CN102023044B - 一种用于磨机设备的装载量直接测定装置及装载量直接测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于磨机设备的装载量直接测定装置，包括安装有带角度尺的激光测距仪和控制器，其中激光测距仪的信号输出端通过RS232接口接入控制器的信号输入端，所述激光测距仪的发射端沿磨机轴线立面对准磨机内，且发射端的高度高于磨机内最高装载料位。相应的，本发明还提出了一种装载量直接测定方法，利用激光测距仪直接测定磨机底料定点高度，以此测定球磨机内的装载量，有效、直观地防止了磨机胀肚，在稳定进料的情况下，可发现磨矿效率料高料低变化上所反映的问题，从而为磨机稳定的工作，打下了良好的基础。

Description

一种用于磨机设备的装载量直接测定装置及装载量直接测定方法

技术领域

本发明涉及用于磨机设备的装载量直接测定技术。

背景技术

冶金，电力、建材水泥陶瓷、化工矿山等行业，都涉及到将开采的矿石击碎，并进一步磨细分级的工艺过程。为了满足后续工序(如浮选)的进料要求，需要把大量细矿石磨细到-200目，这部分占60％-70％的要求。在磨矿机不断的转动下，内部钢球不断锤击磨细矿石。此时，一部分细矿石从出料口进入到分级工序，一部分与新进磨机的料混合在一起继续研磨，从而完成连续的作业过程。这个工艺过程中，需要考虑磨机排料量、分级的返砂量、磨机的进矿量和进水量以及其它物料的进出料平衡问题。

影响磨矿过程进出料平衡的因素较多，主要有旋转着的磨矿机中的矿石量，磨矿的介质大小，不同直径的钢球各自所占的比例，加球批次时间，磨机的内衬板磨损情况，矿石的耐磨度，湿磨过程的加水量情况，磨机的转速，进料的稳定性，出料经分级后的返砂量和下一分级工序的料量变化情况等。

一旦不同因素变化较大，就容易引起进出料不平衡，磨机胀肚子，即装载量过多，当装载量达到一定程度，磨机无法排出料，就会影响整个工序的生产及稳定，且维修处理相当繁杂。磨矿分级后的粒度分布是选厂生产的核心指标，它只有在一定的装载量范围内，才可能实现，因此磨机内部装载量的测量问题非常重要。始于上个世纪，国内外专家学者想了许多方法来解决这个装载量测量问题，主要归结为以下四种方法。

第一种方法是用电耳侦听磨机在磨矿过程中的声音，同时将旁边磨机的声音给屏蔽掉，目前国内很多选厂磨机和水泥厂磨机在应用这种传感器作为参考，有的还基此研究了磨机控制的数学模型。这种方法对装载量进行间接判断，未能较好的解决装载量与电耳声音的对应关系。

第二种方法是在磨机两边的轴承座下装轴承油压传感器，剔除磨机本身空载的重量，剩下是里面的载重量，但是这与轴和轴承座之间的间隙及油系统稳定有关。载重量并不完全对应装载量，因为其中的矿石、钢球及水之间的比例是变化的，总体积还是个参数，这个间接的量也不能真正代表磨机内的装载量，加之大功率磨机的转动动量很大，为防止静态位移，使得轴承座牢牢固定，不能直接用承重传感器通过油压传递。

第三种方法是在磨机外壳处安装一个磁阻头，随着磨机装载量加大，磨机外壳振幅也很大幅加大，使得振荡电路剧烈变化，从而间接得到磨机内部装载量。磨机振幅频率也是受到很多因素影响，如安装质量、矿石情况变化，因此这种间接测量方法也不能较好的反映磨机内装载量。

在磨机密封转动的状态下，这几种间接测定装载量的方法只能作为参考。为了避免它转动时受到磨损，在其上必须装有橡胶衬板阻挡，以防止设备给钢球频繁砸击，而这个橡胶衬板也极易损坏，因此在它的筒体上装传感器也是行不通的。

第四种方法是磨机电动机负载电流与功率测量，它仅能反映一段上升负载情况，实际上在磨机装载量加到某量以后功率不但不增加，反而减少，这是由于钢球下落距离短，撞击能耗减少。因此负载电流与功率也不能充分代表装载量。

目前国际、国内在磨矿机(球或棒磨，自磨)上未见有更新的装载量直接测定装置。但国内有一种用于磨煤机的测定装置，它通过给煤入口多点煤温度测量，将其代入算法组态模式形成二函数后求和，就可以仿真实际料位，然而在磨煤过程的众多因素影响下，形成这样的单值对应关系还需要更多实践证明。

技术进步的关键是能否直接连续测量内部动态装料高度，目前国际，国内在磨矿机(球或棒磨，自磨)上未见有新的装载量测定装置。

发明内容：

针对现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种用于磨机设备的装载量直接测定装置及装载量直接测定方法，运用激光测距仪直接测定磨机底料的定点高度，以此测定球磨机内的装载量，有效、直观地防止了磨机胀肚。在稳定工况下，它可发现磨矿效率在稳定进料的情况下，料高料低变化上所反映的问题，从而为磨机稳定的工作，打下了良好的基础。

本发明提供的所述用于磨机设备的装载量直接测定装置，包括安装有带角度尺的激光测距仪和控制器，其中激光测距仪的信号输出端通过RS232接口接入控制器的信号输入端，所述激光测距仪的发射端沿磨机轴线立面对准磨机内，且发射端的高度高于磨机内最高装载料位。

其中控制器连接有显示器作为输出模块。

相应的，本发明还包括对上述磨机装载量的直接测定方法，采用激光束呈俯视θ角射入磨机内，对底料面进行测距，测得距离L，再根据几何关系计算得出磨机内装载料高h；最后根据装载量与磨机内装载料高h的对应关系，得出磨机的装载量。

其中由测得的距离L求取装载料高h的运算过程为：

1)通过激光测距仪采集到磨机内轴线立面上的料位高：

H-h＝L×Cosθ

式中L为激光传感器测得的距离

h为磨机内装载料高

H为磨机内料的高度量程(以磨机筒内底，衬板顶为零点)

θ角为激光入射线与磨机径向所成的角度。

通过测得的参数和已知参数，即可得到装载料高h。

其中装载量与磨机内装载料高h的关系的确定方法是：在既定的磨机转速及空磨机下，利用激光测距仪确定底部衬板的零高度；在磨机转动状态下，在磨机中加入经皮带秤计量与总料量呈体积百分比的料量，并根据钢球体积与料体积之比加入在磨机中；钢球融入后，在每个体积百分比处停止磨机和进料输入，用激光测距仪测出静态磨机内装载料高，然后使磨机转动起来再测动态装载料高；静态装载料高反映了正确的装载量，相对应的动态底料高也反映了正确的装载量，由此将装载料高与装载量对应关系得到确定。

由于磨机内存在球雨，激光束需要克服球雨干扰数据，以测得真正料面数据L，因此为了排除干扰数据，作为优选方案，在上述步骤中测量装载料高时，可设置一段采样周期时间，如0.5分钟测定100～200个数据，选出其中最大数据的信息用来获得装载料高。

作为优选方案，测量装载料高时，还可根据5个相邻采集到的数据差值应小于30mm，再次对数据信息进行过滤，更好地排除球雨干扰数据，能得到更加精确的装载料高。

本发明所述装载量直接测定方法，是在出料箱正对出料口壁上俯装一激光测距仪，其俯角θ根据磨机筒体长短、内径、出料口径而定。该激光测距仪的测距及角度θ参数送入一控制器，由于各种实际尺寸及标定数据已输入，即可经上述运算公式及数据过滤等处理，由图形动态显示或数显得到装载料高或装载量。从而为磨机生产稳定创造了良好条件。

本发明运用改进激光测距仪来直接测定磨机装载料定点高度，测定球磨机内的装载量，并提出了如何克服球雨对测底料高影响的措施；应用已知的有关球磨机内物料运动形态的理论，判定了磨机转动中机内物料三维形态稳定性，从而肯定了定点测高与装载量的相应关系；最后提出了如何在磨机基本性能试验中，找到这种相应关系。这种方法有效、直观地防止了磨机胀肚，在稳定工况下，它可发现磨矿效率在料高升降上变化所反映的问题，从而为磨机稳定的工作，打下了良好的基础。

附图说明

图1是安装有装载量直接测定装置的磨机装置结构示意图；

图2是粗磨时，磨机内钢球抛落式形态图；

图3是细磨或粉磨时，磨机内泄落式形态图。

在附图中，

1-进矿皮带  2-进料斗  3-进料箱  4-磨机  5-磨机轴承6-出料箱  7-浆池  8-砂浆泵  9-水力旋流器10-激光测距仪  11-控制器

具体实施方式：

球磨机有多种不同类型，如湿式球磨机(按排矿方式分有溢流型和格子型两种)，一般用于金属矿选矿；干式球磨机一般用于电厂磨煤、干法水泥厂磨粉。本实施例以用于湿式球磨机为例描述如下。

安装了本实施例所述装载量直接测定装置的磨机系统工艺设备如图1，包括依次安装的进矿皮带1、进料斗2、进料箱3、磨机4(其进出口都加水)、出料箱6和位于出料箱下方的浆池7，浆池内设有管道入口，管道通过砂浆泵8接入水力旋流器9，其底流出口正对磨机进料斗入口，上部出口浆液送往下一工序。

本实施例中磨机装载量直接测定装置的特征是，还包括有带角度尺的激光测距仪10，其装在磨机出料端连接的出料箱3的外壁上，发射端对准出料箱上开的探测孔，安装高度应大于磨机内最高装载料位，同时激光束又不受磨机出料口阻挡影响，射入磨机底料上。所述激光测距仪的信号输出通过RS232接口接入控制器的信号输入端。其中控制器连接有显示器显示装载料位。

进矿皮带1把破碎的物料、水及钢球送入进料斗2，穿过进料箱3，进磨机4的进料口(进料口外是磨机轴承5)，物料、钢球及水在磨机的转动带动下，锤击及磨细物料，经过一段时间后，磨细物料从磨机出料口流入出料箱6，加水、并流入浆池7，由砂浆泵8把池内矿浆抽到水力旋流器9，水力旋流器9上的稀液作为本工序成品送去下一工序，底流返回磨机进口，继续磨细。在所述出料箱6壁上开有高度大于最高装载料位的探测孔，安装于所述出料箱6上的激光测距仪10的发射端穿过探测孔，对准磨机轴线，斜射入磨机筒体内测量磨机内装载料位高。

根据磨机导出料口公式换算，有：

H-h＝L×Cosθ

式中L为射光传感器的测距

h为磨机内装载料高

H为磨机的高度量程(以磨机筒内底，衬板顶为零点)

θ角为激光入射线与垂直轴线之间的夹角。

探测孔的开孔位置可根据进料高和最大料高设置恰当数值。但必须在磨机外的出料箱上部位置(正对磨机轴线)，高度应大于最高装载料位，同时又不受磨机出料口阻挡影响。

激光测距仪安装在角度尺一边，可任意调整激光测距仪激光束角度大小，直接由RS232接口向控制器11发送数据信息，并通过显示器显示输出，显示磨机出口前的装载料高，这里有三点需要分析：

(1)磨机内物料的运动状态及三维动态分布规律：在既定的磨机转速下，正常磨机内物料运动形态有两种：对于大型一次初磨机，它需要介质球对物料冲击，因此矿物料在底部呈月牙形，钢球由衬板带动呈抛物线型，如图2所示的粗磨时，磨机内钢球抛落式形态图。对于细磨或粉磨机是泻落式磨细过程。而底料形态呈月牙形或过半月的形态，如图3所示的细磨或粉磨时，磨机内泻落式形态图。

随着料向磨机出口端推进，磨机内底料堆积高度会略有降低，但在磨机转速不变以及断面基本形态不变的情况下，可测出装载料的高度与装载量有较好的对应关系。当加球比率改变时，球雨会向转动方向前后飘移，但对底料形态影响不大。它的相关性比较直观可信。因为磨机转速是恒定的，球雨的数量仅与多少装载量有关系，应该说总装载量数量大，则球雨所占比例越小。

(2)其次如何使激光测到真正的底料高数据，舍去测在球雨上的信息，对此，可设置一段时间，如0.5分钟测定100个数据，用软件选出其中最大数据的信息，即底料高。在调试中，容易找出合适的时间段长度和合适的采集信息量，利用这段时间进行信息过滤，对于磨机装载量测量是可以容许的。

对于上述过滤得到的信息量还可根据5个相邻信息应小于30mm左右(因为在很短时间内料位差不可能超过该限值，超过的信息可能是检测到球雨的信息)进行再次过滤，这就能得到底料高的信息。如图1激光线由于受磨机出口直径所限，在高装载量时受球雨影响非常小。

(3)如何找到装载量与底料高的关系。首先是在大修后，在既定的磨机转速及空磨机下，利用激光测距仪确定底部衬板的零高度。在磨机转动状态下，在磨机中加入经皮带秤计量的料量，该总料量按既定体积量(确定在磨机内总装体积量百分比20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％)，并根据选矿工艺人员选定合适的钢球率(钢球体积与料体积之比)加入在磨机中。钢球融入后，在每个百分比处停止磨机和进料输入，用激光测距仪测出静态磨机内轴心线立面料高，然后使磨机转动起来再测动态料高。静态反映了正确的装载量，相对应的动态高也反映了正确的装载量，这样就把底料高与装载量对应关系得到确定。同时设置装载量过高报警值(该值怎么确定，能否在实施例中给出优选范围)，这样就解决了磨机胀肚子的问题。磨机都有各自的特殊系统工况，所以还要进行实测对比来实现。但采用激光直接测料高的方法，能真正控制住磨机胀肚子的危险，同时通过细调料高，将使磨矿分级这个选矿厂的关键作业更加稳定，并适应进矿矿石硬度的变化。

Claims (4)

1.一种磨机装载量直接测定方法，其特征是采用激光束呈俯视θ角射入磨机内，对装载料面进行测距，测得距离L，再根据几何关系计算得出磨机内装载料高h；最后根据装载量与磨机内装载料高h的对应关系，得出磨机的装载量；所述装载量与磨机内装载料高h的关系的确定方法是：在既定的磨机转速及空磨机下，利用激光测距仪确定底部衬板的零高度；在磨机转动状态下，在磨机中加入经皮带秤计量后，与总料量呈体积百分比的料量，并根据钢球体积与料体积之比加入在磨机中；钢球融入后，在每个体积百分比处停止磨机和进料输入，用激光测距仪测出静态磨机内装载料高，然后使磨机转动起来再测动态装载料高；静态装载料高反映了正确的装载量，相对应的动态装载料高也反映了正确的装载量，由此得到装载料高与装载量的对应关系。

2.根据权利要求1所述磨机装载量直接测定方法，其特征是由测得的距离L求取装载料高h的运算过程为：

1）通过激光测距仪采集其到磨机内轴线立面上的料位的距离：

根据式：H－h=L×Cosθ

其中L为激光测距仪测得的距离

h为磨机内装载料高

H为磨机内料的高度量程，其中以磨机筒内底的衬板顶为零点

θ角为激光入射线与磨机径向所成的角度；

将已知参数代入上述式中，得到磨机内的装载料高h。

3.根据权利要求1或2所述装载量直接测定方法，其特征是通过激光测距仪测距时，设置采样周期，依据其中最大采样数据来计算得出装载料高。

4.一种采用权利要求1或2方法进行磨机装载量直接测定的装置，其特征是包括安装有带角度尺的激光测距仪和控制器，所述激光测距仪安装在磨机出料端的出料箱外壁上，所述激光测距仪的发射端对准出料箱上开的探测孔，所述激光测距仪的发射端沿磨机轴线立面对准磨机内，且发射端的安装高度高于磨机内最高装载料位，所述激光测距仪采样周期为0.5分钟测定100~200个数据，激光束呈俯视角θ角入射磨机内，该激光测距仪的测得的距离L以及俯视角θ角送入控制器；所述控制器连有显示器显示装载料位；根据5个相邻数据差值应小于30mm，对激光测距仪采集到的数据与相邻数据相比，对差值大于30mm的数据信息进行过滤。

Images