专利名称：铁矿矿浆工艺控制参数在线连续测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁矿石湿法选矿超细碎及磨选段矿浆在压力管道输送过程中工艺控制参数的连续在线测量。
背景技术：
我国贫铁矿石资源较为丰富，矿石性质也较为复杂，尤其是采出矿品位(含铁量)波动大，即使是同一矿山，其采出矿石品位也难以控制。为提高铁矿石入炉冶炼品位，国内绝大部分铁矿石选厂均采用湿法阶段磨选方法处理铁矿石。经湿法磨选后得到的铁精矿(或中间产品)，一般情况下采用矿浆泵和配套的输送管线扬送至下段作业。由于入选铁矿石品位及输送量的波动，湿法磨选后得到的铁精矿(或中间产品)的品位和矿量也随之产生更大的变化，常出现上、下段作业联接失控的局面。因此，矿浆管道压力输送时的矿浆密度、浓度、流量、品位这四大指标的在线计量，对确保铁矿石选厂(尤其是大型铁矿石选厂)的正常生产十分重要。
目前，国内铁矿山中，在线测量矿浆压力输送管中矿浆密度、浓度和品位的分立式仪表应用较为普遍，各仪表自成系统、独立运行，但一般情况下它们也只用在各待测参数相对稳定的成品铁精矿的矿浆输送段，而用在原矿和中间产品在线检测的情况则极为少见，即使勉强使用、其测量误差也很大，无法满足工艺过程控制的要求。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种铁矿矿浆工艺控制参数在线连续测量仪，实现超细碎或磨选生产过程中同时对每一选段溢出矿浆的多个物理量进行连续在线检测和计量，这些物理量包括矿浆的质量流量、矿浆密度、矿浆液度、矿石输运量、矿石铁品位的瞬时值、平均值、累计值。
本发明的技术方案是这样得以实现的一种铁矿矿浆工艺控制参数在线连续测量仪，其特点是它包括三个相对独立的一次测量传感单元流量测量传感单元7、密度测量传感单元2、铁含量测量传感单元6；它还包括将这三个测量传感单元送来的三个瞬时测量值通过嵌入式芯片和积算仪的分析运算获得所需各测量值的嵌入式通信计算分析器8、工控机9、显示大屏10；其中密度和铁含量测量单元采用一体化结构，三个测量单元分别独立给出同一时间的测量值；这三个测量值为矿浆瞬时流速、矿浆瞬时密度、矿浆瞬时单位体积的铁含量。在磁性矿浆输运路径上串接有耐磨性能优良的改性MC尼龙管11，铁含量测量传感单元6包括密绕在尼龙管11的外径中部的副线圈13和在副线圈之上迭绕的主线圈12；密度测量传感单元2包括放射源14、探测器15及能谱分析器3，放射源14设在MC尼龙管11的一侧，探测器15设在MC尼龙管11的相对一侧。
本发明为磁铁矿湿选管道矿浆输送过程中重要工艺控制参数的综合在线连续测量系统，其有益效果体现在a、配上流量计后，本系统可同步给出矿浆流量、矿粉输运量、矿粉铁品位的瞬时值，累计值，平均值，这些物理量都是工艺过程控制所特别关注的参数；b、在铁品位测量方面真正实现连续测量；c、由于本测量仪没有直接接触矿浆的部件，因此测量过程不改变矿浆流的状态；d、本测量仪为弱电磁+同位素仪表的合成系统，系统可长期、可靠工作，维护工作量小；e、由于在一套系统中同时测量多个参数，可明显降低成本。
图1是本发明的方框示意图。
图2是本发明的矿浆密度、浓度、品位在线连续测量一体化装置的原理结构图。
图中 1——矿浆流 2——密度测量传感单元 3——能谱分析器 4——探测器 5——放射源 6——铁含量测量传感单元 7——流量测量传感单元 8——嵌入式计算分析器 9——工控机 10——显示大屏11——改性MC尼龙管 12——主线圈 13——副线圈 14——放射源15——探测器 16——信号传输线 17——分析处理器具体实施方式
从图1可见，本测量仪包括三个相对独立的一次测量传感单元1、流速测量传感单元，2、密度测量传感单元，3、铁含量测量传感单元。其中密度和铁含量测量单元采用一体化结构，三个测量单元分别独立给出同一时间的测量值。这三个测量值为矿浆瞬时流速、矿浆瞬时密度、矿浆瞬时单位体积的铁含量。以这三个瞬时测量值为基础，通过嵌入式芯片和积算仪的分析运算获得所需各测量值。所有的直接测量均采用非接触方式，对矿浆的运动状态和物质分布形态均不产生影响或影响可以忽略。
一、流量测量单元在整个系统中流量测量单元相对独立，即使系统不含流量测量单元仍然会得到矿浆密度、浓度、品位的瞬时测量值以及时间平均值。由于现有流量计无法准确测量中矿以及超细碎段矿浆的流量。因此本系统采用了新的流量测量原理和测量方法。考虑到流量测量的相对独立性，矿浆流量测量将作为独立的专利另行申报。
二、密度测量单元采用中能γ射线透射法测量矿浆密度，该单元由三部分构成1、放射源。
放射源采用活度为30mCi的137Cs，137Cs的半衰期为30年，可以长期稳定使用，且该放射源价格低廉、容易获得。
2、探测器。
探测器由NaI(Ta)晶体探头、光电倍增管和前置放大电路组成，技术成熟、价格较底、探测效率和分辨率都较高。
3、能谱分析器。
由探测器输出的电压信号经能谱分析器再行放大、经稳峰器稳峰由多道能量分析器进行统计分析、计数，以准确判读137Cs发射的0.6MeV的γ射线全能峰的射线计数率。
三、铁含量测量单元1、测量原理矿浆中的铁矿石与矿浆中的其它成分(脉石、泥沙等)相比较具有较高的磁性，因此输送管道单位长度矿浆中的全铁含量与矿浆的磁导率为正相关关系。
对于铁矿的弱磁选工艺，经过磁选的矿物中强磁性矿物占有很大的比例。例如马钢南山矿、太钢尖山矿选厂一次磁选后的铁矿物中强磁性的磁铁矿占90％以上，而精矿粉中的这一比例则高达96％以上。虽然比磁化系数较低的铁矿、例如黄铁矿、赤铁矿、褐铁矿在铁矿物中占有一定的比例，但是整个铁矿物的磁性并不是各铁矿成分磁化系数的简单平均或加权平均，而是整个铁矿物都呈现强磁性质。
对于强磁性铁矿其磁化系数并非为常数，磁感应强度B与磁场强度H呈现非线性关系，而且矿物磁性与外加磁场的历史以及矿物颗粒的形状、粒径有关。但若保持磨选或超细碎工艺过程的相对稳定、经过磁选的矿物再经过恰当的脱磁、同时；若外加磁场很弱(变化范围很小)这时B随H的变化关系则是线性的，即存在以下关系B＝μH(1)其中磁导率μ值的大小与矿浆单位体积中的全铁含量呈正相关关系。
基于以上的分析，可以根据法拉第电磁感应定律，利用一对主、副线圈，在主线圈上施加一交变电压，副线圈将会产生感应电动势，该电动势的大小与输运管道中矿浆的全铁含量成强线性正相关关系。经过恰当标定，可以获得矿浆中单位体积的铁含量与感应电动势之间方差很小的线性回归方程。
2、测量方法图2为矿浆密度、浓度、品位在线连续测量一体化装置的原理结构图。
在矿浆输送管道上串装一段与输送管同内径的改性MC尼龙管，该尼龙管具有很高的耐磨性能。在尼龙管的外径中部密绕7cm长的副线圈，副线圈之上迭绕100cm长的主线圈。所用漆包线的外径为0.3mm。在空载(未有矿浆通过)情况下，主线圈电感Lo＝860mH，满载时主线圈电感最大值(试验值)Lmax＝1720mH。利用一交流恒流源作为主线圈的激励电源，频率为750Hz，电流为2.44mA。此时，副线圈上所激发的感应电动势与流经副线圈所在段矿浆的含铁量为强线性正相关关系，其回归方程的方均误差≤0.3％。副线圈感应电动势的值在690mV～1400mV之间。经标定后，无须放大电路可直读矿浆铁含量的模拟信号值。
四、矿浆密度、浓度、品位一体化测量装置该装置中包含两个独立的探测单元1、密度计，2、铁含量计。需要申明的是密度计的直接测量值为矿浆的瞬时密度，而铁含量计直接测量的是单位体积矿浆含铁(元素)量的瞬时值。
矿浆中含有三种成份水、铁元素和其它固体物质。从选矿工艺控制的实际需要出发，应该给出的测量值是1、矿浆中固体物质的密度，2、固体物质占矿浆的质量分数——矿浆浓度，3、铁元素占固体物质的质量分数——铁品位。因此无法从密度计和铁含量计直接得到所需要的测量值，故而需要一套分析计算方法，分析计算方法体现在一体化测量装置的原理设计中原理设计首先定义各物理量a——水在矿浆中的体积分数b——铁元素在矿浆中的体积分数c——其它固体物质在矿浆中的体积分数α——水在矿浆中的质量分数β——铁元素在矿浆中的质量分数γ——其它固体物质在矿浆中的质量分数Io——空载时0.662MeV射线全能峰计数率I——加载时0.662MeV射线全能峰计数率μstd——标准状态下矿浆对0.662MeV射线的平均吸收率μw——水对0.662MeV射线的吸收率μi——铁元素对0.662MeV射线的吸收率μo——其它固体物质对0.662MeV射线的吸收率d——矿浆输送管道的内径(射线穿越矿浆的路程)ρ——矿浆平均密度ρw——水的密度ρs——矿浆中固体物质的密度ρi——铁的密度ρo——其它固体物质的平均密度mi——副线圈所在段有效范围输送管内矿浆的瞬时铁含量Th——矿浆浓度p——矿浆铁品位(矿浆固体物质中铁的质量分数)一、已验证的四种基本假设(1)矿浆中单位体积内的铁含量与副线圈上的感应电动势成线性关系。
(2)矿粉密度与铁品位成线性关系。
(3)矿粉在形式上视为两种成分组成；铁元素以及其它固体物质。铁元素的密度为7.86g/cm3，假设其它固体物质的密度至少在同一磨选段为一常数。
(4)其它固体物质的射线吸收率至少在同一磨选段为一常数二、测量原理1、矿浆密度测量利用中能γ射线在不同物质的质量吸收率相差较小的特点，采用137Cs的0.662MeV透射矿浆得到矿浆密度ρ为ρ=lnIo/Iμstdd---(2)]]>2、矿浆浓度测量矿浆形式上视为三种物质组成水、铁元素、其它固体物质。矿浆密度ρ实际上是这三种物质密度的瞬时平均值，故有ρ＝ρwa+ρib+ρoc(3)矿浆铁含量计测量到的是有效测量区间内的瞬时铁含量mi，并存在关系mi＝ρivi＝vρivi/v＝vρib(4)其中v为有效测量区间的体积(简称有效体积)，该体积为副线圈的几何因素所决定、为一常数，该常数通过实验测定。vi为有效体积中铁元素所占据的体积。将式(4)代入式(3)并注意a+b+c＝1 (5)得到ρ=ρwa+miv+ρo(1-mivρi-a)---(6)]]>由式(6)可得到矿浆中水的体积分数a=mivρi-ρoρo-ρw+ρo-ρρo-ρw---(7)]]>设ρs为矿粉(矿浆中的固体物质)的密度、ρi为矿粉中铁元素的密度、ρo为其它固体物质的密度，η为矿粉中铁元素的体积分数。则有ρs＝ρiη+ρo(1-η) (8)联系式(8)、(3)、(5)、(6)可知；矿浆中固体物质的密度ρs满足ρs(1-a)=ρib+ρo(1-mivρi-a)---(9)]]>密度ρs为ρs=miv(1-a)(1-ρoρi)+ρo---(10)]]>体积分数和质量分数存在以下关系
α=ρwρaβ=ρiρbγ=ρoρc---(11)]]>矿浆浓度Th为矿浆中固体物质的质量分数Th＝1-α(12)将式(7)代入式(12)得到Th=1ρo-ρw{ρo-ρwρ[miv(ρi-ρo)+ρo]}---(13)]]>3、铁品位测量需要明确的是，在实际工艺控制过程中所关心的矿浆铁品位并不是矿浆中铁元素的质量分数而是铁元素在矿浆固体物质中的质量分数。因此矿浆铁品位p定义为p=β1-α---(14)]]>将式(11)、(12)代入式(14)得到p=mivρTh---(15)]]>三、测量校验尽管中能γ射线在不同物质中的质量吸收率相差较小，但其差别毕竟存在，而且水的射线吸收率明显偏大，当矿浆中水的质量分数波动较大时，利用式(1)计算矿浆密度会造成超过3％的误差，由于密度测量为基础测量、其误差传递将引起浓度、品位的更大测量误差，因此需要引入测量的自校验算法。
自校验算法包括两部分内容(1)利用矿粉密度与铁品位之间的线性关系对矿浆密度测量值进行校验。
(2)通过相关测得量之间的数理逻辑关系所建立的数据链，经迭代计算获得实际矿浆射线吸收率。
权利要求
1.一种铁矿矿浆工艺控制参数在线连续测量仪，其特征在于本测量仪包括三个相对独立的一次测量传感单元流量测量传感单元(7)、密度测量传感单元(2)、铁含量测量传感单元(6)；它还包括将这三个测量传感单元送来的三个瞬时测量值进行分析运算获得所需各测量值的嵌入式通信计算分析器(8)、工控机(9)、显示大屏(10)；其中密度和铁含量测量单元采用一体化结构，三个测量单元分别独立给出同一时间的测量值。
2.根据权利要求1所述的一种铁矿矿浆工艺控制参数在线连续测量仪，其特征在于在磁性矿浆输运路径上串接有耐磨性能优良的改性MC尼龙管(11)，所述的铁含量测量传感单元(6)包括密绕在尼龙管(11)的外径中部的副线圈(13)和在副线圈之上迭绕的主线圈(12)。
3.根据权利要求1或2所述的一种铁矿矿浆工艺控制参数在线连续测量仪，其特征在于所述的密度测量传感单元(2)所含放射源(14)设在MC尼龙管(11)所迭绕的副线圈(13)和主线圈(12)外部中央位置的一侧，探测器(15)设在MC尼龙管(11)之迭绕的副线圈(13)和主线圈(12)外部中央位置的相对一侧。
4.根据权利要求3所述的一种铁矿矿浆工艺控制参数在线连续测量仪，其特征在于本测量仪包括的三个相对独立的传感单元(7)、(2)、(6)所输出的三个瞬时测量值，并经由这三个测量值得到矿浆浓度、矿粉密度、矿粉铁品位、矿粉输运量的瞬时值、平均值、累计值的计算分析方法。
全文摘要
一种铁矿矿浆工艺控制参数在线连续测量仪，它包括三个相对独立的一次测量传感单元流量测量传感单元7、密度测量传感单元2、铁含量测量传感单元6；它还包括将这三个测量传感单元送来的三个瞬时测量值通过嵌入式芯片和积算仪的分析运算获得所需各测量值的嵌入式计算分析器8、工控机9、显示大屏10；其中密度和铁含量测量单元采用一体化结构，三个测量单元分别独立给出同一时间的测量值；以及以上述三个直接测量值为基础得到的各间接测量值的分析计算方法。本发明测量过程不改变矿浆流的状态，配上流量计后，可同步给出矿浆流量、矿粉输运量、矿粉铁品位的瞬时值，累计值，平均值；真正实现了在铁品位测量方面连续测量，本测量仪能够长期、可靠工作，维护工作量小、成本低。
文档编号G01D21/02GK1940490SQ200510094728
公开日2007年4月4日 申请日期2005年10月1日 优先权日2005年10月1日
发明者白建忠 申请人:白建忠