TW201713410A - 用於礦石之研磨輥及用以得到研磨輥之最大效率的方法 - Google Patents

Abstract

本發明描述由以下各者組成之用於礦石之研磨輥(1)：兩個馬達(6、6’)、一個移動輥(3)、一個固定輥(2)、液壓缸(4)，及進給柱(5)。該等研磨輥(1)具有一種用於控制效率之構件，該構件經組態以進行其等組件之正在進行的量測及調整，其旨在達到機器之最大效率。 本發明亦描述一種用於得到研磨輥(1)之最大效率之方法，其具有以下步驟：(i)判定零間隙；(ii)判定等於該等研磨輥之最佳工作點之一設定點；(iii)自動處置壓力直至達到該設定點。

Description

用於礦石之研磨輥及用以得到研磨輥之最大效率的方法

本發明由用於鐵礦石之研磨輥及一種用於最大化研磨輥之效率之方法組成。

本發明係關於用於鐵礦石之研磨輥，其具有一種用於控制效率之構件及一種經設定用於最大化研磨之效率之方法。 在礦石粒化程序中，研磨輥係極重要之設備。粒化程序包含粉碎、凝結及顆粒燃燒之步驟。該粉碎步驟負責礦石之碎裂，而該凝結步驟負責顆粒形成。在第一步驟(即，礦石粉碎步驟)中使用討論中之研磨輥。 研磨輥係一相對簡單設備，其由以下各者組成：兩個輥，其等藉由輥軸承支撐，該等輥之一者固定且另一者移動；兩個電動馬達，其等負責將扭矩傳輸至該等輥；液壓缸，其等負責迫使該移動輥抵著該固定輥；及一進給柱，其經設定以將礦石均勻地分佈在該等輥之間。 研磨輥操作如下：在進給柱(其功能係將材料均勻地分佈在輥之間)中引導礦石。該等輥以相反方式旋轉以迫使材料通過界定在兩個結構之間之開口(間隙)直至礦石到達壓縮區之時刻。該壓縮區係其中再壓或下壓礦石之區域。其開始於在兩個輥之間之上部分且朝向中心，壓力在兩個輥之中心線處增加至最大點。該等液壓缸負責迫使移動輥抵著固定輥，以在該壓縮區(見圖示之圖1及圖2)中將材料粉碎。 在最先進技術中，為了更佳地利用研磨輥，對研磨輥的組件作出調整以針對一給定工作條件達成機器之一更佳效能。 將一實體止擋器安裝於機器上以對移動輥之自由移動性之位準定界。該止擋器防止該等輥彼此碰撞，從而避免該等組件之磨損或斷裂，透過止擋器之手動調節設定「零間隙」(其係在兩個輥之間調節之最短距離)。 以調整之一第一形式完成測試且持有不同變數及結果，界定一零間隙及初始工作壓力。 在正常條件中，壓機操作者(press operator)將不改變工作壓力或間隙，僅在特殊原因(包含設備之低進給、低效能或一些操作限制)下存在操作者之一干擾。 礦石柱之位準藉由負責該區之工程師設定(即，控制存在於研磨輥上之礦石高度)且其應為具有較低標準差之最高可能值。一旦設定該值，在其操作期間確定保持該值。 使在程序期間之壓力保持恆定且儘可能高，使得最高可達成該等輥之扭矩。然而，若壓力太高，則移動輥將被驅動至該止擋器且將不促成能量自該等輥傳送至礦石粉碎工作。換言之，存在一最佳液壓工作壓力，超額將導致該輥保持靜止在該止擋器上且取決於條件，開始擠壓而非壓碎材料。太少壓力使材料在該等輥之間通過而未被壓碎。 取決於礦石柱位準，該等輥之旋轉可變。程式化命令頻率反相器之整個PLC邏輯以使柱位準保持恆定。然而，由於該等輥之旋轉受存在於該程序中之其他因素影響，故其變得不穩定，從而需要設備中之恆定調整。 操作者用其手控制壓力。除了關於壓機操作之知識，需要操作者瞭解礦石之形態條件、濕度位準、粒徑、輥之磨損、氣動彈簧壓力、柱位準、輥之旋轉及零間隙。持有所有此資訊，操作者可針對該特定條件正確地設定液壓。幾分鐘之後，若任何變數改變，則設定將不再係最佳的且將需要另一設定。這意謂一旦藉由一操作者作出機器設定，該控制亦展示其本身易受人員差錯之影響。 最先進技術包含研磨輥，其等具有用於自動控制輥之間之開口的構件，然而，包含於最先進技術中的研磨輥不能分析所有變數、使其等相等及採取充分措施以將其再次引至最佳點。 於1990年9月28日申請之文件US5154364提及一種經組態用於如大豆、 小麥、玉米等之食物穀粒之粉碎的技術。該技術允許取決於吾人意欲執行之工作而針對保護及更佳效率進行關於該等輥之間之距離之一調整。透過連結至研磨輥之一電動馬達及負責量測該等輥之間之距離之一感測器來做出該調整。連結至該等研磨輥之馬達經組態以增加及減少輥之間的距離，以便達到針對待粉碎之穀粒之類型的必要工作模式。需要更多顆粒破碎之穀粒需要輥之間之一更短距離，而需要更少顆粒破碎之穀粒需要輥之間之一更長距離。 在US5154364中揭示之技術亦允許對輥之間之距離作出手動調整。透過執行一公及母螺紋移動之一槓桿來做出此等調整，從而推動移動輥抵著固定輥。 在視需要使用一電動馬達來調整研磨輥之間的距離時，於US5154364中揭示的技術允許避免損壞該等輥的事故。亦調整輥之間的距離以變得對程序最可行，因此達成研磨輥之一安全及效率改良。 然而，所提及之技術不適用於用於礦石之研磨輥，因為其未考慮在礦石粉碎中所涉及的變數，包含：進給柱位準、形態特性、輥的旋轉，及使用研磨輥之礦石粉碎程序所固有的其他因素。 因此，可推斷最先進技術不包含任何經組態用於憑藉存在於礦石粉碎操作中之所有變數之控制最大化研磨輥之效率的自動控制技術。亦不存在任何經組態用於得到鐵礦石研磨輥之最大效率的方法。

本發明之目的係具有用於貫穿操作時間保持其最大效率之一控制構件的鐵礦石研磨輥。 本發明之目的亦係更經濟、更有效及比習知研磨輥更不易受人員差錯影響的鐵礦石研磨輥。 本發明之目的亦係最大化相較於藉由使用習知控制之研磨輥遞送之成品具有優越品質之成品的遞送。 最後，本發明之目的亦係一種用於得到研磨輥之最大能量效率的方法。 本發明之目的係藉由礦石研磨輥來達成，其等係由以下各者組成：兩個馬達；一固定輥，其透過一萬向軸連結至一減速齒輪及該馬達；一移動輥，其以相同方式配置但具有用於徑向移動之一自由度；液壓缸，其等經安裝於輥軸承外殼上、垂直於該移動輥之徑向面而配置，以便迫使移動輥抵著固定輥；及一進給柱，其係垂直於兩個輥而配置在界定於兩個結構之間的間隙正上方；該礦石研磨輥具有一種用於控制效率的構件。 本發明之目的亦藉由一種用於得到研磨輥之最大效率的方法來達成。該方法係由以下步驟組成：(i)判定一零間隙；(ii)判定等於該等研磨輥之最佳工作點之一設定點；(iii)處置壓力直至達到該設定點。

本發明係關於用於鐵礦石之研磨輥1，其具有一種用於控制效率之構件。本發明亦係關於一種用於控制用於礦石之研磨輥1之效率的方法。 用於礦石之研磨輥1由用於不同類型之礦石(圖1)之粉碎程序中之機器組成。研磨輥1由以下各者組成：兩個輥2、3，其等安裝於輥軸承上，該兩個輥2、3係一固定輥2及一移動輥3；兩個電動馬達6、6’，其等負責將扭矩傳輸至輥2、3；液壓缸4，其等負責推動該移動輥3抵著固定輥2，從而研磨在其等兩者之間通過之礦石；及一進給柱5，其將礦石均勻分佈於輥2、3(圖1及2)之間。 所提及之該等元件負責機器之效率及最終產品結果。因此，需要該等組件之一自動監測及調整。 最先進技術包含兩個類型之控制。關於壓力定義作出控制之一第一形式，且關於輥2、3之間之間隙作出控制之一第二形式。然而，控制之兩個形式不涉及影響機器之效率之所有組件且額外地，所提及之控制之第一形式透過一操作者執行，因此易受人員差錯影響。 本發明之研磨輥1由一種用於控制效率之構件組成，其負責自動調整及控制粉碎程序中所涉及的影響研磨輥1之效率之所有組件。用於控制效率之構件經設定用於直接或間接控制粉碎程序中所涉及之實際上所有變數。 第一受控變數係輥2、3之間所允許之最短距離。該距離稱為零間隙且由藉由提供在機器內部之一實體止擋器建立之一安全間隙組成。該止擋器唯一功能係防止移動輥3碰撞固定輥2，從而損壞輥2、3之表面或甚至對研磨輥1更嚴重。 第二受控變數係輥2、3之間之操作距離，即，在機器之操作期間輥2、3之間之間隙。該距離稱為操作間隙且透過藉由液壓缸4執行之距離調節，使得高壓力趨於閉合操作間隙且減小之壓力趨於敞開操作間隙(圖3)。因為透過一第三變數(液壓)之處置控制操作間隙，故操作間隙係藉由壓機1間接控制之一變數。 第三受控變數係由馬達6、6’提供之扭矩。依據定義，扭矩係垂直於一給定物件之旋轉軸而配置之一力的分量，係有效引起一物件圍繞其自身軸旋轉之一力的部分。可在嘗試碎裂礦石時，藉由需要執行功之能量馬達6、6’來量測輥2、3的扭矩。 可藉由由馬達6、6’消耗之電流來量測扭矩，即，馬達6、6’消耗之電功率愈多，傳送至礦石粉碎(電能轉換成機械功，且使用更多電能導致執行更多功)之功率愈高。換言之，能量之一較大消耗暗示一較高粉碎率。藉由其他兩個變數(即：藉由液壓缸4產生之壓力及輥2、3之旋轉)給定扭矩控制。因為扭矩取決於控制待改變之其他兩個變數，故扭矩係由壓機間接控制之一變數。 第四受控變數係由液壓缸4執行之壓力。產生於一區上之液壓恢復至移動輥3對固定輥2產生之力。隨著旨在工作之操作間隙來調節壓力，即，一較低操作間隙需要高壓力，而一較大操作間隙需要較低壓力。 第五受控變數係輥2、3之旋轉，其之功能係調節在輥2、3之間通過的材料流。由馬達6、6’控制且根據在一給定時刻存在於進給柱5中之材料量來調節輥2、3之旋轉。 第六受控變數係進給柱5之位準8，即，在一給定時刻於進給柱5中發現之礦石量。位準8基於在進給柱5之上部分處之進入口中礦石質量流與通過壓機1之礦石流之間的差異而上升或下降。尋求其之一穩定位準，因為系統之平衡點保持相同且不存在功之最佳點的變動。此外，應避免柱5漫溢、壓機1超負載，或在進給柱5內部缺乏材料的情況下變得暫時不能使用的風險。 無法藉由壓機1控制之唯一變數係礦石濕度，其係原料之一特性且來自先前程序，且係定義為該材料的重量百分比。當濕度百分比過高時，輥2、3之表面與經處理之材料之間的摩擦減少，從而使輥2、3停止壓碎材料且開始擠壓材料，即，材料「滑動」通過間隙而非被壓碎。換言之，當礦石濕潤時，輥2、3無法將材料拖拽至壓縮區9。此引起輥2、3之旋轉增加以保持柱位準，且此外，亦引起在壓縮區中之材料的擠壓效應下操作間隙減小且減少粉碎，從而使馬達功率實質上下降。除了所提及之所有不便以外，材料之擠壓導致輥之提前磨損，此係因為引起螺柱銷(stud pin)之表面與材料之間的相對移動(其係非所要的)。銷之表面的鋸齒狀標記類似於認證礦石之此移動的「鯊魚牙齒」。 該等變數係在使用研磨輥1之粉碎程序中發現之受控及非受控變數。已知該等變數相互作用，即，一個變數之修改引起其他變數之改變。為更佳地理解變數之間的相互作用，下文展示揭示一給定變數之每一改變對程序之剩餘變數之效應之一表。 表 1– 程序變數之效應及 原因 *壓力之增加引起扭矩增加直至某一限值。在「最佳」點之後，壓力增加使扭矩下降，且接著，當將輥固定於止擋器上時，扭矩保持恆定甚至增加壓力，且將超過力(其不用於處理材料)傳送至壓機底盤；*一旦在止擋器上，壓力增加不影響旋轉或間隙；**旋轉上亦有一理想點。較低旋轉未必導致一較高扭矩；***此同樣適用於操作間隙。可期望達到一平衡點且高於或低於該點時，扭矩將減小；注意：柱增加將引起扭矩及操作間隙上升。 輥2、3之旋轉控制經壓碎之礦石的數量，即，在輥2、3之間通過之材料的質量。 輥2、3之旋轉根據進給柱5之位準8增加而增加，即高於進給柱5之設定點之一位準需要輥2、3之一更快旋轉，以增加在一給定時刻由壓機1處理之材料流。另一方面，低於進給柱5中之設定點之一位準8需要輥2、3之一較慢旋轉，以減小在一給定時刻由壓機1處理之材料質量流。 效率控制將習知系統之損失減小至最小，連續調節程序參數以將最大量之電能轉換成粉碎功。 如先前所論述，透過藉由液壓缸4產生之壓力建立操作間隙。在一正常工作中，一高壓趨於減小操作間隙，而壓力之一減小趨於增加操作間隙。藉由液壓缸4產生之壓力亦影響扭矩，扭矩之值(至某一限值)與藉由液壓缸4 (圖4)產生之壓力量成正比。 然而，當操作間隙減小時，在輥2、3之間通過之材料流亦減小，且當此發生時，自動增加輥2、3之間之旋轉，使得在進給柱5中之位準8保持穩定。然而，輥2、3之增加的旋轉(開始於某一點)對扭矩(表1及圖5)具有負面影像。 簡而言之，在特定值內，藉由液壓缸4產生之壓力愈高，操作間隙愈低且壓機扭矩愈高。自相矛盾地，當操作間隙減小時，藉由壓機1處理之材料流受限，從而引起進給柱5中之位準8增加，且當此發生時，壓機1自動反應以判定輥2、3之旋轉之一增加，此繼而從某一點減小壓機1之扭矩。 在圖6中繪製變數之間之複雜關係，從而展示關於扭矩及操作間隙(針對相同進給速率)之二次方程式。在圖6中展示之拋物線之頂點係其中壓機1使用最高可能扭矩工作之點。該點稱為「最佳工作點15」且發現於圖之區域A及B之間。 在區域A中，扭矩受輥2、3之高旋轉影響，而在區域B中扭矩受藉由液壓缸4產生之低壓力影響。在最佳工作點15中，扭矩係最大值，其暗示一高粉碎率。最佳工作點15取決於經處理材料之性質而改變，舉例而言受在一給定時刻處理之礦石之濕度及自然品質影響。 基於上文所描述之變數之間之比率，針對操作間隙尋求等於圖6中展示之最佳工作點之一設定點。換言之，針對最大扭矩調節操作間隙。各進給速率、濕度、輥表面設定、柱位準及液壓-氣動彈簧壓力需要一效率曲線，因此尋找系統之一設定點係困難且複雜的。 如下般判定最佳工作點15：首先，應根據壓力實施一操作間隙控制，即，定義一操作間隙設定點(推薦最大值與最小值之間之1 mm差異(實例：5 mm最小值及6 mm最大值))，因此，壓力經調變用於達到目標。隨後，應從一較寬開口開始下至最小間隙而改變操作間隙，提醒的是，進給應係恆定的，因此繪製曲線6。 當工作間隙低於所定義者(設定點)，可能意謂材料濕度增加，從而導致藉由減小材料與輥2、3之間之摩擦比及亦減小壓縮區中之材料之擠壓而閉合操作間隙，因此發生上文提及之行為。同樣地，增加之旋轉減小扭矩。 另一方面，當發生反轉時，工作間隙趨於大於所定義者(設定點)，因此旋轉減慢且輥敞開，因此一加壓行程對增加扭矩係必須的。 在判定最佳工作點15之後，效率控制構件根據經判定之設定改變系統壓力以便保持操作間隙之設定點。 在相同進給範圍內，為達成經判定之設定點，壓機1自動調整藉由液壓缸4提供之壓力。 當發現設定點時，使壓力保持恆定。 因此，研磨輥1達成一有效控制系統，其旨在最大化用於粉碎程序之能量之傳送及較大量已處理材料達一段時間。 應注意，為了操作間隙在經定義之自由度限制內在不同設定點下操作，零間隙必須具有最低可能值，否則，壓機止擋器可防止輥2、3在定義為過小之一操作間隙之一最佳工作點15下操作。 在其較佳配置中，用於礦石之研磨輥1使用下列值操作：相當接近於零之一零間隙、介於3 mm與12 mm之間之一操作間隙及介於其最大功率之75%與98%之間之一扭矩。 考慮到本文所描述之考慮，除研磨輥1之外，本發明亦由一種用於得到研磨輥1之最大效率之方法組成。該方法由以下步驟構成： i)          使用一實體止擋器建立移動輥3與固定輥2之間之一最小距離； ii)            判定操作間隙之一設定點，該設定點與最佳工作點15重合； iii)          控制藉由液壓缸4提供之壓力直至達到操作間隙設定點； 替代性地，該方法可包含一第四步驟，其由增加藉由液壓缸4產生之壓力直至操作間隙即將變得低於在步驟ii中判定之設定點組成。 在此情況中，可如下般定義方法： i)          使用一實體止擋器判定移動輥3與固定輥2之間之一最小距離； ii)        判定用於操作間隙之一設定點，該設定點與最佳工作點15重合； iii)      控制藉由液壓缸4提供之壓力直至達成操作間隙設定點； iv)       一旦操作間隙達到設定點，便不再改變壓力。 因此，推斷本發明達成旨在比習知研磨輥更經濟、有效及更不易受人員差錯影響且允許具有更高品質之一成品之目標。 透過藉由機器且亦藉由系統自動化(其不需要一全職操作者以調整壓機1之旋轉及扭矩)之較低特定功率消耗達成一更高經濟。透過針對一經判定時刻保全更高可能粉碎之一自動控制達成更高效率。 繼而，本發明中之壓機之成品之更高品質來自以下事實：本發明中之研磨輥1能夠遞送具有比礦石粒化所需之粒徑更精細粒徑之一成品。 在描述較佳本發明實施例之一些實例之後，應注意藉由本文件授予之保護範疇包含適用於本發明之實施例之所有其他替代例，其僅藉由發明申請專利範圍之內容定義及限制。

1‧‧‧研磨輥
2‧‧‧固定輥
3‧‧‧移動輥
4‧‧‧液壓缸
5‧‧‧進給柱
6‧‧‧電動馬達
6’‧‧‧電動馬達
8‧‧‧位準
9‧‧‧壓縮區
15‧‧‧最佳工作點

參考各自圖式來更詳細地描述本發明： 圖1係用於礦石之研磨輥之一透視圖； 圖2係操作輥之一正視圖； 圖3係輥上之壓力與該等輥之間之間隙之一關係圖； 圖4係馬達扭矩與輥上之壓力之一關係圖； 圖5係輥之旋轉與馬達扭矩之一關係圖； 圖6係馬達扭矩與輥之間之間隙之一關係圖。

1‧‧‧研磨輥

2‧‧‧固定輥

3‧‧‧移動輥

4‧‧‧液壓缸

5‧‧‧進給柱

6‧‧‧電動馬達

6’‧‧‧電動馬達

Claims (11)

1. 一種用於礦石之研磨輥(1)，其係由以下各者組成：兩個馬達(6、6’)；一個固定輥(2)，其透過一第一萬向軸連結至一減速齒輪及該馬達(6)；一個移動輥(3)，其透過一第二萬向軸連結至一減速齒輪及該馬達(6’)，該移動輥(3)係由用於徑向移動之一自由度提供；液壓缸(4)，其等係安裝於輥軸承外殼上垂直於該移動輥(3)之徑向面而配置，且經配置用於迫使其抵著該固定輥(2)；及一進給柱(5)，其係垂直於兩個輥(2、3)而配置在界定於兩個結構之間的間隙正上方；其中：該等研磨輥(1)具有一用於控制效率之構件。
2. 如請求項1之用於礦石之研磨輥(1)，其中：該用於控制效率之構件經組態用於執行輥(2、3)之間之距離之正在進行的量測，且做出能夠校正輥(2、3)之間之該距離的自動調整，從而使該距離保持等於先前調整之一度量值。
3. 如請求項1之用於礦石之研磨輥(1)，其中：該用於控制效率之構件經組態用於最大化由該等馬達(6、6’)提供之扭矩。
4. 如請求項1之用於礦石之研磨輥(1)，其中：該用於控制效率之構件經組態用於使該進給柱(5)中之礦石位準(8)保持恆定；藉由處置該等輥(2、3)之旋轉來做出該控制。
5. 如請求項2之用於礦石之研磨輥(1)，其中：藉由調整由該等液壓缸(4)提供之壓力來執行該等輥(2、3)之間之該距離之該等自動調整。
6. 如請求項2之用於礦石之研磨輥(1)，其中：該等輥(2、3)之間之該距離之該度量值從3 mm改變至12 mm。
7. 如請求項3之用於礦石之研磨輥(1)，其中：由該等馬達(6、6’)提供之功率從其等最大功率之75%改變至98%。
8. 如請求項3之用於礦石之研磨輥(1)，其中：該等自動調整影響由馬達(6、6’)提供之該扭矩，且係藉由調整由該等液壓缸(4)提供之該壓力來執行。
9. 如請求項3之用於礦石之研磨輥(1)，其中：該等自動調整影響由該等馬達(6、6’)提供之該扭矩，且係藉由調整該等輥(2、3)之該旋轉來執行。
10. 如請求項3之用於礦石之研磨輥(1)，其中：該等自動調整影響由馬達(6、6’)提供之該扭矩，且係藉由同時調整輥(2、3)之該旋轉及由該等液壓缸(4)提供之該壓力來執行。
11. 一種用於得到研磨輥(1)之最大效率之方法，其特徵在於執行以下步驟： i)          使用一實體止擋器來建立移動輥(3)與固定輥(2)之間之一最小距離； ii)        判定該操作間隙之一設定點，該設定點應為壓機(1)之相同最佳工作點(15)；及 iii)      自動控制藉由液壓缸(4)產生之壓力直至達成該操作間隙之該設定點； iv)       一旦該操作間隙達到該設定點，便不再改變該壓力。