CN120920175A - 一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法 - Google Patents

一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法

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CN120920175A CN202511165020.9A CN202511165020A CN120920175A CN 120920175 A CN120920175 A CN 120920175A CN 202511165020 A CN202511165020 A CN 202511165020A CN 120920175 A CN120920175 A CN 120920175A
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Taiyuan Iron and Steel Group Co Ltd
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Abstract

本发明属于矿物加工技术领域，提供一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法，通过料仓结构优化结合多维度监测和智能闭环控制的技术路径，对料仓设置中心加周边对称下料口，利用雷达料位计进行动态料位监测，通过各下料口下方集矿皮带配置变频器调速控制，基于PID算法，根据料位高度、给矿量、粒度偏差等数据调节皮带速度，形成闭环控制。本发明方法解决现有技术中存在的粒度偏析严重、给料不均匀、人工干预依赖强等问题，实现半自磨给料的粒度均匀化、稳定化，提高半自磨的运行效率和生产安全性，减少人工干预，降低生产成本，有效提升生产效率与经济效益。

Description

一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法
技术领域
本发明属于矿物加工技术领域，涉及大型半自磨设备的给料控制，具体是一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法。
背景技术
大型半自磨给矿粒度范围通常为 100-300mm，采场爆破后的矿石经料仓给料皮带运输至料仓时，由于颗粒重力分选效应，会形成典型的 “粒度离析锥”：中心区域：细颗粒（<150mm），因落料点高度高，细颗粒矿石惯性作业小，自然休止角小，形成细颗粒、低孔隙率堆积；边缘区域：粗颗粒（>200mm）因惯性作用滚向料堆边缘，形成高孔隙率粗颗粒环带。这种自然偏析导致传统单中心下料口或多口随机下料模式下，初始给矿粒度标准差达 ±40mm，远超半自磨理想给矿均匀性要求（标准差≤±15mm）。现有技术存在以下显著问题：
1.粒度偏析严重：自然堆积形成的粒度偏析使得不同下料口的矿石粒度差异较大，难以保证给矿粒度的均匀性。
2.人工干预依赖强：需要通过人工观察或者仪器检测每个下料口的粒度情况，再进行人工干预调整，这种方式随机性大，无法实时、精准地控制出料量和粒度分布，导致矿石块度时大时小，造成半自磨功率的不稳定。
3.料堆形态难以维持：料仓内的料堆无法维持理想的锥形，采场来料后大块矿石会进入低洼部位，进一步加剧粒度偏析。
4.影响生产效率和设备安全：给料不均匀，当粒度粗时会造成半自磨功率急剧升高，需要降低处理量，影响产量；若不及时处理，甚至会造成涨肚现象，对设备造成危害，同时导致钢球单耗升高，增加生产成本。
目前，最接近的现有技术的文献包括：
1.专利文献：《一种半自磨机给料系统》，该专利提出了一种半自磨机给料系统的常规配置，但未涉及料仓结构优化及粒度偏析的系统性控制。
2.期刊文献：《半自磨工艺中给料粒度分布对磨矿效率的影响研究》，文中分析了给料粒度偏析对半自磨磨矿效率的影响，但未提出具体的控制方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法，通过优化料仓结构、配置智能控制系统及合理的工艺流程，解决现有技术中存在的粒度偏析严重、给料不均匀、人工干预依赖强等问题，实现半自磨给料的粒度均匀化、稳定化，提高半自磨的运行效率和生产安全性，降低生产成本。
本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：
一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法，包括：
1、料仓下料口设置；
在料仓底部设置4-7个下料口，其中料仓底部中心设置1个下料口，周边均匀对称分布3-6个下料口；
2、集矿皮带的设置与控制；
在每个下料口下方设置集矿皮带，每条集矿皮带独立配置驱动轮动力电机，电机均连接变频器；集矿皮带的带速与出料量成线性关系，通过调节变频器的输出频率改变电机转速，从而控制皮带带速实现出料量的精准调节；
3、设置料位监测设备，根据下料口料位高度判定料堆形态，确保料堆保持中心高、四周低的锥形；
4、在半自磨给矿主皮带上设置皮带电子秤和在线粒度分析装置，根据给矿量和粒度组成数据，调整集矿皮带的带速和下料口的出料量，实现对给矿量和矿石粒度分布的控制。
进一步的，所述下料口的尺寸根据料仓容积、给矿量进行设计，确保矿石能够顺畅排出，避免过大或者过小的下料口对粒度分布产生影响。
进一步的，所述变频器根据皮带负载和调速范围选择型号。
进一步的，所述料位监测设备选用雷达料位计，在每个下料口顶部安装雷达料位计，雷达料位计监测范围0-50m，精度±0.1m，可实时测量下料口正上方的料位高度，雷达料位计通过4-20mA信号或者Modbus协议将数据传输至集中控制系统。
进一步的，集中控制系统包括工业计算机、数据采集模块、控制模块和人机界面，集中控制系统通过实时数据库储存料位、皮带带速、给矿量数据，并支持历史趋势查询和故障报警功能；所述数据采集模块的数据采集包括雷达料位计实时上传各下料口料位高度，皮带电子秤检测主皮带总给矿量，在线粒度分析装置反馈矿石粒度分布。
进一步的，所述周边下料口料位的控制方法，包括：
周边料位偏差Δhi =周边下料口料位的最大高度hmax−周边下料口料位最小高度hmin；当Δhi>0.5m时，增加高料位下料口集矿皮带频率，降低低料位下料口集矿皮带频率，调节量Δfi进行料位差纠偏；
所述调节量Δfi的计算公式为：Δfi =Kp*Δhi +Ki∫Δhidt+Kd（dΔhi/dt）
其中，Kp、Ki、Kd为PID参数，通过现场调试优化；
所述变频器接收频率调节指令后，在500ms内完成转速调整，实现周边料位的平衡；
当hmin＜0.5米时，停止集矿皮带运转，并发送报警，防止料位过低导致下料时砸料嘴。
进一步的，所述中心料位与周边料位差的控制方法，包括：
中心料位与周边料位差Δh0=中心料位高度h1-周边下料口的最大高度hmax，保持Δh0>L0*0.58，其中L0是周边下料口到中心下料口的水平距离；
当Δh0＜L0*0.58时，通过整体提高周边下料口皮带频率调节量Δfi，提高周边下料口的出料速度。
所述调节量Δfi的计算公式为：Δfi =Kp*Δh0 +Ki∫Δh0dt+Kd（dΔh0/dt）
其中，Kp、Ki、Kd为PID参数，通过现场调试优化；
所述变频器接收频率调节指令后，在500ms内完成转速调整，实现周边料位的调整。
进一步的，给矿量偏差的控制方法，包括：
给矿量偏差ΔQ=给矿量设定值Q设定值−实际给矿量Qtotal，控制算法：基于 PID（比例-积分-微分），根据给矿量偏差计算各集矿皮带的频率整体调节量Δfi；
所述调节量Δfi的计算公式为：Δfi =Kp*ΔQ +Ki∫ΔQdt+Kd（dΔQ/dt）
其中，Kp、Ki、Kd为PID参数，通过现场调试优化；
所述变频器接收频率调节指令后，在500ms内完成转速调整，实现出料量的动态平衡。
进一步的，半自磨给矿粒度偏差控制方法，包括：
粒度偏差ΔD=半自磨给料粒度D(x)-历史给料平均粒度D0，控制算法：基于PID（比例-积分-微分）控制算法，根据粒度偏差计算各集矿皮带的频率调节量Δfi；
所述调节量Δfi的计算公式为：Δfi =Kp*ΔD +Ki∫ΔDdt+Kd（dΔD/dt）
其中，Kp、Ki、Kd为PID参数，通过现场调试优化；
所述变频器接收频率调节指令后，在500ms内完成转速调整，实现给料粒度的动态平衡。
本发明与现有技术的有益效果是：
（一）有效抑制粒度偏析
通过优化料仓下料口布局和采用自适应控制系统，使料仓内的料堆维持理想的锥形形态，中间高、四周低且高度均匀下降，使中心下料口和周围下料口粒度保持相对稳定，通过中心下料口和周围下料口的出料量的调整，使给矿粒度分布更加均匀。经实际应用测试，给矿粒度标准偏差较现有技术降低3%左右，有效提高了半自磨给矿的均匀性。
（二）提高半自磨运行稳定性
均匀的给矿粒度和稳定的出料量使得半自磨的功率波动范围大幅减小。据统计，半自磨功率波动幅度明显下降，尤其高功率次数能降低50%左右，避免了因粒度粗导致的功率急剧升高和涨肚风险，提高了半自磨的运行稳定性和安全性，减少了设备故障停机时间。
（三）提升生产效率和降低成本
由于给矿均匀性提高，半自磨能够在稳定的工况下运行，可保持较高的处理量，避免因粒度偏析导致的处理量降低的问题，提高了生产效率。同时，稳定的运行工况降低了钢球单耗。
（四）实现自动化控制，减少人工干预
本发明通过集中控制系统和各种检测装置，实现给料过程的自动化控制，无需人工实时观察和调整出下料口的粒度情况，减少了人工干预，降低了操作人员的劳动强度，提高了生产过程的智能化水平。
附图说明
图1是本发明实施例料仓配置的主视图；
图2是本发明实施例料仓配置的左视图；
图3是本发明实施例料仓配置的俯视图；
图中1、1#雷达料位计（中心下料口料位计），2、2#雷达料位计，3、3#雷达料位计，4、4#雷达料位计，5、5#雷达料位计，6、6#雷达料位计，7、7#雷达料位计，8、料堆，9、料仓给料皮带，10、在线粒度分析装置，11、1# 下料口，12、2# 下料口，13、3# 下料口，14、4# 下料口，15、5# 下料口，16、6# 下料口，17、7# 下料口,18、1# 集矿皮带，19、2# 集矿皮带，20、3# 集矿皮带，21、4#集矿皮带，22、5#集矿皮带，23、6# 集矿皮带，24、7# 集矿皮带，25、半自磨给矿主皮带,26、皮带电子秤。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明的技术方案进行说明，应当理解，此处描述的优选实例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
袁家村铁矿采用SAB磨矿流程，露天采矿场采出的1400～0mm矿石经自卸汽车运至粗破碎站，通过63”-89”或63”-114”旋回破碎机破碎后，得到200～0mm（P80=150mm）矿石，经带式输送机运至选矿厂原矿料仓。
选矿厂原矿料仓及设备参数：
原矿料仓单系列容积12500m³，储矿量20551t，储矿时间21.5小时，单系列半自磨给矿量927t/h，采用胶带机排料，排料口尺寸为1400×3000。
2.半自磨回路配置3台Φ34'×18'湿式半自磨机，每台装机功率为2×5500kW，半自磨机排矿经直线筛分级，筛上+12.7mm 矿石通过返矿带式输送机返回半自磨给矿带式输送机。
本发明方法的实施，如图1-3所示，包括：
1、配置料仓下料口：在料仓底部设置7个下料口，其中料仓底部中心设置1个1#下料口11，周边均匀对称分布6个下料口，分别为2#下料口12、3#下料口13、4#下料口14、5#下料口15、6#下料口16、7#下料口17，下料口的尺寸根据料仓容积、给矿量进行设计，确保矿石能够顺畅排出，避免过大或者过小的下料口对粒度分布产生影响，本实施例的下料口尺寸为1400mm×3000mm；
2、集矿皮带的设置与控制；
在每个下料口下方设置集矿皮带，分别为1#集矿皮带18、2#集矿皮带19、3#集矿皮带20、4#集矿皮带21、5#集矿皮带22、6#集矿皮带23、7#集矿皮带24，每条集矿皮带独立配置驱动轮动力电机，电机均连接变频器，变频器根据皮带负载和调速范围选择型号，本实施例采用ABB ACS880系列变频器，集矿皮带的带速与出料量成线性关系，通过调节变频器的输出频率，在0-50Hz范围内，以±0.1Hz的精度控制皮带速度，从而精准调节出料量。
3、设置料位监测设备，料位监测设备选用西门子雷达料位计，在每个下料口顶部安装雷达料位计，分别为1#雷达料位计1（中心下料口料位计）、2#雷达料位计2、3#雷达料位计3、4#雷达料位计4、5#雷达料位计5、6#雷达料位计6、7#雷达料位计7，雷达料位计监测范围0-50m，精度±0.1m，可实时测量下料口正上方的料位高度，雷达料位计通过4-20mA信号或者Modbus协议将数据传输至集中控制系统；根据下料口料位高度判定料堆形态，确保料仓给料皮带9输送的原料料堆8保持中心高、四周低的锥形。
具体的周边下料口料位的控制方法，包括：
周边料位偏差Δhi =周边下料口料位的最大高度hmax−周边下料口料位最小高度hmin；当Δhi>0.5m时，增加高料位下料口集矿皮带频率，降低低料位下料口集矿皮带频率，调节量Δfi进行料位差纠偏；
调节量Δfi的计算公式为：Δfi =Kp*Δhi +Ki∫Δhidt+Kd（dΔhi/dt）
其中，Kp、Ki、Kd为PID参数，通过现场调试优化；
变频器接收频率调节指令后，在500ms内完成转速调整，实现周边料位的平衡；当hmin＜0.5米时，停止集矿皮带运转，并发送报警，防止料位过低导致下料时砸料嘴。
中心料位与周边料位差的控制方法，包括：
中心料位与周边料位差Δh0=中心料位高度h1-周边下料口的最大高度hmax，保持Δh0>L0*0.58，其中L0是周边下料口到中心下料口的水平距离；
当Δh0＜L0*0.58时，通过整体提高周边下料口皮带频率调节量Δfi，提高周边下料口的出料速度。
所述调节量Δfi的计算公式为：Δfi =Kp*Δh0 +Ki∫Δh0dt+Kd（dΔh0/dt）
其中，Kp、Ki、Kd为PID参数，通过现场调试优化；
所述变频器接收频率调节指令后，在500ms内完成转速调整，实现周边料位的调整。
实施例中，当系统运行时，实时测量各下料口正上方料位高度，若周边下料口料位高度最大高度和最小高度料位差超过0.5米，或中心料位与周边料位差超过周边下料口到中心下料口水平距离的0.58倍，立即触发变频调节指令。
4、在半自磨给矿主皮带25上设置皮带电子秤26和在线粒度分析装置10，根据给矿量和粒度组成数据，调整集矿皮带的带速和下料口的出料量，实现对给矿量和矿石粒度分布的控制。
具体的给矿量偏差的控制方法，包括：
给矿量偏差ΔQ=给矿量设定值Q设定值−实际给矿量Qtotal，控制算法：基于 PID（比例-积分-微分），根据给矿量偏差计算各集矿皮带的频率整体调节量Δfi；
调节量Δfi的计算公式为：Δfi =Kp*ΔQ +Ki∫ΔQdt+Kd（dΔQ/dt）
其中，Kp、Ki、Kd为PID参数，通过现场调试优化；
变频器接收频率调节指令后，在500ms内完成转速调整，实现出料量的动态平衡。
半自磨给矿粒度偏差控制方法，包括：
粒度偏差ΔD=半自磨给料粒度D(x)-历史给料平均粒度D0，控制算法：基于PID（比例-积分-微分）控制算法，根据粒度偏差计算各集矿皮带的频率调节量Δfi；
调节量Δfi的计算公式为：Δfi =Kp*ΔD +Ki∫ΔDdt+Kd（dΔD/dt）
其中，Kp、Ki、Kd为PID参数，通过现场调试优化；
变频器接收频率调节指令后，在500ms内完成转速调整，实现给料粒度的动态平衡。
实施例中，当皮带电子秤26检测到给矿量 Q_total与设定值存在偏差ΔQ，或在线粒度分析装置分析出给矿粒度D (x)与历史平均粒度 D0存在偏差ΔD时，集中控制系统基于PID控制算法，计算各集矿皮带的频率调节量Δfi，并将指令发送给变频器，变频器在500ms内完成转速调整，实现出料量和粒度分布的动态平衡。
集中控制系统包括工业计算机、数据采集模块、控制模块和人机界面，集中控制系统通过实时数据库储存料位、皮带带速、给矿量数据，并支持历史趋势查询和故障报警功能；数据采集模块的数据采集包括雷达料位计实时上传各下料口料位高度，皮带电子秤检测主皮带总给矿量，在线粒度分析装置反馈矿石粒度分布。
本发明方法采用“料仓结构优化+多维度监测+智能闭环控制”的技术路径，采用“1中心+3-6周边”对称下料口布置，形成覆盖料仓全区域的出料网络，通过多区域协同出料强制混合不同粒度矿石。
本发明方法基于雷达料位计实时监测各下料口的料位高度，通过集中控制系统的PID闭环算法，动态调节集矿皮带带速，保证维持料堆中间高、四周低的锥形形态。
本发明方法通过实时监测给矿量与设定给矿量偏差，根据料位偏差微调集矿皮带带速，实现总量控制和形态维护的双重目标控制。
本发明方法整合料位检测、在线粒度分析、皮带电子秤计量与变频器调节，形成了检测、计算、调节全流程自动化闭环，无需人工干预，控制精度达±3%给矿量波动，显著优于传统人工调节的±10%波动水平。
本发明方法投入使用后，经实际应用测试，给矿粒度标准偏差从现有技术的±20mm降低至±10mm，较现有技术降低10%左右，有效提高了半自磨给矿的均匀性。半自磨功率波动幅度名下下降，尤其高功率次数能降低50%左右，避免了因粒度粗导致的功率急剧升高和涨肚风险，提高了半自磨的运行稳定性和安全性，半自磨处理量提升24t/h，钢球单耗较现有技术降低0.1kg/t入磨，显著降低了生产成本。同时，实现了给料过程的自动化控制，无需人工实时观察和调整下料口的粒度情况，降低了操作人员的劳动强度，提高了生产过程的智能化水平。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明方案技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法，其特征在于：包括：
（1）料仓下料口设置；
在料仓底部设置4-7个下料口，其中料仓底部的中心设置1个下料口，周边均匀对称分布3-6个下料口；
（2）集矿皮带的设置与控制；
在每个下料口下方设置集矿皮带，每条集矿皮带独立配置驱动轮动力电机，电机均连接变频器；集矿皮带的带速与出料量成线性关系，通过调节变频器的输出频率改变电机转速，从而控制皮带带速实现出料量的精准调节；
（3）设置料位监测设备，根据下料口料位高度判定料堆形态，确保料堆保持中心高、四周低的锥形；
（4）在半自磨给矿主皮带上设置皮带电子秤和在线粒度分析装置，根据给矿量和粒度组成数据，调整集矿皮带的带速和下料口的出料量，实现对给矿量和矿石粒度分布的控制。
2.根据权利要求1所述的一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法，其特征在于：所述下料口的尺寸根据料仓容积、给矿量进行设计，确保矿石能够顺畅排出，避免过大或者过小的下料口对粒度分布产生影响。
3.根据权利要求1所述的一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法，其特征在于：所述变频器根据皮带负载和调速范围选择型号。
4.根据权利要求1所述的一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法，其特征在于：所述料位监测设备选用雷达料位计，在每个下料口顶部安装雷达料位计，雷达料位计监测范围0-50m，精度±0.1m，可实时测量下料口正上方的料位高度，雷达料位计通过4-20mA信号或者Modbus协议将数据传输至集中控制系统。
5.根据权利要求4所述的一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法，其特征在于：所述集中控制系统包括工业计算机、数据采集模块、控制模块和人机界面，集中控制系统通过实时数据库储存料位、皮带带速、给矿量数据，并支持历史趋势查询和故障报警功能；所述数据采集模块的数据采集包括雷达料位计实时上传各下料口料位高度，皮带电子秤检测主皮带总给矿量，在线粒度分析装置反馈矿石粒度分布。
6.根据权利要求1所述的一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法，其特征在于：所述周边下料口料位的控制方法，包括：
周边料位偏差Δhi =周边下料口料位的最大高度hmax−周边下料口料位最小高度hmin；当Δhi>0.5m时，增加高料位下料口集矿皮带频率，降低低料位下料口集矿皮带频率调节量Δfi进行料位差纠偏；
所述调节量Δfi的计算公式为：Δfi =Kp*Δhi +Ki∫Δhidt+Kd（dΔhi/dt）
其中，Kp、Ki、Kd为PID参数，通过现场调试优化；
所述变频器接收频率调节指令后，在500ms内完成转速调整，实现周边料位的平衡；
当hmin＜0.5米时，停止集矿皮带运转，并发送报警，防止料位过低导致下料时砸料嘴。
7.根据权利要求1所述的一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法，其特征在于：所述中心料位与周边料位差的控制方法，包括：
中心料位与周边料位差Δh0=中心料位高度h1-周边下料口的最大高度hmax，保持Δh0>L0*0.58，其中L0是周边下料口到中心下料口的水平距离；
当Δh0＜L0*0.58时，通过整体提高周边下料口皮带频率调节量Δfi，提高周边下料口的出料速度；
所述调节量Δfi的计算公式为：Δfi =Kp*Δh0 +Ki∫Δh0dt+Kd（dΔh0/dt）
其中，Kp、Ki、Kd为PID参数，通过现场调试优化；
所述变频器接收频率调节指令后，在500ms内完成转速调整，实现周边料位的调整。
8.根据权利要求1所述的一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法，其特征在于：所述给矿量偏差的控制方法，包括：
给矿量偏差ΔQ=给矿量设定值Q设定值−实际给矿量Qtotal，控制算法：基于 PID（比例-积分-微分），根据给矿量偏差计算各集矿皮带的频率整体调节量Δfi；
所述调节量Δfi的计算公式为：Δfi =Kp*ΔQ +Ki∫ΔQdt+Kd（dΔQ/dt）
其中，Kp、Ki、Kd为PID参数，通过现场调试优化；
所述变频器接收频率调节指令后，在500ms内完成转速调整，实现出料量的动态平衡。
9.根据权利要求1所述的一种大型半自磨给料防止粒度偏析的控制方法，其特征在于：半自磨给矿粒度偏差控制方法，包括：
半自磨给矿粒度偏差ΔD=半自磨给料粒度D(x)-历史给料平均粒度D0，控制算法：基于PID控制算法，根据粒度偏差计算各集矿皮带的频率调节量Δfi；
所述调节量Δfi的计算公式为：Δfi =Kp*ΔD +Ki∫ΔDdt+Kd（dΔD/dt）
其中，Kp、Ki、Kd为PID参数，通过现场调试优化；
所述变频器接收频率调节指令后，在500ms内完成转速调整，实现给料粒度的动态平衡。
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