铜冶炼渣选矿系统¢5.5*9.5M溢流型球磨机及DCS控制

1387 编辑：中冶有色技术网来源：白银有色集团

2023-02-06 14:49:57

1.引言

铜冶炼过程产生的附属产物--炉渣，含铜相对较高，是宝贵的铜资源。当前，国内外技术先进的铜冶炼厂都采用铜冶炼渣选矿方法，回收冶炼渣中的铜元素，降低金属损失率。白银有色集团铜冶炼渣选矿系统磨矿物料是混合铜冶炼炉渣，由经过一段粗碎、半自磨后的铜冶炼白银炉渣、闪速炉渣和转炉炉渣混合而成(表1)，终端产品为品位24%的单一铜精矿，铜回收率86.0%。其中，长约24米、重量达520吨的¢5.5*9.5M溢流型球磨机，是铜冶炼渣磨选系统中大型重要关键设备，是破碎机之后，对铜冶炼渣继续粉碎，以得到符合选矿工艺要求、更细颗粒产品的机械设备，具有破碎比高、适应性强、处理渣料能力大的特点;其正常运行与否直接关联磨矿的细度、质量，对渣选矿系统有举足轻重的影响。

白银有色集团铜冶炼渣选矿系统球磨物料构成

表1. 白银有色集团铜冶炼渣选矿系统球磨物料构成

2.¢5.5*9.5M溢流型球磨机构成及工艺参数

由表1可知：铜冶炼渣料较一般铜矿石密度高、硬度大;因此对磨矿工艺中的球磨设备要求更高，以达到较好的磨矿粒度和磨矿产出率。白银有色集团天诚选矿公司铜冶炼渣选矿工艺为：一段粗碎、半自磨加球磨构成闭路磨矿分级回路;两次粗选、扫选和三次闭路精选构成浮选工艺，中矿集中返回溢流型球磨机复磨。为保证球磨机磨矿粒度满足生产工艺要求，球磨机装球直径不超过40mm，工艺流程如下：

铜冶炼渣选矿原则工艺流程图

图1. 铜冶炼渣选矿原则工艺流程图

选用中信重工机械股份有限公司制造的¢5.5*9.5M溢流型球磨机，做为磨矿系统主要设备。其构成部件有：给料小车、主轴承、筒体部、传动部、主电机、慢速驱动装置、顶起装置、润滑用途的全静压轴承液压站、电控部分等，同时采用DCS控制，如图2所示：

￠5.5*9.5M溢流型球磨机结构组成

图2. ￠5.5*9.5M溢流型球磨机结构组成

根据铜冶炼渣磨选流程及物料性质，设计计算溢流型球磨机工艺参数如下：

铜冶炼渣选矿￠5.5*9.5M溢流型球磨机工艺参数

表2. 铜冶炼渣选矿￠5.5*9.5M溢流型球磨机工艺参数

3. ¢5.5*9.5M溢流型球磨机工作原理、结构特点

结合铜冶炼渣磨选流程、物料性质及球磨机工艺参数特点等，¢5.5*9.5M溢流型球磨机性能参数设计如表3：

￠5.5*9.5M溢流型球磨机技术性能参数

表3. ￠5.5*9.5M溢流型球磨机技术性能参数

工作原理：

4800KW同步电机以200r/min工作转速，驱动传动部小齿轮轴组运转，经过大、小齿轮啮合，带动内径5.5m的球磨机筒体部以13.8r/min工作转速转动。预装入筒体中的研磨介质—直径小于40mm钢球，受到摩擦力和离心力综合作用，随筒体旋转做圆周运动，并被提升至一定高度，当钢球自重大于圆周运动综合作用力时，钢球在自重影响下，以一定的初始线速度做抛物线运动;而投入¢5.5*9.5M溢流型球磨机粒度为1.5mm的铜冶炼渣，同时受下落钢球撞击、钢球之间、钢球与磨机筒体壁耐磨衬板间附加压碎及磨剥作用而被粉碎，借助于球磨机筒体内水的冲力，将被磨碎合格物料经波浪形隔板溢流，送出球磨机筒体外至出料部，完成球磨机磨矿过程，得到粒度0.047mm的合格球磨物料。并经砂泵输送至旋流器分级、溢流，获得80%-325目的磨矿产品，进而输入浮选作业。

结构特点：

为方便运输、现场安装等，¢5.5*9.5M溢流型球磨机主要部件--筒体部，分为三段，由两端中空轴、端盖及圆筒组成。筒体与筒体、筒体与端盖间采用止口定位，精密配合。进出料端盖及筒体内装有螺栓固定衬板：筒体衬板断面呈波浪形，端部衬板装有提升条，以避免端盖和筒体磨损过快。筒体衬板与筒体间、端衬板与端盖间垫有橡胶垫，缓冲钢球冲击筒体及提高衬板与筒体内壁贴合的紧密度。筒体外表面螺母配以橡胶密封环和金属压圈，防止磨浆外溢。

支承球磨机回转部的两个Sn-Pb铜合金¢2800mm主轴承，是具有自动调心功能的静压滑动轴承，装有铂热电阻探头，动态监控轴承及中空轴温度。120°铜合金轴衬的主轴承轴瓦有2个机加工高压油腔，球磨机启动前及运转中持续供给的高压油，经分流马达进入油腔，形成自动静压油膜补偿，并保持>0.2mm连续静压油膜厚度，以保证轴颈与铜瓦完全隔离，降低机器启动冲击负荷，延长主轴承使用寿命。

大齿轮、小齿轮轴组、齿轮罩等部件组成¢5.5*9.5M溢流型球磨机传动部。合金钢材质的大、小齿轮斜齿啮合传动，以便传输更大的传动力、减小传动冲击，使球磨机运转平稳，延长传动件使用寿命。同时，采用喷雾润滑装置定时定量自动喷注润滑油，在大齿轮表面形成润滑油膜;小齿轮轴承润滑则由球磨机静压轴承液压站供油完成。

45W制动电机、行星减速器、D60VC1600气动离合器等，构成¢5.5*9.5M溢流型球磨机MMZ6型慢速驱动装置，用于机器检修及更换筒体内部衬板。慢速驱动装置工作转速1.3r/min，启动时主电机不结合，而主电机工作时，慢速驱动则断开。

顶起装置包括移动式液压油泵站、平衡阀、液压千斤顶组及托架等。停机检查、维修主轴承轴瓦时，顶起装置能够顶起筒体，其千斤顶顶起速度20～30mm/min，负荷同步性能不低于99%。

4.DCS控制系统

合理的磨矿浓度是提高球磨机磨矿效率的关键条件，根据球磨机给矿量实现给水量的比例控制方法，是一种有效的自动化控制手段。球磨机入口给水量控制通过电磁流量计、DCS系统PID回路、调节阀形成恒定给水闭环控制系统。其中，给水量与给矿量成比例，给水量设定值受给矿量的控制，以达到磨矿产品满足一定浓度的要求。

白银有色集团铜冶炼渣选矿系统中，¢5.5*9.5M溢流型球磨机采用电仪一体化的DCS自动控制系统，由操作站、控制站、通讯总线及I/O接口组成。控制系统集成、组态使用Wincc与Step7软件，通过TCP/IP OPC-SERVER通信接口及Profibus DP现场总线与检测仪表、PLC控制柜及电控部分通讯，实现无缝连接，实时显示运行、故障、温度等各种工况信号，对球磨机磨矿工艺参数实施监控，从而连续检测和自动控制磨矿生产过程。

DCS控制系统通讯总线、控制单元采用冗余配置;同时通过中控DCS转换开关，在设备自带PLC柜与DCS控制系统间转换，PLC I/O点数冗余为10%。PLC控制柜利用可编程控制器、液晶触摸屏进行控制，完成球磨机主轴承润滑、小齿轮轴承润滑控制、保护，协调球磨机电控系统各设备间的联锁，包括：润滑站控制，保护和联锁，采集及处理温度信号、油压信号、油流信号的功能。

DCS控制系统中，设计使用标准仪表传输信号:电动型4～20mA.DC和Pt100电阻信号。现场仪表有：测量温度的双金属温度计、Pt100热电阻;测量压力的普通弹簧管压力表、差压变送器;测量循环水和矿浆流量的电磁流量计等。

控制阀固有流量特性的选择确定为：液位定值调节采用直线特性控制阀，流量、压力、温度等定值调节采用百分比特性控制阀。由于气动式执行机构结构简单、动作可靠、便于维修，因此该DCS控制系统执行机构以气动方式为主，对于相对较偏远的控制阀，设计采用电动式，如：循环水控制阀。

¢5.5*9.5M溢流型球磨机DCS系统实现连续和离散控制功能，方便工程师定义控制器多种处理速度，以不同速度运行连续控制和联锁逻辑控制，并组态为1:1冗余，同时，不中断正在运行程序或将控制转换至后备处理器的情况下，在线编程、修改。对于连续控制，设计为可以完成基本调节和先进控制，并提供算法如：PID控制、平方/开方、加/减/乘/除四则运算、分段线性化、超前/滞后、延时、高/中/低选择、变化率限制、质量流量补偿运算、累计和平均、采样和保持、用户自定义功能块。离散控制则提供：开关控制、与/或/非逻辑、计数/计时、自定义功能块等算法。

DCS控制系统操作站设计具有如下的操作界面：

总貌界面—显示球磨机运行状态及生产全过程参数变量状态、测定值、设定值、控制方式(手动/自动状态)、高低报警等信息。从各显示块可调出查看其它界面;

分组界面—以模拟仪表表盘形式按预设定分组，并显示多个回路信息：如过程参数变量测定值、调节器设定值、输出值、控制方式等，每秒更新一次变量值;

单点界面(调整界面)--显示一个参数、控制点的全部信息和适时、历史趋势;

趋势界面—显示数据高速路上任何数据点的趋势，在同一坐标轴上显示多个变量的趋势记录曲线;

报警界面—显示正在运行过程参数报警和系统硬件故障报警，并区别报警优先级别、状态，包括：报警时间、过程变量名、过程变量说明、过程变量当前值、报警设定值、过程变量工程单位、报警优先级别等;

图形界面—CRT显示生产装置图片、工艺流程图、设备简图、单线图等，包括字母数字字符及图形符号等;

棒图—显示过程变量变化，如：液位等;

此外，设计具有报表、历史数据存储、I/O卡件带电插拔等功能。

图3显示为溢流型球磨机PLC控制柜触摸屏情况：

¢5.5*9.5M溢流型球磨机PLC控制柜触摸屏