Улучшенное управление мельницей на золотом руднике Lihir в Папуа — Новой Гвинее

Золотой рудник Lihir эксплуатируется предприятиемLihirGoldLimited, которое является дочерней компанией корпорации NewcrestMiningLimited. Этот карьер расположен на острове Ниолан, Папуа — Новая Гвинея, примерно в 900 км к северо-востоку от Порт-Морсби. В 2017 году рудник Lihir произвел 940 060 унций золота и измельчил 13,001 млн. т руды с производительностью 1797 т/ч (NewcrestMiningLimited, 2017a). 

На данный момент участок измельчения обогатительной фабрики включает два контура первичного дробления и наземных конвейеров, а также два контура измельчения ПСИ+ШМ+дробилка (HGO1 и HGO2) и один контур измельчения ПСИ+ШМ (FGO), как показано на упрощенной технологической схеме на Рис. 2. 

Измерение объемного заполнения мельницы ПСИ на руднике Lihir 

Для оптимизации производительности мельницы необходимо контролировать ее объемное заполнение. Как правило, объемное заполнение прогнозируется путем контроля общего веса мельницы по давлению в подшипниках или тензодатчиках. Однако вес мельницы зависит от двух факторов: уменьшение веса футеровки и изменение плотности руды. 

На обогатительной фабрике золотого рудника Lihir для расчета нагрузки мельницы ПСИ в HGO1 применялось давление в ее подшипниках. Однако использование веса мельницы ПСИ для управления техпроцессом осложнялосьнекорректными и внезапно изменяющимися даннымипри измерении давления в подшипниках двух из трех мельниц ПСИ. Такой переменчивый характер данных означает, что оптимальная уставка нагрузки мельницы, которая обеспечивает максимальную производительность в начале смены, скорее всего, уже не является оптимальной в более поздний период смены, даже если на протяжении всего техпроцесса используется та же самая руда. После ряда событий, связанных с перегрузом мельницы ПСИ (см. пример на Рис. 3), которые привели к длительному простою, операторы мельницы и металлурги стали сомневаться в стабильности и точности измерений нагрузки. Стало очевидно, что нужно найти новый способ измерения и управления объемным заполнением. 

О технологии оптимального объемного заполнения 

Опытные операторы мельниц ПСИ знакомы с концепцией оптимального объемного заполнения мельницы, которая обеспечивает ее максимальную производительность для определенного материала питания. Исследования кривой измельчения, проведенные Пауэллом и Маинзой (2006), а также Пауэллом и др. (2009), показали, что оптимальное объемное заполнение мельницы не всегда соответствует максимальной мощности на валу, особенно для мельниц ПСИ с большой длиной. Из этого следует, что системы управления, направленные на получение максимальной мощности двигателя мельницыПСИ, не всегда будут обеспечивать максимальную производительность. Вместо этого, системы управления должны быть направлены на работу мельниц при их оптимальном объемном заполнении с учетом преобладающего типа питания. 

Несмотря на всю значимость объемного заполнения мельниц, установленные на предприятиях КИП, как правило, не измеряют данный параметр и не предоставляют его значения операторам мельниц или металлургам (Тоор, 2015). Однако существует возможность рассчитать прогнозируемое значение объемного заполнения, используя данные о весе мельницы ПСИ, полученные от датчиков давления в подшипниках или тензодатчиков. Различные системы управления техпроцессом мельниц ПСИ достаточно подробно описаны в литературе (Карагеоргос, 2006; Баас, 2014; Рюэль, 2013; Смит и др., 2004). Общий подход, на котором основаны все эти системы, заключается в том, чтобы предоставить оператору мельницы ПСИ уставку ее веса. Система управления будет контролировать расход питания и скорость мельницы (если она оборудована частотно-регулируемым приводом) в соответствии с этой уставкой. В случае изменения свойств и крупности исходного материала изменяется и оптимальное объемное заполнение мельницы для обеспечения ее максимальной производительности. Уставка веса корректируется опытным оператором или системой усовершенствованного управления технологическим процессом в качестве ответной меры на изменения в питании. 

При измерении веса мельницы ПСИ учитывается масса ее корпуса, масса загрузки и масса футеровки. Проведя ряд исследований загрузки мельниц с разным рабочим весом, Пауэлл (2006;2009) подтвердил, что между объемным заполнением мельницы и ее весом можно установить прочную взаимосвязь. Однако такая взаимосвязь будет актуальна лишь в краткосрочной перспективе при условии постоянной шаровой загрузки в течение определенного времени. В долгосрочной перспективе эта взаимосвязь не будет сохраняться по причине износа футеровки мельницы (Тоор, 2015). Таким образом, для поддержания объемного заполнения в установленном рабочем диапазоне необходимо непрерывно проверять уставку веса, поскольку изменяется плотность загрузки мельницы ПСИ (соотношение руды и шаров), а также изнашивается ее футеровка. В качестве примеров на Рис. 5 представлены графики снижения уставки веса мельницы на протяжении срока службы футеровки корпуса мельницы для МПСИ второй нитки измельчения золотого рудника Telfer и для мельницы ПСИ FGO золотого рудника Lihir. 

l.

Поиск нового метода измерения для рудника Lihir 

Специалисты золотоизвлекательной фабрики Lihir начали изучать альтернативные способы измерения с применением КИП, например, определение нижней точки положения загрузки внутри мельницы, так называемого «носка». Это привело к установке системы Metso Outotec MillSense для мельницы ПСИ HGO1 в конце 2016 года. Модель мощности Моррелла описывает взаимосвязь между точкой падения руды и заполнением мельницы (Нэйпир-Мунн и др., 1999), которая представлена на Рис. 6 для идентичных мельниц ПСИ HGO1 и HGO2 золотоизвлекательной фабрики Lihir. 

Компания Metso Outotec разработала систему MillSense для анализа и регулирования объемной загрузки мельниц, которая способна обеспечить более достоверный индикатор состояния и надежное управление. Принцип работы MillSense заключается в определении положения загрузки внутри мельницы путем непрерывного измерения колебания и напряжения одного из футеровочных болтов. Полный комплект системы MillSense включает:  

• измеритель для футеровочного болта;  
• датчик, устанавливаемый на корпусе; 
• радиоприемное устройство; 
• локальный шкаф;  
• индуктивную зарядную станцию;  
• компьютер для анализа.  

На Рис. 7 показано оборудование и его расположение на корпусе, а также рядом с мельницей. 

Система MillSense способна определять положение «носка» за один оборот мельницы путем измерения напряжения на анализируемом болте или с помощью профиля его колебаний. Если используется профиль напряжения, расположение «носка» определяется местом, в котором сигнал изменяется быстрее всего. Если применяется сигнал вибрации, «носок» располагается в зоне максимальной вибрации или рядом. На Рис. 8 представлены профили колебаний и напряжений для одного оборота мельницы. Вертикальными линиями отмечены места расположения «носка» (первая половина графика) и «плеча» (верхнее положение загрузки мельницы, вторая половина графика) для обоих сигналов. В мельницах со стальной футеровкой результаты измерения положения «носка» с помощью сигнала вибрации являются более достоверными, а для мельниц с резиновой футеровкой наиболее отчетливый сигнал дает измерение напряжения. 

После того, как определено положение «носка», для расчета загрузки мельницы применяется модель формы загрузки Юлиуса Круттшнитта (Нэйпир-Мунн и др., 1999). Рассчитать объемную загрузку напрямую из формул невозможно, однако, на практике весьма успешно применяется небольшое количество шагов итерации или справочная таблица. Несмотря на то, что положение «плеча»необязательно для расчета объемной загрузки, оно может предоставить операторам и металлургам ценные данные о динамических характеристиках мельницы. Точнее всего положение «плеча» можно определить с помощью профиля напряжений. 

Ввод новой системы в эксплуатацию и оценка ее работы 

Система контроля положения «носка»MillSense была внедрена в марте 2018 года. Ввод в эксплуатацию завершился примерно за 2 недели до плановой замены футеровки. Это позволило оценить работу системы управления и качество сигнала с применением уже изношенной и новой футеровки корпуса. В результате было установлено, что рабочий диапазон положения «носка» был стабильным как до, так и после полной замены футеровки корпуса. Для сравнения вес мельницы увеличился, поскольку масса комплекта новой футеровки больше. Стабильность положения «носка» подчеркивает преимущество использования данного метода, особенно с учетом отсутствия необходимости постоянно регулировать настройки веса мельницы, чтобы компенсировать изменения массы футеровки, как описано выше. 

Что важно для рудника Lihir: работа системы измерения и контроля с применением значений положения «носка» продемонстрировала надежность и точность даже при изменении технологических условий. Операторы мельницы отметили простоту использования этого контура управления по сравнению с управлением, основанным на измерении веса. Чтобы оценить степень повышения стабильности объемного заполнения была проведена сравнительная оценка распределения мощности мельницы до и после изменения системы управления. На Рис. 9 представлены гистограммы мощности, скорости, веса и положение «носка» мельницы за 4-дневный период до внедрения новой системы и за 3-дневный период после ее внедрения. Данные были отфильтрованы, чтобы сузить диапазон рабочей скорости до 9,75 – 10,0 об/мин, уменьшить влияние скорости на гистограмму мощности мельницы и отделить изменения в приводной мощности, относящиеся к объемному заполнению. 

На Рис. 9 (a) и 9 (b) видно, что распределение каждого регулируемого параметра относительно соответствующей уставки является сопоставимым для обоих методов управления. Стоит отметить, что узкое распределение веса не привело к узкому распределению положения «носка» (и наоборот), что, в свою очередь, подчеркивает переменчивый характер сигнала веса. Как видно на Рис. 9 (d), гистограмма мощности, полученная для периода испытания системы управления с применением положения «носка», имеет более выраженный, узкий максимум, чем гистограмма, соответствующая периоду управления, основанном на весе мельницы. Учитывая вполне стабильное распределение скорости (Рис. 9(c) между сравниваемыми массивами данных, было установлено, что более узкое распределение объемного заполнения мельницы ПСИ относится к управлению мельницей, основанному на положении «носка», если сравнивать с ранее применяемым методом управления, основанным на весе. 

Выводы 

Согласно предварительным результатам, управление на основе положения «носка» обеспечило следующие преимущества для регулирования техпроцесса на золотоизвлекательной фабрике Lihir:  

• достоверные воспроизводимые измерения даже при технологических сбоях; 
• независимость от износа футеровки мельницы.  

На момент написания статьи количественные данные о повышении производительности отсутствовали, однако применение метода управления, основанного на положении «носка» для мельницы ПСИ HGO1, позволило улучшить контроль объемного заполнения и снизить риск возникновения последующих случаев перегруза мельницы. 

Благодарность 

Данная статья опирается на доклад «Измерение положение «носка» для управления мельницей ПСИ на золотом руднике Lihir», представленный на Конференции операторов мельниц, которая проводилась Австралазиатским институтом горного дела и металлургии (MAusIMM) с 29 по 31 августа 2018 года. Авторы доклада указаны ниже. Специалисты рудника Lihir по металлургии, эксплуатации, КИП и управлению техпроцессом не только оказали содействие, но и предоставили ценные данные для разработки и внедрения системы MillSense. Успешное внедрение системы было бы невозможным без общего вклада, который внесли эти специалисты. 

Ф. Бёрнс (F. Burns)1, К. Аисторп (C. Aisthorpe)2, П. Бланц (P. Blanz)3, М. Рэнделл (M. Randall)4, П. Эбзери (P. Ebzery)5 

1. Главный металлург службы оптимизации фабрики, «Золотопромышленный рудник Lihir», NewcrestMiningLimited.
   2. Член MAusIMM, главный металлург службы оптимизации фабрики, «Золотопромышленный рудник Lihir», NewcrestMiningLimited.
   3. Менеджер по продуктубизнес-направления «Усовершенствованное управление техпроцессом», Outotec.  
   4. Главный металлург службы управления техпроцессом, «Золотопромышленный рудник Lihir», NewcrestMiningLimited. 
   5. Специалист по управлению техпроцессом, «Золотопромышленный рудник Lihir», NewcrestMiningLimited. 

Список литературы 

Баас Д., Беннетт Д., Уокер П. 2014. Разработка стандартов управления технологическим процессом для оптимальной производительности предприятия компании PanAustLimited, 12-я конференция Австралазиатского института горного дела и металлургии для операторов мельниц, стр. 325 — 334. 

Карагеоргос Дж., Дженовезе П., Баас Д. 2006. Современные тенденции в эксплуатации и управлении мельниц ПСИ и СИ, SAG 2006. 

Кетчем В. Дж., О’Райли Дж. Ф. и Вардилл У. Д., 1993. Проект золотоизвлекательной фабрики Lihir: разработка технологического оборудования, MineralsEngineering, 6 (8-10) 1037. 

Нэйпир-Мунн Т. Дж. 2009. Введение в сравнительную статистику и экспериментальное проектирование для инженеров-обогатителей (2-ое издание), Центр исследований минералов Юлиуса Круттшнитта, Квинслендский университет. 

Нэйпир-Мунн Т. Дж., Моррелл С., Моррисон Р. Д., Койович T. 1999. Контуры измельчения минералов: их эксплуатация и оптимизация, Центр исследований минералов Юлиуса Круттшнитта, Квинслендский университет. 

NewcrestMiningLimited, 2017a, Ежегодный отчет 2017, 09 октября 2017 г. 

NewcrestMiningLimited, 2017b, Ежеквартальный отчет за сентябрь 2017 г., 26 октября 2017 г. 

Ноубл А., Кларк А. м Акис Д. 2009. LihirGoldLimited – большой шаг вперед для Золотопромышленного рудника Lihir, 10-я конференция Австралазиатского института горного дела и металлургии для операторов мельниц, стр. 1 — 6. 

Пауэлл М., Тоор А. 2006. Детализированные кривые измельчения необходимые для сравнения производительности мельниц, MineralsEngineering, т. 19, Выпуск 15, декабрь 2006 г., стр. 1487 — 1494. 

Пауэлл М. С., ван дер Вестхузен А. П., Маинза А. Н. 2009. Применение кривых измельчения для эксплуатации и оптимизации мельниц, 
MineralsEngineering, т. 22, Выпуск 7 — 8, июнь — июль 2009 г., стр. 625 — 632. 

Рюэль М. 2013. Управление мельницей ПСИ с использованием размытой логики, 16-й симпозиум Международной федерации по автоматическому управлению, посвященный автоматизации в горнодобывающей промышленности, MineralandMetalProcessing, стр. 282 — 287. 

Смит Г. К., Джордаан Л., Сингх А., Вандаяр В., Смит В. К., Мюллер Б. и Халберт Д. Г. 2004. Инновационная технология управления техпроцессом  
для эксплуатации контура измельчения и флотации, Журнал Южно-Африканского института горного дела и металлургии, 
вып. Май 2004 г., стр. 353 — 366. 

Тоор П. 2015. Оптимизация мельницы полусамоизмельчения при помощи моделирования траектории и мощности, MetPlant 2015.