Способ контроля процесса помола в шаровой мельнице Советский патент 1991 года по МПК B02C25/00 

Изобретение относится к контролю и управлению производственными процессами на фабриках горно-рудной и горно-химической промышленности, в частности к контролю процесса помола в шаровых мельницах, который относится к подготовительным процессам обогащения руд

Цель изобретения - упрощение и ускорение процесса контроля.

На чертеже представлены частотные спектры акустических сигналов шаровой мельницы в зависимости от времени помола.

Позициями 1,2,3 4 на чертеже обозначены положения центральной гармоники частотного спектра сигнала

Сущность способа заключается в использовании корреляции между перераспределением амплитудно частотного спектра шума мельницы и гранулометрическим составом измельчаемой руды, которая объясняется тем, что по мере уменьшения крупности измельчаемых частиц руды, их собственные частоты колебаний увеличиваются. Такие источники шума мельницы как барабан и металлические шары за период технологического цикла измельчения существенного изменения не претерпевают и ха рактеризуются квззистационарной частью спектра.

Установлено, что наиболее чувствительной к изменению крупности измельчаемого материала является область спектра от 20

о

vj

iOJ

01 с

до 1000 Гц. При этом каждая гармоника спектра в этой полосе частот соответствует определенному классу крупности частиц. А центральная гармоника, соответствующая центру тяжести фигуры, образованной огибающей спектра акустического сигнала в полосе частот от 20 до 1000 Гц и осью координат, соответствует преобладающему классу крупности и характеризует среднюю крупность и дисперсию помола по следующим соотношениям:

R(t) - A/N2(t); ff(t)B N3(t), (1) где R(t) - средняя крупность помола в момент времени t;

a (t) - дисперсия крупности помола в момент времени t;

N(t) - номер центральной гармоники в момент времени t.

t - время помола;

А и В - коэффициенты пропорциональности, определяемые гранулометрическим составом исходного сырья.

Коэффициенты А и В определяются следующим образом. Ситовым анализом определяют гранулометрический состав исходного сырья и вычисляют его среднюю крупность и дисперсию крупности. В начальный момент работы мельницы регистрируют акустический шумовой сигнал, излучаемый ею. Предлагаемым способом производят анализ частотного спектра акустического сигнала. На основе сопоставления данных ситового и спектрального анализов, полученных в начальный момент времени измельчения, определяют коэффициенты пропорциональности А и В.

Для того, чтобы показать независимость этих коэффициентов от других возмущающих фактов, кроме гранулометрического состава исходного сырья, рассматривается кинетика процесса измельчения в шаровой мельнице.

Предполагается, что руда измельчается преимущественно за счет соударений с ме- ыллическими шарами. Указанный процесс может описываться следующей системой уравнений: d N1

d t

d N2

d t

d N3

d t

-K2i -N1;

- К2Г N1 - K.32- N2,

Кза №,

где Ni - концентрация i-го класса крупности K J - частота конверсии 1-го класса крупности в 1-й,

KIJ зависит от количества шаров и гранулометрического состава исходного сырья, флуктуации которого являются основным

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

возмущающим фактором процесса измельчения. При этом условно принимается, что: I - 1 - недоизмельченный класс крупности, I 2 - класс крупности оптимального помола. I 3 - переизмельченный класс крупности.

Если в исходный момент времени (t 0) N1 N1°, N2 О, N3 0, то N2(t) имеет максимум в момент времени г 1п(К21/Кз2) К21 - К32

Таким образом, время измельчения г, при котором образуется максимальное количество класса крупности оптимального помола, зависит от Kai и Кза. При заданных условиях технологического процесса измельчения руд K2i и Кз2 зависят только от крупности исходного сырья.

Хотя в процессе контроля выбирается только одна частота спектра, она выявляется в результате анализа всего частотного спектра, излучаемого мельницей шума. Интегральная оценка спектра повышает качество контроля.

Пример. Для измельчения брали шеелитовую руду с гранулометрическим составом, приведенным в табл. 1.

Звукометрический контроль процесса измельчения состоит из двух стадий: калибровки и измерения. Стадия калибровки включает вычисление на основе гранулометрического состава исходного сырья плотности функции распределения по размерам (ФРР)для каждого класса крупности по формуле:

F .(2)

MAR

где m - масса определенного класса крупности;

М - масса исходного сырья (загрузки мельницы);

Д R FT - R+ - раз эрос граничных значений данного класса крупности.

Эти данные приведены в табл. 2.

На основе функции ФРР вычисляют среднюю крупность Rc, и дисперсию крупности ос исходного сырья по формулам:

Rb150

Rc J RF(R)dR J RF(R)dR 84,52 (мкм); (3)

RH1

crc -jJ- J 80 (мкм), (4)

Рмакс

где RH и RB

12,44 10

граничные значения крупности исходного сырья (Рн 1 мкм, RB 150 мкм); F(R) - плотность функции распределения по размерам;

Рмакс максимальное значение функции ФРР.

Исходное сырье загружают в лабораторную шаровую мельницу, включают ее и с

помощью датчика шума (микрофона), установленного на расстоянии 0,Г м и подключенного к анализатору спектра частот СМ - 26 в начальный момент времени, производят запись спектра акустического сигнала мельницы, этот спектр изображен на чертеже сплошной линией. Диапазон спектра в полосе частот от 20 до 1000 Гц разбивают на М гармоник (поддиапазонов) вдоль оси частот с шагом Д. большим разрешающей способности (5 спектрометра (в нашем эксперименте М 140 с шагом, равным Л- 7 Гц), и в каждой из них измеряют высоту огибающей спектра Hj,(i 1: - М). Эти данные представлены в табл. 3. Время измельчения t 0.

Затем определяют номер гармоники N. соответствующей центру тяжести чертежа, образованной огибающей спектра акустического сигнала и осью координат по формуле:

1 к

т 2

z i 1

-Ь..

где К - верхняя граница полосы частот о единицах Л 7 Гц. В нашем примере К выбрано равным 128, при этом значении коэффициенты парной корреляции данных ситового анализа и предлагаемою способа близки к 1, a N, определенное по (5), равно 52. На чертеже положение центра тяжести спектра в момент времени t - 0 показано цифрой 1.

Коэффициенты пропорциональности А и В определяют по следующим формулам

A-RCN2 84 522 - 227136,

80 --V-57 1(Г5 N3523

На этом этап калибровки заканчивается.

Стадия измерения включает запись частотного спектра акустического сигнала мельницы в каждый момент времени при помощи датчика шума и подключенного к нему анализатора спектра частот СК4 2G Спектры для моментов времени т - 5 мин и t 10 мин представлены на чертеже штриховой и штрих-пунктирной линией соответственно. Затем определяют номер центральной гармоники N в каждый момент времени, соответствующий центру тяжести фигуры, образованной огибающей соответствующего спектра в полосе частот от 20 до 1000 Гц и осью координат, для чего диапазон спектра от 20 до 1000 Гц разбивают на 140 гармоник (поддиапазонов) и в каждой из них измеряют высоту огибающей спектра. Эти данные для времени t 5, 10 и 15 мин представлены в табл. 4, 5 и 6 соответственно. По формуле (5) находят номер централь

ной гармоники N. На чертеж показано ег попожение в моменты времени t - 5. 10. 15 мин позициями 2, 3 и 4 соответственно. Затем по формулам (1) находят сред5 нюю крупность и дисперсию крупности измельченного материала внутри мельницы п каждый момент времени.

В процессе эксперимента результаты, полученные предлагаемым способом, про10 оерялись ситовым анализом, данные которого приведены в табл 7.

Данные ситового анализа: масса (г) классов крупности (R - R ) (мкм) и плотность функции распределения по разме15 рам F (мм ) для каждого класса крупности. Конечные результаты способа для различных моментов времени и результаты, полученные путем обработки данных ситового анализа, сведены в табл. 8.

20Как видно из табл. 8, коэффициенты

парной корреляции для параметров R и (I близки к 1. что говорит о высокой точности способа звукометрического контроля процесса измельчения.

25 Способ позволяет по сравнению с прототипом упростить и ускорить калибровку и контроль процесса измельчения, а также непрерывно контролировать крупность измельченного материала внутри мельницы и

30 получать продукт с заданной крупностью. что повысит экономическую эффективность применения способа и уменьшит потери ценных продуктов в результате более эффективной работы последующих обогати35 тельных пределов.

Формула изобретения Способ контроля процесса помола в шаровой мельнице, включающий измерение амплитуд частотного спектра акустического

40 сигнала в поддиапазонах частот с последующим определением крупности помола, отличающийся тем, что. с целью упрощения и ускорения процесса контроля, определяют частоту центральной гармони45 ки N(t) спектра в диапазоне частот 20 - 1000 Гц из математического выражения

КN

1/2 Ј Н

C-Q где i - номер поддиапазона частотного спектра:

К - верхняя граница поддиапазона частотного спектра;

Hi - амплитуда огибающей частотного ее спектра в 1-м поддиапазоне;

t - время,

а среднюю крупность и дисперсию крупности помола определяют по математическим выражениям

R(t) - A/N2(t) и CT(t)BN3(t),

где R(t) - средняя крупность помола в момент времени;

a (t) - дисперсия крупности помола в момент времени;

ФА и В - коэффициенты пропорциональности, определяемые гранулометрическим составом исходного сырья.

Таблица 1

Изобретение относится к горно-рудной и горно-химической промышленности и предназначено для контроля процесса помола в шаровых мельницах. Цель изобретения - упрощение и ускорение процесса контроля. С помощью датчика шума и подключенного к нему анализатора спектра частот СКЧ-26 записывают частотные спектры акустического сигнала мельницы. Определяют номер центральной гармоники N в каждый момент времени, соответствующий центру тяжести фигуры, образованной огибающей соответствующего спектра в полосе частот от 20 до 1000 Гц и осями координат. Среднюю крупность и дисперсию крупности измельченного материала внутри мельницы в каждый момент времени определяют из соотношений R(T)=A/N²(T) и σ(T) = B^.N³(T), где R(T) - средняя крупность помола в момент времени T

Σ(T) - дисперсия крупности помола в момент времени T

N(T) - номер центральной гармоники в момент времени T

T - время помола, А и В - коэффициенты пропорциональности, определяемые гранулометрическим составом исходного сырья. 1 ил. 8 табл.

Примечание. N - номер гармоники; А - амплитуда гармоники.

Таблица 2

Таблица 3

IIZ IZIIiniZI Z IIZ

Т а С л ii ц я 5

Таблица 6

riZIIZ ZIZZCZ

Время измельчения t, мин

Номер центральной гармоники, N52

Средняя крупность измельчения по данным ситового анализа (формула 3) К, мкм 84

Средняя крупность измельчения, полученная предлагаемым способом (ф-ла 1) R, мкм -84

Коэффициент парной корреляции для параметра К

Дисперсия крупности измельчения по данным ситового анализа, ф-ла (4), б мкм80

Дисперсия крупности измельчения, полученная предлагаемым способом (формула 1) С) , мкм80

Коэффициент парной корреляции для параметра б

Н(мм)

1 754

Т а 0 п и ц . J 8

9

8

59

66

65

115

I 1/

61

61

61

121

129

Н(мм}