面向生产指标优化的选矿过程调度研究

摘要:针对选矿厂生产调度过程，本文提出面向生产指标优化的选矿过程调度方法，该方法在保证精矿品位的前提下，尽量减少精矿库存，最大限度地利用设备能力。

关键词：生产指标优化选矿过程调度

中图分类号：TQ533文献标识码： A

前言：

流程工业生产调度除了设备运行调度、资源调配等，还包括确定生产过程中与生产指标相关的工艺指标。选矿企业的生产指标通常包括精矿品位，金属回收率，精矿产量及精矿成本等。精矿品位是钢铁企业中一个举足轻重的生产参数，它不仅影响选矿自身的产量，能耗和费用，还直接影响炼铁工序的生产指标。在选矿企业中，精矿品位和金属回收率是一对重要而矛盾的指标，体现选矿技术水平及选矿工作质量。强磁精矿品位，弱磁精矿品位直接决定着选矿的综合质量指标―综合铁精矿的品位，而综合铁精矿的品位又决定着选矿产量的高低，这样就形成了指标之间的联系，回收率随原矿品位的增高而提高，随精矿品位的增高而降低。此外，不同的原矿配比其精矿产品的品位也不相同。原矿配比是多阶段的工艺过程，是矿物资源质与量的相互协调和均衡，是原矿石加工处理能力及产品质量，数量的相互匹配与控制。由于这些指标的影响因素复杂而且往往难于在线连续测量，选矿企业实际的生产调度中仍存在着很多需要人工判断的调度任务，而且人工调度仍是大多数企业主要的调度方式。通常根据选矿流程设计的结果和工厂生产的经验把要达到的生产指标分解为对应的工艺指标，生产操作人员将工艺指标保持在规定的范围内，而生产管理人员则按照工艺指标是否在规定范围内来检查生产操作的优劣。生产指标的确定全靠工程师的经验，根本没有实现指标的优化。

优化的调度系统是流程型CIMS领域里的重要课题。对生产调度优化间题的研究已开展许多年，且也已经取得众多成果，但不同的方法有不同的优点与局限，其应用领域也各不相同。提出的选矿调度是关于不同矿从矿区出矿，到铁路运输，存储，装船的调度，且原矿配比大都停留在矿山配矿阶段，主要是靠人工经验。精矿品位优化间题，在20世纪70年代后期就引起了我国学术界的重视，并开展了一些研究。如通过调整磨矿细度或通过调整出矿截止品位控制入选品位等来优化精矿品位。总之，现有研究的不足是没有运用系统工程理论实现整体优化。

一、选矿生产调度系统

选矿企业的生产指标能够综合反映企业生产与管理的水平，其水平的高低与企业的产品质量、生产效率、生产成本有着密切的关系，兼具生产和管理双重意义。选矿过程生产指标包括精矿品位，金属回收率，精矿产量，原矿处理量等。这些指标的变化必然导致生产工艺要做相应的调整，如选矿日处理量，磨矿产品的粒度，各个阶段的选别指标等等；而生产计划又需要根据企业生产的实际情况来加以确立和修订，这就需要获取生产现场的相关数据，如原矿品位，设备状况，能量消耗，尾矿品位及金属平衡等等。选矿过程各工序工艺指标为原矿处理过程的原矿种类及原矿处理量；焙烧过程的块矿处理量，磁选管回收率；磨矿过程的磨矿处理量，磨矿粒度；强磁选过程的强磁精矿品位；弱磁选过程的弱磁精矿品位。

赤铁矿选矿生产过程分为原矿生产、竖炉焙烧、磨矿与磁选、精矿生产和尾矿处理5个作业流程，如图1所示。

图1选矿生产过程流程图

原矿经过原矿处理筛分出粉矿和块矿，粉矿通过磨矿，强磁选过程产生一定品位的强磁精矿和尾矿，块矿经竖炉焙烧产生焙烧矿，焙烧矿通过磨矿，弱磁选过程产生一定品位的弱磁精矿和尾矿强磁精矿和弱磁精矿都进入精矿大井进行浓缩脱水处理后输送到精矿库，作为炼铁的原料。强磁尾矿和弱磁尾矿都进入尾矿大井，进行浓缩后运往尾矿坝。其系统的调度过程如图2所示。调度过程主要是协调生产过程，保证综合生产指标完成。

公司生产管理部门将月计划下达给其选矿厂。月计划中给出原矿处理量和质量，精矿产量和品位，金属回收率，能源消耗，成本等综合生产指标计划。选矿厂生产管理部门接受公司下达月计划的指标，编制选矿厂的周作业计划。厂技术部门根据月质量计划和周质量计划给出原矿处理量，精矿品位等周综合生产指标优化值。选矿厂调度室接受周计划，并结合实际生产状况，形成日作业生产计划。通过厂生产管理、技术部门、调度室和作业区作业长的分解工作，月计划中的综合生产指标在时间上被分解到作业班，在空间上被分解到各生产工序(工序指标优化值)。作业区作业长接受班计划组织生产，把工序生产指标进一步分解成工艺指标，并根据实际生产信息及时进行调整。综上所述，选矿厂通过生产计划部门、技术部门、调度室、作业区作业长，把综合生产指标分解成各工序生产指标，最终再分解到各生产工序的工艺指标。生产计划部门，技术部门，调度室，作业区作业长完成调度系统主要功能。

图2系统的调度过程

生产调度的性能指标可以是成本最低，库存费用最少，生产周期最短，设备利用率最高等。本调度过程主要间题是如何进行合理地配矿以保证合理的精矿品位，使设备能力最大化，精矿库存最小。而目前实际生产中完成这些功能主要是依靠具有实践经验的管理人员和调度人员，采用人工为主的管理方式，生产数据的收集、统计、报表由人工完成，因而数据的准确率不高。由下至上报送报表造成信息的传输滞后及失真，使得生产管理和控制不及时，影响企业人，财，物，资源及时的合理配置和生产过程的管理。此外，缺乏综合生产指标之间的协调管理和控制，因此没有实现综合生产指标协调优化。因此，人工作业的方式难以及

时，准确地进行企业的管理和生产调度；借助于会议，电话，报表等进行管理和调度的人工作业方式显然不能满足快节奏现代化生产和市场激烈竞争的需要。

二、面向生产指标优化的生产调度系统

1、系统结构与功能

采用文献提出的ERP/MES/PCS 3层的综合自动化系统体系结构。提出了综合生产指标优化的选矿生产调度系统，生产调度系统由生产计划系统和调度系统组成，其中生产计划系统主要完成系统调度过程的公司生产管理部门，厂技术部门和厂生产计划部门的职能；调度系统完成厂调度室，二级分厂调度和作业区作业长的职能；在PCS层中主要包括工艺指标优化系统和过程控制系统，如图3所示。

图3基于ERP/MES/ PCS指标优化调度体系

生产计划系统实现空间上的分解，将公司下达的月计划分解为周计划。调度系统分为3个了模块，包括工序指标优化设定，设备运行调度和资源调配。其中，工序指标优化设定模块接受计划系统给出的周计划(综合生产指标计划值)，在时间上和空间上对其进行优化分解，实现合理安排原材料供应，精矿产量和质量，能源供应，设备维护和运行的目标。将综合生产指标优化分解给出原矿工序的各种原矿处理量的工序指标/日，强磁选工序和弱磁选的强、弱磁选的精矿品位的工序指标/日，将原矿种类，处理量，弱磁精矿品位和强磁精矿品位分解到各个生产工序的工艺指标；设备运行调度模型根据设备运行计划给出设备的起停指令，由过程控制系统(自动操作)或操作员(人工操作)来执行设备起停指令。资源调度模块实现和其他二级分厂进行水，电，煤气，原矿等资源的调度和协调。PCS的工艺指标优化和过程控制系统实现工序指标优化设定模块给出的工艺指标的优化控制。最终，通过IVIES和PCS的集成实现综合生产指标的优化。

2、面向生产指标优化的调度策略

结合图1给出的工艺流程，提出了如图4所示的优化控制策略。该策略主要由优化调度模型，预报，预测与分析，统计，反馈与分析五部分组成。优化调度模型是在满足精矿品位，原矿总量，精矿库存等约束的前提下，以精矿库存最小，设备生产能力最大为目标，求得原矿处理工序的各种原矿处理量和强，弱磁选工序的强磁选精矿品位，弱磁选精矿品位等工序指标的优化值。并将这些指标值作为工艺指标优化的预设定值。将工序指标的优化值作为周(日)计划预报模型的输入进行预报，结果与综合生产指标的优化值进行比较，产生的误差经过预测与分析模块来校正工序指标的优化预设定值，并通过统计模型产生的周品位、处理量等的综合生产指标的统计值与工序指标的优化值进行反馈校正工序指标预设定值，从而得到每日的原矿工序的原矿处理量和强、弱磁选工序的强磁选精矿品位，弱磁选精矿品位等工序指标的优化值。通过选矿过程工艺指标优化、原矿处理控制系统和磁选控制系统实现综合生产指标的优化。

图4生产指标优化策略

结论：

采用面向生产指标逐层优化分解的方法，对选矿生产调度优化进行研究，首先进行全流程优化(综合生产指标优化)，利用全流程优化的结果指导局部指标的优化(工序生产指标优化)，利用局部优化的结果指导点的优化(工艺指标优化)，可以得到大系统的总体最优解，实现了选矿过程的计算机辅助优化生产调度，使选矿生产过程优化控制、优化运行和优化管理，真正实现了管理和控制一体化。

参考文献：

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