Способ определения степени заполнения мельницы

008489 Данное изобретение касается способа определения степени заполнения мельницы и углового положения нижнего края загруженного в мельницу материала с использованием анализа колебаний приводной мощности мельницы или вращающего момента в частотной области. Самоизмельчение и полусамоизмельчение являются трудно управляемыми процессами, потому что загрузочный материал в них действует также как мелющая среда, из-за чего изменения в загрузочном материале оказывают сильное влияние на эффективность измельчения. Например, когда твердость загрузочного материала или размер частиц уменьшается, руда становится менее эффективной мелющей средой, что влияет на эффективность всего процесса измельчения. Традиционно измельчением управляют на основе приводной мощности, потребляемой мельницей,но при самоизмельчении и полусамоизмельчении приводная мощность особенно чувствительна к изменяющимся параметрам. Было обнаружено, что степень заполнения мельницы, выраженная в процентах от объема мельницы, является параметром, который заметно более стабилен и намного лучше описывает состояние мельницы. Но вследствие того, что степень заполнения при работе мельницы трудно определить, часто считают достаточным измерять массу загрузочного материала. Однако измерение массы имеет свои собственные проблемы как в оборудовании, так и в дрейфе измерений. Кроме того, могут существовать интенсивные вариации плотности загруженного материала, в случае которых изменения массы не обязательно следуют за изменениями степени заполнения. Из патента Финляндии FI87114 известны способ и устройство для измерения степени заполнения мельницы с использованием изменений, связанных с электродвигателем мельницы. Согласно упомянутому патенту FI87114, при измерении степени заполнения используется колебание мощности стандартной частоты, вызываемое лифтерами корпуса мельницы и действующее на электродвигатель, так что для определения момента столкновения между лифтерами корпуса мельницы и размалываемой массой измеряется смещение пиков колебаний мощности мельницы во времени. Чтобы синхронизировать измерения,снаружи от внешней окружности мельницы устанавливается измерительный датчик, а на внешней окружности мельницы монтируется взаимодействующая с этим датчиком деталь. Однако чтобы функционировать, способ согласно патенту FI87114 требует, по существу, постоянной скорости вращения. Целью данного изобретения является устранение некоторых недостатков известного уровня техники и создание улучшенного способа определения степени заполнения мельницы, который использует анализ колебаний, имеющих место в мельнице, в частотной области и не зависит от скорости вращения. Как дополнительный результат измерений, способ дает угловое положение нижнего края загруженного в мельницу материала. Существенные новые признаки изобретения перечислены в прилагаемой формуле изобретения. Колебания, используемые в способе согласно изобретению, такие как колебания, связанные с потребляемой мощностью или вращающим моментом, создаются, когда лифтеры мельницы сталкиваются с загруженным материалом, содержащимся в мельнице. Во время вращения мельницы нижний край загруженного в мельницу материала, образующего массу, которую необходимо измельчить, смещается по окружности мельницы, когда изменяется состояние мельницы, такое как степень заполнения или скорость вращения; это означает, что фаза колебаний также изменяется. При анализе колебаний в частотной области используется круговое сечение мельницы, при этом и горизонтальная, и вертикальная оси проводятся через центр сечения и в то же самое время через ось вращения мельницы. Система координат,определенная посредством горизонтальных и вертикальных осей, используется для измерения изменений, которые происходят на окружности мельницы. Посредством анализа колебаний в частотной области может быть рассчитана их фаза. На основе фазы колебаний дополнительно может быть рассчитано угловое положение нижнего края загруженного в мельницу материала относительно горизонтальной оси в координатах сечения мельницы. Согласно изобретению, например, анализ колебаний в частотной области целесообразно выполнять посредством преобразования Фурье. При выполнении анализа в частотной области предполагается, что сигнал колебаний мощности является эквидистантным для одного полного цикла относительно угла поворота мельницы. В случае, если частота вращения мельницы постоянна, отсчеты сигнала, которые являются эквидистантными относительно угла поворота, являются в то же самое время эквидистантными относительно времени. С другой стороны, если скорость вращения мельницы колеблется, отсчеты сигнала, измеренные с регулярными интервалами, не являются эквидистантными относительно угла поворота мельницы. В этом случае частота колебаний мощности непрерывно изменяется, и анализ колебаний в частотной области не является точным. Чтобы согласно изобретению сделать определение углового положения нижнего края и степени заполнения независимыми от скорости вращения, колебания скорости следует компенсировать в случае,если используется сигнал мощности, измеряемый с регулярными интервалами, а не воображаемый сигнал, выборки которого являются эквидистантными относительно угла поворота. Согласно изобретению, чтобы компенсировать скорость вращения мельницы и сделать степень заполнения мельницы и угловое положение нижнего края загруженного материала независимыми от колебаний скорости вращения мельницы, собираются отсчеты с постоянным интервалом дискретизации 1-20 мс, и одновременно собираются, с тем же самым постоянным интервалом дискретизации, отсчеты угла-1 008489 поворота мельницы. Угол поворота мельницы является углом, на который мельница поворачивается вокруг оси вращения мельницы после начального момента цикла поворота. Датчики, которые пригодны для измерения угла поворота мельницы, могут быть датчиками абсолютного угла или же датчиками приближения и датчиками расстояния, которые определяют угол поворота мельницы на основе геометрической формы внешней поверхности. Если угол поворота не был измерен в момент взятия отсчета, то отсутствующая величина угла поворота может быть рассчитана интерполяцией измеренных значений. Таким образом, на основе имеющихся величин мощности и угла поворота, получаемых с регулярными интервалами, получается функция мощности относительно угла поворота. Из этой функции линейной интерполяцией могут быть рассчитаны данные отсчетов, которые эквидистантны относительно угла поворота, для использования при анализе колебаний мощности в частотной области. Ниже изобретение описывается более подробно со ссылкой на прилагаемый чертеж, иллюстрирующий поперечное сечение мельницы и систему координат (х, у) с началом координат на оси вращения мельницы. На чертеже вращение мельницы 5 осуществляется в направлении, которое обозначено стрелкой 6. Относительно оси 8 вращения мельницы задана система координат (х, у), посредством которой поясняется положение загруженного материала 1, расположенного внутри мельницы и состоящего из измельчаемой массы. Когда мельница 5 работает, она вращается в направлении 6 вокруг оси 8 вращения мельницы; в этом случае угол поворота мельницы 5 возрастает во время вращения мельницы, начиная от начального момента цикла поворота, который на чертеже соответствует оси х в системе координат (х, у). Загруженный в мельницу материал 1 перемещается в соответствии с вращением, однако, так, что нижняя граница 4 между стенкой 7 мельницы 5 и загруженным материалом 1 остается, по существу, на месте. Нижний край 4 остается, по существу, на месте потому, что та часть загруженного материала 1, которая в системе координат (х, у) расположена на самом верху, падает вниз, тогда как та часть загруженного материала 1, которая расположена ниже всего в системе координат (х, у), поднимается по стенке 7 по направлению к самой верхней части загруженного материала. Позиция, в которой загруженный материал мельницы 1 и стенка 7 мельницы встречаются, т.е. угловое положение k нижнего края, задается точкой 4. Лифтеры (радиальные ребра), присоединенные к стенке 7 мельницы, такие как лифтеры 2 и 3, используются для подъема загруженного материала 1. Фазаколебаний мощности, вызываемых лифтерами, рассчитывается с использованием данных отсчетов Р(n), которые являются эквидистантными по углу поворота и получаются на основании мощности, потребляемой приводом мельницей, за один цикл поворота согласно следующей формуле (1): то есть аргумент комплексного числа z,N = число отсчетов Р(n),Nn = число лифтеров в мельнице,n = номер отсчета и= фаза колебаний, вызываемых лифтерами. Угловое положение нижнего края вычисляется из фазыколебания мощности, вызываемого лифтерами, по формуле (2) следующим образом: где kn = число лифтеров между лифтером 3, находящимся ближе всего к оси х, и лифтером 2, находящимся ближе всего к нижнему краю 4,k = угловое положение нижнего края иn = угол, отсчитываемый от оси х до лифтера 3, находящегося ближе всего к оси х, так что этот угол имеет положительное значение в направлении 6 вращения мельницы. Число kn лифтеров между лифтерами 2 и 3 неизвестно, но так как угловое положение нижнего края обычно находится в диапазоне 180-270, угол kn может быть ограничен диапазоном (1/2Nn, 3/4 Nn). Таким образом, число возможных значений k углового положения нижнего края сокращается, и далее,поскольку число kn лифтеров между лифтерами 2 и 3 является целым числом, число возможных значений k углового положения нижнего края составляет только 1/4 Nn. Из них может быть легко отобрано правильное значение, так как остальная часть значений описывает экстремальные условия, которые являются маловероятными. Степень заполнения рассчитывается на основании углового положения нижнего края, определенного по формуле (2), и скорости вращения мельницы посредством различных математических моделей,таких как модель, созданная в исследовательском центре Julius Kruttschitt Mineral Research Center(JKMRC). Эта модель описана более подробно, например, в книге Napier-Munn, Т., Morrell, S., Morrison,-2 008489Research Centre, University of Queensland, Indooroopilly, Australia, 1999). Формула для вычисления степени заполнения мельницы согласно модели JKMRC дается как формула (3) где степень заполнения определяется итерацией степени заполнения мельницы относительно внутреннего объема мельницы. В формуле (3) nс представляет собой экспериментально рассчитанную часть критической скорости мельницы, при которой центрифугирование является полным, np - скорость вращения мельницы относительно критической скорости, Vi - предыдущая степень заполнения мельницы, иVi+1 - степень заполнения мельницы относительно ее внутреннего объема, которую необходимо определить. Степень заполнения, определяемая согласно изобретению, может использоваться, например, при расчете шаровой загрузки посредством различных моделей, описывающих приводную мощность мельницы, когда приводная мощность мельницы также принимается во внимание. Точность расчета шаровой загрузки может быть дополнительно улучшена, если при определении принимается во внимание масса и/или плотность загруженного в мельницу материала. Кроме того, степень заполнения может использоваться для наладки, оптимизации и управления мельницей и/или циклом измельчения, а так же для того,чтобы избежать перегрузки. В способе согласно изобретению угловое положение нижнего края загруженного в мельницу материала, используемое при определении степени заполнения, также может использоваться для управления мельницей, когда точка удара мелющей среды о стенку мельницы также известна. Эта точка удара может быть рассчитана посредством различных математических моделей, описывающих траектории движения мелющей среды, на которые воздействуют, среди прочего, скорость вращения мельницы, футеровка мельницы и размер частиц мелющей среды. Измельчение наиболее эффективно, когда мелющая среда ударяет по нижнему краю загруженного материала, и, следовательно, скорость вращения, которая оптимизирует эффективность измельчения, может быть рассчитана, если известны точка удара и угловое положение нижнего края. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ определения степени заполнения мельницы и углового положения (k) нижнего края загруженного в мельницу материала, образованного массой, которую требуется измельчить, причем указанная мельница снабжена лифтерами, присоединенными к стенке мельницы для подъема загруженного материала, при этом согласно указанному способу измеряют мощность, потребляемую мельницей, или вращающий момент мельницы, из полученных результатов измерений определяют фазуколебаний потребляемой мощности или вращающего момента, используя анализ в частотной области, и по этой фазеопределяют угловое положение (k) нижнего края загруженного материала и степень заполнения мельницы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализ колебаний мощности мельницы в частотной области выполняют посредством преобразования Фурье. 3. Способ по какому-либо из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что для обеспечения независимости степени заполнения мельницы и углового положения (k) нижнего края загруженного материала от флуктуаций скорости вращения мельницы при каждом измерении измеряют текущий угол поворота мельницы, и посредством этих измерений текущего угла поворота учитывают флуктуации скорости в сигнале, который должен анализироваться в частотной области. 4. Способ по какому-либо из пп.1-3, отличающийся тем, что при измерении угла поворота часть углов поворота мельницы измеряют, а часть рассчитывают путем линейной интерполяции на основе измеренных углов. 5. Способ по какому-либо из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что при определении степени заполнения мельницы посредством углового положения нижнего края загруженного в нее материала применяют математическую модель, такую как модель JKMRC. 6. Способ по какому-либо из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что результаты измерения мощности, используемые при определении степени заполнения мельницы, и степень заполнения как таковую используют для расчета шаровой загрузки мельницы. 7. Способ по какому-либо из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что угловое положение нижнего края загруженного в мельницу материала, используемое при определении степени заполнения мельницы, используют для улучшения эффективности измельчения, когда точку удара мелющей среды вычисляют с помощью математической модели.