интерпретации) производительность.

Для осуществления способа управления процессом обогащения железных руд на обогатительной фабрике Костомукшского комбината были использованы данные об энергопотреблении электродвигателями магнитных сепараторов, которые интерпретировали в величины массовой производительности по магнитному продукту посредством уравнений регрессии.

Учитывая, что операция сепарации осуществляется в нескольких магнитных сепараторах, запитанных рудным питанием параллельно, для повышения точности определения измеряют энергетические параметры (например, ток либо активную мощность, либо расход электроэнергии) на всех работающих сепараторах. После чего получают среднее значение по всем работающим сепараторам.

Затем среднее значение контролируемого энергетического показателя посредством уравнения регрессии интерпретируют в среднюю производительность магнитного сепаратора по магнитному продукту. После чего среднюю производительность магнитного сепаратора по полезному продукту умножают на количество работающих сепараторов и получают производительность магнитной сепарации по магнитному продукту.

Измеряемые первичными приборами энергетические показатели - расход электроэнергии либо активную электрическую мощность, либо силу тока интерпретируют в (массовую) производительность магнитного сепаратора по магнитному продукту, используя уравнение регрессии.

Уравнение регрессии получено по экспериментальным данным в результате опробований.

Значениям производительности по магнитному продукту, полученным в ходе опробований (экспериментов), ставят в соответствие измеренные энергетические показатели.

Таким образом, получают зависимость производительности по магнитному продукту от энергетических показателей. Полученное уравнение регрессии используют для интерпретации энергетических показателей в производительность сепаратора (сепараторов) по магнитному продукту.

Для интерпретации потребления активной мощности электродвигателем магнитного сепаратора в производительность магнитного сепаратора по магнитному продукту применимы уравнения линейного вида

q_магн=k₁·Р+k₀, т/ч либо квадратичного вида q_магн=k₂·Р²+k₁·Р+k₀, т/ч,

где k₂, k₁, k₀ - коэффициенты, зависящие от типоразмера магнитного сепаратора.

Получение уравнений интерпретации позволяет контролировать производительность магнитного сепаратора по магнитному продукту с точностью, достаточной для практической реализации.

На основе статистических данных (по данным полных опробований технологических секций) определен оптимальный уровень производительности первой стадии магнитной сепарации в зависимости от требуемого качества конечного концентрата. Управление технологической линией (секцией) по предлагаемому способу производится корректированием (регулированием) производительности по исходной руде, направленным на стабилизацию показателя производительности первой стадии магнитной сепарации на заданном уровне, который характерен для требуемого уровня качества конечного концентрата. При этом обеспечивается соблюдение нормальной работы насосов (без рывков), что является залогом отсутствия грубых нарушений технологии.

Возможны два варианта контроля производительности магнитной сепарации : либо непосредственно по энергетическим параметрам электродвигателей сепараторов либо с интерпретацией этих параметров в производительность, выраженную в единицах массовой производительности (т/ч).

Дополнительное использование в данном способе информации о влиянии температуры воды, используемой в технологическом процессе, сводится к коррекции заданного уровня производительности первой стадии магнитной сепарации, характерного для требуемого уровня качества конечного концентрата, посредством учета поправочного температурного коэффициента. Поправочный температурный коэффициент также основывается на статистических данных работы технологической линии и показывает относительное снижение (повышение) оптимального уровня производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту, характерного для требуемого уровня качества конечного концентрата, относительно среднестатистического (полученного по данным в течение всего года при разных температурах). При повышении температуры технологической воды посредством температурного поправочного коэффициента задаваемый уровень производительности магнитной сепарации по магнитному продукту корректируется в сторону снижения. Температурная коррекция задаваемого уровня позволяет избежать перегруженности технологического тракта вследствие снижения эффективности технологических операций от повышения температуры воды и последующего за этим падением качества конечного концентрата.

Осуществление управления по предложенному способу, в первую очередь, позволяет оперативно, более обоснованно и более точно принимать управленческие решения и производить управляющие воздействия, исключает неоптимальную работу технологических операций, приводящую к выпуску бракованного конечного концентрата.

Таким образом, использование предлагаемого способа управления процессом обогащения железных руд позволяет повысить стабильность качества конечного концентрата на выходе за счет оперативного регулирования производительности технологической линии по исходной руде в соответствии с изменением физико-механических свойств исходной руды и снизить издержки, в том числе существенно снизить потери производительности обогатительного процесса.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №618132, Кл. В03В 13/00, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР SU 1015910, Кл. В03В 13/00, 1983.

3. Патент RU 2268776 (13) С1, Кл. В03В 13/00, 2006.

4. Авторское свидетельство СССР №952337, Кл. В03В 13/04, 1982.

Изобретение относится к управлению процессом обогащения полезных ископаемых на горно-обогатительных предприятиях по переработке железных руд. Техническим результатом изобретения является снижение потерь производительности обогатительного процесса при меняющемся содержании железа в подаваемой руде на вход обогатительного процесса и повышение стабильности качества конечного концентрата на выходе за счет оперативного регулирования производительности технологической линии по исходной руде (ИР) в соответствии с изменением физико-механических свойств ИР. Способ включает изменение производительности по ИР в качестве управляющего воздействия, настройку технологических режимов работы технологического оборудования и измерение энергетических показателей работы электродвигателей магнитных сепараторов. Измеряют производительность первой стадии магнитной сепарации (МС) по магнитному продукту (МП) на основе энергетических показателей работы электродвигателей магнитных сепараторов. Исходя из требуемого уровня качества конечного концентрата задают уровень производительности первой стадии МС по МП и производят стабилизацию производительности первой стадии МС по МП на заданном уровне посредством корректирования производительности технологической линии по ИР. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ управления процессом обогащения железных руд, включающий настройку технологических режимов работы технологического оборудования, измерение энергетических показателей работы электродвигателей технологических агрегатов, а также включающий изменение производительности по исходной руде в качестве управляющего воздействия, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности качества конечного концентрата за счет стабилизации нагрузки на вторую и последующие стадии измельчения, исходя из требуемого уровня качества конечного концентрата, задают уровень производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту, осуществляют контроль производительности первой стадии магнитной сепарации посредством измерения энергетических параметров электродвигателя магнитного сепаратора, сравнивают измеренные значения с заданными и корректируют производительность технологической линии по исходной руде таким образом, чтобы стабилизировать производительность первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту на заданном уровне.2. Способ управления процессом обогащения железных руд по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления за счет учета влияния сезонного фактора на технологический процесс обогащения, задаваемый уровень производительности первой стадии магнитной сепарации по магнитному продукту устанавливают в зависимости от температуры технологической воды.