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我国大型矿山装备的创新与展望 (二)

发布时间:2021-06-18来源:点击:98

导读



从技术创新、结构创新、理论创新、工艺创新和服务创新 5 个方面,结合本企业具体产品,对国产大型矿山设备的设计、制造和运行中出现的问题进行归纳总结,以典型实例对矿山设备的改进、创新提出自己的观点和意见,并对我国大型矿山装备的发展进行展望。

(接上期)

3 理论创新

技术创新和结构创新离不开理论创新,扎实的理论知识是各种创新的基础。在成熟理论研究的基础上,运用下面 5 个步骤,可以有效地推进理论创新:① 搜集信息,包括国内外情报、标准和论文等资料;② 建立数学模型,进行数学推导,搭建理论基础;③编制相应的程序,简化计算;④ 建立数据库,有利于数据统计和分析;⑤ 编制型谱,可以快速响应市场需求,缩短设计周期,优化产品结构和制造工艺,形成企业标准,有利于批量生产,降低成本。

利用编程手段将设计人员从繁琐的人工计算中解放出来,是理论创新的优点之一。设计分为三阶段:方案设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段。其中,方案设计和技术设计是根据使用要求决定产品的主参数,作为进一步设计的依据;施工设计是根据强度和刚度等要求决定具体结构要素。决定这些数值时,运用理***式或经验公式反复计算费时费力,应用计算机计算可以简化过程,但条件和系数的选择,可以引入人为因素来影响计算的可靠度。

中信重工从 1983 年起,花费 10 a 时间,通过对 14 大类 130 个系列产品的上千个参数分析研究发现,用数学概率统计的回归分析方法 (见公式 1) 将无序变有序,求出系列产品主参数间的相互关系,建立回归方程式,可由已知参数去预测未知参数。此方法不必深究计算这些参数的理论依据,大大简化了计算过程,对于方案设计和技术设计来说已有足够的精度。只要实践证明已知参数是先进可靠的,由此推出的未知参数也同样是先进可靠的。

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式中:Y 为因变量;Xn 为自变量;A 为常数项;Bn 为指数项。

回归分析方法有:① 设计预测,一个系列产品几种规格的主参数确定后,可以预测其他规格的主参数;② 设计评审,一个系列产品设计完成后,检查其选取的主参数是否合理;③ 设计优化,与国外先进产品对比,找出差距,优化参数;④ 结构要素,确定零部件的尺寸;⑤ 工业控制,测得各种工况下的工艺参数,回归分析,建立数学模型,作为工业控制的依据;⑥ 数据处理,试验数据处理,建立回归方程式;⑦ 编程手段,用回归方程式代替人工查表;⑧ 经济技术分析,市场预测及价格分析等。

以矿用磨机为例,2006 年以来,针对矿物试验、功率、主轴承、开式齿轮以及工业运行等,中信重工创建程序 15 类,共计 106 个版本;数据库 9类,共 1 720 组数据;型谱 7 类,为超大型矿用磨机的开发和深入研究打好基础。通过搜集信息和数据编制计算程序,不仅提高了工作效率,而且经过程序计算形成了庞大的数据库;数据库不仅对产品研发有帮助,还可以形成迅速报价体系,数分钟内完成一份报价书,快速反应,极大提升企业的竞争力;根据数据库优化结构参数,编制型谱,形成企业标准。然后再通过实践反馈 (信息和现场数据搜集),修正计算程序,***终完善数据库和型谱。整个研究过程是动态的、持续的,形成一个良性闭环系统。

据数据库统计,截至到 2005 年,按全球矿用磨机总量统计,中信重工占 0.4%。到 2010 年,中信重工矿用磨机占有率上升至 5.8%,全球排名第 6 名,如图 21 所示,2015 年有望上升至第 3 名。虽然中信重工在国际上已有发言权,但还欠缺决策权,其未来的发展目标是:工艺流程和结构创新,成为节能节材的绿色产业的引导者;建设强大的数据库和有自主知识产权的理论计算体系;造就一支国际化的技术、营销及服务团队。

图21 截至到 2010 年世界 AG/SAG 总量统计

另外,中信重工近年来引进了一些国外知名商业软件,为理论创新提供新的平台。如 JKSimMet 碎磨回路模拟软件、EDEM 离散元分析模拟软件、MillTraj 衬板模拟软件、SYSWELD 热处理及焊接工艺模拟软件以及 MAGMA 铸造工艺模拟软件等,尤其是在磨矿领域引进了 JK 落重试验装置和 JKSimMet 软件。2012 年中信重工收购了 SMCC 公司,成为全球***先进的选矿工艺技术的拥有者。这为企业提供大量***处理技术和***佳破碎设计解决方案,这些占到精炼厂整体设备成本的 70%。Stephen Morrell 博士发明的 SMC Test® 算法已在全球矿业项目中广泛应用,至今已完成了 20 000 份 SMC Test® 报告。业界认为 SMC Test® 是现有矿石破碎测试手段中***有效、***通用以及***节省成本的一种。

JKSimMet 软件能够对破碎磨矿流程中的主要设备 (破碎机、高压辊磨机、棒磨机、半自磨机、自磨机、球磨机、筛分设备和渣浆泵等) 进行计算选型,确定合适规格;对于已运行选矿厂,可以进行流程调研和数据分析,提出流程优化方案;在选矿厂调试阶段,可以通过数据采集和分析,提出问题解决方案,协助调试;建立破碎磨矿流程数据库,存储和积累相关技术数据,为技术研究工作提供支撑;通过数据分析和现场实践,掌握破碎磨矿流程和设备运行规律,并建立数学模型,为新项目的设计和已运行项目的优化进行技术指导。

4 工艺创新

矿山碎矿与磨矿工艺通常作为选矿过程的准备作业,其投资及经营费用占选矿厂全部投资的 50% 以上,能耗约占选矿厂的 65%~70%,其中约 90% 为磨矿部分能耗。碎磨能耗占全球能耗总量的 3%~4%,随着某些偏远矿山能源的短缺和价格的上涨,加上将启动碳排放税,“节能降耗”也将成为矿山企业永恒的话题。因此,碎磨工艺流程的好坏,将直接影响选矿厂的各项指标。近年来已有不少选矿厂使用了各种新设备和新流程。

4.1 常见碎磨流程

根据项目情况和要求 (矿石性质、产品粒度及处理能力) 可以对不同工艺流程 (SAB、SABC、AB、ABC、SSAG、3CB、HPGR-BM 等) 进行计算对比,并进行经济分析,以确定***优设计方案。近 20 年来,发展***快的磨矿工艺是半自磨-球磨工艺。***近几年,高压辊磨机也成为碎磨流程必须考虑的因素。常见碎磨流程如表 1 所列。不同的流程有不同的具体配置,才能发挥单段半自磨流程的优越性,如表 2 所列。

表1 常见碎磨流程

表2 单段磨机的流程配置

4.2 碎磨流程需要考虑的因素

初步考虑的因素有选厂能力、矿石性质、产品粒度等,如表 3 所列,进一步考虑的因素有矿山寿命、地质构造、采矿方法及工艺要求,还要进行经济性分析。

表3 不同因素下采用的碎磨工艺流程

4.3 大型矿山典型的两种磨矿流程

近年来,大型矿山比较典型的磨矿流程是半自磨-球磨流程、高压辊磨机-球磨流程。

4.3.1 半自磨机流程的特点

(1) 流程简单,易于操作 解决了导致流程不畅的难题,省去了破碎产生的粉尘回收及处理的麻烦,为整个流程的自动化控制创造了条件。

(2) 投资和经营费用低 半自磨机兼有冲击破碎和研磨的特点,降低了大型选矿厂的投资和经营费。与常规的碎磨流程相比:在投资上,半自磨流程省去中细碎厂房、筛分厂房和多条带式输送机及其相应的收尘设备等,在基建投资、占地面积方面具有优越性;在经营费上,半自磨流程的单位能耗稍高,但其金属消耗却较低。

(3) 改善了矿浆的电化学性质 采用矿石自身作为磨矿介质,在处理复杂的硫化矿时,铜、镍、钴、金、钼、铅以及锌等矿物的浮选回收率会相应地提高。

(4) 要求自动控制水平高 由于矿石自身作为磨矿介质,磨矿效率受矿石性质影响很大,矿石的硬度、粒度和含泥量等变化,会导致处理能力波动。因此,要求给矿量和磨矿能力均能进行调节,以适应给入矿石性质的变化。

4.3.2 高压辊磨机-球磨流程的特点

节省能耗,矿石破碎 P80 可达到 5~6 mm,适于硬矿石,不适于黏性或多泥的矿石。据资料介绍,高压辊磨机 1 kW 的能耗相当于自磨机或常规球磨机 2 kW 的能耗。

2 种主要工艺流程的使用特点:高压辊磨机不能代替半自磨机。在许多条件下,高压辊磨机仍然是一个有竞争力的选择,在合适的环境和矿石性质的条件下,如果半自磨机处理的比能耗大于 8~9 kW·h/t,邦德球磨功指数大于 15~17 kW·h/t,则该种矿石采用高压辊磨机处理有明显的优势,否则则相反。

4.4 磨矿流程发展趋势

(1) 设备大型的步伐从来没有停止过。半自磨机和自磨机的装机功率均达到 28 MW,规格分别达到φ12.2 m×7.9 m 和 φ12.2 m×11.0 m。球磨机的装机功率也已经达到 22 MW,规格是 φ8.53 m×13.70 m。将来半自磨机的装机功率可达到 36 MW,直径也将达到 13.4 m 或 13.7 m。球磨机的功率也将达到 25 ~30 MW,直径将达到 9 m 以上。

影响磨矿装备大型化的因素有:矿产资源贫矿多、富矿少,要求开发大型碎磨设备;矿产企业的大型化要求;规模效益的要求;对矿产资源消耗的大量需求也要求开发大型碎磨设备。

磨矿装备大型化的优点:① 粉磨设备大型化大大减少厂房的建筑面积,按照球磨机单位装机功率使用面积计算,可以节约建筑面积 50%~75%。② 粉磨设备大型化大大减少了钢材的使用,按照球磨机单位装机功率,可以节约钢材 22%~35%,节约衬板装入量15%~41%。如果衬板的报废厚度执行相同标准,则小型球磨机的报废量是大型球磨机的 0.4~1.7 倍。③粉磨设备大型化大大减少了选厂的系列,如果采用大型半自磨系统,可避免采用因破碎能力所限的多段多系列破碎系统,且更容易实现自动化控制,大大减少自动化设备投资,降低所需劳动力成本。

(2) 自动化水平提高,在线监测设备得到了进一步发展,例如在线粒度、浓度监测更加智能化;半自磨衬板内安装传感器,能检测钢球的落点位置,和磨机转速调整实现互动,通过调整转速控制钢球的落点,提高衬板的寿命。

(3) DEM 模型和流体模型的耦合,广泛应用于矿磨设备内部结构的计算机模拟;可以模拟矿磨设备的驱动功率,甚至衬板的磨损。

(4) 由于现代设计手段的使用,设备质量进一步减轻,可靠性进一步提高。

(5) 现代在线设备状态监测手段的使用,提高了磨机故障的预见性以及使用的可靠性。

(6) 通过磨矿系统控制的优化,可以提产降耗,稳定生产。

综上所述,磨矿装备未来的发展趋势必然是流程***佳化、规格大型化、结构多样化和操作自动化。

5 服务创新

企业活动是个系统工程,只有反馈形成闭环才有生命力。

传统的用户服务体系通过电话、邮件以及现场服务来解决用户提出的各种问题。电子信息时代的客户服务体系可由重型装备制造商与现代信息技术服务商联合打造。该服务体系可实现计划调度控制管理、服务全流程管理、产品全生命周期管理、备件服务管理、远程视频监控、3G 视频实时诊断、技术支持、统计分析、客户体验九大功能。新型客户服务体系集成计算机电话集成技术、交互式语言应答导航技术、自动呼叫分配技术等多项技术,集科学化、智能化、信息化为一体,从客户实际需求出发,可为客户提供真正有价值的服务。

远在“天边”的客户,可以实时享受来自供货商随时随地、全天候、全过程、全方位的对产品全寿命周期保姆式的优质服务;为客户在线提供查询、诊断、监控、技术、备件、指导等多种服务;通过 3G视频功能,用手机等移动终端与多媒体服务计划调度控制中心交流,清晰地看到设备现场运转情况,帮助客户现场解决一系列问题,实现服务增值。它不仅创新了企业合作模式,推动双方企业走向战略合作的新高度,也为企业未来发展开拓了广阔空间。定期对系统进行完善升级,提升系统应用水平,可让客户享受全生命周期管理服务,为客户带来更大价值。

6 结语

20 世纪 90 年代末,中国的国有重型企业经历了严重亏损、停滞不前的时期,原因在于企业安于现状,缺乏自主创新的动力。笔者结合本企业具体产品,对国产大型矿山设备的设计、制造和运行中出现的问题进行归纳总结,意在抛砖引玉。以具体实例对矿山设备的改进、创新和发展提出自己的观点和意见,寄望国有企业可以通过自主创新,推动民族工业的发展,实现中国梦的工业复兴。

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