СПОСОБ ФИКСАЦИИ УРОВНЯ ШУМА В БАРАБАННОЙ МЕЛЬНИЦЕ Российский патент 2017 года по МПК B02C17/00 B02C25/00 

Изобретение относится к горно-перерабатывающей промышленности и может быть использовано на предприятиях, использующих для измельчения сырья (полезного ископаемого) барабанные мельницы, например на горно-обогатительных комбинатах, осуществляющих переработку сырья. Изобретение может быть использовано для контроля загрузки рудной массы в барабанные мельницы. Изобретение позволяет обеспечить постоянный контроль производительности измельчающего оборудования: барабанной мельницы в общем технологическом цикле, предусматривающем мокрое измельчение руды. Изобретение может быть использовано в комплексе оборудования, обеспечивающего автоматизацию процесса измельчения руды, при котором происходит образование кондиционной пульпы, предназначенной для последующего обогащения с применением гравитационного, гидравлического или магнитного обогащения.

Изобретение может быть использовано как способ косвенной оценки процесса измельчения барабанной мельницей путем визуального контроля или в комплексе с системой автоматического управления, которая обеспечивает оптимизацию измельчения руды в функции максимальной производительности мельницы, позволяя получить максимальную производительность измельчающего оборудования и в дальнейшем железорудного концентрата. Кроме того, способ обеспечивает возможность предупреждения технологической перегрузки барабанной мельницы и возможность достижения максимальной производительности мельницы с учетом физико-механических свойств измельчаемого сырья.

Известен способ контроля измельчения рудной массы барабанной мельницей. Способ основан на изменении звука, генерируемого мельницей, при измельчении руды (http://stroy-technics.ru/article/avtomatizatsiya-protsessov-pomola).

Уровень шума зависит в основном от степени загрузки мельницы материалом и измельчающими телами, а также от физико-механических свойств рудной массы и размеров ее кусков.

При мокром измельчении сырья должны быть обеспечены постоянный гранулометрический состав и вязкость пульпы с усреднением качественных параметров сырьевой смеси.

Для контроля и регулирования процессов мокрого измельчения используют микрофоны, которые воспринимают шум и преобразовывают его в электродвижущую силу (ЭДС).

Возбужденная в микрофоне ЭДС через усилительный блок преобразовывается в постоянный ток, значение которого пропорционально этой частоте. Полученное таким образом напряжение подают на электронный автоматический потенциометр, измеряющий и регистрирующий величину напряжения и, следовательно, определяющий степень заполнения мельницы материалом.

При изменении загрузки мельницы меняется сигнал, поступающий от измерительного устройства загрузки на вход электронного регулирующего прибора. Этот прибор управляет исполнительным механизмом, регулирующим подачу сырья.

Недостатком известного способа является то, что фиксация шума воспринимается микрофоном и после соответствующего преобразования сигнала передается непосредственно на исполнительное устройство. Передача сигнала осуществляется по аналоговой схеме передачи пропорционального сигнала. Исходя из величины пропорционального сигнала команда подается на исполнительное устройство.

Известный способ фиксации шума при работе мельницы не предоставляет возможности оптимизации процесса измельчения и выдачи сигналов на средства визуализации для контроля протекания процесса. Способ не предусматривает возможности фиксации с помощью запоминающих устройств базы информационных шумов, возникающих при работе мельницы при различных режимах и переработки руд с различными физико-механическими свойствами.

Применение способа для фиксации шума требует дополнительного оборудования, что обеспечит возможность оптимизации процесса измельчения, который заключается в возможности оптимальной загрузки мельницы и степени измельчения рудной массы.

При применении способа сложно добиться качественного измельчения руды из-за того, что способ не предусматривает возможности отделения фоновых и приведенных шумов, вызванных работой оборудования, которое не связано с измельчением руды. Наличие посторонних шумов различной интенсивности приводит к усложнению как процесса анализа непосредственно технологического шума барабанной мельницы, так и, соответственно, возможности оптимизации процесса. Реализация способа с обеспечением высоких показателей измельчения приводит к увеличению дополнительных аппаратных затрат и, соответственно, к росту себестоимости переработки полезных ископаемых.

Наиболее близким решением, выбранным в качестве прототипа, является способ фиксации уровня шума в барабанной мельнице, включающий фиксацию генерируемого шума с помощью микрофона, усиление сигнала, преобразования его в аналоговый сигнал и последующую за ним визуализацию (Гончаров Ю.Г. "Автоматический контроль и регулирование технологических процессов на железорудных обогатительных фабриках". М.: "Недра", 1968, с. 110-111).

Недостатком известного способа является то, что его реализация связана только с функцией контроля текущего шума, генерируемого мельницей. Основными недостатками известного способа является то, что:

- сигнал микрофона после усиления не подвергается фильтрации с целью удаления фоновых шумов, что искажает общую картину шума и не позволяет предоставить верную и полную оценку работы мельницы в реальном режиме;

- в известном способе не выделяют в сигнале спектр частот шума, генерируемого в барабане мельницы при загрузке рудным материалом;

- генерируемый сигнал, поступающий от микрофона, не преобразуют в амплитудном детекторе и компараторе, что приводит к не всегда верной оценке измеряемого параметра;

- способ не предусматривает хранения эталонных сигналов, значение которых соответствует различным режимам работы мельницы с разной степенью загрузки;

- способ не предусматривает определения разницы фактического и эталонного значений сигналов, определения разности этих сигналов применительно к типу перерабатываемой руды;

- способ не предоставляет возможности формирования устойчивого выходного сигнала, стандартизированное значение которого соответствует 4,0-20,0 мА с применением амплитудного детектора и источника тока, управляемого напряжением;

Задачей изобретения является совершенствование способа фиксации шума работающей барабанной мельницы за счет фиксации шума и его преобразования с помощью амплитудного детектора и компаратора, формирования сигнала, достаточного для визуализации с помощью различных технических средств, формирования аналогового сигнала, величина которого составляет 4,0-20,0 мА, с помощью амплитудного детектора и источника тока, управляемого напряжением, который обеспечивает подачу корректирующего сигнала на основные и вспомогательные приводные устройства, обеспечивающие работу мельницы в оптимальном режиме.

Технический результат от использования изобретения позволяет повысить эффективность регистрации технологического шума, который возникает во время работы мельницы. Способ позволяет получить устойчивый сигнал, характерный для различных режимов работы мельницы, что позволяет использовать его в системах автоматического управления для комплексных оценок состояния процесса измельчения в мельнице, а также оптимизации этого процесса.

Реализация способа применима на многих типах барабанных мельниц независимо от их производительности и физико-механических свойств измельчаемой рудной массы.

Использование способа в горнорудной промышленности позволяет повысить производительность технологического цикла измельчения руды в цепи аппаратов обогатительного производства. Результатом использования изобретения является контролируемость процесса измельчения руды, обеспечения максимальной производительности оборудования.

Расчеты показали, что использование данного способа позволяет повысить рентабельность обогащения полезных ископаемых и снизить себестоимость железорудного концентрата для металлургической промышленности.

Поставленная задача решается за счет того, что способ фиксации уровня шума в барабанной мельнице включает фиксацию генерируемого шума с помощью микрофона, усиление сигнала, преобразования его в аналоговый сигнал и последующее его использование для алгоритмов управления АСУТП.

Согласно изобретению сигнал микрофона после усиления подвергают фильтрации и выделяют в этом сигнале спектр частот шума, генерируемого в барабане мельницы при загрузке рудным материалом и измельчающими телами. Сигнал преобразовывают в амплитудном детекторе и компараторе, где сравнивают с опорными (эталонными) уровнями напряжения, каждый из которых соответствует различным режимам работы (нагрузки) барабанной мельницы. Полученный выходной скорректированный сигнал усиливают до необходимой величины, достаточной для активации средств визуализации и индикации, например, в виде светодиодов. Включение средств визуализации зависит от значения амплитуды сигнала, при этом с помощью амплитудного детектора и источника тока, управляемого напряжением, сигнал микрофона преобразовывают в аналоговый управляющий выходной сигнал, стандартизированное значение тока которого составляет 4,0-20,0 мА. Значение сигнала 20,0 мА соответствует шуму мельницы при отсутствии загрузки, а значение сигнала 4,0 мА соответствует фоновому технологическому шуму, который формируется работающим оборудованием при полной остановке мельницы. Аналоговый сигнал подают на управляющий комплекс АСУТП, который с помощью алгоритмов формирует управляющий сигнал для приводов исполнительных механизмов, осуществляющих подачу воды и руды в барабанную мельницу.

Способ реализуется следующим образом.

Обогащение железорудного сырья связано с применением высокопроизводительных мельниц барабанного типа. Конструкция мельниц обеспечивает непрерывность технологического цикла и возможность получения в результате готового продукта с заданным гранулометрическим составом твердой фазы и соотношением руда-вода, обеспечивающим необходимую подвижность пульпы и раскрытия рудных зерен. Высокие требования к измельчению руды требуют непрерывного контроля процесса. Особенностью этого процесса является то, что данные о его протекания можно получить по косвенным данным, которые позволяют обеспечить смену режимов с обеспечением заданной степени измельчения. К косвенным данным, характеризующих процесс, является шум, генерируемый мельницей при движении тел измельчения, кусков рудной массы и воды.

Процесс измельчения руды в шаровой мельнице сопровождается излучением спектра звуковой энергии различных амплитудных и частотных характеристик.

Шум, генерируемый мельницей, свидетельствует о процессах взаимодействия измельчающих тел и руды внутри нее, причем он содержит параметры, характеризующие свойства как самой мельницы, так и режим ее работы. Сила звука, излучаемого мельницей, зависит от степени загрузки ее рудой и текущим гранулометрическим составом. Учитывая то, что шум имеет большую информационную емкость, звукометрический метод контроля в сочетании с другими параметрами позволяет оптимизировать режим работы мельницы.

Одним из путей реализации звукометрического контроля является применение микрофонов, которые устанавливают вблизи тела мельницы в местах, где звуковой спектр является наиболее характерным для работающей мельницы при минимальном воздействии на оценку фоновых шумов, вызванных работой основного и вспомогательного оборудования обогатительной фабрики.

Основной цикл звукометрии шума барабанной мельницы состоит в фиксации шума с помощью микрофона, усилении его и преобразовании. В зависимости от назначения звукометрического контроля может осуществляться визуализация звукового спектра или подача команды на соответствующие исполнительные устройства или механизмы, обеспечивающие оптимизацию работы мельницы.

Для реализации заявленного способа сигнал микрофона после усиления до необходимого уровня подвергают фильтрации. Фильтрация обеспечивает возможность получения именно той частотной и амплитудной характеристики шума, которая наиболее полно отражает функционирование барабанной мельницы при различных режимах ее работы, включая и экстремальные. С помощью фильтров выделяют спектр частот шума, генерируемого в барабане мельницы при рабочей эксплуатационной загрузке рудной массой и измельчающими телами (шарами или стержнями).

Выделенный комплексный шумовой сигнал в виде переменного напряжения преобразовывают в амплитудном детекторе, который предназначен для формирования постоянного выходного напряжения, пропорционального амплитуде входного переменного напряжения. После преобразования в амплитудном детекторе сигнал в виде напряжения постоянного тока подают в источник тока, управляемого напряжением, где полезный сигнал преобразуется в аналоговый выходной сигнал, стандартизированное значение тока которого составляет 4,0-20,0 мА. Кроме того, сигнал от амплитудного детектора подается на вход блока компараторов (сравнительное электронное устройство), где в режиме реального времени происходит сравнение текущего сигнала с опорными уровнями напряжения, каждый из которых соответствует различным режимам работы (нагрузки) барабанной мельницы. Выходы блока компараторов подключены к средствам визуализации, например, в виде светодиодной линейки индикаторов "min", "max" и "norma", что упрощает процесс отладки изделия.

В качестве критерия оптимальности могут быть приняты:

- максимальная производительность мельницы;

- степень загрузки барабана мельницы;

- защита мельницы от перегрузки рудой.

Все указанные критерии являются комплексной оценкой состояния мельницы с учетом других доступных для измерения параметров:

- активная мощность привода мельницы;

- циркуляция в системе мельница - классификатор;

- гранулометрический состав промпродукта на выходе из классификатора;

- плотность промпродукта;

- и другие.

Полученный аналоговый выходной сигнал, пропорциональный степени загрузки барабанной мельницы, в виде тока, стандартизированное значение которого составляет 4,0-20,0 мА, подают на пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, с помощью которого формируют управляющий сигнал для приводов исполнительных механизмов, осуществляющих подачу воды и руды в барабанную мельницу, и обеспечивают стабильную нагрузку на основные и вспомогательные механизмы, за счет которой на выходе из мельницы получают кондиционную пульпу с заданным соотношением руды и воды. При этом получение пульпы сопровождается рациональной нагрузкой на приводы, при которой предупреждается их преждевременный износ и вероятность преждевременного аварийного выхода из строя.

Фиксация текущего уровня работы мельницы осуществляется с помощью средств визуализации, в числе которых могут быть мониторы, компьютеры, самописцы или средства индикации в виде светодиодов, порядок и число которых пропорционально уровню нагрузки мельницы и говорит о возможных отклонениях от оптимальных режимов ее работы.

Исследованиями было установлено, что исполнительные устройства для реагирования на отклонения в работе мельницы должны получать аналоговый сигнал, значение которого пропорционально тому или иному режиму работы мельницы. Изменение аналогового сигнала позволяет внести корректирующие воздействия в работу приводов, загрузочных устройств, обеспечивающих подачу руды в мельницу, а также дозаторов технической воды. Аналитически и экспериментально было установлено, что значение пропорционального аналогового сигнала должно быть в диапазоне 4,0-20,0 мА.

Значение сигнала 20,0 мА соответствует шуму, генерируемому мельницей при отсутствии загрузки рудой, а значение сигнала 4,0 мА соответствует шуму, равному фоновому технологическому шуму при полной остановке мельницы. Заявленный диапазон позволяет формировать подачу необходимых управляющих команд на исполнительные механизмы для оптимизации работы мельницы.

Среди стандартных сигналов тока и напряжения наиболее удобным является стандартизированный сигнал тока 4,0-20,0 мА. Он лучше решает проблемы, связанные с передачей сигналов от датчиков к вторичным измерительным приборам.

Опытно-промышленные испытания заявленного способа показали, что его реализация на горно-обогатительных комбинатах позволяет повысить эффективность фиксации технологического шума при работе барабанной мельницы. Это обеспечивает возможность оперативного контроля протекания процесса измельчения руды и его автоматизации для получения высококачественного промышленного продукта - железорудной пульпы, предназначенной для получения товарного концентрата.

Изобретение предназначено для измельчения барабанными мельницами на горно-обогатительных комбинатах. Фиксируют шум микрофоном. Сигнал усиливают, преобразуют в аналоговый и визуализируют. Сигнал микрофона после усиления фильтруют. Выделяют генерируемый в барабане при загрузке рудной массой и измельчаемыми телами спектр частот шума. Сигнал преобразуют в амплитудном детекторе и компараторе. Сигнал сравнивают в компараторе с эталонными уровнями напряжения различных режимов нагрузки мельницы. Выходной скорректированный сигнал усиливают до величины активации средств визуализации и индикации в виде светодиодов. Включение средств визуализации зависит от величины сигнала, пропорционального нагрузке мельницы. Сигнал микрофона преобразуют в аналоговый управляющий сигнал с помощью амплитудного детектора и источника тока, управляемого напряжением. Стандартизированное значение сигнала составляет 4,0-20,0 мА. Значение сигнала 20,0 мА соответствует шуму при отсутствии загрузки. Значение сигнала 4,0 мА соответствует фоновому технологическому шуму при полной остановке. Пропорциональный степени загрузки аналоговый сигнал подают на ПИД-регулятор. ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал приводов исполнительных механизмов подачи воды и руды в мельницу. Изобретение обеспечивает контроль процесса измельчения.

Способ фиксации уровня шума в барабанной мельнице, включающий фиксацию генерируемого шума с помощью микрофона, усиление сигнала, преобразование его в аналоговый и последующую за ним визуализацию, отличающийся тем, что сигнал микрофона после усиления подвергают фильтрации и выделяют при этом сигнале спектр частот шума, генерируемого в барабане мельницы при загрузке рудной массой и измельчаемыми телами, после чего сигнал преобразовывают в амплитудном детекторе и компараторе, где сравнивают с опорными - эталонными уровнями напряжения, каждый из которых соответствует различным режимам работы - нагрузки барабанной мельницы, после чего полученный выходной скорректированный сигнал усиливают до необходимой величины, достаточной для активации средств визуализации и индикации, например, в виде светодиодов, включение которых зависит от величины сигнала, пропорционального нагрузке мельницы, при этом с помощью амплитудного детектора и источника тока, управляемого напряжением, сигнал микрофона преобразовывают в аналоговый управляющий выходной сигнал, стандартизированное значение которого составляет 4,0-20,0 мА, причем значение сигнала 20,0 мА соответствует шуму мельницы при отсутствии загрузки, а значение сигнала 4,0 мА соответствует фоновому технологическому шуму при полной остановке мельницы, причем аналоговый сигнал, пропорциональный степени загрузки барабанной мельницы, подают на пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, с помощью которого формируют управляющий сигнал для приводов исполнительных механизмов, которые осуществляют подачу воды и руды в барабанную мельницу.