СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ МАССЫ ОБЪЕМНОГО ПОТОКА СУСПЕНЗИИ В УСТАНОВКЕ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ РУД ИЛИ МИНЕРАЛОВ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОПОТОКОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ СО СТОРОНЫ ВХОДА И СО СТОРОНЫ ПЕРЕЛИВА ГИДРОЦИКЛОНА В УСТАНОВКЕ ДЛЯ РАЗМОЛА И СОРТИРОВКИ С ПОМОЩЬЮ ГИДРОЦИКЛОНОВ Российский патент 2002 года по МПК B04C11/00 B03B13/00 

Изобретение относится к способу определения плотности массы объемных потоков суспензии в установке для обогащения руд, минералов, угля, гипса, песка или т.п., в частности для определения плотности массы объемного потока рудной пульпы со стороны входа и со стороны перелива гидроциклона в установке для размола руды и сортировки с помощью гидроциклонов, а также к устройству для осуществления способа.

В современных установках для размола руды и сортировки с помощью гидроциклонов исходную руду после проведенного сухого предварительного размельчения и среднего размельчения разбавляют технологической водой, тонко размалывают в мельницах и с помощью классификатора разделяют на группы с различной величиной зерна. Классификаторы разделяют твердое вещество в суспензии из твердого вещества и технологической воды (пульпе) на фракцию "Крупноизмельченный материал" и фракцию "Тонкоизмельченный материал". Крупноизмельченный материал снова подают в цикл мельницы; тонкоизмельченный материал покидает цикл для дальнейшей обработки. В качестве классификаторов используют гидроциклоны. Они имеют вход, через который под давлением подают предназначенную для сортировки пульпу, выход, через который крупнозернистые группы снова подают в процесс помола, и перелив, через который тонкоизмельченный материал выходит из кругового процесса помола и сортировки для дальнейшей обработки. При управлении процессом такой установки необходимо учитывать различные данные: так как процесс размола и сортировки должен проходить непрерывно, то стремятся к тому, чтобы массопоток твердого вещества, который покидает гидроциклон через перелив для дальнейшей обработки, снова вводить в том же размере со стороны входа в круговой процесс. Кроме того, стремятся к тому, чтобы подаваемый в круговой цикл объемный поток по возможности соответствовал объемному потоку, выводимому из кругового цикла. Кратковременные отклонения могут быть компенсированы с помощью расположенного в круговом цикле отстойника, который представляет собой буферный объем. Другая цель состоит в том, чтобы обеспечивать максимальной так называемую оборотную нагрузку, т. е. соотношение подаваемого обратно из гидроциклона массопотока возвращаемого материала к массопотоку новой подачи. Кроме того, необходимо поддерживать плотность подводимой в гидроциклон пульпы постоянной в заданном диапазоне для того, чтобы обеспечить удовлетворительную селективность разделения гидроциклона.

Подводимая в мельницы порция руды в отношении количества и состава величины зерен подвергнута колебаниям, так что состав пульпы на выходе мельниц постоянно изменяется. Ручное управление процессом обогащения, как его применяют обычно в известных установках, не может обеспечить из-за этих колебаний оптимальное управление установкой при различных целевых заданиях. Для достижения автоматического управления процессом с учетом указанных выше требований необходимо постоянно определять массопотоки и величины потоков внутри установки. Для определения массопотоков необходимо измерять количество проходящего вещества и плотность массы пульпы в различных местах установки. Для измерения плотности массы, например, известно использование приборов гамма-излучения. Эти приборы являются дорогими и представляют возможность лишь ограниченного применения в жестких условиях установок для обогащения руды.

Из SU 1510944 А1, кл. В 04 С 11/00, опубл. 30.09.1989 известен способ определения плотности массы объемного потока суспензии в установке для обогащения руд, минералов, угля, гипса, песка или т.п., в частности для определения плотности массы подводимого, по меньшей мере, к одному гидроциклону объемного потока рудной пульпы в установке для размола руды и сортировки с помощью гидроциклонов, содержащей приводимый в действие от электродвигателя насос, предпочтительно центробежный, для подачи объемного потока на заданную высоту, устройство управления двигателем для регулировки скорости вращения приводного двигателя насоса и соединенную с устройством управления двигателем и со множеством других составных частей установки управляющую вычислительную машину, в которую вводят измеряемые величины текущего потребления мощности приводного двигателя насоса.

Из SU 1450863 А1, кл. В 03 В 13/00, опубл. 15.01.1989 известен способ определения плотности массы объемного потока суспензии в установке для обогащения руд или минералов, в частности для определения плотности массы, выходящей из перелива, по меньшей мере, одного гидроциклона рудной пульпы в установке для размола руды и сортировки с помощью гидроциклонов.

Из SU 1643090 А1, кл. В 03 В 13/00, опубл. 23.04.1993 известен способ определения масс-потоков, протекающих со стороны входа и со стороны перелива гидроциклона в установке для размола руды и сортировки с помощью гидроциклонов, содержащий определение плотности массы потока со стороны входа и со стороны перелива.

Недостатком этих известных способов является недостаточная эффективность и большие затраты при их использовании.

Технический результат настоящего изобретения состоит в повышении эффективности предлагаемого способа благодаря значительному снижению затрат на определение плотности массы таким образом, что можно оперативно проводить определение этой величины с помощью небольшого числа экономичных мер и на основе результатов измерений осуществлять автоматическое управление процессом.

Для достижения указанного технического результата в способе определения плотности массы объемного потока суспензии в установке для обогащения руд, минералов, угля, гипса, песка или т.п., в частности для определения плотности массы подводимого, по меньшей мере, к одному гидроциклону объемного потока рудной пульпы в установке для размола руды и сортировки с помощью гидроциклонов, содержащей приводимый в действие от электродвигателя насос, предпочтительно центробежный, для подачи объемного потока на заданную высоту, устройство управления двигателем для регулировки скорости вращения приводного двигателя насоса и соединенную с устройством управления двигателем и со множеством других составных частей установки управляющую вычислительную машину, в которую вводят измеряемые величины текущего потребления мощности приводного двигателя насоса, согласно изобретению мощность привода измеряют при заданной скорости вращения приводного двигателя насоса, а плотность массы объемного потока определяют с помощью деления измеренной мощности приводного двигателя насоса на коэффициент мощности насоса.

Так как подающие насосы в известных установках названного выше типа приводятся в действие с помощью преобразователей частоты, в которых возможно простое измерение потребления мощности, то определение согласно изобретению плотности массы можно производить с минимальными затратами.

Пропорциональная зависимость между плотностью массы пульпы р и необходимой мощностью привода Р определяется формулой
P = Q•H•p•η•C,
где Q - производительность насоса (т.е. объемный поток через насос);
Н - общая высота подачи, которая складывается из геодезической высоты подачи, гидравлических сопротивлений и потерь давления в гидроциклоне;
η - коэффициент полезного действия насоса;
С - постоянная величина.

При постоянной скорости вращения насоса Q, Н и η остаются постоянными, так что плотность определяется зависимостью
p=Р/К,
где К - коэффициент мощности насоса, зависящий от скорости вращения насоса и коэффициента полезного действия насоса.

Целесообразно определять коэффициент мощности насоса с помощью функциональной связи, по меньшей мере, в зависимости от коэффициента полезного действия насоса, зависящего от заданной скорости вращения насоса и от общего рабочего времени насоса. За счет зависимости от общего рабочего времени учитываются результаты износа лопастного колеса и покрытия корпуса насоса. Функциональную зависимость определяют предпочтительно с помощью ряда испытаний и в виде математической функции вводят в табличное запоминающее устройство управляющей вычислительной машины.

Для определения приводной мощности насоса необходимо определенное время измерения. В течение этого времени насос должен работать с постоянной скоростью вращения. Однако обычно непрерывно изменяют скорость вращения насоса, для того чтобы поддерживать определенные параметры установки, например уровень наполнения отстойника, в заданном диапазоне. Поэтому в предпочтительном варианте выполнения изобретения может быть предусмотрено, что приводной двигатель насоса с помощью управляющей вычислительной машины работает в первом режиме работы для регулирования скорости вращения двигателя в зависимости от, по меньшей мере, одного параметра установки с изменяемой скоростью и что приводной двигатель насоса во втором режиме работы для определения плотности массы объемного потока в течение заданного промежутка времени работает с постоянной скоростью вращения. Таким образом, в этом случае определение плотности массы происходит только во время второго режима работы.

Кроме того, для достижения указанного технического результата в альтернативном способе определения плотности массы объемного потока суспензии в установке для обогащения руд или минералов, в частности для определения плотности массы, выходящей из перелива, по меньшей мере, одного гидроциклона рудной пульпы в установке для размола руды и сортировки с помощью гидроциклонов, согласно изобретению определение плотности массы производят с помощью измерения давления на двух различных высотах жидкостного столба рудной пульпы и перемножения измеренной разности давлений с заданной постоянной разностью давлений. Постоянная разности давлений зависит от геометрии создания разности давлений. С помощью этого альтернативного способа особенно целесообразно проводить измерение плотности массы в переливе гидроциклона.

Для размещения жидкостного столба суспензии предусмотрен измерительный резервуар с двумя измеряющими на различной высоте давление жидкостного столба датчиками давления. При этом измерительный резервуар может быть выполнен разделенным на две камеры. В первую камеру из перелива гидроциклона сверху подают суспензию и снова отводят через отверстие в нижней части первой камеры. Вторая камера соединена через имеющую отверстия разделительную стенку с жидкостным столбом в первой камере, а датчики давления расположены в области второй камеры.

Технический результат достигается также тем, что в способе определения масс-потоков, протекающих со стороны входа и со стороны перелива гидроциклона в установке для размола руды и сортировки с помощью гидроциклонов, содержащем определение плотности массы потока со стороны входа и со стороны перелива, согласно изобретению плотность массы потока со стороны входа и со стороны перелива определяют согласно вышеуказанным способам, при этом определяют количество входящей суспензии, измеряют количество потока суспензии, выходящей из перелива гидроциклона, с помощью прибора измерения количества потока и по измеренным количествам потока со стороны входа и со стороны перелива и плотностям массы определяют массопотоки со стороны входа и со стороны перелива.

Определение количества входящего потока можно производить посредством измерения давления в области входа, по меньшей мере, одного гидроциклона. Так как давление на стороне входа и величина входящего потока находятся в определенной связи, зависящей от геометрии гидроциклона, то можно определить количество потока из измеренного давления и известной характеристики зависимости давления от потока гидроциклона.

В качестве альтернативного решения можно количество входящего потока определять также с помощью кривой зависимости скорости вращения насоса и величины подачи.

Изобретение поясняется ниже на примерах выполнения с помощью чертежей, на которых изображено:
фиг. 1 - схема потоков установки для обогащения руды согласно изобретению;
фиг. 2 - диаграмма зависимости различных характеризующих установку сигналов от времени;
фиг. 3 - схематичный вид устройства для слежения за толщиной стенки для сопла нижнего слива гидроциклона.

Согласно фиг. 1 в шаровую или стержневую мельницу 1 через устройство 20 подачи руды подводят руду для проведения мокрого размола. Перед этим руду разламывают в неизображенных ступенях предварительного и среднего размельчения до подходящей величины зерен. В мельнице 1 руду измельчают до величины зерен в микронном диапазоне, которая необходима в последующей флотации для повышения концентрации ценных минералов. Затем измельченный материал подводят к сортирующей установке, в которой слишком грубый измельченный материал снова подают в мельницу 1, в то время как достаточно тонко измельченный материал выходит из кругового цикла. Для этого измельченный материал сперва попадает в отстойник 18, в который через водопровод 22 добавляют технологическую воду. Подачу воды регулируют посредством электрически управляемого клапана 9 регулировки воды с помощью устройства 11 управления с программируемой памятью. Управляющее устройство 11 соединено также с остальными датчиками и исполнительными механизмами. Уровень наполнения отстойника 18 контролируют с помощью уровнемера 10. Рудную пульпу с помощью приводимого в действие двигателем 15 центробежного насоса 16 с включенной перед ним заслонкой 17 подают на вход 8 расположенного выше гидроциклона 38. Двигатель 15 насоса питается от соединенного с управляющим устройством 11 преобразователя 14 частоты. Преобразователь 14 частоты передает в управляющее устройство 11 сигнал 12 скорости вращения и измеренную величину приводной мощности 13.

В первом режиме работы установки регулируют скорость вращения двигателя насоса для того, чтобы поддерживать заданный уровень в отстойнике 18. Подачу воды в отстойник регулируют с помощью клапана 9 так, что давление на входе гидроциклона, измеренное с помощью датчика 19 давления, и определяемая согласно изобретению входная плотность рудной пульпы находятся в заданных диапазонах, так что гидроциклон 38 работает в правильном режиме. Через регулярные промежутки времени управляющее устройство 11 переключает во второй рабочий режим с постоянной скоростью вращения насоса. В этом рабочем режиме, как уже подробно указывалось выше, с помощью управляющего устройства 11 измеряют потребляемую мощность 13 насоса 16 и из скорости вращения и общего рабочего времени насоса 16 определяют коэффициент мощности насоса и тем самым в конечном итоге плотность массы рудной пульпы на входе гидроциклона. Затем управляющее устройство 11 рассчитывает количество потока со стороны входа из определенного в точке 19 входного давления и известной зависимости давления от потока гидроциклона 38. Затем по этим величинам можно определить массопоток со стороны входа.

С помощью гидроциклона 38 происходит разделение содержания твердого вещества на выходящую на выходе 24 крупноизмельченную фракцию и выходящую на переливе 7 тонкоизмельченную фракцию. Крупноизмельченную фракцию снова подают в мельницу 1. Тонкоизмельченную фракцию подают в неизображенную флотационную установку. Для определения массопотока пульпы, забираемой из кругового цикла со стороны перелива, пульпу направляют в первую камеру двухкамерного измерительного резервуара 3. В успокоенной с помощью разделительной стенки 5 второй камере на двух различных высотах расположены датчики 6 давления. Измеряемое датчиками давление зависит от массы расположенного над ними столба жидкости. За счет образования разности давлений и перемножения с постоянной разности давлений можно таким образом определить плотность массы пульпы со стороны перелива. Пульпа через приводимую в действие вручную регулировочную заслонку 4 дозированно выходит из нижней части измерительного резервуара 3. С помощью магнитно-индуктивного прибора 2 измерения количества потока дополнительно измеряют величину потока, так что можно определить массопоток со стороны перелива.

Из полученных таким образом массопотоков со стороны входа и со стороны перелива определяют также массопоток 24 со стороны выхода, так что можно отказаться от измерения в этой ветви. Измеренные со стороны входа и со стороны перелива количества потока и плотности массы отображают на соответствующих индикаторных приборах 30, 32, 34 и 36.

Переход между различными режимами работы показан на фиг.2 с помощью приведенных в качестве примера зависимостей различных сигналов установки от времени (ось У имеет произвольный масштаб). Обозначенная позицией 44 скорость вращения насоса через равномерные промежутки времени устанавливается на заданную постоянную скорость вращения (kD ). В этом втором режиме работы измеряют обозначенную позицией 42 мощность двигателя, например, в среднем в течение времени измерения 30 секунд, и из нее определяют плотность 40 рудной пульпы. В первом режиме работы постоянно регулируют скорость вращения 44 для поддержания в заданном диапазоне обозначенного позицией 46 уровня наполнения отстойника. Постоянную скорость вращения во втором режиме следует выбирать так, чтобы избежать сильного изменения уровня наполнения отстойника во время измерения для предотвращения искажения величины измерения плотности.

Для обеспечения правильной работы, по меньшей мере, одного гидроциклона предусмотрено показанное на фиг. 3 устройство автоматического контроля за толщиной стенки в сопле нижнего слива гидроциклона. Так как сопло нижнего слива изнашивается в течение 800-9000 часов работы, то его необходимо периодически заменять. Скорость износа сопла нижнего слива зависит от конструкционного материала сопла, от свойств суспензии и рабочих параметров установки. Визуальное определение степени износа сопла во время работы едва возможно; толщину стенки можно измерять вручную только при остановке установки. Поэтому часто происходит, что сильный износ не устанавливают своевременно. Для устранения этой проблемы в стенке сопла 24 нижнего слива предусмотрен датчик 50 толщины стенки, который имеет измерительное сопротивление. Измерительное сопротивление шлифуется одновременно с материалом сопла. Пример поперечного сечения неизношенного сопла нижнего слива обозначен позицией 52; поперечное сечение изношенного примерно на 50% сопла обозначено позицией 54. За счет износа уменьшается величина измерительного сопротивления. Величину сопротивления измеряет управляющее устройство 11 и пересчитывает в величину толщины стенки, которая отображается на индикаторе 48 (фиг.1) для информации пользователя, для того чтобы можно было своевременно провести замену сопла нижнего слива.

Изобретение относится к обогащению руд или минералов. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа за счет значительного снижения затрат на определение плотности массы путем оперативного определения этой величины с помощью небольшого числа экономических мер и на основе результатов измерений осуществления автоматического управления процессом. Для этого количество потока со стороны входа гидроциклона определяют с помощью измерения мощности приводимого в действие от электродвигателя насоса для подачи объемного потока. При этом поддерживают скорость вращения насоса постоянной. Измерение плотности массы со стороны перелива производят с помощью измерения разности давлений в измерительном резервуаре. Из измеренных таким образом плотностей массы можно вместе с измеренными количествами потока рассчитать массопотоки со стороны входа и со стороны перелива. 3 с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения плотности массы, объемного потока суспензии в установке для обогащения руд, минералов, угля, гипса, песка или т. п. , в частности для определения плотности массы подводимого, по меньшей мере, к одному гидроциклону объемного потока рудной пульпы в установке для размола руды и сортировки с помощью гидроциклонов, содержащей приводимый в действие от электродвигателя насос, предпочтительно центробежный, для подачи объемного потока на заданную высоту, устройство управления двигателем для регулировки скорости вращения приводного двигателя насоса и соединенную с устройством управления двигателем и со множеством других составных частей установки управляющую вычислительную машину, в которую вводят измеряемые величины текущего потребления мощности приводного двигателя насоса, отличающийся тем, что мощность привода измеряют при заданной скорости вращения приводного двигателя насоса, а плотность массы объемного потока определяют с помощью деления измеренной мощности приводного двигателя насоса на коэффициент мощности насоса. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент мощности насоса определяют с помощью функциональной связи, по меньшей мере, в зависимости от заданной скорости вращения насоса и к. п. д. насоса, зависящего от общего времени работы насоса. 3. Способ по любому из п. 1 или 2, отличающийся тем, что приводной двигатель насоса с помощью управляющей вычислительной машины используют в первом рабочем режиме для регулирования скорости вращения двигателя в зависимости, по меньшей мере, от одного параметра установки с изменяемой скоростью вращения и что приводной двигатель насоса используют во втором режиме работы для определения плотности массы объемного потока в течение заданного промежутка времени с постоянной скоростью вращения. 4. Способ определения плотности массы объемного потока суспензии в установке для обогащения руд или минералов, в частности для определения плотности массы, выходящей из перелива, по меньшей мере, одного гидроциклона рудной пульпы в установке для размола руды и сортировки с помощью гидроциклонов, отличающийся тем, что определение плотности массы производят с помощью измерения давления на двух различных высотах столба жидкости рудной пульпы и перемножения измеренной разности давлений с заданной постоянной разностью давлений. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что для размещения жидкостного столба суспензии предусмотрен измерительный резервуар с двумя измеряющими на различной высоте давление жидкостного столба датчиками давления. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что измерительный резервуар выполнен разделенным на две камеры, в первую камеру из перелива гидроциклона сверху подают суспензию и снова отводят через отверстие в нижней части первой камеры, вторая камера соединена через имеющую отверстия разделительную стенку с жидкостным столбом в первой камере, а датчики давления расположены в области второй камеры. 7. Способ определения массопотоков, протекающих со стороны входа и со стороны перелива гидроциклона в установке для размола руды и сортировки с помощью гидроциклонов, содержащий определение плотности массы потока со стороны входа и со стороны перелива, отличающийся тем, что плотность массы потока со стороны входа определяют по одному из пп. 1-4, а со стороны перелива - по п. 5, определяют количество входящей суспензии, измеряют количество потока суспензии, выходящей из перелива гидроциклона, с помощью прибора измерения количества потока и по измеренным количествам потока со стороны входа и со стороны перелива и плотностям массы определяют массопотоки со стороны входа и со стороны перелива. 8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что для определения количества входящего потока производят измерение давления в области входа, по меньшей мере, одного гидроциклона и по известной характеристике зависимости давления от потока гидроциклона определяют количество входящего потока суспензии. 9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что определение количества входящего в гидроциклон потока производят на основе характеристики зависимости скорости вращения насоса и подачи.