东北大学博士研究生团队攻克复杂选矿生产线检测与控制难题

作者:记者 杨茗编辑:杨茗 管珊珊来源:新闻网更新日期:2020-12-14浏览次数:11

“明月出天山,苍茫云海间”,在我国万里长城西端、古丝绸之路中段有一个城市因关得名、因企设市,它就是嘉峪关市。曾经这里大漠孤烟、黄沙漫漫,自古以来就是无数仁人志士仗剑天涯、建功立业的梦想之地。今天,这里又迎来一支由东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室博士研究生王兰豪、韩先尧、孙洪硕组成的科研团队,他们以“自动控制”锻造“科技利剑”,连续攻克复杂选矿生产线检测与控制难题,在那曾经英雄辈出的边塞古地拔剑高歌、挥洒青春,谱就人生精彩,续写恢弘诗篇。

剑锋所指 誓将东大前沿技术刻入选矿生产线

酒泉钢铁(集团)有限责任公司(以下简称酒钢)位于甘肃省嘉峪关市,始建于1958年,是国家“一五”时期规划建设的钢铁联合企业,也是我国西北地区建设最早、规模最大、黑色与有色并举的多元化现代企业集团。酒钢镜铁山矿石属于世界级复杂难选贫氧化铁矿石,新选矿工艺流程对生产过程的关键参数检测与自动控制难度相当大。

为了实现酒钢粉矿的高效利用,建设酒钢粉矿悬浮磁化焙烧示范工程,经过多方考量,公司最终选择由东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室负责研发该项目生产线的控制系统。2017年底,在中国工程院院士柴天佑教授的指导下,以王兰豪为项目负责人的我校流程工业综合自动化国家重点实验室博士研究生团队正式进驻酒钢宏兴钢铁股份有限公司选烧厂,开始了针对酒钢粉矿悬浮磁化焙烧生产线控制系统的实践探索。

从事选矿工作的人都清楚,矿浆浓度是磨矿分级、磁选和尾矿浓缩等环节的关键工艺参数,它直接影响到选矿工艺的各项技术经济指标。然而,由于矿浆本身的沉降、分层、气泡、流速等复杂多变的因素,实现精密检测和实时浓度控制一直是选矿、选煤、氧化铝等流程工业生产过程中一道不可逾越的技术鸿沟。

在生产车间,王兰豪发现,悬浮焙烧作业区生产线的矿浆浓度仍是采用人工取样化验的方式,不仅人工劳动强度大、浓度数据的化验周期长且数据存在大滞后,难以有效地指导选矿生产。“矿浆浓度的问题不解决,不仅影响直接选别的质量指标,而且会影响选矿厂的处理量,最终关乎选矿的平稳生产。”为此,王兰豪主动请缨,要对在线实时矿浆浓度检测进行技术攻关。有的人不理解他的做法,好心地劝他,“这一设想是难以实现的,目前没有很好的检测手段,人工化验就行了”。

但是王兰豪坚持认为,“没有实践就没有发言权!科学研究就是要耐得住寂寞,经得起失败,只有这样才能取得突破性成果。没有实践,不敢去做,就只能跟在别人的身后亦步亦趋,永远无法领略到远处最美的风景!”就这样,在距离沈阳2600余公里的嘉峪关市,一群东大年轻人坚定信心、咬紧牙关,朝着攻克复杂选矿生产线检测与控制这一业内公认的技术难题,开始了他们长达两年、日夜不息的逐梦之旅!

淬火锻剑 靠的是“不破楼兰终不还”的顽强意志

检测的目标是实现自动控制,为了大幅度降低一线操作人员的劳动强度,实现选矿生产线的全面自动控制,以王兰豪为首的研究生团队迎难而上,全力攻关磨矿分级过程的旋流器给矿浓度、给矿压力与泵池液位的一体化控制难题。面对磨矿分级过程中的工况易变、多变量强耦合、强非线性、大滞后、难以建立有效的数学模型,无法采用常规的控制策略进行控制等现实问题,团队成员不断进行磨矿分级生产过程分析,并通过跟班生产掌握生产实际情况,最后利用过程数据、设备数据、人工操作数据等工业大数据信息分析,建立工况自主分析模型,研发出了基于数据驱动高性能自适应智能切换控制策略,解决了磨矿分级的多工况控制难题,从而保证磨矿分级效果,同时也使该厂的磨矿分级过程首次实现一体化控制。

回忆起这段经历,王兰豪只用了一个“苦”字来形容。记不得有多少个大雪天,顶着零下17度的低温,他骑着电动车,大晚上赶到实验现场去标定浓度计,跟班生产。为了节省时间,王兰豪和团队成员们干脆买了折叠床或者躺在中控室的凳子上,每间隔2小时就要采样四五次。就这样连续通宵达旦、夜以继日的工作,成了他们那段时间的生活常态。

任何科研攻关都不可能一蹴而就,尤其是对矿浆浓度进行有效检测这样的难题没有现成的经验可以学习,没有前人的思路可做借鉴,一切都得靠自己去琢磨、去探索。有时候遇到困难,他们也曾想过放弃,结伴来到古老的嘉峪关下,望着夕阳下雄关漫道,慨叹是否真的难以逾越,真的要铩羽而归。

关键时刻,柴天佑院士给了他们指引和信心,鼓励并告诫他们,“只有尝试,才能往前走一步,即使失败也算是一种成功!”研发过程中尤其是在现场做实验的时候,柴天佑院士关注每个细节,远程对他们进行指导,有时候一句话就让他们茅塞顿开,一道难题瞬间迎刃而解。就这样,日复一日、周而复始,研究生团队的三位成员秉承着“自强不息、知行合一”的东大精神,求是创新、奋力攻关,针对实际的矿浆浓度动态过程进行了细致的工艺特性分析,运用机理模型与数据驱动相结合的自适应动态补偿算法,设计了高精度的矿浆浓度智能检测系统—“SAPI-CM02”。

与其他厂家的浓度计对比,智能型浓度计的检测结果从原有的误差5%-10%提高到2%以内,完全满足生产工艺要求。202010月,课题组最终将自主研发的1套智能浓度检测系统成功应用于该作业区的一磁给矿、旋流器给矿和精矿输送环节,全面指导选矿生产。

利剑出鞘 为智能选矿提供最优解决方案

一个良好的解决方案,现场的应用反馈才是最有力的评判标准。按照研究生团队的设想,他们研发出的具有自主知识产权的自适应动态补偿的浓度检测技术和基于数据驱动高性能自适应智能切换控制策略,能够最终实现从矿浆浓度检测到选矿生产线的全面智能控制,大幅度降低现场一线操作人员的劳动强度,极大地提高悬浮焙烧作业区的自动化水平。

最终的工程实践证明了他们设想的正确性,悬浮焙烧作业区的生产线全面实现自动化,赢得了现场人员及领导们的一致好评,更是得到了作业区四个班组一线生产人员的联名感谢!因为他们再也不需要靠手去拧阀门,靠经验来判断阀门开度;中控室操作人员也不用寸步不离的守在计算机旁,眼睛熬痛了也不敢眨一下,劳动强度得到了极大的缓解。一位在选烧厂工作多年的技术人员,拍着王兰豪的肩膀由衷的赞叹,“这才叫真正实现了选矿自动控制呀!”

酒钢公司及周边难选铁矿石储量达十几亿吨,这些铁矿石矿物组成复杂、铁矿物颗粒纯度低,矿物粒度嵌布微细且不均匀,属极为难选铁矿石。研究生团队攻克复杂选矿生产线检测与控制难题,让选矿变得更加“智能”和“简单”,无形之中创造了更大的经济效益。同时,通过这两年的技术攻关,研究生团队在磨矿分级系统的一体化智能自适应控制技术、一磁给矿系统的一体化智能自适应控制系统等方面也取得了技术新突破。矿浆浓度智能检测技术也成功地在抚顺罕王矿业选矿厂、大同煤业马道头选煤厂等进行了生产应用。

20201111日,课题组对酒钢选烧厂的悬浮磁化焙烧项目进行了最后阶段的检测与控制难题攻关,并于1115日最终实现了悬浮炉进料、一磁给矿、磨矿分级、磁选水路、尾矿输送、精矿输送等环节的全生产线智能控制,取得了国内首创,“零”的突破,为实现新时代中国钢铁工业高质量发展打磨了一柄富有高科技含量的“新利剑”!

“雄关漫道真如铁,而今迈步从头越”,在离开嘉峪关的时候,王兰豪和他的团队成员们又有了新的目标,他们将在柴天佑院士的指导下,继续深入研究选矿智能化最新设计路径。和所有东大人一起,为中国早日形成现代化产业体系,成为世界领先的工业强国贡献自己的智慧与力量!

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