PID控制在瓦斯灰选矿过程中应用

摘要：在高炉瓦斯灰选铁选碳生产过程中，如何利用利用自动控制来实现产品产量和质量的“双赢”成为我们工作的重点。本文通过对瓦斯灰生产设备、工艺流程、工艺参数的介绍，提出了瓦斯灰液面控制技术，从瓦斯灰加药、液面控制，浮选液面浓度等方面阐述了浮选采用PID调节如何有效控制选矿液面，进而在收得率和灰分上得到一个有效的平衡，并就后续如何加大自动控制技术在选矿作业中的应用力度。

关键词：PID自动控制；瓦斯灰浮选；药剂用量、浮选液位

高炉瓦斯灰又称重力除尘灰，是随高速上升的煤气带出高炉的细颗粒炉料，目数一般在80-200目之间，在除尘系统中通过除尘布袋与煤气分离后，湘钢现有四座高炉，每天铁水量按26000吨计算，每冶炼一吨生铁产生10-50千克的炉灰计算，湘钢每天产生高炉瓦斯灰400吨以上，而高炉瓦斯灰因各高炉操作及除尘系统不同，铁含量25%-35之间，碳含量约为25-35%，按平均30%据算，铁每月产量6000吨，利用碳每月会产生3600吨左右，而在瓦斯灰的生产过程中，因受下料量的大小，药剂添加量、液面控制等多重方面的影响，以前靠人工操作调节阀门大小来控制液面很难保证及时性和准确性，瓦斯灰液面自动控制系统能够通过模糊控制，增加稳定性，减少浮选药剂的消耗，同时克服了人工调节频繁，同时反馈速度较慢的劣势，铁精粉、利用碳产量、质量均有明显的提高，同时通过电磁阀等对加药量进行自动控制，降低了现场人员的劳动强度，改善了现场作业环境。

1、我厂瓦斯灰选矿生产工艺

我厂位于湘钢厂内，本厂长期从事钢铁冶金渣资源综合利用工作，具备一定的钢铁冶金渣处置能力和生产能力，本厂目前建设有一条选矿生产线、一条铁渣破碎线，一套钢渣筛分系统，一条含铁废料混合生产线，一条钢屑压块生产线，一条冷压球团生产线，可实现年处理冶金渣80万吨的生产能力，本厂年可生产精矿粉6万吨，商品粉煤灰1.5万吨，钢屑压块6万吨，混合加工料50万吨，锌精粉9万吨，实现钢铁冶金渣零排放，着力打造成湘钢固废资源综合处置中心。

生产工艺流程为：从湘钢4座高炉来的瓦斯灰，通过货车拖运到我厂瓦斯灰坪，再通过吊车抓入上料斗，通过振动给料器下料进入搅拌桶，经搅拌桶充分搅拌后，再进入50立式泵，通过管道进入滚动筛，滚动筛筛分后进入磁选，磁选选出的精矿进入铁精粉池，尾矿通过50泵进入浮选。浮选有16槽，前8槽精选，选出商品粉煤灰，通过管道进入利用碳池，尾矿进入二级浮选，二级浮选经过粗选、扫选后精矿进入利用碳池，尾矿进入沉淀池，再通过80立式泵将尾矿抽入浓缩池，进行絮凝剂沉淀，再进行板块压滤，得到瓦斯尾泥外销。

2、PID控制原理

PID调节器是一种线状调节器，将给定值r（t）与输出值y（t）构成控制偏差e（t）的比例、积分、微分，通过线性组合构成控制量，简称为PID调节器。比例调节器对于偏差e是即时反应的，k为比例系数，u0是控制量的初始值，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用使被控量向减少偏差的方向变化，控制作用的强弱取悦于被控量向减少偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数k。积分调节器将消除系统偏差，微分调节器有助于减少超调、克服震荡、使系统趋于稳定。加快了系统的动作速度，减小调节时间，改善了系统动态性能指标。PID控制原理如图2：

3、瓦斯灰生产过程中自动控制的主要工艺参数

在瓦斯灰生产过程中，自动控制的主要参数有瓦斯灰给料量的大小，药剂用量、液面控制

3.1、瓦斯灰给料量的大小

铁精粉、利用碳质量好坏很大程度上取悦于瓦斯灰给料量的大小，给料量太小，物料浓度不够，物料不能很好的分离，药剂浪费太大，造成能源的巨大浪费；而瓦斯灰量过大，导致物料在搅拌桶不能充分溶解，物料不能充分搅动，底层物料搞成沉积，容易对浮选机叶轮造成较大磨损。

3.2、药剂用量

瓦斯灰碳表面疏水而亲油，可浮性好，易于用浮选和其他物料分离，我厂采用柴油混合剂，改变颗粒表面性质，使其改为疏水性，易于附着在浮选立柱搅拌产生的气泡上，再通过捕捉剂（松醇油）将泡沫捕捉出来，利用刮板将矿化泡沫刮出，得到利用碳精矿。

3.3、液面控制

瓦斯灰选矿液面控制是最生产中的的一个起始环节，也是最重要的一个环节，选矿最重要的是保持液面稳定，而物料添加大小，药剂量添加大小，水位控制都对后续生产有着关键性影响。

4、瓦斯灰液面控制过程

4．1、自动液面控制系统

在我厂瓦斯灰生产过程中，我厂采用振动给料器进行瓦斯灰给料，物料下到搅拌桶内，通过搅拌桶搅拌，再添加药剂，使物料和药剂充分融和，再通过50泵将物料抽进磁选，而我厂瓦斯灰液面控制原理如下：通过液位的设定值（70）与感应探头的测量值（30-90）一并送到PID调节器，经过PID调节器计算并输出电机转速控制信号，通过控制变频电机转速调整来使泵增大或减小流量，进而控制液面高度在70上下，同时现场增设人工按钮调节，便于员工操作及方便检维修。

4.2、浮选药剂控制系统

这样， 加药电磁阀在工作周期 T 内开启 t s 时间， 关闭（ T - t s ） ， 循环工作。药剂量较大时， t s也大， 药剂量较小时， t s 也较小， 通过控制加药电磁阀开启时间 t s 实现了浮选药剂量的精确控制。

5、结语

在瓦斯灰选矿生产过程中，利用PID调节来实现自动控制在我厂应用中还是不是很广，还存在很大的空间，瓦斯灰液位控制系统和浮选加油控制系统在实际操作中还是存在电机变频操作频繁，对于故障引发的问题不能及时判断报警，而且容易出现调节过量情况，对员工操作及维修现提出了更高的要求，但是相比较人工操作，优点依然较多，例如我厂新上干法灰系统，可以通过PID控制器对于干法灰仓下料量进行调节，控制灰来量的均匀性。由于目前我厂的自动化水平还较低，需要解决的问题，难点还有很多，后续还需继续提高。

参考文献：

[1] 邹国斌，王庆凯，余刚 . MATLAB 仿真在选矿过程控制中的多层次运用的应用 [J]. 有色冶金设计与研究 ，2015（12）：35-37.

[2] 耿增显，柴天佑，岳恒 . 浮选过程自动控制系统. 控制工程 ，2008（09）：497-500.

[3]喻玲玲. 浮选机液位和充气量自动控制系统的应用 ，有色冶金设计与研究 2008（10）：33-36.

[4]马明华. 基于模糊PID的浮选机液位控制系统研究 ，机电一体化 2015（09）：61-64.

[5]王剑飞.浅议选厂浮选液位的自动控制 ，新疆有色金属 2013（05）：218

[6]杨小平，许德平，吴翠平，冯绍灌.煤泥浮选优化控制系统的设计 ，煤炭学报 2000（04）：200-202