摘  要  水厂铁矿运用信息化技术，实现了从采出矿石到产出铁精矿每道工序和信息化管理。通过网络将现场信息与管理措施通过信息化软件有机结合，实现了采、选生产的质量全过程信息化控制管理，铁精粉品位等质量指标得到稳定和提高，全矿质量管理水平、管理能力、管理效率得到较大提高。本文重点对水厂铁矿实施选别系统自动控制；磨矿分级和尾矿环水实现自动控制，建立集中控制网络，实现全矿信息集成共享；开发质量管理系统，强化质量控制手段等方面进行了论述。

关键词  选矿信息化技术    选矿质量管理      稳定和提高铁精矿品位

1  前言

    首钢水厂铁矿1969年建成投产，是首钢集团主要原料基地。到2005年末，采场境界内矿石量2．4亿t，岩石量6．2亿t，矿岩总量8．6万t，剥采比2．58t／t；设计开采规模为年产矿石1100万t，年采剥总量4800万t；选矿厂自1971年5月投产以来，经过1979年、1992年两次大的改扩建，现已形成两个选厂，19个磨选系列，设计年处理原矿1800万t的生产能力，精矿粉的质量及杂质含量经过细筛应用、磁滑轮干选工艺应用、磁团聚新工艺试验应用等一系列改造，由投产时的63％左右逐步提高到1985年的68．5％，精矿粉中SiO₂含量由8．93％降到3．51％。随着开采深度的不断增加，矿石性质逐年变化，矿石可选性逐年下降，给精矿粉质量带来较大影响，1998年下半年开始，为满足首钢总公司68％精矿粉的需求，集中力量搞科技攻关，进行了一系列流程改造和试验攻关，在矿石性质日益恶化的条件下，1999年后，使精矿质量达到了68％以上，SiO₂含量降到4％以下。

    水厂铁矿生产铁精矿全部用于首钢矿业公司烧结、球团生产。目前采场深部开采，矿石性质逐年变差，在设备管理、工艺操作、现场工艺控制、生产组织等方面暴露出一定的缺陷，不能适应企业管理的新要求。为此，根据国内外选矿厂自动化与信息化技术发展状况，2001年开始，首钢水厂矿与马鞍山矿山研究院、清华大学共同承担了国家“十五”攻关项目“选矿系统全流程自动监测与自动控制”，在此基础上，开展了选矿系统自动化、信息化建设，并收到较好的效果。

2  稳定和提高铁精矿品位的意义及需要解决的问题

水厂铁矿作为首钢矿业公司球、烧生产的主要原料基地，铁精矿质量好坏将直接影响球团矿和烧结矿的质量，进而会影响高炉生产的效率和质量。2007年，为保证球团、烧结的效益最大化，满足首钢总公司高炉需求，矿业公司全面实施“0．01质量稳定工程”。水厂铁矿制定了精矿粉品位在保证68％的基础上，小时品位批次误差控制在±0．3％范围内的目标，并把稳定和提高精矿粉质量作为水厂铁矿铁精矿生产的首要指导方针。为达到稳定和提高铁精矿品位的目的，水厂铁矿通过综合分析，认为影响精矿品位的因素主要有两点：一是主厂流程比较复杂，现场主要设备有球磨机、磁选机、高频振网筛、精选机及胶泵等，自动化程度低，完全依靠人工去操作和调整效率低，造成调整滞后。同时数据统计、分析的手段与方法落后，不能及时为现场操作调整提供科学依据等，直接影响了选别指标的稳定。二是生产组织系统层面多，信息靠电话联系，现场状况不能及时掌握，管理手段相对落后，随着职工人数的逐年精减，给现场生产组织管理和设备管理带来了难度。水厂铁矿经过认真研究，提出将信息化建设作为重要措施之一，从选矿全流程实施信息化人手，完善建立全矿信息化网络，整合信息化资源，消除存在的问题，在信息化平台上实现质量管理和质量控制，从而实现质量稳定目标。

3  采取的主要措施和取得的效果

    2007年以来，水厂铁矿围绕选矿流程全面实现信息化技术后，实现了铁精矿质量控制由人工现场检查、电活沟通转为现场信息自动收集、自动判断、快速调整。铁精矿品位全面达到68 %以上，精矿品位±0．3％质量稳定率平均完成95．3％，较2006年提高了39．17％(如图1)。水厂铁矿采取的主要措施有：

3．1实现了选别系统自动控制

3．1．1  实施精选机远程集中智能控制

    该设计的控制部分采用可编程控制器与相关的检测部件；检测浓度系统以控制选别区的浓度为目标，采用压差计利用数学模型返真系统将其选别区的浓度进行返真；远程控制上，新设计的控制系统具有标准的工业总线通讯功能，淘汰了原单片机控制系统，增加了远程集中智能控制的扩展功能，在工业布局上以车间生产调度室为集中控制中心，实现对精选机的远程集中智能控制，同时为实现全流程集中控制提供了预留接口。

    ①建立精选机选别浓度检测模型，分选区浓度检测平均精度达到94．30％。

    精选机选别浓度检测区域位于精选机的第四个磁系至精选机的溢流面之间，这个区域是精选机主要的分选作用区，测量精选机的选别浓度就是测定该区域的矿浆浓度。解决方法是在精选机的第四个磁系的位置至溢流面处直插入一根∮30mm不锈钢管，该不锈钢管高出溢流面600mm，然后将自控压位计放入该管中，控头的测量点位置与溢流面平行，测定高出溢流面的水柱高度。

    设检测区域的高度为h矿，高出探头的水位高度为△h，根据液体相同深度的压力相等原理，确定了分选区的矿浆浓度与高出溢流面的水柱高度△h之间的关系如式1，因此只要检测出△h的值，就可以直接计算出精选机的分选区的选别浓度。

利用以上数模完成对精选机选别浓度的测定，为验证其准确性，2007年来随机人工取样七批次，进行检测的值与人工测量值对比分析表明，浓度检测模型检测精选机分选区浓度，与传统人工比较，平均精确度达到94．30％(表1)，完全可以应用于精选机工业生产分选区浓度检测，此模型与精选机的自动控制相结合，采用自寻优算法，就可将选别浓度控制在设定的范围内。

    ②自控智能调压模块控制精选机磁场产生高频振动，提高选别效果。

    产生励磁磁场的智能调压模块是本控制系统中比较关键的执行部分，磁重选矿主要是利用磁场作用产生的磁聚体，形成磁链体增加其沉降速度，而粗颗粒的贫连生体与脉石因不能形成磁链体沉降速度小，当上升水流速度大于其沉降速度时，会将粗颗粒的贫连生体与脉石从精矿产品中分离出来。但是，往往磁性矿物在一次性形成磁链体时，会因机械夹裹造成磁链体中夹杂脉石矿物及贫连生体，如果不能在选别过程中将其打开，脱出脉石矿物，将会影响选别的效果。水厂铁矿精选机原来励磁磁场的变化频率只有每分钟几次，不能产生高频率的振动磁场，因此磁场作用造成的团聚分散作用有限。本次试验使用的智能控制模块使用的

高频振动式磁场。该模块可以产生脉冲式磁场，每分钟会产生高达3000个周期脉冲方波，这种高频振动脉冲磁场使精选机磁选作用区内的磁链体在选别空间内受到高频振动的影响，易于产生频繁团聚分散作用，不断地对磁链体进行清洗，利于夹裹其中脉石矿物与贫连体分离出来，从而提高选别效果。

    ③采用自寻优控制模型进行自动控制，将选别浓度控制在设定的范围内。

    采用自寻优控制模型，其优点一是方便用户操作，用户只需要设定工作浓度范围自控系统便可自动调整；二是自控系统对设备的操作调整是循序渐进的，不会造成控制震荡；三是自控系统产生反应的速度可以由用户调节，能够适应针对不同条件的现场反应速度要求，选矿工艺控制的准确性增大，有利于稳定工艺指标。其原理如图2。

④以选矿集中控制室为控制中心，以工业以太网为载体实现精选机远程集中智能控制网络。自控系统以选矿集中控制室为控制中心，同时工业现场以工业触摸屏进行冗余备份操作，系统设计即考虑到工业现场的应用同时又提高了系统的控制水平；自控系统以工业以太网为载体，将工业现场的数据上传到工业服务器，通过工业以太网与办公网的路由器进行交互数据，既保证了数据的安全，又保证了工业数据能够接入管理网共享应用。如图3。

    ⑤对比试验的精矿品位提高幅度、粒度指标分析

    选定同系列两台精选机，在同样给矿条件下进行对比试验，随机抽取7个批次，对比试验的精矿品位提高幅度、粒度指标结果如表2。

    通过表2可以看出，在给矿条件相同，现场作业条件相同情况下，改造后的1#精选机精矿品位提高幅度平均为4．91％，同时尾矿粒度粒度降低。

3．1．2  实现高频振动筛远程集中控制

对选厂的高频振动筛实施远程集中控制改造，一是采用PLC强大的通讯功能，直接可以将现场所有控制筛的操作调整形成到集中控制室进行操作，调整时间由原来操作岗位1—2个小时减少到10秒钟以内完成，极大提高操作调整的速度，特别是对生产与技术指标的调整更具有时间性；二是所有的操作与调整都是数字化方式，把过去模糊化的概念数字化，更加符合操作与调整的习惯；三是通过采用PLC为核心的技术，PLC较强的稳定性以及大规模集成化设计，操作箱内电器备件减少，可靠强度增加，减少了电工的维护量，采用此技术可达到免维护的程度；四是采用一个操作箱完成四台筛的控制，占地面积缩小；五是操作与调整都在计算机上执行，方便快捷；六是元器件设计比较原系统安全系数提高3倍，所以现场运行非常稳定，不会造成烧损元器件。(网络配置如图4)

3．1．3通过实现选别系统自动控制，可以对磁选机运行状态、振网筛工作状态、振网筛振幅、精选机工作参数等进行远程控制监测，操作室人员通过计算机全面掌握现场设备运行情况和工序参数情况，出现磁选机自停、水压波动等影Ⅱ向质量问题可以迅速联系解决，缩短了调整时间，减少了质量波动次数。

3．2磨矿分级和尾矿环水实现自动控制，建立集中控制网络，实现全矿信息集成共享

3．2．1针对磨矿分级自动控制问题，与马鞍山矿山技术研究院合作，全矿17台一次磨机实施了磨矿分级自动控制，实现了主厂磨矿分级系统的自动操作。生产过程中根据精矿品位的高低，操作人员可通过计算机随时调整磨机的溢流浓度，进而调整磨矿粒度，为稳定提高精矿品位创造条件。同时，由于给矿机的自动给矿，稳定了磨机给矿量，有效避免了台时大起大落，磨机效率相应大幅度提高。

3．2．2供水是稳定提高铁精矿质量的重要因素，为避免因供水不足对精矿质量的影响，水厂铁矿对新、老尾矿环水系统实施了自动监测。尾矿浓缩与环水系统为分散式操作，采用集中控制后对泵的开停信号、电流，以及各部水压进行实时检测，将设备及工艺情况采集进入集中控制室，集中监控提高了尾矿浓缩与环水系统运行的可靠性；自动监测环水池的液位，实现新老系统环水池自动调水；通过采集水压的大小，自动控制环水泵的运行台数，实现节能目的；对各泵站的污水系统进行自动处理，根据水位的情况，实现自动启停，增加系统的稳定性，减少人员操作。由于水泵及供水管道压力的自动监测，实时显示，极大方面了选矿主厂对水压的掌握了解，水压大小可根据质量高低随时调整。

3．2．3为更好整合全矿信息化资源，建设了选厂生产指挥中心，将破碎系统的自动检测设备故障，设备运行参数实时监测PLC集中操作控制；主厂系统磨矿分级自动控制，磁滑轮予先抛尾系统集中操作控制，主厂磁选机、振网筛、精选机、胶泵等设备的自动监测；过滤脱水系统所有设备的实时监测；尾矿系统的浓缩机、胶泵、环水清水泵的实时监测，设备运行参数、工艺控制指标实时显示全部纳入到全矿集中控制室，选矿生产全流程控制集中在指挥中心内，使各个车间的生产指标、设备参数、运行状况一目了然，提高了选矿生产指挥决

策水平和组织效率，全矿上下计算机网络的共享，做到了科学调控铁精矿品位，使质量管理水平上升了一个新台阶。

3．3开发质量管理系统，强化质量控制手段

在流程信息化全面应用的前提下，围绕提高质量管理水平，水厂铁矿自行开发了质量管理系统软件，将信息技术与管理有机结合，将质量管理分成质量预测系统、质量分析系统、质量控制系统和质量应急系统四个模块，通过人机友好界面，提前实现质量预测报警、操作调整方法提示。做到质量结果出来后，第一时间通过正确的操作，实现指标稳定。

3．3．1  运用卡车自动调度系统实现矿石质量小时检测

    2003年水厂铁矿与清华大学等合作，开发了计算机矿车自动调度系统，优化了运距，实现了每台电铲、每台矿车的产量实时统计。在此基础上，2007年又结合稳定和提高铁精矿品位，自行设计开发了供矿铲小时质量统计模块，对每个小时的矿石质量进行统计，同时建立精矿品位与矿石可选性关系的数学模型，实现根据矿石可选性预测矿石质量的预警功能，纳入质量管理系统，方便了主厂操作人员和矿指挥中心人员对铁精矿品位的预测，对出现报警的及时启动应急预案给予指导性提示，做到了质量指标提前操作、提前控制。(图5)

3．3．2利用ERP系统强化质量分析管理

2006年5月1日，矿业公司ERP成功上线，使公司信息化水平迈向新的台阶，它将各厂矿主要产量、质量数据全部汇集，形成一个庞大的数据库。运用ERP中的数据可实现查询、分析等多种功能。水厂铁矿利用该系统的质量模块，按月、周、日、小时进行指标实时统计分析，采用直方图或饼状图直观反映质量完成水平，通过数据统计分析可发现存在的问题，制定改进措施，更好地为稳定提高质量服务。见图6

4  结束语

    首钢水厂铁矿信息化的全面应用，拓宽了稳定提高铁精矿品位的方法和手段。把信息化、自动化技术与管理措施和生产实践紧密结合，加强了矿山企业从矿石到铁精粉生产过程中各工序互创条件、上道工序为下道工序服务的意识和控制手段，生产过程更加直观化、数字化，发现问题、解决问题更加快捷，质量分析更加全面细致，促进了全矿质量保证体系的有效形成，保证了铁精矿品位的稳定提高。