加药自动控制系统及应用

摘要： 本文介绍了几种新型自动加药系统的结构原理，分析其性能特点，以及介绍其在实际生产过程中的应用情况。

Abstract： This paper presents the structure principle of some new Automatic Reagent Feeding System， analyzes its performance characteristics， and introduces the application condition of it in actual production process.

关键词： 浮选；加药自动控制装置；控制方法；应用

Key words： flotation；drugging automatic control device；control method；application

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）03-0055-02

0 引言

浮选是选矿生产最重要和最常用的选矿方法，据统计，有近90%的有色金属矿用浮选方法处理。浮选法还广泛用于稀有金属、贵金属、黑色金属、非金属等矿物原料的选别。浮选药剂的添加又是浮选生产工艺中必不可少的一个重要环节。[1]浮选药剂添加质量直接影响到浮选的效果，最终影响选矿技术经济指标。然而在浮选过程中浮选药剂的添加量，随着原矿的品位、粒度及处理量等诸多因素变化在不断的调整。目前大多数选矿厂都意识到了传统的人工加药方法有很多的不足，如加药量不准确、不及时、加药量波动很大等问题，尤其是在晚班，由于人为因素的影响甚至会经常出现断药的现象。而浮选加药自动化应用到浮选生产过程中，不但解决了人为因素带来的影响生产指标的问题，还大大地节约了药剂成本，提高了生产效益。

目前我国选矿厂对药剂用量的调整，通常都是凭借操作工的经验和频繁测量药剂流量，然后进行人工调整阀门开度来实现流量的调节，由于生产过程中存在很大的波动性，这样不但增加了操作工的工作强度，而且往往不能及时、准确地调整给药量，导致药剂使用量不能始终保持在最佳状态，从而造成药剂的浪费及影响生产指标。[2]由于浮选过程变量发生变化时，浮选泡沫的状态（体现在气泡大小、泡沫的颜色及粘度等方面）就要发生相应地变化，因此浮选泡沫中含有大量与浮选指标相关的信息。[4]通过对摄像机摄取的浮选泡沫图像的处理，提取相应的特征参数，并与建立的浮选泡沫图像辨识模型进行对比，就可以判断各种药剂的添加情况，然后通过调整加药机来控制加药量，使浮选过程的泡沫图像尽量达到最佳效果。[5]国外从上世纪60年代起开始研制自动加药机，使用的主要有计量泵式加药机和压差变送器式加药机，我国从上世纪50年代起开始使用杯式加药机，后来是虹吸式加药机，70年代开始研制自动加药机。目前国内最常使用的自动加药方式主要有电磁阀式加药和泵式加药，这两类加药系统大都应用PLC进行控制。

1 电磁阀式加药控制系统

由于电磁阀成本低廉，不易发生阻塞，维护方便，采用防腐蚀材料和特殊结构的电磁阀适用于各种恶劣环境，不同口径又能满足加药量的需要，所以大多数选厂的自动加药机主要使用电磁阀作为自动加药的执行器。

电磁阀流量理论：[6]

图1为电磁阀加药装置原理图，根据流体力学，液体在电磁阀处的流动属于圆柱形外管嘴恒定自由出流。选管嘴轴线的水平面为基准面，列出能量方程

Δh+■=■+ε■（1）

其中Δh为图1所示的液位差，a为动能校正系数，ε为机械能损失系数，v为液体流速，g为重力加速度。由于恒压箱内部液体动能相对于整个系统的机械能来说很小，可以忽略不计。由此可得：

v=■=φ■（2）

其中φ为流速系数。对于单位时间内通过电磁阀的体积流量为Q，Q为：

Q=■vdS（3）

其中S为电磁阀管口的等效面积，当电磁阀打开时，电磁阀管口的等效面积为SA，则：

Q=vSA=φSA■（4）

电磁阀打开时间t流出的药液体积为V为：

V=■Qdt（5）

在液位恒定的储药装置（即药液的液位差Δh恒定）的条件下，其中的动能校正系数和机械能损失系数基本不变，所以其流速系数φ也基本不变。由公式（4）可知，在电磁阀开度一定的情况下（电磁阀正常工作条件下，即电磁阀在无磨损、堵塞及阀芯损坏的情况下），电磁阀单位时间内出液量基本恒定。在电磁阀打开和关闭的过程中电磁阀的开度都有一个从小到大和从大到小的变化过程，在这个过程中电磁阀的流量时非线性的，但这个过程在电磁阀正常磨损度情况下，是十分短暂的。所以当电磁阀通电后，电磁阀打开，药液流出，根据孔口流的基本原理可知，在药箱内的液面高度保持恒定时，药液流量也是恒定的，这样药液的流出量与电磁阀打开时间近似成正比。所以通过PLC来控制电磁阀的导通时间就可以控制加药量。在加药量适中的情况下（电磁阀开启时间较长），电磁阀的流量调节可以视为线性调节，所以在工业加药系统中大多应用电磁阀作为执行机构由式1可知影响电磁阀加药的准确度最主要的因素就是药箱内的液面高度的恒定，目前大多应用浮球液位阀来维持液面恒定。研究发现：在单位周期内加药量过大时，浮球阀很难及时、准确地维持液面恒定，就会导致通过电磁阀的药流量发生波动，影响加药的准确性。而且浮选药剂中通常含有一些杂质，比如颗粒物或粘稠的杂质等，在药剂用量小，电磁阀选型也较小时，容易导致电磁阀堵塞，尤其是冬天，温度对电磁阀的影响较大。[7]所以电磁阀在加药量适中的条件下使用情况最好，可以达到加药量的精度要求。

目前国内对电磁阀式加药控制系统的研制与应用最多，昆明理工大学研制的KMUST-FDCS系列加药控制系统，北京矿冶研究总院开发的BRFS型和BBH型加药控制系统，西北矿冶研究院研制的DS型和WG-10型加药控制系统等；云南绿春矿业有限公司大马尖山选矿厂应用了KMUST-FDCS48型加药系统，用于黄药、2#油等药液流量的控制，安徽龙桥矿业公司的银山铅锌矿选厂应用了BRFS型加药控制系统等。[8]

2 新型自动加药装置

基于以上对电磁阀的应用分析，在改进的KMUST-FDCS系列加药控制系统中选用直动式电磁阀作为执行机构，为了有效的解决电磁阀在加药系统中存在的问题，设计一种新型加药装置。

左图为加药装置侧视图，右图为主视图。侧视图中左侧截止阀及其管道为加药管道，右侧截止阀及其管道为冲洗水管道，当加药量较少或药剂流经管道过长时，可以适当的用冲洗水来避免药剂在管道中残余，降低加药误差。由主视图可见，加药管道在主管道中间装有截止阀（其位置视实际情况而定），若同一个加药点需要添加多种药剂，而且加药点不多，可以考虑关闭中间的截止阀，2种药剂同时从两端的截止阀流入，即可实现在一个加药装置中同时控制2种不同药剂的添加，在一定程度上节约占地面积、便于统一管理。在漏斗前方装置摄像机作为监控装置，鉴于浮选作业加药一般都是规定一分钟的加药量，若监控装置传送的图像中若1-2分钟内都没有明显的药液流动，则启动报警装置，需要人工检查、维护加药装置。此加药装置和加药箱相互独立，若加药点处的空间足够，可以把加药装置放置或悬挂在加药点附近，不仅可以提高加药精度，而且便于操作工现场观察及调节。

3 结束语

随着自动加药装置的不断发展和改进，使得其在加药工序中得到广泛的应用，但是由于加药环境、设备选型、操作因素等条件的影响，使得自动加药装置在一部分的加药工序中使用效果不佳。文章介绍一种新型自动加药系统的结构、技术性能。这种自动加药装置性能可靠，维护方便，故障率低，药剂添加准确及时，节约了药剂的消耗，能有效的提高选矿厂的生产指标。

参考文献：

[1]赵礼兵，李世厚.浮选自动加药控制的现状与发展[J].冶金自动化，2004（s1）：545-548.

[2]伊祖俭.凤凰山铜矿浮选药剂自动控制的实践[J].金属矿山，1999（4）：47-55.

[3]王世国，刘建全，赵宇.STD-Ⅲ型浮选加药自动测控系统[J].选煤技术，2007（4）：106-108.

[4]王建昆.浮选过程泡沫图像特征识别研究[J].云南冶金，2009（1）：65-67.

[5]王建昆.铅锌矿浮选过程加药量自动控制系统[J].云南冶金，2009（3）：57-60.

[6]李家星，超振兴.水力学[M].南京：河海大学出版社，2011： 242-260.

[7]赵平胜，王然风.浮选自动加药控制系统的设计[J].山西煤炭，2011（8）：62-63.

[8]王冬新.详解铝土矿浮选自动加药系统程序[J].自动化技术与应用，2009（12）：62-65.