专利名称：测定管状旋转碾磨机的填充率的方法及执行该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测定管状旋转碾磨机的填充率的方法，所述碾磨机包括一个圆柱形的圆筒，该圆筒绕它的纵轴旋转，其中的内容物由一种包含磨料和待粉碎物料的装料(load)组成，该磨料由金属合金制成，该待粉碎物料当它被粉碎时在碾磨机内形成浆料，在碾磨机旋转期间，从旋转方向看，基本上占据了碾磨机横截面的第四个三角象限，而内容物的底部延伸到第三个三角象限并且其顶部上升到第一个三角象限。本发明还涉及一种能够有利地执行该方法的装置。
本发明的主要目的在于球磨机或棒磨机类型的碾磨机，尤其是用于粉碎渣块或者用于粉碎煤和矿石。
背景技术：
为了使在湿法处理环境下工作的矿用碾磨机处于最佳状态操作，知道碾磨机的填充率是特别重要的，因为在这里磨料的磨损是很重的，磨料几乎必须要经常地供应。这就需要在任何时刻都应当知道碾磨机中还有的磨料量，并且需要能够得到一种可以独立地测量碾磨机中所含的磨料量和浆料量。
已经注意到，当浆料的体积大致与磨料间的间隙体积相等或者稍微大于该体积时，能够获得最佳的粉碎条件，然而不超过它20％。当浆料的体积太小时，粉碎输出量就减少，特别是，处于彼此接触的磨料块会相互磨损。当浆料的体积太大时，粉碎输出量也减少。因而，知道碾磨机中的浆料量就允许以最合适的方式调整碾磨机的供应量，这种方式与碾磨机的最佳操作状态相符合。
在目前已知的用来确定处于操作状态下的碾磨机的填充率的各种技术中，都不能完全令人满意，因为它们通常是太不精确或者太不完全。
第一种方法包括测量碾磨机吸收功率的进展情况。被碾磨机吸收的功率随着填充率而增加，并且在它开始减少之后达到一个最大值，特别是因为不平衡影响被减小了。功率曲线显示出一个非常平的最大值，一旦接近该最大值，测量的灵敏度就大大降低。这一方法被记载于1998年“加拿大矿石加工机械”汇编(“Canadian Mineral Processor”Proceedings 1998)，论文No.24，渥太华，安大略省。
第二种方法包括测量被施加在镀层上的力。在该镀层中放置有一块测量板，当它进入装料中时，施加在该板上的力突然增大并且当该板从装料中出来时突然减小。这种测量仅仅适用于设有橡胶镀层的碾磨机并且对所述测量板的磨损非常灵敏。在专利WO 93/00996中描述了这一方法。
另一种方法包括测量碾磨机的圆筒的变形，假定它要经受径向和横向变形，当碾磨机被装料时所述变形会增大。在小L/D比(碾磨机的长度与它的直径之比)并借助于任何固定元件，比如一个中间隔板或者使圆筒或镀层具有很大的厚度的情况下，这种测量的灵敏度被降低。这种测量的原理被记载于1997年由J.Kolacz编著的采矿工程(Mineral Engineering)第10卷第12期中的论文“碾磨机回路中碾磨机负荷的测量系统”(Measurement System of the Mill Charge in Grinding Ball MillCircuits)，第1329-1338页。
为了能够直接测量碾磨机的重量，还已经考虑了平衡的装置。然而，该装置非常难以用于现有的碾磨机。
再一种方法包括测量因磨料与碾磨机镀层之间的冲击而产生的噪声。噪声随着磨料的填充率而增大，但是，由于待粉碎物料减弱了冲击，当填充物料增加时噪声减小，于是测量就不准确了。为了进行这些测量，已经使用麦克风并将它放置在碾磨机的圆筒附近，以便检测噪声。然而，这种方法受到外界噪声(该粉碎间中的相邻碾磨机)以及其它因素，比如待粉碎物料的性质、磨料的形式和镀层的磨损情况的影响。这一方法被记载于1994年第4期由F.Godler和J.Hagenbach编著的Zement-石灰-石膏(Zement-Kalk-Gyps)中的论文“用于测量管磨机中磨料进给的填充率的新声音法”(New acoustic method for measuring the filling ratio of millfeed in tube mills)，第E114-E119页。
德国专利DE19933995A1试图用固设在圆筒中的超声波传感器替换所述麦克风来补救各种噪声的干扰。这些传感器测量在它们被附设的位置上的圆筒的振动，而不是测量通过空气传播的噪声，这解决了干扰噪声的问题。
而且，上述所有方法的缺点是，它们不能允许对磨料的填充率以及浆料或者待粉碎物料的填充率进行单独的测定。
通过波吸收进行测量实际上允许区分待粉碎物料与球体，但是不适用于所有类型的物料，并且存在因X或伽马射线造成的健康危险。

发明内容
本发明的目的是提供一种新方法和装置，允许对填充率进行可靠的测定，能够在现有的碾磨机上很容易地实现，并且能够分别提供有关磨料和浆料的信息。
为了实现此目的，本发明提出一种如序言部分所述类型的方法，其特征在于，通过一个模型建立一个运算法则，并且定义在碾磨机的填充率与研磨内容物的底部和顶部的角坐标以及它的被吸收的功率之间的关系，而且内容物的底部和顶部的角坐标被在碾磨机中测量，以确定其填充率以及其被吸收的功率，以及，碾磨机的填充率是通过这些测量以及所述运算法则确定的。
这些测量可以被独立地进行，以便确定磨料的填充率和浆料的填充率。
磨料(grinding load)的底部和顶部的角坐标被通过感应来测定，而浆料的底部和顶部的角坐标被通过传导来测定。
用于实现所述测定碾磨机填充率方法的装置，包括一个具有内层板的圆筒，其特征在于，该板包括至少一个由树脂或者合成橡胶制成的板，探测系统被集成在所述板中，以便探测该系统进入碾磨机内容物之处的角坐标以及该系统从碾磨机内容物中出来之处的角坐标，所述圆筒包括一个用来随着碾磨机的每一转产生一个同步信号的传感器，由所述探测系统和传感器产生的所述信号被在一个集成处理器件中处理并由无线电波发送到一个处理中心。
所述探测装置最好是包括一个感应传感器，用于测定磨料底部和顶部的角坐标，以及一个传导传感器，用于测定浆料底部和顶部的角坐标。
所有传感器最好是成双倍的并被嵌埋在包含它们的板中的不同深度处，以便当板磨损时能够连续地起作用。


通过下面结合附图对本发明的一个优选实施例进行描述，本发明的其它特点和特征将更加清楚，其中图1示意性示出一种碾磨机的径向横截面；图2是一种具有本发明所提供装置的碾磨机的纵断面示意图；图3示意性示出图2所示碾磨机的径向横截面图；图4和图5示出具有传感器的所述板的截面放大图；图6是一个类似于图的视图，示出角坐标的细节；图7示出一个图表，表示在根据本发明的测定结果与磨料的实际重量之间的校正。
具体实施例方式
图1示出一种碾磨机，具有一种由球体组成的磨料1，并包括一定量的待粉碎物料2，该物料形成所述浆料。磨料球体的填充通常达到碾磨机总体积的20至40％，这取决于操作条件。使碾磨机处于最佳操作状态的浆料体积，如序言中所定义的，大致与球体之间的间隙体积一致或者稍高于它，但是不超过20％。
在碾磨机沿图1中箭头所示方向旋转期间，碾磨机的内容物具有球形形状，其横截面为“豌豆荚”形，并主要集中在第四个三角象限内。然而，浆料的底部3和球体的底部5进入第三个三角象限，而浆料的顶部4和球体的顶部6上升到第一个三角象限内。
由于磨料1和浆料2具有不同的结构，它们各自的底部5和3以及它们各自的顶部6和4具有不同的角坐标。于是，磨料1比浆料2上升得多。如下文所述，本发明就是利用这些差别来分别单独确定磨料的体积和浆料的体积。
为此，本发明提供传感器，用以在它们分别进入浆料2和磨料1之时释放一个电信号，而在它们从浆料和磨料中出来之时释放另一个信号。
对于浆料，本发明设有传导传感器7和8，通过一个传感器测量由一个化学电池产生的电流，该电池由两块具有不同成分的钢组成并形成电极，电极被通过一个由所述浆料组成的传导介质相互连接，所述电极是电流的来源。
这些钢块被集成到一块由树脂或合成橡胶制成的板9中，为了便于接近，它被放置在碾磨机的门上。
在一个优选实施例中，分别如图4和5所示，设有一对传感器7和8。如图所示，这些传感器被嵌埋在合成橡胶板9的不同深度处。于是，当在图4所示表面上的传感器7，8因磨损被损坏时，图5中被埋在板9中的传感器7，8就能够接替起作用。
当碾磨机正在旋转时，在该传感器的电极7和8进入浆料的时刻，后者允许电流通过这些电极，从而释放一个信号，此探测能够确定浆料的底部3的角坐标。以同样的方式，当电极7，8从浆料中出来时，电流被切断，该切断的时刻提供了一个关于浆料4的顶部的角坐标的信息。
这种类型的测量不能用于磨料1，因为这种介质具有不连续的特性。为了进行此测量，一种本身公知的感应传感器10被采用并被放置在门的所述板9中，埋在树脂块中。如图2，4和5所示，这里将采用两个传感器10，为了当位于表面上的传感器因磨损被损坏时，能够连续地进行测量，传感器被埋在不同的深度处。
采用与上述方式相同的方式进行操作。当碾磨机旋转时，在感应传感器10进入磨料1中的时刻，它们检测电场的变化，其依次生成一个信号，其时机选择允许定位磨料的底部5。当感应传感器10从磨料中出来时，它们检测所述电场的新的变化，其允许定位磨料的顶部6。
为了能够确定这些角坐标，需要一个参考点。这是因为，随着碾磨机的每次旋转就生成一个同步信号，该碾磨机设有一个具有元件比如光电管的器件，被分别设置在圆筒上和一个固定底板上，并且允许为确定所述角坐标提供一个参考。假如该信号是起始点且假如圆筒的旋转速度是已知的，测量信号的产生和结束的时机选择对底部3和5以及顶部4和6相对于一个参考点的角坐标提供一个指示，该参考点可以是所述同步器件的位置的参考点。
由传感器提供的所述信号被一个集成系统12记录、过滤和处理，该系统被固定到圆筒上，它将这些信号通过无线电波发送到一个处理中心(未示出)。所有这些集成器件可以由一台被固定到圆筒上的发电机13来提供能量，或者通过感应来传递能量。
图6示意性地示出由传感器7，8和10进行的测量。这里分别有浆料的底部3的角度α1和顶部4的角度α2，以及分别有磨料的底部5的角度β1和顶部6的角度β2。这些角度是相对于一根参考轴测量的，在此情形下，该参考轴是由所述同步器件确定的。
为了能够测定磨料的填充率和浆料的填充率，用下面的公式建立数学模型J1＝a1α1+b1α2+c1kW+d1J2＝a2β1+b2β2+c2kW+d2其中-J1是浆料体积/碾磨机体积；-J2是磨料体积/碾磨机体积；-a，b，c，d是参数系数；-kW是用本身公知的方法测量的被吸收的功率。
这些模型，尤其是参数系数，可以通过根据经验的方式来确定，将不同已知量的磨料和浆料引入到一个碾磨机模型中，并且每次测量上述角度α1，α2，β1和β2以及被吸收的功率。
试验已经显示出，由本发明提供的测定方法能够以更高的准确度操作。图7累计地示出了这种试验的结果，用以测定在粉碎矿石时磨料的填充率。
这些试验所用的磨料由直径为40mm和25mm的球体组成。矿石与水的相对百分比被保持恒定，碾磨机的旋转速度是每分钟34转。碾磨机中球体的填充逐渐从700kg增加到900kg，每次供应8至29kg之间。浆料的填充不被控制，但是随着过程的进行而改变并在289至443kg之间变化。
图7中的直线表示碾磨机中球体的实际量。点表示通过上述数学模型并且基于对角度α1和α2及被吸收功率的测量而获得的球体的测定量。这些试验已经显示出，本发明测定球体的填充率能够达到98％级别的准确度。
另外，对浆料的角坐标α1和α2的测量提供了有关浆料的流动性的信息，即它的水分。实际上，浆料的流动性越高，则浆料升高得就越低，因而角度α2就越小。这一知识也有利于使碾磨机的操作最佳化。
权利要求
1.用于测定管状旋转碾磨机的填充率的方法，所述碾磨机包括一圆柱形的圆筒，该圆筒绕它的纵轴旋转，其中的内容物由一种包含磨料和待粉碎物料的装料组成，所述磨料由金属合金制成，所述待粉碎物料当它被粉碎时在所述碾磨机内形成浆料，其中，在所述碾磨机旋转期间，从旋转方向看，所述碾磨机的内容物主要占据了所述碾磨机横截面的第四个三角象限，而所述内容物的底部延伸到第三个三角象限并且其顶部上升到第一个三角象限，其特征在于，通过一个模型建立一个运算法则，并且定义在所述碾磨机的填充率与所述碾磨机内容物的底部和顶部的角坐标以及它的被吸收的功率之间的关系，所述内容物的底部和顶部的角坐标被在所述碾磨机中测量，以确定其填充率以及其被吸收的功率，而且所述碾磨机的填充率是通过这些测量以及所述运算法则确定的。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨料的填充率和所述浆料的填充率被分别确定。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨料的底部和顶部的角坐标是相对于一参考角坐标通过一感应传感器测量的。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浆料的底部和顶部的角坐标是相对于一参考角坐标通过一传导传感器测量的。
5.按照权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述运算法则是J＝aα1+bα2+ckW+d其中-J是填充率；-α1和α2是所述内容物的底部和顶部的角坐标；-kW是以千瓦计的被吸收的功率；-a，b，c，d是根据经验确定的参数系数。
6.用于实现权利要求1至5任一项所述方法的装置，该方法用于测定碾磨机的填充率，该碾磨机包括一具有内层板的圆筒，其特征在于，所述板包括至少一由树脂或者合成橡胶制成的板，一探测系统被集成在所述板中，以便探测所述系统进入所述碾磨机内容物之处的角坐标以及所述系统从所述碾磨机内容物中出来之处的角坐标，所述圆筒包括一用来随着碾磨机的每一转产生一同步信号的传感器，由所述探测系统和传感器提供的所述信号被在一集成处理器件中处理并通过无线电波发送到一处理中心。
7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，所述探测系统被设置在所述碾磨机的一通道门内。
8.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，所述探测系统包括一传导传感器，用于单独地确定磨料的底部和顶部的角坐标。
9.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，所述探测系统包括一传导传感器，用于单独地确定浆料的底部和顶部的角坐标。
10.按照权利要求8和9所述的装置，其特征在于，所有传感器都是成双倍的，并被埋在包含它们的所述板中的不同深度处。
全文摘要
本发明涉及一种方法，包括通过建立模型而建立一个运算法则，其定义在碾磨机的填充率与碾磨机内容物的底部和顶部的角坐标以及它的被吸收功率之间的关系，通过在欲被确定其填充率的碾磨机中，测量其内容物的底部和顶部的角坐标以及其被吸收的功率，基于所述测量和运算法则，确定碾磨机的填充率。
文档编号G01M99/00GK1589178SQ02823175
公开日2005年3月2日 申请日期2002年11月11日 优先权日2001年11月22日
发明者贝尔纳·德哈斯 申请人:马格托国际公司