АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ

Автоматическое регулирование процессов обогащения связано с автоматическим контролем и управлением. Устройство автоматического регулирования обычно состоит из трех основных элементов: измерительного прибора (датчика), усилителя и собственно регулятора.

Измерительный прибор реагирует на отклонение регулируемого параметра от заданного значения и при помощи усилителя приводит в действие регулятор, возвращающий регулируемый параметр к заданному значению.

Автоматическое регулирование плотности пульпы позволяет значительно улучшить ситовой состав измельченной руды, повысить выход готового продукта в сливе классификатора, снизить простой оборудования отделения измельчения, вызываемый перегрузками и посадками классификаторов.

На обогатительных фабриках цветной металлургии широкое применение получил пьезометрический регулятор плотности пульпы типа ПРП Челябинского завода «Теплоприбор», который одновременно служит и для контроля плотности пульпы.

На рис. 34 приведена принципиальная схема установки с пьезометрическим регулятором плотности пульпы типа ПРП. В качестве датчика 1 применена пьезометрическая станция, две трубки которой погружены в пульпу на различную глубину. Верхние концы трубок имеют штуцерные головки с калиброванными дросселями (для обеспечения постоянства расхода воздуха). Нижние концы трубок датчика 1 закрыты резиновыми пробками, над которыми имеются отверстия для выхода воздуха. К трубкам датчика подводится сжатый воздух от гидрокомпрессора 6 через отстойник 7. Как было указано выше, разность давлений в трубках прямо пропорциональна плотности пульпы. Эта разность давлений измеряется вторичным прибором 2 – мембранным дифманометром типа МДП-62, имеющим показывающий и регистрирующий приборы, реостатный датчик и задающее устройство. Отклонение плотности пульпы от заданного значения преобразуется в электрический сигнал, подаваемый на изодромный регулятор 3 типа ИРМ‑240, выпускаемый заводом «Теплоприбор» взамен регулятора ИР-130м. В зависимости от знака и величины отклонения плотности пульпы от заданного (установленного) значения регулятор 3 подает команду исполнительному механизму 4, воздействующему на регулирующий клапан 5. Этот клапан изменяет количество воды, подаваемой в классификатор 8, до тех пор, пока не восстановится заданное значение плотности пульпы. Давление воздуха в системе, равное 4 кН/м² (400 мм вод. ст.), обеспечивается при давлении воды на выходе гидрокомпрессора 150¸300 кН/м² (1,5¸3 кГ/см²). Обе трубки датчика 1, изготовленные из кислотно-щелочестойкого материала (винипласта), укреплены в обойме, позволяющей точно устанавливать разность глубин их погружения. При изменении плотности пульпы в пределах шкалы регулятора (от 1 до 1,5 кг/л) разность давлений в трубках изменяется пропорционально от 500 до 750 Н/м² (от 50 до 75 мм вод. ст.).

Для регулирования плотности слива спиральных классификаторов датчик 1 устанавливают обычно в корыте классификатора и закрепляют на расстоянии 1¸1,5 м от порога и 50¸60 мм от стенки.

Область применения пьезометрического метода регулирования плотности пульпы ограничивается верхним пределом содержания твердого в пульпе не более 50%.

Гидростатические регуляторы плотности пульпы более надежны в работе сравнительно с пьезометрическими регуляторами. На рис. 35 приведена принципиальная схема гидростатического регулятора плотности пульпы и суспензий типа ГПИД, разработанного институтом ВНИИцветмет.

Контролируемая пульпа поступает в заборное устройство 9 и переливается через край в поток. В заборном устройстве установлены гидростатические импульсные трубки 8, соединенные шлангами 7 с датчиками 1. Датчики 1 представляют собой цилиндрические резервуары, внутри которых плавают поплавки 2, жестко связанные с плунжерами 3 индукционных датчиков. Для промывки гидростатических трубок 8 в шланги 7 непрерывно поступает вода из бачков постоянного уровня 5. При изменении плотности пульпы изменяется и высота столба воды в гидростатических трубках 8 и датчиках 1. В связи с этим перемещаются поплавки 2 и плунжеры 3, что приводит к появлению на выходе индукционной катушки электрического сигнала, прямо пропорционального величине изменения плотности пульпы.

Один датчик (справа) соединен со вторичным прибором и служит для контроля плотности пульпы, другой датчик (слева) включен в схему регулирования плотности пульпы. Когда плотность пульпы в заборном устройстве 9 равна заданному значению, измерительный мост (вторичная обмотка индукционного датчика, сопротивления r₁ и r₂ и реохорд 10) уравновешен и сигнал на вход усилителя 11 не подается. При изменении плотности пульпы баланс моста нарушается и на выход усилителя 11 подается сигнал небаланса соответствующей величины и фазы. Усиленное напряжение этого сигнала с выхода усилителя поступает на реверсивный двигатель исполнительного механизма, регулирующего подачу воды до восстановления заданной плотности. Погрешность измерений рассмотренного регулятора ГПИД не превышает ±2%. Область применения его – контроль и регулирование плотности пульпы в интервале 1,1¸2,3 кг/дм³ и плотности суспензий в интервале 2,3¸2,9 кг/дм³.

Автоматическое регулирование процесса дробления сводится к поддерживанию оптимальной загрузки дробилок рудой. В связи с этим большое значение имеет автоматизация загрузки дробилок. Известны различные схемы автоматизации загрузки дробилок: по уровню руды в загрузочной воронке; по току приводного электродвигателя; по мощности, потребляемой приводным электродвигателем, и др.

В схеме автоматизации загрузки дробилки по уровню руды в загрузочной воронке используется электродный датчик уровня, описанный выше. При перегрузке дробилки электронный сигнализатор уровня воздействует через магнитный пускатель на электродвигатель конвейера (питателя), питающего дробилку, отключая его. После устранения перегрузки дробилки электродный датчик и электронный сигнализатор обеспечивают автоматическое включение конвейера (питателя). Основными недостатками этой схемы являются: пульсирующая работа конвейера (питателя), обусловливающая неравномерную загрузку дробилки; тяжелый режим работы электродвигателя конвейера (питателя) – режим чистых пусков; недостаточная надежность работы – зависимость от состояния руды (влажная, сухая, твердая, глинистая).

Схемы автоматизации загрузки дробилок по току приводного электродвигателя получили наибольшее распространение.

Они основаны на зависимости силы тока, потребляемого электродвигателем дробилки, от ее загрузки. Ниже приведено описание нескольких разновидностей этих схем.

В схеме пульсирующего регулирования загрузки дробилки при превышении током двигателя дробилки установленной величины срабатывает реле максимального тока, включенное через трансформатор тока, которое через промежуточное реле отключает катушку магнитного пускателя. При этом отключается электродвигатель конвейера (питателя) руды.

Схема ступенчатого регулирования загрузки дробилки основана на применении трехскоростного электродвигателя для привода конвейера (питателя) и потенциометра с тремя парами выходных контактов.

При силе тока, соответствующей заданной загрузке дробилки, включается один из этих контактов, и трехскоростной двигатель конвейера (питателя) работает с определенной скоростью вращения.

Если дробилка недогружена (мягкая руда), то сила тока двигателя уменьшается, и замыкается другой контакт потенциометра. Этот контакт, воздействуя на релейную схему, переключает электродвигатель конвейера на большую скорость вращения. В том случае, если в дробилку начнет поступать более твердая руда, сила тока двигателя дробилки увеличивается, и замкнувшийся третий контакт потенциометра обеспечит переключение двигателя конвейера на низшую скорость. При перегрузке дробилки электронный сигнализатор, имеющийся в схеме, дает через релейную схему сигнал на отключение двигателя конвейера.

К числу более совершенных схем относятся схемы непрерывного регулирования загрузки дробилки по току приводного электродвигателя. В этих схемах нагрузка дробилки поддерживается на заданном уровне путем плавного изменения скорости электродвигателя конвейера (питателя).

На рис. 36 приведена принципиальная схема автоматического регулирования загрузки конусной дробилки по указанному принципу, разработанная кафедрой электрооборудования и автоматики Северо-Кавказского горнометаллургического института и выполненная на Тырнаузской обогатительной фабрике.

В этой схеме для измерения нагрузки дробилки используются трансформатор тока TT, датчик ДТ и прибор ДСР дифференциально-трансформаторной системы (типа ДСР-1). В приборе ДСР установлен дифференциально-трансформаторный задатчик ДТЗ, включенный на вход бесконтактного регулятора БРМ (типа БРМ-11). На приборе ДСР устанавливается заданное значение тока.

При рассогласовании между заданным и действительным значениями тока вал исполнительного механизма БИМ начинает вращаться в ту или иную сторону в зависимости от величины и знака рассогласования.

Вал БИМ соединен с валом бесконтактного сельсина БС. Этот сельсин работает в трансформаторном режиме, и обмотки его ротора соединены так, что в точках У1 и У2 напряжение постоянного тока пропорционально углу поворота в диапазоне ±60°. Это постоянное напряжение подается на обмотку управления дроссельного преобразователя ПД (типа ПД-1,9), предназначенного для усиления мощности сигнала постоянного тока до значения, достаточного для питания обмотки возбуждения ОВГ генератора постоянного тока Г.

Напряжение с генератора подается двигателям питателей и конвейера. Следовательно, при отклонении силы тока двигателя дробилки от заданного значения начинает изменяться производительность питателей (в результате изменения скорости их двигателей) до тех пор, пока сила тока не достигнет заданного значения. Одновременно изменяется и скорость конвейера, что необходимо для устранения транспортного запаздывания, которое будет создаваться этим контейнером, если его скорость не регулировать. Схемой предусмотрена работа на двух режимах – автоматическом и местном (ручном) управлении, для осуществления которых предусмотрен переключатель ПУ.

В режиме местного управления (положение М переключателя) обмотка возбуждения ОВГ генератора отключается от дроссельного преобразователя ПД, и генератор начинает работать в режиме самовозбуждения, а производительность питателя регулируют вручную реостатом возбуждения РВГ.

В схеме предусмотрена блокировка, предотвращающая чрезмерное увеличение напряжения генератора при отключении двигателей всех питателей. В этом случае замыкается цепь катушки реле времени PB, включающего своими контактами катушку реле РП2. Это реле срабатывает и своими контактами отключает цепь питания электродвигателя исполнительного механизма и цепь питания обмотки управления дроссельного преобразователя ПД. В результате внутреннего смещения этого преобразователя на обмотку возбуждения генератора подается небольшое напряжение фиксированной величины. Благодаря этому конвейер, подающий руду в дробилку, переводится на малую скорость.

Если этой блокировки не будет, то после отключения двигателей всех питателей вследствие отсутствия нагрузки двигателя дробилки и появления отрицательного рассогласования тока исполнительный механизм БИМ придет в движение, и напряжение генератора Г повысится до максимального значения. В этом случае после пуска питателей произойдет завал дробилки. Эта же блокировка переводит дробилку в режим малой производительности при попадании в нее металлических предметов, что снижает вероятность заклинивания.

Недостатками схем автоматизации загрузки дробилок по току приводного электродвигателя является зависимость силы тока двигателя от колебаний напряжения питающей сети и относительно малая чувствительность вследствие сравнительно небольших изменений величины тока при значительных колебаниях нагрузки дробилки.

Схемы автоматического регулирования загрузки дробилок по мощности, потребляемой приводным электродвигателем, имеют большую чувствительность, чем предыдущие схемы, но они не обеспечивают работу дробилок в оптимальных режимах.

Автоматическое регулирование процесса измельчения руды позволяет обеспечить максимальную производительность измельчительного оборудования при заданном гранулометрическом составе готового продукта. Процесс измельчения технологически тесно связан с процессом классификации. Как правило, эти два процесса находятся в замкнутом цикле и поэтому параметры, характеризующие каждый процесс в отдельности, находятся между собой в динамической связи.

Схемы автоматического регулирования процесса измельчения создаются на принципах: 1) стабилизации питания мельницы рудой; б) поддержания заданной величины уровня или частоты шума мельницы (звукометрический метод); в) стабилизации загрузки привода классификатора (циркуляционной загрузки); г) комбинированного способа регулирования – стабилизации на заданном уровне нескольких параметров (например, уровня шума мельницы, циркуляционной нагрузки и т. п.) и др.

Звукометрический метод автоматического регулирования загрузки мельниц является более совершенным по сравнению с методом автоматической стабилизации питания, так как при этом методе непрерывно учитываются переменные свойства измельчаемости исходной руды. Этот метод основан на том, что максимальной производительности мельницы при заданном гранулометрическом составе загрузки соответствуют определенный уровень и частота шума. В связи с этим применяют два вида схем звукометрического регулирования: а) по уровню шума и 2) по частоте шума.

На рис. 37 приведена принципиальная схема звукометрического регулятора типа ЗРМ, работающего по принципу измерения уровня шума.

При перегрузке мельницы уровень шума шаров снижается (мельница «глохнет»), при малой загрузке уровень шума усиливается, так как удары шаров не смягчаются слоем материала.

Уровень шума при падении шаров воспринимается электродинамическим микрофоном 5, который преобразует звук в ЭДС, подаваемую после трансформации и выпрямления на регулятор 6.

Если уровень шума находится в заданных пределах, то катушки реле 7 регулятора обесточены. При отклонении уровня шума от заданного срабатывает одно из реле 7 (в зависимости от направления изменения уровня) и включает паузный механизм 8. Этот механизм выдает импульс на одно из двух электромагнитных реле, механически связанных с золотниками 10, управляющими подачей сжатого воздуха в пневматический исполнительный механизм 4. Исполнительный механизм, изменяя загрузку тарельчатого питателя 3, или увеличивает, или уменьшает подачу руды из бункера 1 в мельницу 2. Перемещение исполнительного механизма 4 происходит до тех пор, пока уровень шума не окажется в заданных пределах.

Недостатком звукометрических регуляторов, особенно работающих по принципу изменения уровня шума, является их слабая помехоустойчивость. Внешние звуковые помехи, создаваемые работающими рядом мельницами и другими акустическими сигналами, могут нарушать нормальную работу системы регулирования.

Северо-Кавказским филиалом СКВ «Цветметавтоматика» разработана схема звукометрического регулятора «Звук», в которой используется амплитудно-частотный метод измерения шума мельницы. Эта установка отличается от подобных установок, применяемых на обогатительных фабриках, рядом усовершенствований, повышающих надежность ее узлов и расширяющих границы ее использования при автоматизации процессов измельчения с различными технологическими условиями. Она предназначена для автоматического регулирования основных технологических параметров процесса одностадийного измельчения на обогатительных фабриках: загрузки мельниц материалом, плотности (или гранулометрического состава), слива классификатора и соотношения руда–вода.

В основу работы регулятора загрузки мельницы по звукометрическому параметру в астатическом режиме положена известная зависимость между уровнем загрузки мельницы (рудой и песками) и амплитудно-частотным сигналом, издаваемым мельницей. При этом, чем больше загрузка мельницы, тем ниже амплитудно-частотный сигнал, и наоборот.

Шум мельницы воспринимается направленным микрофонным устройством, конструкция которого ослабляет влияние акустических помех от соседних агрегатов. Сигнал от микрофона поступает на вход частотомера-преобразователя ЧП-1, в котором сигнал усиливается и преобразуется в сигнал постоянного тока, величина которого пропорциональна частоте и амплитуде. Преобразованный сигнал подается на вход потенциометра ЭПП-09МЗ, который записывает текущее значение параметра.

Движок реостатного датчика, встроенного в этот потенциометр и включенного на вход регулятора РПИК-Ш, жестко связан с подвижной кареткой потенциометра. Поэтому на регулятор поступает сигнал, пропорциональный изменению регулируемого параметра. Регулятор через магнитный пускатель типа МКР-0-58 осуществляет регулирующее воздействие на исполнительный механизм типа МЭК-10К, увеличивая или уменьшая расход руды.

Одним из факторов, определяющих производительность мельницы, является величина загрузки шарами. Если поддерживать заданное соотношение шары–руда, то мельница будет работать в режиме оптимальной производительности. Однако в большинстве случаев на обогатительных фабриках шары загружают в мельницу лишь один раз в сутки, что отрицательно сказывается как на производительности мельницы, так и на качестве помола.

На Лениногорской обогатительной фабрике разработана и эксплуатируется шародозировочная машина СБ-2 (рис. 38), позволившая автоматизировать загрузку шаров в мельницу. Шары, загружаемые в бункер 3, скатываются с козырька 4 и попадают на подвижное днище 12, укрепленное на амортизаторах 11. Перемещаясь вдоль боковых отражателей 5, шары попадают по короткому желобу в подъемник 9. Этот подъемник соединен серьгой 1 с электромагнитом 2. По направляющим 8 он поднимается вверх вместе с шаром. Шар скатывается по желобу 6 и попутно включает путевой выключатель 7, который обесточивает катушку электромагнита 2. При этом подъемник 9 опускается в нижнее исходное положение, и в него вкатывается следующий шар.

В машине СБ-2 предусмотрено устройство для устранения заклинивания шаров перед выходом их из бункера. В случае заклинивания шаров второй путевой выключатель 10 включает электровибратор 13, встряхивающий шары до тех пор, пока один из них не попадет в подъемник 9, перекатываясь по желобу. При этом, проходя по желобу, шар воздействует на путевой выключатель 10, который своим контактом выключает электровибратор 13. Контроль количества шаров, поданных в мельницу, осуществляется электроимпульсным счетчиком, получающим импульсы от путевого выключателя 7. Равномерность загрузки мельницы шарами при установке шародозировочной машины обеспечивается схемой автоматической загрузки шаров.

На рис. 39 приведена принципиальная схема автоматической загрузки шаров по тоннажу руды, применяемая для мельниц основного измельчения.

Перед запуском схемы на реле счета импульсов устанавливают определенные числа импульсов, для чего заранее определяют частоту загрузки шаров и их количество (по тоннажу измельченной руды за соответствующий период времени). Например, если через каждые 200 т руды, поступающей в мельницу, должно загружаться 50 шаров, то реле 1РСИ должно иметь уставку на 200 импульсов, а реле 2РСИ – на 50 импульсов.

При прохождении через конвейерные весы каждой тонны руды происходит замыкание контактов KB, встроенных в счетный механизм этих весов. Периодическое замыкание контактов КВ приводит к срабатыванию промежуточного реле 1РП, контакты которого каждый раз при замыкании посылают импульсы в цепь катушки реле счета импульсов 1РСИ. После получения заранее заданного числа импульсов срабатывает реле 1РСИ, и его контакт 1РСИ, замыкаясь, дает питание катушке промежуточного реле 2РП. Контакт этого реле 2РП₂ замыкает цепь катушки электромагнита ЭМ шародозировочной машины (электромагнита 2 на рис. 38). В связи с этим начинается загрузка шаров в мельницу.

Каждый шар, посылаемый шародозировочной машиной в мельницу, кратковременно замыкает контакты путевого выключателя 2ПШ (путевой выключатель 7 на рис. 38), посылающего импульсы в цепь катушки реле счета импульсов 2РСИ.

После получения заданного числа импульсов, определяемого соотношением масса руды – масса шаров, реле 2РСИ размыкает свой контакт 2РСИ, что приводит к отключению цепи катушки 2РП, размыканию контакта 2РП₂, а следовательно, к отключению катушки электромагнита ЭМ шародозировочной машины. Схема возвращается в исходное состояние и через определенное время весь цикл повторяется.

На рис. 40 приведена принципиальная схема автоматической программной загрузки шаров, применяемая для мельниц доизмельчения. Она может быть применена и для мельниц основного измельчения. Автоматическое управление шародозировочной машиной по этой схеме осуществляется по заданной программе, для чего служит командный аппарат КЭП. При этом подача заданного количества шаров в мельницу происходит равномерно через заранее установленные промежутки времени при помощи контакта КЭП₁. Этот контакт включает промежуточное реле 1РП, и его контакт 1РП₃, замыкаясь, включает катушку электромагнита ЭМ шародозировочной машины, что приводит к подаче шаров в мельницу. Реле РСИ при помощи контакта 2ПШ отсчитывает их количество.

При поступлении заранее заданного числа импульсов (соответственно заданному заранее числу шаров) срабатывает реле РСИ.

Его контакты РСИ₁, замыкаясь, подают питание катушке промежуточного реле 2РП, контакт которого 2РП₁ обесточивает катушку реле 1РП. Последнее вызывает размыкание контакта 1РП₃, отключающего катушку электромагнита ЭМ, и схема возвращается в исходное состояние. Вслед за этим через заранее установленную на приборе КЭП паузу происходит повторение описанного цикла работы.