何繼平，盧秀珍

（中國鋁業(yè)廣西分公司，廣西 平果 531400)

1 拜耳法氧化鋁原礦漿制備系統(tǒng)工藝簡介

拜耳法氧化鋁生產(chǎn)中原礦漿制備工序是將從礦山破碎后的一水硬鋁礦石經(jīng)過布料均化堆場(chǎng)，輸送到原料磨機(jī)礦倉，與來自石灰制備系統(tǒng)的石灰和蒸發(fā)工序的循環(huán)母液，進(jìn)行配比混合后進(jìn)入濕式棒磨機(jī)一段研磨，一段研磨后的礦漿通過中間泵打入二段球磨再進(jìn)行細(xì)磨，最終得到符合溶出工序要求的原礦漿。原礦漿制備的混料配制是根據(jù)化學(xué)分子式將破碎的鋁土礦、石灰石、循環(huán)母液按照一定的比例配比，鋁土礦和石灰石通過調(diào)速給料稱穩(wěn)定輸送到入磨口，給料量的大小由變頻調(diào)速通過PID實(shí)現(xiàn)，而循環(huán)母液的調(diào)節(jié)則通過變頻調(diào)節(jié)循環(huán)母液泵的流量實(shí)現(xiàn)。二段磨磨礦過程是一個(gè)復(fù)雜的多變量系統(tǒng)，如何使磨機(jī)工作在最佳工作點(diǎn)，受各種因素的制約：磨機(jī)內(nèi)部研磨物質(zhì)鋼球、鋼棒及襯板的影響因素；礦石的性質(zhì)；下礦量的大??；礦漿細(xì)度與產(chǎn)量的要求等。磨機(jī)系統(tǒng)具有非線性、大滯后性、時(shí)變性的特點(diǎn)，現(xiàn)有控制系統(tǒng)是開環(huán)控制，受各種干擾因素的影響很大，比如磨機(jī)內(nèi)鋼球、鋼棒的磨損、襯板的磨損，操作人員不及時(shí)調(diào)整參數(shù)，礦漿細(xì)度及產(chǎn)量會(huì)波動(dòng)劇烈，從而影響溶出的效果。這種情況下，操作人員的經(jīng)驗(yàn)和主觀對(duì)磨礦效率起著非常重要的作用。而同時(shí)礦漿細(xì)度因?yàn)闊o法在線實(shí)時(shí)測(cè)量，又決定了無法實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，磨機(jī)效率降低，造成了能耗浪費(fèi)。

2 磨機(jī)負(fù)荷與功率的關(guān)系

磨機(jī)的負(fù)荷與功率特性曲線呈倒拋物線結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地磨機(jī)產(chǎn)能與磨機(jī)負(fù)荷也呈倒拋物線結(jié)構(gòu)，即磨機(jī)負(fù)荷與功率曲線存在一個(gè)極限最大值點(diǎn)，在這個(gè)點(diǎn)以前磨機(jī)的功率隨著負(fù)荷的增大而增大，過這個(gè)點(diǎn)之后磨機(jī)的功率隨著負(fù)荷的增大而減小。

這個(gè)極限點(diǎn)也是磨機(jī)的最佳工作點(diǎn)，是磨機(jī)效能發(fā)揮的最佳狀態(tài)，在這個(gè)點(diǎn)之前之后磨機(jī)效能發(fā)揮欠佳，磨機(jī)的產(chǎn)能和細(xì)度均不理想，單位產(chǎn)品的能耗浪費(fèi)較大。

3 控制系統(tǒng)的優(yōu)化策略

本文主要通過對(duì)磨機(jī)原有I/A控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，應(yīng)用信息化的手段重新搭建網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使用APC控制技術(shù)作為智能優(yōu)化平臺(tái)，使磨機(jī)系統(tǒng)整體能耗下降，推動(dòng)企業(yè)智能制造的發(fā)展。

某氧化鋁廠共配備七組磨機(jī)，每組磨機(jī)由一臺(tái)球磨機(jī)和一臺(tái)棒磨機(jī)組成，鋁礦石和石灰石由調(diào)速皮帶秤穩(wěn)定給料，并反饋給料量，循環(huán)母液由蒸發(fā)母液變頻調(diào)速泵給料，母液管上有流量計(jì)和密度計(jì)檢測(cè)母液流量和密度參數(shù)。中間泵池的液位與水力旋流器的進(jìn)料速率平衡通過中間泵變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)。

為了實(shí)現(xiàn)磨機(jī)系統(tǒng)的最優(yōu)化控制，需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，建立多變量預(yù)測(cè)模型進(jìn)行APC先進(jìn)控制。多變量預(yù)測(cè)模型通過AB公司開發(fā)的Pavilion8?軟件建模，原料磨APC先進(jìn)控制的主要參數(shù)為：操作變量和干擾變量，包括鋁礦石進(jìn)料、石灰石進(jìn)料、母液流量、進(jìn)棒磨母液流量、中間泵轉(zhuǎn)速、母液密度；被控變量和約束變量，包括礦漿細(xì)度、礦漿密度或固含量、石灰石與鋁礦石進(jìn)料比、母液與鋁礦石進(jìn)料比、母液進(jìn)棒磨與球磨流量比、水力旋流器壓力、棒磨機(jī)電流球磨機(jī)電流、中間泵池液位。

系統(tǒng)硬件配置是在原有DCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用DCS的OPC接口與Pavilion8?服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫通訊。Pavilion8?服務(wù)器軟件包括控制器的建模和運(yùn)行監(jiān)控等。智能優(yōu)化控制的基礎(chǔ)是系統(tǒng)幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的檢測(cè)準(zhǔn)確與否，系統(tǒng)控制的精度則取決于每組磨機(jī)出口礦漿的固含及細(xì)度參數(shù)，因此控制系統(tǒng)還需要增加每組磨機(jī)一套在線細(xì)度分析儀才能夠做到精確、實(shí)時(shí)控制。

通過應(yīng)用APC先進(jìn)控制技術(shù)，整個(gè)磨機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，在滿足工藝細(xì)度和產(chǎn)能要求的前提下，構(gòu)成磨機(jī)系統(tǒng)的各部件，如皮帶秤、中間泵、循環(huán)母液泵、球棒磨機(jī)等設(shè)備運(yùn)行在系統(tǒng)最佳工作點(diǎn)位置，避免磨機(jī)負(fù)荷處于過負(fù)荷或欠負(fù)荷的不平衡狀態(tài)，保證礦漿細(xì)度和產(chǎn)能的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了單位產(chǎn)品能耗的整體下降。

4 主電機(jī)無功功率補(bǔ)償

最新技術(shù)的無功補(bǔ)償裝置串接在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中，通過改變轉(zhuǎn)子電流與轉(zhuǎn)子電壓的相位關(guān)系，進(jìn)而改變電機(jī)定子電流與電壓的相位關(guān)系，達(dá)到提高電機(jī)自身的功率因數(shù)和過載能力、降低電機(jī)定子電流、降低電機(jī)自身損耗的目的。采用最新的無功補(bǔ)償技術(shù)可使電機(jī)功率因數(shù)提高到0.95～0.99之間的范圍，無功率降低60%以上，降低電機(jī)定子電流l0%～20%，降低線損20%～30%。同時(shí)電機(jī)溫度顯著降低，電機(jī)壽命得到延長。

5 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

5.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

通過磨機(jī)系統(tǒng)智能優(yōu)化控制和主電機(jī)無功補(bǔ)償，可以有效降低磨機(jī)系統(tǒng)的整體電耗，系統(tǒng)電耗整體下降估算為30%左右，經(jīng)濟(jì)效益巨大。

5.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

實(shí)施磨礦智能優(yōu)化控制，不但起到節(jié)能降耗的作用，而且可以使磨機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定平衡控制，減少設(shè)備磨損及故障率，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，保證安全運(yùn)行。

6 結(jié)語

拜耳法氧化鋁生產(chǎn)中原礦漿制備系統(tǒng)的節(jié)電研究，結(jié)合了現(xiàn)代企業(yè)智能制造的先進(jìn)理念，是智能制造技術(shù)在氧化鋁行業(yè)領(lǐng)域的典型應(yīng)用，多變量模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)一方面使磨礦控制過程向智能化進(jìn)了一步，另方面也是磨礦綜合能耗降低的一個(gè)途徑，為下一步繼續(xù)發(fā)掘磨礦系統(tǒng)能耗降低的潛力提出了研究的方向。隨著檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的磨礦系統(tǒng)將會(huì)向著更加智能化，負(fù)荷控制更加精益化的方向發(fā)展。

[1]陳炳辰.磨礦原理(第1版)[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1989：350-367.

[2]張杰，王建民，楊志剛，沈小偉，李艷姣.模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在磨機(jī)負(fù)荷控制中的應(yīng)用.儀表技術(shù)與傳感器,2014(5)：66-68.