一、前言
某采矿单位是一家国营地质局下属的有色金属矿山采掘单位，从矿石的开采到选矿加工一条龙。开采的铅、锌矿石先由颚式破碎机进行初步破碎，在破碎至合理细度后经由提升机、给矿机均匀送入球磨机，由球磨机对矿石进行粉碎、研磨。经过球磨机研磨的矿石细料进入分级工序。螺旋分级机借助固体颗粒的比重不同而在液体中沉淀的速度不同的原理，对矿石混合物进行洗净和分级。经过洗净和分级的矿物混合料在经过磁选机时，由于各种矿物的比磁化系数不同，经由磁力和机械力将混合料中的磁性物质分离开来。经过磁选机初步分离后的矿物颗粒在被送入浮选机，根据不同的矿物特性加入不同的药物，使得所要的矿物质与其他物质分离开。考虑到环保因素，分选后含有矿渣的废液送到渣浆池中，再由渣浆泵将其送到尾矿库，待矿渣与液体分离后，再循环利用液体。
目前在各大矿区的选矿厂，使用的渣浆泵大多都是离心式渣浆泵，其结构和离心式水泵基本相同，但在管路上和普通水管网有很大的区别。因为管网内流动的液体有矿石经过球磨机研磨过后的废弃矿渣，对泵体和管壁的磨损大，这就要求泵体和管网有较高的抗磨损能力，所以渣浆泵的泵体内壁和管网壁必要经过特殊工艺加工处理。一般尾矿库的地势略高于渣浆泵的安装位置，因此，管网输出端有止回阀，避免在泵停止的时候矿浆回流。设计上，渣浆泵的流量要大于排到渣浆池中废液量，如果渣浆泵一直运转，可能导致渣浆池内的渣浆不够抽使泵空转；但又不可使渣浆泵间隙运转，这又会使矿渣沉淀。因此，在泵的输出端有一个调节出渣量大小的阀门，根据生产的需要调节出渣浆泵流量的大小。阀门的开关度大小是需要操作人员根据生产过程中产生的渣浆多少进行调节的，同样，阀门开大时，可能导致渣浆池内的渣浆不够抽使泵空转；阀门开得过小时，会使渣浆池装满溢出。不论渣浆泵的流量如何，电动机都以全速运转，用阀门进行节流调节虽然简单，但增加了管路的阻尼，浪费了电能。
二、变频调速方案
为节能，采用变频器堆渣浆泵进行调速控制，只需将阀门开到最大，管网的阻尼最小。用渣浆池的液位信号进行自动控制，调节变频器的频率。目前，液位控制经常使用的传感器有两种，一种是用压力传感器经变送器将渣浆池液体深度信号转换成4～20mA模拟液位信号；另一种是用液位继电器，液位继电器有高、中、低三个接点，对应渣浆池中的高、中、低三点液位。前者的价格较高，可精确控制液面在某一高度；后者价格便宜，只能控制渣浆池中的液面在高、中、低之间变化。为节省成本，选液位继电器作为液位传感器，完全能满足生产工艺要求。
利用液位继电器检测选矿厂渣浆池内的液位。液位继电器的高、中、低三个节点接到变频器X1、X2、X3输入接点上，其控制过程如下：当液位在“低位”以下时，变频器以25Hz频率运转；若渣浆泵的流量小于废液的输入量，渣浆池液位逐渐上升，液位升到“低位”时，变频器以38Hz频率运转；若渣浆泵的流量仍小于废液的输入量，渣浆池液位继续上升，液位升到“中位”时，变频器以50Hz频率运转，一般渣浆池的液位不会超过“高位”。这时，若渣浆泵的流量大于废液的输入量，则渣浆池液位逐渐下降，液位降到“中位”时，变频器以38Hz频率运转；若渣浆泵的流量仍大于废液的输入量，渣浆池液位继续下降，液位降到“低位”时，变频器以25Hz频率运转。由上过程可见，液位上升和下降的过程中越过高、中、低三个液位时切换的频率不同，避免了在切换点上由于液面的波动发生短时反复切换，也就是震荡。
选用变频器时要考虑到渣浆泵的负载特性，即渣浆废液含有较多的比重大于水的杂质，变频器不能使用风机、水泵型专用变频器，应选用具有恒转矩机械特性的通用变频器，于是，变频调速器选森兰SB70通用变频器。
控制方框图如图1所示：
图1：控制流程方框图
三、系统的节能计算
在改造实施以前，用户希望能了解使用了变频调器后的节能效果。根据GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即：风机、泵类，采用挡板调节流量对应电机输入功率PL与流量Q的关系为
式中：Pe－额定流量时电机输入功率kW
QN－额定流量
若流量的调节范围（0.5～1）QN，则调节电率为：
2）式表明采用变频调速后，电机消耗的功率与实际流量和额定流量比值的三次方成正比，再与采用挡板调节流量对应电机输入功率PL相减后再除以PL，得电机在节流调节消耗的功率基础上计算的节能率。用相似性原理P∝n3计算节能时，也应先计算原系统节流调节时消耗的电能，再与系统变频调速后消耗的电能相减，这正好是（2）式分子的表示式。因此，要准确地计算节能，需要使用（1）式计算系统节流调节时消耗的电能。
在人工调节阀门时，根据废水输入量不同，阀门的开度有大有小，渣浆泵的流量也不相同。将各个时段的流量加起来求出平均值大约为0.74，由（1）式
由（2）式
在考虑到变频器的效率为95%，则渣浆泵用变频调速后节能率在41%上下。改造完成用有功电度表进行计量，节能率在40%，与计算相差不大。计算表明，改造后变频系统对比原来工频系统工作节能达40%，在1年运行周期内就可收回投资。
四、改造后的其它效果
1）由于变频可实现电机软起动，消除或减少了电机起动时对电网和机械的冲击，使设备寿命延长。
2）用变频调速后，渣浆泵的转速大部分时间内变慢了，减少了废液介质对泵、阀门、管道的磨损。在没改变频器之前每3-5个月就要更换一次管网出口阀门，改用变频控制后1年才换一次，维修费用大大降低。
3）之前专门有人负责看管、操作这台设备，改为变频控制后，实现了自动运行、无人值守，节省了人工成本。
五、结束语
以森兰SB70变频器、液位继电器和辅助电路组成矿用离心式渣浆泵控制系统，可以实现系统的自动运行和无人职守，具有操作简单、维护方便、系统对电网和机械系统的冲击小、运行安全可靠等优点，且节能效果明显，可以在各大矿山选矿厂的渣浆泵设备上应用，为渣浆泵的节能降耗提供了又一范例。
