1、JKSimMet軟件在半自磨機選型上的應(yīng)用鄒毅仁;羅良烽【摘要】JKSimMet屬于碎磨流程模擬軟件,是選礦工藝設(shè)計和優(yōu)化的重要工具介 紹了 JKSimMet軟件的發(fā)展過程，理論知識，概述了該軟件使用的方法和步驟通過在 某銅礦選礦廠半自磨工藝的優(yōu)化案例,探討了 JKSimMet在選礦工藝優(yōu)化中的作用 以及應(yīng)用前景.期刊名稱】 有色設(shè)備年(卷),期】 2015(000)001【總頁數(shù)】6頁(P20-25)【關(guān)鍵詞】 流程模擬;半自磨機【作 者】 鄒毅仁;羅良烽【作者單位】 中國恩菲工程技術(shù)有限公司礦山事業(yè)部,北京 100038;中國恩菲工程技術(shù)有限公司礦山事業(yè)部,北京 100038【正文語種】

2、中 文【中圖分類】 TP273流程模擬軟件是選礦工程師研究、設(shè)計及優(yōu)化工藝流程的重要工具，其應(yīng)用可貫穿 于一個具體項目的整個生命周期。流程模擬軟件的發(fā)展趨勢有兩個方向，一是強調(diào) 軟件的通用性和整體綜合性能，集各種工藝流程和作業(yè)單元于一體，例如 USIMPAC、Metsim、SysCAD 等軟件；二是針對特定應(yīng)用領(lǐng)域，注重單一作業(yè)單元的精細化和專業(yè)化，例如CEET和JKTech系列軟件等1。本文將重點介紹選礦工藝上應(yīng)用廣泛的碎磨流程模擬軟件JKSimMet，以及其在某 選礦廠半自磨工藝優(yōu)化中的應(yīng)用。JKSimMet是澳大利亞昆士蘭大學所屬研究機構(gòu)JKMRC（Julius Kruttschnitt

3、 Mineral Research Centre）推出的碎磨流程模擬軟件。1986年，JKMRC成立了 JKTech公司來負責軟件的商業(yè)化運作；1987年，JKTech成功推出了第一個 JKSimMet版本，實現(xiàn)了在DOS環(huán)境下模擬計算和模型參數(shù)擬合的雙重功能； 1988年進一步改進，新增了數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)處理的功能；1999年，JKTech推出了全新 的JKSimMetV5.0，完成了運行環(huán)境和人機界面從DOS平臺向Windows平臺的 轉(zhuǎn)換；2012年再次完成重大升級，推出了最新的英文版本JKSimMetV6.0，融入 了 JKMRC多年來在粉碎和分級數(shù)學模型研究方面取得的最新成果，并優(yōu)化了軟件

4、界面；2014年，中文版JKSimMetV6.1問世，加速了 JKTech軟件在中國市場上 的推廣應(yīng)用。JKSimMet是目前世界上應(yīng)用最廣泛的磨礦分級回路模擬軟件，軟件包中內(nèi)置了眾 多的單元作業(yè)模型，有支流源（給料機、加水器）、破碎機（旋回破碎機、顎式破碎 機、圓錐破碎機、對輥破碎機及高壓輥磨機等）、磨機（球磨機、棒磨機、自磨機 等）、分離器、篩分機（圓筒篩、單層篩、重介質(zhì)篩等）、分級機（螺旋分級機、水力 旋流器等）、分選機（浮選機、浮選柱等）、貯存輸送類、簡單的粉碎模型（粒度分布 變化）和簡單的分級效率曲線等，能滿足所有已知的磨礦分級回路流程的模擬。在 最新的JKSimMetV6中，每個單

5、元設(shè)備模型可與多達50個支流連接，用戶雙擊“支流，即可直接輸入或查看其數(shù)據(jù)。目前世界各地的JKSimMet用戶已達 500多家，主要分布在北美和澳洲的礦山公司、工程公司以及科研院所等。在國 內(nèi)也有多家單位采購并在使用該軟件。JKSimMet通過流程模擬可以研究選礦工藝流程中各個作業(yè)單元之間的相互聯(lián)系， 分析各種參數(shù)對流程整體性能的影響。JKSimMet軟件主要有三大工程功能：數(shù)質(zhì) 量平衡、工藝流程設(shè)計與設(shè)備選型、生產(chǎn)流程的優(yōu)化與改造。數(shù)質(zhì)量平衡JKSimMet 可用來對設(shè)計的工藝流程或生產(chǎn)考察的原始數(shù)據(jù)進行物料平衡協(xié)調(diào)，減 少個別數(shù)據(jù)的測量偏差，或分析作業(yè)單元的物料變化，確定設(shè)備模型參數(shù)。在處

6、理 復(fù)雜工藝或多元素的數(shù)質(zhì)量平衡上，相比于傳統(tǒng)的 Excel，JKSimMet 更體現(xiàn)其專 業(yè)性與便捷性。工藝流程設(shè)計與設(shè)備選型JKSimMet用來將實驗室測定的礦石粉碎特性參數(shù)（落重試驗或SMC試驗）與設(shè)計 參數(shù)或現(xiàn)場流程考察數(shù)據(jù)相結(jié)合，建立碎磨回路的過程模型，即可確定設(shè)備的規(guī)格 型號及工作參數(shù)。在項目咨詢階段，應(yīng)用 JKSimMet 可對各種不同的碎磨工藝流程方案、設(shè)備組合 方案或功率分配方案進行穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬，并對流程中所有的單元設(shè)備和物料流進行 詳細的計算，分析比較各方案的優(yōu)劣。碎磨流程是選礦廠投資最大，生產(chǎn)消耗最多 的環(huán)節(jié)，所以設(shè)計最優(yōu)化的碎磨流程是非常必要的。在金屬工業(yè)項目的可行性研

7、究 報告中，經(jīng)常參與比較的碎磨工藝方案通常有以下三類：（1）常規(guī)碎磨工藝流程，以高能圓錐破碎機為核心，采用兩段或三段碎礦，并通過 篩分作業(yè)控制最終破碎產(chǎn)品粒度，采用一段球磨機磨礦的常規(guī)流程，其中的三段一 閉路碎磨流程是國內(nèi)礦山應(yīng)用最廣泛的常規(guī)工藝。（半）自磨工藝流程，以（半）自磨機為核心，形成FAB、ABC、SAB、SABC等工 藝流程。（3）高壓輥磨工藝流程，以高壓輥磨機為核心，有效降低破碎產(chǎn)品粒度的工藝流程。JKSimMet 具有對上述碎磨工藝進行一體化分析的能力，是優(yōu)化回路結(jié)構(gòu)的有效方 法，有利于提高回路的設(shè)計水平。生產(chǎn)流程的優(yōu)化與改造通常，工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)研究受到諸多客觀因素的制約，且花

8、費不菲，因此計算機軟 件的過程模擬對于選礦生產(chǎn)過程的優(yōu)化很有幫助，可以在昂貴的現(xiàn)場試驗之前就能 模擬出多種優(yōu)化方案，大幅度減少試驗探索的工作量，并拓寬試驗范圍，取得事半 功倍的效果。JKSimMet軟件應(yīng)用數(shù)值模擬的方法分析流程和考察數(shù)據(jù)，模擬出實際工業(yè)生產(chǎn)情 況，即可在電腦上對生產(chǎn)流程運行狀態(tài)進行診斷，識別并分析存在的問題，制定優(yōu) 化方案，或可提高產(chǎn)能，或可提高碎磨產(chǎn)品質(zhì)量，滿足后續(xù)分選作業(yè)的要求。一旦建立了工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)值模擬，即可根據(jù)采礦出礦礦石性質(zhì)的變化，提前制定選 廠可靠的生產(chǎn)計劃，或者有針對性地調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，使生產(chǎn)流程提前適用礦石性質(zhì) 的變化。獲取試驗核心參數(shù)目前用于半自磨工藝設(shè)計選

9、型的試驗方案主要有：芬蘭Metso的批次試驗、澳大 利亞昆士蘭大學JK落重試驗，SMCC公司的SMC試驗，加拿大MinnovEX的 SPI試驗，美國MacPherson可磨性試驗等。幾乎每份試驗報告中都強調(diào)其結(jié)果 只對試驗礦樣負責。因此，“代表性礦樣”的概念對工藝流程、產(chǎn)品方案、設(shè)計指 標的制定具有越來越重要的意義。如果條件允許的話，最為科學的方法是對礦床進 行大量的勘探取樣，分析出礦石性質(zhì)的變化趨勢以及品位的分布情況，但這無疑對 試驗的可操作性和經(jīng)濟性提出了挑戰(zhàn)。JK落重試驗或SMC試驗(SAG Mill Comminution Test)因只需要少量的巖芯樣， 且測定過程簡單快捷而被廣泛應(yīng)

10、用，該試驗分析得出的參數(shù)ta、A和b的值，即 是JKSimMet軟件模擬的三個核心參數(shù)，將用來表征礦石的性質(zhì)。ta屬于低能量研磨函數(shù)，對應(yīng)半自磨機中鋼球與礦石、礦石與礦石之間的磨剝破 碎機理。ta數(shù)值越小，表示礦石抗研磨能力越強。A和b的數(shù)值函數(shù)關(guān)系見公式2-3：式中Ecs落重試驗時所設(shè)定的能級，kWh/t; t10礦石在特定能量下破碎后的粒度分布函數(shù)在粒度為原始粒度十分之一處的取值，%；A一礦石在某一能量破碎過程中，所能達到的最細的細度，A越大，表示礦石在同 樣能級下產(chǎn)生的細粒級越多;b礦石在某一能量破碎過程中，達到平衡的速度有多快，b越大，表示破碎過程完 成的速度越快。通過(Ecs-t10

11、)曲線，即可求出A和b的值，但A和b這兩個高能量破磨函數(shù)都不 能單獨用于礦石類型的比較，而是用A與b的乘積(Axb)來評價礦石的可破碎性， 可用于體現(xiàn)磨機中鋼球?qū)ΦV石、礦石對礦石的沖擊破碎機理Axb的數(shù)值越小， 表示礦石的抗沖擊破碎能力越強，越難破碎。使用步驟JKSimMet使用不同窗口顯示不同種類的數(shù)據(jù)，包括流程圖窗口、設(shè)備與結(jié)點數(shù)據(jù)窗口、繪圖窗口、數(shù)據(jù)概述窗口、報告窗口等。使用軟件的基本步驟為：建立項目，繪制工藝流程圖。軟件包中內(nèi)置V5和V6兩種版本的設(shè)備圖標供選 擇。輸入工藝數(shù)據(jù)。包括定義系統(tǒng)和設(shè)備屬性，輸入支流數(shù)據(jù)。選擇設(shè)備模型，并輸入所要求的模型參數(shù)。在后續(xù)模擬過程中，用戶可修改模

12、型參數(shù)，直至獲得滿意的結(jié)果。物料平衡及過程模擬。結(jié)果顯示與輸出。系統(tǒng)中的物流數(shù)據(jù)都可以輸出至Excel中，以報告的形式顯 示。個完整的J KSimMet模擬報告可以提供給選礦工程師豐富的物料信息，包括回 路中所有物料流的屬性(密度、流量、濃度和粒度分布 ) ，以及設(shè)備參數(shù)(磨機功率、 臨界轉(zhuǎn)數(shù)等)。模擬過程中，一般用三個重要的指標來衡量一個新的碎磨流程是否模擬完成：一是 產(chǎn)品細度達到工藝要求；二是半自磨機充填率在 25%0.3；三是球磨分級回路循 環(huán)負荷約為250%。當然，這些指標數(shù)值僅是JKMRC的推薦值，用戶亦可根據(jù)項 目的實際情況和工程經(jīng)驗來綜合考慮。偏差來源分析JKSimMet 是一個

13、工程師軟件，同其他工具一樣，所得到結(jié)果的質(zhì)量直接依賴于使 用者的經(jīng)驗和技能。軟件的設(shè)計理念就是根據(jù)已知的礦石性質(zhì)模擬輸出最優(yōu)化的設(shè) 計流程，最優(yōu)化就是指在技術(shù)和經(jīng)濟上更趨于合理化，這將是一個不斷探索的過程。 選礦工藝流程的制定及設(shè)備選型，沒有具體的標準值，工業(yè)實踐才是檢驗其準確度 的唯一標準。在試驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及工藝流程一致的情況下，選型結(jié)果的差異主要來源于參數(shù)的選取， 包括處理量及波動系數(shù)、給礦和產(chǎn)品粒度分布、作業(yè)濃度及充填率、鋼球直徑及裝 球率、臨界轉(zhuǎn)數(shù)率、篩孔尺寸、格子板大小及開孔率、循環(huán)負荷、服務(wù)系數(shù)與修正 系數(shù)等，另外，軟件內(nèi)置的設(shè)備模型選擇也可能影響選型結(jié)果。存在的問題JKSimMet

14、 包含功能強大的系統(tǒng)，在幾十年的發(fā)展過程中，研究人員不斷地完善， 但也有其一定的局限性：嚴格限制了用戶的參與，無法自行添加單元過程模型。軟件內(nèi)置的模型是根據(jù) 某一些特定的工程數(shù)據(jù)建立的，必定有其適用范圍。若用戶能將某些行業(yè)或項目的 獨特性融合至模型中，將大大提高軟件系統(tǒng)的靈活性與兼容性。粒度計算模型。最新的 V6 版本中，已經(jīng)將粒度分布進一步擴大，按系列排列 可達40 個粒級。用戶必須首先輸入原礦的粒度分布，并以此為基礎(chǔ)，遵循破碎模 型，順著工藝流程方向計算各個單元的粒度分布情況。但在實際操作中，很難獲得 原礦的粒度曲線，而中間產(chǎn)品或分級產(chǎn)品的粒度曲線是更容易獲取的，但用戶無法 將這些數(shù)據(jù)輸入

15、至軟件中參入模擬。JKMRC將金屬礦山的原礦粒度粗略地分為兩類：露天礦石和地下礦石，并給出其參考曲線，用戶再利用粒度轉(zhuǎn)換器進行修正， 以獲得假設(shè)的原礦粒度曲線來參與模擬，這將對后續(xù)產(chǎn)品粒度曲線的精確度提出挑 戰(zhàn)。若用戶能定義關(guān)鍵的粒度參數(shù)，如旋流器溢流粒度或半自磨機排礦細度，將有 利于改善軟件的可操作性。模型參數(shù)眾多，特定參數(shù)對模擬結(jié)果的邏輯關(guān)系不甚明確。在計算過程中常會 發(fā)生錯誤，但軟件界面的錯誤提示信息過于簡單，這就需要操作者擁有豐富的工藝 專業(yè)知識以及軟件運行經(jīng)驗。軟件的后退功能有待優(yōu)化，對模型參數(shù)及信息欄屬性的修改都是不能后退返回 的。因工藝模擬計算復(fù)雜，易造成過程本身不可逆，一旦出錯

16、很可能需要花費很大 的工作量去調(diào)整。在實際操作中，暫時的解決方法是不斷地復(fù)制備份，但這將拖慢 電腦系統(tǒng)的運行速度。軟件雖然沒有限制流程數(shù)量或支流添加數(shù)量，模擬過程最多能識別50個支流, 但每次只能打開一個項目文件，也不能實現(xiàn)多標題欄顯示。界面顯示的設(shè)備參數(shù)的 數(shù)量過少，且信息欄無法自定義。某銅礦選礦廠是我國率先采用半自磨機工藝的大型選礦廠，設(shè)計能力13000 t/d， 所處理礦石為兩個獨立礦段的混合礦石。該選廠的成功投產(chǎn)對我國半自磨工藝的推 廣起到了示范效益。4.1 設(shè)計選型選廠建設(shè)時委托SVEDALA公司對其中一個礦段的礦石進行了半自磨小型批次試驗，其試驗結(jié)果見表14。根據(jù)批次試驗的情況，采

17、用功率法對碎磨回路進行了設(shè)備選型，選型結(jié)果見表2。生產(chǎn)現(xiàn)狀從2004年投產(chǎn)至今，該選礦廠對半自磨工藝的生產(chǎn)進行了長時間的實踐探索，最 終達產(chǎn)達標，并形成了較穩(wěn)定的工藝參數(shù)。半自磨機生產(chǎn)參數(shù)見表3，其中半自磨 機圓筒篩篩下產(chǎn)品粒度分析見圖1。對比設(shè)計參數(shù)可知，半自磨生產(chǎn)現(xiàn)狀的特點：(1)電機功率接近滿負荷生產(chǎn)；(2)電 機變頻低轉(zhuǎn)速運行；(3)圓筒篩篩下產(chǎn)品粒度較細；(4)添加的鋼球規(guī)格大，導致鋼 球與襯板的消耗太大，平均處理約100萬t礦石就消耗1套半自磨機襯板。若改 用小規(guī)格鋼球，則系統(tǒng)產(chǎn)能將受到限制。因此，該半自磨系統(tǒng)還有進一步優(yōu)化的需 求。為獲得JKSimMet模擬的核心參數(shù)，針對選礦廠

18、生產(chǎn)的礦石進行了 JK落重試驗， 試驗結(jié)果見表4。結(jié)合已有的考察數(shù)據(jù)，可利用 JKSimMet 軟件模擬出生產(chǎn)現(xiàn)狀，模擬情況見圖 2：JKSimMet優(yōu)化方案利用過程模擬功能，JKSimMet能為選廠提供多種可行的優(yōu)化方案，其優(yōu)化的目標 是降低半自磨機鋼球和襯板的消耗。(1)方案一：降低鋼球直徑，提高鋼球充填率，放粗圓筒篩篩下粒度，發(fā)揮后續(xù)球 磨機的潛能。添加0125 mm鋼球的過程模擬可得到：半自磨機計算功率5278 kW(電機裝機 功率約為5500 kW)，臨界轉(zhuǎn)數(shù)率75%，圓筒篩篩下產(chǎn)品T80=1607 pm,篩上 頑石產(chǎn)率17.0%，充球率14.5%，總充填率28.9%，模擬流程見圖3

19、。 方案二：降低鋼球直徑，提高臨界轉(zhuǎn)速率，放粗圓筒篩篩下粒度，發(fā)揮后續(xù)球磨機 的潛能。添加0125mm鋼球的過程模擬可得到：半自磨機計算功率5216 kW(電機裝機功 率約為5500 kW)，臨界轉(zhuǎn)數(shù)率78%，圓筒篩篩下產(chǎn)品T80=1634 pm,篩上頑 石產(chǎn)率17.2%，充球率12%，總充填率28.6%，模擬流程見圖4。建議(1)生產(chǎn)實際表明半自磨機采用小規(guī)格鋼球，在現(xiàn)有裝機功率下，將制約產(chǎn)能，因此，在保持現(xiàn)有設(shè)備規(guī)格及配置的情況下來優(yōu)化工藝，必須增加裝機功率。但改造 電機后仍面臨兩個重要參數(shù)：鋼球充填率和臨界轉(zhuǎn)速率，都將對優(yōu)化結(jié)果產(chǎn)生影響： 方案一中，減少了鋼球規(guī)格，將減輕鋼球?qū)δC襯板的沖擊；但同時增加了鋼球量， 這對鋼球的消耗將產(chǎn)生負面影響。方案二中，在保持充球率不變的情況下，增加臨界轉(zhuǎn)速率，這將會改變物料在磨機 筒體內(nèi)的運動軌跡，可能會改變鋼球的拋落區(qū)域。上述兩種不確定性因素的影響程度都可在生產(chǎn)實踐中有針對性地研究探索，建議明 確參數(shù)的影響程度后，再決定實施哪種優(yōu)化方案。采用功耗法進行大型磨機選型時，應(yīng)考慮磨機的空載功率。實驗室批次試驗機的規(guī)格為01829 mmx305 mm,當試驗參數(shù)放大至生產(chǎn)中的大型磨機時，其自 身消耗的功率將不可忽略。半自磨機的選型方法多樣，利用JKSimMet數(shù)值模擬進行設(shè)備選型是值得信賴 的，特別