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铜冶炼渣选矿系统¢5.5*9.5M溢流型球磨机及DCS控制

1496   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


图3. ¢5.5*9.5M溢流型球磨机PLC控制柜触摸屏

图4显示为溢流型球磨机DCS控制总貌界面:


¢5.5*9.5M溢流型球磨机DCS控制总貌界面


图4. ¢5.5*9.5M溢流型球磨机DCS控制总貌界面

5. 结束语

对铜冶炼渣选矿系统¢5.5*9.5M溢流型球磨机及DCS控制的阐述,目的在于:a.为该类设备在铜冶炼渣选矿中的应用及设计,提供参考依据及理论基础;b.为同类型设备在其它选矿系统中的应用及设计提供必要的实践参考知识;c.同时也做为该类型设备及DCS控制在日常生产、检修过程中的参考及指导。

参考文献:

[1]中国瑞林工程技术有限公司.白银铜冶炼渣资源综合利用工程初步设计[A]。2010年

[2]于凤银等.铜冶炼渣选矿¢5.5*9.5M溢流型球磨机及DCS控制,甘肃省白银市,《甘肃冶金》[J],2013年第1期

声明:
“铜冶炼渣选矿系统¢5.5*9.5M溢流型球磨机及DCS控制” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究,如用于商业用途,请联系该技术所有人。
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