球磨机负荷的检测

球磨机负荷的检测

         球磨机负荷是指磨机中球负荷、物料负荷以及水量的总和，它是磨矿过程一个重要参数、直接影响到磨矿的效果。在实际生产过程中，由于矿石性质的波动以及一系列外界因素的干扰和操作水平的差异等，使球磨机的负荷难以维持在最佳水平，不能充分发挥球磨机的功效，因此，在磨矿过程自动控制中，球磨机负荷的检测和控制是球磨机自动控制最重要的内容。能否准确地检测出球磨机的负荷（包括球负荷、物料负荷以及水量的各自数值）是整个球磨机优化控制成败的关键。

         一、球磨机负荷的直接检测方法

        1973年第十届国际选矿会议上由捷克斯洛伐克布拉格矿山研究院B、Lanstiak报道，认为球磨机中的矿浆面和球磨机的产量之间存在着函数关系，矿浆面与球磨机的负荷率有着密切的关系。测量球磨机内矿浆面时，用电极做探测器，根据电极的输出可以判断出球磨机内矿浆面的高度。

        虽然直接检测法能够获得比较满意的结果，但具有以下缺点：

        （1）只能检测出球磨机中的矿浆面，而介质充填率、料球比和磨矿浓度则不能检测出来；

        （2）电极的安装位置需要解决：

        （3）电极需要保护以免遭受落球的机械破坏，因此，电极不易拆除。为检修和更换带来了困难；

        （4）检测数据传递方法需要解决。正是因为这些缺点的存在，这种方法一直未能得到推广应用。

          二、球磨机负荷的间检测方法

         球磨机负荷的间接检测是目前工业生产中的常用方法。

         （一）单因素检测

         （二）声响法

         1、工业生产实践表明球磨机的声响与其物料负荷具有一定的关系、这种方法的实质就是根据球磨机所产生噪间的不同来确定球磨机内的物料负荷。当球磨机中物料负荷增加时，球磨机噪音强度减小；反之，球磨机噪间强度就增加，即在球磨机噪音强度和球磨机中物料负荷之间存在着关系。因此，可以利用球磨机的噪间强度来评估球磨机中的物料负荷。

         声响法检测球磨机负荷既可以用于湿式磨矿又可以用于干式磨矿，可以提高磨矿处理能力及其产品的细度、并能节省钢耗和能耗：相对其它方法来说，测量信号比较灵敏。这种方法遇到的主要问题是其它磨机所产生的干扰、传感器的位置必须选择正确、以避免这种干扰现象。另我，声响法只能确定料球比，而不能确定介质充填率，也不能确定磨矿浓度。

         2、有功功率法

         湿式球磨机的工作特性可以直接用消耗的有用功率来描述。当磨机及其转速均固定时，根据理论推算和实际检测结果表明球磨机电机有功功率和球磨机负荷之间存在有一定的关系。随着球磨机负荷的增加、开始时球磨机电机的有功功率明显上升、到达某一极值后、随着球磨机负荷的增加、有功功率反而下降，此极值可以认为是球磨机负荷的最佳点。因此，有用功率直接与球磨机负荷有关。

有功功率法检测信号受周围环境的影响比较少，检测结果比较准确，但检测信号灵敏度不高，影响控制效果，而且影响有功功率的因素较多，单靠球磨机的有功功率信号既不能确切判断球磨机中介质充填率的水平。也不能确切判断球料比的水平：另外，由于球磨机有功功率有一极大值。因此当功率降低时难以根据检测信号来判断球磨机负荷是增大还是减小。

         3、振动法

         球磨机运转时，研磨体和物料偏于磨机的一侧，并不断地滚滑和下落、冲击研磨物料、磨机的转动部分处于严重的不平衡状态，造成不平衡的离心力，使磨机系统振动。在磨机转速不变时其振动强度与被磨物料多少有关，检测出磨机的振动强度就可间接反映出磨机中物料负荷的情况。

振动法检测信号的灵敏度比较高、能随时显示球磨机内物料的变化、而且不受周围噪声源的影响，传感器密封好，能有效防水、防尘，因而可以适应选矿厂的恶劣工作环境。但是当电网电压特别是电网频率发生变化时，磨机转速的微小波动，或者磨机内研磨体的损耗等的影响会使物料负荷控制点产生漂移，影响检测和控制质量、不能检测出磨矿浓度的大小以及介质充填率。

         4、压力传感器法

       （1）利用一种负荷传感器安装在球磨机的给矿端和排矿端的轴承下连续对磨机称重，从而确定球磨机内球介质、矿石和水的总量，确定磨机的负荷。其优点是简单、缺点是检测精度不高、不能准确检测出球磨机中球介质、矿石和水各自的量。另外，球磨机衬板的磨损、矿石性质的变化、钢球添加前后重量的变化等都会对检测结果产生比较大的影响。

      （2）南非某研究所通过在磨机内安装压力传感器的方法来测定磨机内负荷的情况，为确定磨机的负荷提供了一种新方法，该方法是在磨机内衬上安装了一个能测定径向压力和切向压力的传感器，则压力传感器测量得到的信息通过传导引入微机，微机可以将信号进行处理，得到频谱图，通过分析可以知道球负荷和物料负荷的比例，通过个压力传感器的传递、掌握了大量磨机内运行的状态。该检测系统的数据传递是一大难题。

      （3）克拉茨（J.KOLACZ）采用一个压电应力传感器来测量磨机壳体应力的变化、传感器安装在磨机壳体应力变化最大的中间部位。当传感器位于磨机筒体顶部时，测量的是压力，而位于筒体底部时则测量的是张力，根据读数的变化来计算总压力的变化，该压力变化与磨机负荷成比例。

         5、差动电磁传感器法

         差动电磁传感器法由保加利亚中央综合自动化科学研究所研究，并已经获得zhuanli。它仅测量磨机壳体振动的有用信号部分，并消除一般的干扰信号。该传感器可安装在距离球磨机机壳71～80mm处，在该距离范围内，输出信号几乎与距离变化无关。传感器的可靠性和灵敏度高，信号输送延迟较小。但这种检测系统不能检测出球磨机的介质充填率、料球比以及磨矿浓度的具体数值。

         6、霍尔功率变送器法

         在球磨机一双螺旋分级机组成的闭路磨矿系统中、采用测量分级机返砂量的方法间接反映球磨机负荷。在磨矿生产过程中、当球磨机负荷超过正常值时，球磨机排矿粗粒成分增加，这必将使返砂量增大：反之返砂量减少。因此，认为用测量返砂量的方法间接返映球磨机负荷是可行的，返砂量的测量，采用霍尔功率变送器测量分级机的电功率。同时这个测量不要求测量功率的绝对值，故仅测双螺旋分级机内旋三相电动机的单相功率变化值，以反映返砂量的相对变化，实现球磨机负荷的自动控制。

         7、示踪原子法

          国外曾经进行过研究，其主要原理就是利用示踪原子来确定物料在球磨机中的滞留时间，从而计算出物料滞留在球磨机中的量，但这种方法由于精确度不高，实施困难而未能在实际中得到应用。

         （二）双因素检测

         1、功率一声响双信号检测

         东北大学硕士研究生杨小生提出了采用功率－声响双因素联合，来检测和控制球磨机负荷，具体方法如下：1、由于在实际生产应用的转速率ψ范围内（ψ=60%～85%）。无论介质充填率为何值，料球比增加。声强都有所下降，因此，根据声强的下降值可以判断出料球比的范围值。2、根据判断的料球比值φm和检则到的有功功率值，按N有=F（ψ、φm）关系求得磨机中介质的充填率值。

这样，根据有功功率－声响双信号就可以比较准确地判断出球磨机生产中介质充填率和料球比值，然后根据需要来调整介质加入量和返砂量或磨机的新给料量，使得球磨机的效率最高。

         这种检测和控制系统具有以下特点：1、能够比较准确地控制球磨机中物料量和介质充填率。但未考虑磨矿浓度的影响，也就是说，不能确定磨矿浓度。因此，采用功率－声响双信号自动控制也不能使磨机运行在最佳磨矿点上，还应该加上矿浆浓度（或粘度）以及钢球配比的信号。

         2、与单一信号相比、双信号检测和控制更加及时、准确。

         2、声响－振动双信号检测

         机械磨矿发出的振动信号，可以用一些仪器或仪表将其检测出来。振动信号的变化取决于磨矿状态的变化，曾义根（中国留瑞典学生）在工业球磨机上对其振动信号进行了初步研究，球磨机的机械振动用加速度仪进行测定。声压的变化用麦克风进行测量（麦克风安装在球体降落的一侧）。作者的研究结果表明、振动信号的变化与磨矿操作参数的变化紧密相关，球磨机的功耗和产品粒度主要与机械振动信号有关，而其它因素则主要与声音振动信号有关。作者指出，通过振动信号的测量，可以监测磨矿操作参数的变化情况。

         另外，还有功率－振动双信号检测球磨机负荷等方法以。但总体来说，双信号检测球磨机负荷仍然不能确定球磨机的内部状态。

         另外，还有功率－振动双信号检测球磨机负荷等方法。但总体来说，双信号检测球磨机负荷仍然不能确定球磨机的内部状态。

         综上所述，靠单因素不能实现球磨机负荷的准确检测，更无法判断球磨机的介质充填率、料球比和磨矿浓度；双因素检测虽然较单因素检测前进了一步，但仍无法判断球磨机的磨矿浓度。因此，单因素检测和双因素检测都无法准确判断球磨机的内部工作状态（即介质充填率、料球比和磨矿浓度），因此难以实现球磨机的最优控制。球磨机负荷检测的发展趋势应该是多因素联合检测（至少应该是三因素）