1.引言
銅冶煉過程產生的附屬產物--爐渣，含銅相對較高，是寶貴的銅資源。當前，國內外技術先進的銅冶煉廠都采用銅冶煉渣選礦方法，回收冶煉渣中的銅元素，降低金屬損失率。白銀有色集團銅冶煉渣選礦系統磨礦物料是混合銅冶煉爐渣，由經過一段粗碎、半自磨后的銅冶煉白銀爐渣、閃速爐渣和轉爐爐渣混合而成(表1)，終端產品為品位24%的單一銅精礦，銅回收率86.0%。其中，長約24米、重量達520噸的￠5.5*9.5M溢流型球磨機，是銅冶煉渣磨選系統中大型重要關鍵設備，是破碎機之后，對銅冶煉渣繼續粉碎，以得到符合選礦工藝要求、更細顆粒產品的機械設備，具有破碎比高、適應性強、處理渣料能力大的特點;其正常運行與否直接關聯磨礦的細度、質量，對渣選礦系統有舉足輕重的影響。
表1. 白銀有色集團銅冶煉渣選礦系統球磨物料構成
2.￠5.5*9.5M溢流型球磨機構成及工藝參數
由表1可知：銅冶煉渣料較一般銅礦石密度高、硬度大;因此對磨礦工藝中的球磨設備要求更高，以達到較好的磨礦粒度和磨礦產出率。白銀有色集團天誠選礦公司銅冶煉渣選礦工藝為：一段粗碎、半自磨加球磨構成閉路磨礦分級回路;兩次粗選、掃選和三次閉路精選構成浮選工藝，中礦集中返回溢流型球磨機復磨。為保證球磨機磨礦粒度滿足生產工藝要求，球磨機裝球直徑不超過40mm，工藝流程如下：
圖1. 銅冶煉渣選礦原則工藝流程圖
選用中信重工機械股份有限公司制造的￠5.5*9.5M溢流型球磨機，做為磨礦系統主要設備。其構成部件有：給料小車、主軸承、筒體部、傳動部、主電機、慢速驅動裝置、頂起裝置、潤滑用途的全靜壓軸承液壓站、電控部分等，同時采用DCS控制，如圖2所示：
圖2. ￠5.5*9.5M溢流型球磨機結構組成
根據銅冶煉渣磨選流程及物料性質，設計計算溢流型球磨機工藝參數如下：
表2. 銅冶煉渣選礦￠5.5*9.5M溢流型球磨機工藝參數
3. ￠5.5*9.5M溢流型球磨機工作原理、結構特點
結合銅冶煉渣磨選流程、物料性質及球磨機工藝參數特點等，￠5.5*9.5M溢流型球磨機性能參數設計如表3：
表3. ￠5.5*9.5M溢流型球磨機技術性能參數
工作原理：
4800KW同步電機以200r/min工作轉速，驅動傳動部小齒輪軸組運轉，經過大、小齒輪嚙合，帶動內徑5.5m的球磨機筒體部以13.8r/min工作轉速轉動。預裝入筒體中的研磨介質—直徑小于40mm鋼球，受到摩擦力和離心力綜合作用，隨筒體旋轉做圓周運動，并被提升至一定高度，當鋼球自重大于圓周運動綜合作用力時，鋼球在自重影響下，以一定的初始線速度做拋物線運動;而投入￠5.5*9.5M溢流型球磨機粒度為1.5mm的銅冶煉渣，同時受下落鋼球撞擊、鋼球之間、鋼球與磨機筒體壁耐磨襯板間附加壓碎及磨剝作用而被粉碎，借助于球磨機筒體內水的沖力，將被磨碎合格物料經波浪形隔板溢流，送出球磨機筒體外至出料部，完成球磨機磨礦過程，得到粒度0.047mm的合格球磨物料。并經砂泵輸送至旋流器分級、溢流，獲得80%-325目的磨礦產品，進而輸入浮選作業。
結構特點：
為方便運輸、現場安裝等，￠5.5*9.5M溢流型球磨機主要部件--筒體部，分為三段，由兩端中空軸、端蓋及圓筒組成。筒體與筒體、筒體與端蓋間采用止口定位，精密配合。進出料端蓋及筒體內裝有螺栓固定襯板：筒體襯板斷面呈波浪形，端部襯板裝有提升條，以避免端蓋和筒體磨損過快。筒體襯板與筒體間、端襯板與端蓋間墊有橡膠墊，緩沖鋼球沖擊筒體及提高襯板與筒體內壁貼合的緊密度。筒體外表面螺母配以橡膠密封環和金屬壓圈，防止磨漿外溢。
支承球磨機回轉部的兩個Sn-Pb銅合金￠2800mm主軸承，是具有自動調心功能的靜壓滑動軸承，裝有鉑熱電阻探頭，動態監控軸承及中空軸溫度。120°銅合金軸襯的主軸承軸瓦有2個機加工高壓油腔，球磨機啟動前及運轉中持續供給的高壓油，經分流馬達進入油腔，形成自動靜壓油膜補償，并保持>0.2mm連續靜壓油膜厚度，以保證軸頸與銅瓦完全隔離，降低機器啟動沖擊負荷，延長主軸承使用壽命。
大齒輪、小齒輪軸組、齒輪罩等部件組成￠5.5*9.5M溢流型球磨機傳動部。合金鋼材質的大、小齒輪斜齒嚙合傳動，以便傳輸更大的傳動力、減小傳動沖擊，使球磨機運轉平穩，延長傳動件使用壽命。同時，采用噴霧潤滑裝置定時定量自動噴注潤滑油，在大齒輪表面形成潤滑油膜;小齒輪軸承潤滑則由球磨機靜壓軸承液壓站供油完成。
45W制動電機、行星減速器、D60VC1600氣動離合器等，構成￠5.5*9.5M溢流型球磨機MMZ6型慢速驅動裝置，用于機器檢修及更換筒體內部襯板。慢速驅動裝置工作轉速1.3r/min，啟動時主電機不結合，而主電機工作時，慢速驅動則斷開。
頂起裝置包括移動式液壓油泵站、平衡閥、液壓千斤頂組及托架等。停機檢查、維修主軸承軸瓦時，頂起裝置能夠頂起筒體，其千斤頂頂起速度20～30mm/min，負荷同步性能不低于99%。
4.DCS控制系統
合理的磨礦濃度是提高球磨機磨礦效率的關鍵條件，根據球磨機給礦量實現給水量的比例控制方法，是一種有效的自動化控制手段。球磨機入口給水量控制通過電磁流量計、DCS系統PID回路、調節閥形成恒定給水閉環控制系統。其中，給水量與給礦量成比例，給水量設定值受給礦量的控制，以達到磨礦產品滿足一定濃度的要求。
白銀有色集團銅冶煉渣選礦系統中，￠5.5*9.5M溢流型球磨機采用電儀一體化的DCS自動控制系統，由操作站、控制站、通訊總線及I/O接口組成?？刂葡到y集成、組態使用Wincc與Step7軟件，通過TCP/IP OPC-SERVER通信接口及Profibus DP現場總線與檢測儀表、PLC控制柜及電控部分通訊，實現無縫連接，實時顯示運行、故障、溫度等各種工況信號，對球磨機磨礦工藝參數實施監控，從而連續檢測和自動控制磨礦生產過程。
DCS控制系統通訊總線、控制單元采用冗余配置;同時通過中控DCS轉換開關，在設備自帶PLC柜與DCS控制系統間轉換，PLC I/O點數冗余為10%。PLC控制柜利用可編程控制器、液晶觸摸屏進行控制，完成球磨機主軸承潤滑、小齒輪軸承潤滑控制、保護，協調球磨機電控系統各設備間的聯鎖，包括：潤滑站控制，保護和聯鎖，采集及處理溫度信號、油壓信號、油流信號的功能。
DCS控制系統中，設計使用標準儀表傳輸信號:電動型4～20mA.DC和Pt100電阻信號?，F場儀表有：測量溫度的雙金屬溫度計、Pt100熱電阻;測量壓力的普通彈簧管壓力表、差壓變送器;測量循環水和礦漿流量的電磁流量計等。
控制閥固有流量特性的選擇確定為：液位定值調節采用直線特性控制閥，流量、壓力、溫度等定值調節采用百分比特性控制閥。由于氣動式執行機構結構簡單、動作可靠、便于維修，因此該DCS控制系統執行機構以氣動方式為主，對于相對較偏遠的控制閥，設計采用電動式，如：循環水控制閥。
￠5.5*9.5M溢流型球磨機DCS系統實現連續和離散控制功能，方便工程師定義控制器多種處理速度，以不同速度運行連續控制和聯鎖邏輯控制，并組態為1:1冗余，同時，不中斷正在運行程序或將控制轉換至后備處理器的情況下，在線編程、修改。對于連續控制，設計為可以完成基本調節和先進控制，并提供算法如：PID控制、平方/開方、加/減/乘/除四則運算、分段線性化、超前/滯后、延時、高/中/低選擇、變化率限制、質量流量補償運算、累計和平均、采樣和保持、用戶自定義功能塊。離散控制則提供：開關控制、與/或/非邏輯、計數/計時、自定義功能塊等算法。
DCS控制系統操作站設計具有如下的操作界面：
總貌界面—顯示球磨機運行狀態及生產全過程參數變量狀態、測定值、設定值、控制方式(手動/自動狀態)、高低報警等信息。從各顯示塊可調出查看其它界面;
分組界面—以模擬儀表表盤形式按預設定分組，并顯示多個回路信息：如過程參數變量測定值、調節器設定值、輸出值、控制方式等，每秒更新一次變量值;
單點界面(調整界面)--顯示一個參數、控制點的全部信息和適時、歷史趨勢;
趨勢界面—顯示數據高速路上任何數據點的趨勢，在同一坐標軸上顯示多個變量的趨勢記錄曲線;
報警界面—顯示正在運行過程參數報警和系統硬件故障報警，并區別報警優先級別、狀態，包括：報警時間、過程變量名、過程變量說明、過程變量當前值、報警設定值、過程變量工程單位、報警優先級別等;
圖形界面—CRT顯示生產裝置圖片、工藝流程圖、設備簡圖、單線圖等，包括字母數字字符及圖形符號等;
棒圖—顯示過程變量變化，如：液位等;
此外，設計具有報表、歷史數據存儲、I/O卡件帶電插拔等功能。
圖3顯示為溢流型球磨機PLC控制柜觸摸屏情況：
圖3. ￠5.5*9.5M溢流型球磨機PLC控制柜觸摸屏
圖4顯示為溢流型球磨機DCS控制總貌界面：
圖4. ￠5.5*9.5M溢流型球磨機DCS控制總貌界面
5. 結束語
對銅冶煉渣選礦系統￠5.5*9.5M溢流型球磨機及DCS控制的闡述，目的在于：a.為該類設備在銅冶煉渣選礦中的應用及設計，提供參考依據及理論基礎;b.為同類型設備在其它選礦系統中的應用及設計提供必要的實踐參考知識;c.同時也做為該類型設備及DCS控制在日常生產、檢修過程中的參考及指導。
參考文獻：
[1]中國瑞林工程技術有限公司.白銀銅冶煉渣資源綜合利用工程初步設計[A]。2010年
[2]于鳳銀等.銅冶煉渣選礦￠5.5*9.5M溢流型球磨機及DCS控制,甘肅省白銀市，《甘肅冶金》[J]，2013年第1期
聲明：
“銅冶煉渣選礦系統￠5.5*9.5M溢流型球磨機及DCS控制” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色技術網
來源：白銀有色集團
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