专利名称：定义研磨机充实度的方法
技术领域：
本发明涉及一种定义研磨机充实度和研磨机负载物的前缘角的方法，所述方法利用频域分析在研磨机拖动功率或转矩中出现的振动。
自体研磨和半自体研磨是难于控制的工艺，因为给料同时也作为研磨料，因而给料的改变对研磨的效率有很大的影响。例如，当减小给料的硬度和粒度时，矿石在整个研磨工艺效率中所起的作用不如研磨料有效。
按照常例，可基于研磨机拖动功率对研磨进行控制，但是拖动功率对参数的改变相当敏感，在自体研磨和半自体研磨中尤其如此。据发现，表示研磨机体积百分比的研磨机充实度是一个数值，该数值更稳定并更能描述研磨机的状态。但是由于难于通过在线测量推定充实度，因此，通常认为对负载物质量的测量已经足够了。然而，质量测量在安装和测量偏差方面都有其自身的问题。此外，可能出现负载物密度的强烈变化，其中，充实度的改变不会必然产生质量的改变。
从芬兰的专利87114中，已知一种用于测量研磨机的充实度的方法和装置，其中测量利用了相关研磨机电马达的变化。根据所述芬兰专利87114，在充实度的测量中，利用了由研磨机外壳的提料肋板所引起的并指向电动马达的标准频率功率震荡，这样，为了将冲击运动限定在研磨机外壳提料肋板和即将被研磨的块料之间，测量了研磨机功率震荡峰值相对于时间的变化。为了使测量同步，在研磨机周界的外侧安装了测量传感器，并在研磨机的周界上安装了对应的计算件(counterpiece)。然而，为了能够起作用，根据芬兰专利87114的方法要求基本上恒定的旋转速率。
本发明的目的是消除现有技术的某些缺陷，并实现确定研磨机充实度的改进方法，所述方法利用了对出现在研磨机中的震荡的频域分析，并不依赖于旋转速率。作为辅助测量单位，该方法提出了研磨机负荷的前缘角。本发明基本上新颖的特征在附加权利要求中提出。
在根据本发明的方法中所使用的震荡，例如相对于功率或转矩的震荡，是由于研磨机提料肋板碰撞容纳在研磨机内的装载物而产生的。当研磨机旋转时，在研磨机周界上的、构成将被研磨的块料的研磨机负载物前缘随着研磨机的状态的改变而改变，例如充实度或旋转速度的改变，即也意味着震荡相位的改变。在震荡的频域分析中，利用了研磨机的环形截面，从而在通过截面中心并同时通过研磨机的旋转轴线的水平和竖直轴线都有拉力。由水平轴和垂直轴定义的坐标系用于测量在研磨机周界发生的改变。借助于震荡的频域分析，可以计算出震荡相位。以截面坐标系中的震荡相位为基础，可进一步计算出相对于研磨机的截面坐标系中水平轴的研磨机负载物的前缘角。
根据本发明，有利的是，例如可以通过所谓的傅立叶变换进行功率震荡的频域分析。当进行频域分析时，假定功率震荡信号是与研磨机旋转角成比例相关的一个完整周期。倘若研磨机的旋转速度是常量，那么与旋转角成比例相关的信号样本同时与时间成比例相关。另一方面，如果研磨机旋转速度波动，则在正则区间测量的信号样本与研磨机的旋转角不成比例相关。这样功率震荡的频率连续地改变，从而功率震荡的频域分析不精确。
根据本发明，为了使充实度和前缘角独立于旋转速度，倘若使用了在正则区间采集到的功率信号而不是假定信号，并且所述正则区间的采样与旋转角成比例相关，则必须对速度波动进行补偿。
根据本发明，为了补偿研磨机的旋转速度，并使研磨机的充实度和负载物的前缘角独立于研磨机旋转速度的波动，在1-20ms的恒定采样区间采集样本，并且在同一恒定采用区间同时采集研磨机旋转角的样本。研磨机的旋转角是研磨机在旋转周期的初始时刻后绕研磨机旋转轴旋转的角度。适合测量研磨机的旋转角的传感器为绝对角变向器，以及根据外表面的几何形状检测研磨机的旋转角的近程传感器和距离传感器。倘若不能测量出样本给出时刻的旋转角，可内插测量值而计算出旋转角的漏测值。从而可通过利用在正则区间获得的功率值和旋转角获得与旋转角相关的功率的函数。从该函数，通过线性内插法，可以计算出与旋转角成比例相关的样本数据，用于功率震荡的频域分析。
以下将通过参考附图
对本发明进行更详细的说明，所述附解了研磨机的横截面，以及在横截面上建立的(x，y)坐标系，其原点位于研磨机的旋转轴上。
在图中，研磨机5以箭头6所示的方向旋转。在研磨机的旋转轴8上，建立了(x，y)坐标系，借此图解了位于研磨机内并由将被研磨的块料构成的研磨机负载物1的位置。当研磨机5工作时，以方向6绕研磨机旋转轴8旋转，在该情况下，在研磨机的旋转过程中，研磨机5的旋转角从旋转周期的初始时刻开始逐渐增加，所述图中的初始时刻由(x，y)坐标系的x轴描述。研磨机的负载物1随着旋转而运动，然而，在研磨机5的壁7和负载物1之间的前缘4基本上保持在通常位置。前缘4保持在基本上通常的位置，是因为位于(x，y)坐标系最高处的那部分负载物1下跌，而位于(x，y)坐标系最低处的那部分负载物1沿着壁7，向着最高处的那部分负载物上升。研磨机负载物1与研磨机壁7碰撞的位置即前缘角φk由前缘4定义。连接在研磨机壁7上的提料肋板，例如提料肋板2和3，用于提升负载物1。
根据下列公式(1)利用采样数据P(n)计算提料肋板所引起的功率震荡的相位θ，采样数据P(n)与旋转的角度成比例相关，并由一个旋转周期的研磨机的拖动功率获得θ=arg[Σn=0N-1P(n)exp(-2πinNnN)]---(1)]]>其中， 即复数z的幅角，N＝采样数据P(n)的样本的数量，Nn＝研磨机中提料肋板的数量，n＝样本数量，和θ＝由提料肋板所引起的震荡的相位。
根据如下所示的公式(2)，由提料肋板所引起的功率震荡的相位θ计算出前缘角φk=2π(kn+1)-θNn+φn---(2)]]>其中，kn＝在最接近轴线x的提料肋板3和最接近前缘4的提料肋板2之间的提料肋板的数量，φk＝前缘角，和φn＝从轴线x至最接近x轴的提料肋板3的角度，所以其具有研磨机旋转方向6的正值。在提料肋板2和3之间的提料肋板的数量kn是未知数，但是由于前缘角通常在180-270度的范围内，角kn可以限定在(Nn，3/4Nn)的范围内。从而，可能的前缘角度值φk的数量减少，此外，因为在提料板2和3之间的提料板的数量kn总是整数，所以前缘角φk的可能值的数值仅为Nn。在这之中，可以轻易的挑选出正确值，因为所描述的值的其它极端情况是不可能的。
用各种数学模型从研磨机的旋转速度和公式(2)所定义的前缘角计算出充实度，例如在Julius Kruttschitt矿物研究中心(JKMRC)中所定义的模型。在例如Napier-Munn，T.，Morrell，S.，Morrison，R.，Kojovic，T所写的书Mineral Comminution Circuits，TheirOperation and Optimisation(Julius Kruttschnitt Mineral ResearchCentre，University of Queensland，indooroopilly，Australia，1999)中详细的描述了该模型。研磨机的充实度的JKMRC模型的计算公式在公式(3)中给出nc,i+1=0,35(3,364-Vi)Vi+1=1,2796-φtoe-π22,5307(1-e-19,42(nc,i+1-np))--(3),]]>其中，通过重复与研磨机内部体积相关的研磨机充实度来定义充实度。在公式(3)中，nc是研磨机临界速度的试验性计算部分，在研磨机临界速度时，离心作用是完全的，np是相对于研磨机的临界速度的研磨机旋转速度，Vi是相对于研磨机内部体积的在先充实度，Vi+1是将被定义的充实度。
当使用描述研磨机拖动功率的各种模型来计算装球量时，或者在考虑研磨机拖动功率时，可以使用根据本发明所定义的充实度。当在定义时考虑研磨机加载物的质量和/或密度时，可以进一步的提高装球量的精度。另外，充实度也可用于调整、优化和控制研磨机和/或研磨流程，以及避免过载情况。
在根据本发明的方法中，当同时已知研磨介质在研磨机壁上的碰撞点时，用于定义充实度的研磨机负载物的前缘角也可用于控制研磨机。也可通过描述研磨介质的轨迹的各种数学模型计算出碰撞点，其中，研磨介质的轨迹受到研磨机旋转速度、磨衬和研磨介质尺寸的影响。当研磨介质碰撞负载前缘时具有最高研磨效率，从而当已知碰撞点和前缘角时，可以计算出优化研磨效率旋转速度。
权利要求
1.一种定义研磨机充实度和负载物前缘角(φk)的方法，其中利用了指向研磨机电动马达的震荡，以定义由将被研磨的块料构成的研磨机负载物的前缘(4)，其特征在于，从所获得的测量数据(P(n))，通过利用频域分析定义研磨机震荡的相位(θ)，并通过研磨机震荡相位(θ)定义负载物前缘角(φk)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在研磨机震荡的频域分析中，使用了与研磨机拉动功率相关的震荡。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在研磨机震荡的频域分析中，使用了与研磨机转距相关的震荡。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，通过傅立叶变换进行研磨机功率震荡的频域分析。
5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，为了使研磨机的充实度和负载物前缘角(φk)独立于研磨机旋转速度的波动，在每一次测量中都测量当前的研磨机旋转角，并依据该对当前旋转角的测量，在用于进行频域分析的信号中考虑速度波动。
6.如前述权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在旋转角的测量数据中，研磨机的旋转角的一部分是测量出来的，另一部分是从测量出的角度中通过线性内插法计算出来的。
7.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，当通过负载物前缘角定义充实度时，应用了数学模型，例如JKMRC模型。
8.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，利用定义研磨机充实度时所使用的功率测量数据以及充实度来计算研磨机的装球量。
9.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，当通过数学模型计算研磨介质的碰撞点时，可以利用定义研磨机的充实度时所使用的研磨机负载物前缘角来提高研磨机的研磨效率。
全文摘要
本发明涉及一种定义研磨机中充实度和负载物前缘角(φ
文档编号G01F23/00GK1738680SQ200380108891
公开日2006年2月22日 申请日期2003年12月31日 优先权日2003年1月17日
发明者J·耶尔维宁 申请人:奥托昆普技术公司