鋁土礦連續(xù)磨礦過程建模與優(yōu)化控制研究.pdf

1、鋁土礦選礦是我國首創(chuàng)的處理高硅鋁礦石的新工藝，該工藝通過提高礦石的鋁硅比使其適用于拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過程，以提高鋁礦石利用率。磨礦分級過程是選礦過程中的重要環(huán)節(jié)，它將破碎后的鋁土礦研磨成單體解離或富集合的顆粒，經(jīng)分級過程后供浮選，其運(yùn)行狀況的好壞直接關(guān)系著整個選礦廠的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)，對其進(jìn)行優(yōu)化控制是提高選礦廠經(jīng)濟(jì)效益最直接、有效的方法。
　　鋁土礦來源復(fù)雜，硬度、品位波動頻繁，鋁土礦磨礦過程存在指標(biāo)波動大、能耗高和效率低等問題。建

2、立過程單元設(shè)備模型、實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化控制對于穩(wěn)定礦漿濃細(xì)度、降低能耗、提高過程整體經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。然而，磨礦過程是典型的復(fù)雜工業(yè)過程，影響因素多且存在耦合，另外，鋼球裝載量、下料粒級分布和礦石性質(zhì)的時變性大大增加了建模和優(yōu)化控制的難度。
　　本文在深入研究鋁土礦磨礦工藝的基礎(chǔ)上，圍繞球磨機(jī)產(chǎn)品粒級分布預(yù)測模型和過程優(yōu)化控制問題進(jìn)行展開。針對磨機(jī)出口礦漿細(xì)度難以在線檢測的問題，提出一種基于分批試驗(yàn)的磨機(jī)產(chǎn)品粒級分布預(yù)測模型;針對鋁

3、土礦球磨過程的特點(diǎn)，提出一種多目標(biāo)多模型預(yù)測控制方案;針對溢流濃細(xì)度波動頻繁的問題，提出一種溢流濃細(xì)度區(qū)間控制方法;建立過程整體經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，提出一種分層優(yōu)化方案，尋優(yōu)實(shí)現(xiàn)過程整體經(jīng)濟(jì)效益最大的控制變量最優(yōu)設(shè)定值。
　　論文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新成果包括:
　　(1)針對鋁土礦連續(xù)磨礦過程球磨機(jī)產(chǎn)品細(xì)度難以在線檢測的問題，建立一種基于分批磨礦試驗(yàn)和粒級質(zhì)量平衡的粒級分布預(yù)測模型。該模型通過實(shí)驗(yàn)室分批磨礦試驗(yàn)確定礦石性質(zhì)參數(shù)破碎分布的數(shù)

4、值矩陣描述;基于鋁土礦的非一階磨礦特性，建立時間非線性破碎速率模型，模型不同參數(shù)由分批試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場工況分別確定;考慮不同粒級物料的停留時間分布特性，提出一種基于流型分類的停留時間分布密度函數(shù);最后建立鋁土礦工業(yè)球磨機(jī)出口礦漿粒級分布預(yù)測模型。模型工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果表明，模型預(yù)測精度滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。
　　(2)針對實(shí)際生產(chǎn)中一級返砂粒級分布難以在線檢測的問題，提出一種鋁土礦磨礦過程流程模擬方法。該方法采用序貫?zāi)K法，由球磨機(jī)、

5、分級機(jī)單元模型和現(xiàn)場工況迭代尋優(yōu)一級返砂粒級分布。工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果表明，該方法的預(yù)測精度滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，克服了固體流量平衡法對球磨機(jī)模型精度高度敏感、無法實(shí)際應(yīng)用的缺點(diǎn)。
　　(3)針對鋁土礦連續(xù)磨礦過程球磨機(jī)節(jié)能降耗問題以及鋁土礦來源復(fù)雜、品位差異大等特點(diǎn)，提出了工業(yè)球磨機(jī)多目標(biāo)多模型預(yù)測控制方法。該方法首先建立狀態(tài)空間濃度預(yù)測模型和加權(quán)多模型細(xì)度預(yù)測模型。然后構(gòu)建了包含磨機(jī)排礦濃細(xì)度區(qū)間控制和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)構(gòu)

6、的多模型預(yù)測控制策略。最后采用乘子罰函數(shù)法求解控制器局部最優(yōu)解。仿真及現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明該方案能夠降低過程能耗，穩(wěn)定磨機(jī)出口礦漿濃細(xì)度。
　　(4)為實(shí)現(xiàn)溢流濃細(xì)度區(qū)間控制，提出了一種基于模型預(yù)測控制理論的單邊區(qū)間控制算法。對控制變量偏離指標(biāo)區(qū)間上、下限分別采用不同的控制強(qiáng)度，當(dāng)控制變量在指標(biāo)區(qū)間時不進(jìn)行控制動作，該算法在保證快速性的前提下最大限度的滿足了穩(wěn)定性的要求。
　　(5)為實(shí)現(xiàn)連續(xù)磨礦過程經(jīng)濟(jì)最優(yōu)運(yùn)行，建立過程整體經(jīng)