CN103534033A

CN103534033A - 观察研磨单元内部的质量变化的方法

Info

Publication number: CN103534033A
Application number: CN201280023585.8A
Authority: CN
Inventors: E.加勒斯特阿瓦雷兹; K.斯塔德勒
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: BR112013029004A2; WO2012156285A2; US20140070034A1; RU2013155472A; US9539582B2; WO2012156285A3; ZA201307873B; EP2522430A1; BR112013029004B1; EP2707140B1; PL2707140T3; EP2707140A2; CN103534033B; RU2558226C2; CA2833815C; AU2012257835B2; CA2833815A1

Abstract

本发明的目的是观察研磨单元内部的质量变化，所述研磨单元作为具有储存单元的研磨过程的一部分。质量变化得自研磨单元的质量衡算和储存单元的质量衡算。

Description

观察研磨单元内部的质量变化的方法

技术领域

本发明涉及研磨过程领域，特别是涉及一种观察研磨单元如球磨机或半自磨(SAG)磨机内部的质量变化的方法。

发明背景

研磨过程常用于工业过程，特别是用于水泥和矿物质生产和食品加工。目的是将原料研磨至足够的粒度。由此增大表面使得随后的化学反应或机械分离过程更有效地发生。

在研磨过程中消耗大量的电能。例如在水泥生产过程中，电能成本处于第二大成本位置。出于该原因，研磨优化系统广泛用于工业。这些优化系统依赖于与填充水平或填充程度相关的研磨单元内部质量的量。该量连续变化，例如归因于待研磨材料的可变硬度。由于研磨工作和所得到的灰尘，在操作期间不可能在研磨单元内部测量。另外的问题在于，由于通过与水或与空气对流而进行质量输送，来自研磨单元的输出不能直接测量。

在研磨单元外部的测量原理，其也称为"电子耳"并且尤其广泛用于球磨机，用麦克风检测磨机外壳的噪声或振动。理念是，当磨机变空时，噪声或振动水平比当磨机装满时更高。然而，由于测量精度差，结果不可靠并且通常没用。进行噪声的频谱分析和确定所选频率的相对份额稍微提高精度。但是磨机外壳和麦克风之间的空气间隙（其使得所述方法很容易受附近噪声来源的影响）和外壳的厚壁（其不可预见地影响不同的频率）仍导致不足够的精度。

DE 19933995公开了一种使用直接附着于磨机外壳的壁的麦克风，用于观察球磨机内部的质量的测量系统。该系统分析噪声的强度和频谱并且将其与磨机的相位角测量组合，以增加关于磨机内部球的运动的另外的信息。但是提出的解决方案仍遭受不可预见的影响和不足够的精度。

发明概述

本发明的一个目的是提供一种用于观察研磨单元（其作为具有储存单元的研磨过程的一部分）内部的质量变化的更可靠和精确的方法。

通过根据权利要求1的用于观察研磨单元内部的质量变化的方法实现该目的。由从属的专利权利要求，优选的实施方案是显然的。

根据本发明，对照所述量的测量，在状态观测器的意义上观察到研磨单元内部的质量变化。储存单元如筒仓经由磨机输出路径与研磨单元连接，并且按材料的流动方向位于研磨单元的下游。在研磨单元内部的质量变化得自预先建立的研磨单元的质量衡算和预先建立的储存单元的质量衡算。重复测定过程输入路径的质量流量、过程输出路径的质量流量和储存单元内部经研磨材料的质量变化作为质量衡算的部分。测定包括测量和导出，其中导出涉及建模。

在第一优选实施方案中，使用研磨单元内部估测的质量变化作为控制器的输入来控制研磨过程。因此，可降低或优化研磨过程的能耗。

在另一优选实施方案中，使用状态估测技术如Kalman过滤器或移动水平估测导出研磨单元内部的质量变化。因此，也可观察到具有不确定的过程模型的复杂研磨过程，所述不确定的过程模型例如由于存在未知的过程变量而不像具有确定的过程模型的研磨过程那样服从于直接的解析解。

在另一优选实施方案中，研磨过程包含具有筛分单元的封闭回路，该筛分单元也可称为分离单元或筛选单元，如筛、滤网、旋风分离器或过滤器。筛分单元按材料的流动方向位于储存单元上游，使用截止尺寸分离粗材料和细材料。返回路径将粗材料从筛分单元返回至研磨单元。在研磨单元内部的质量变化得自预先建立的研磨单元的质量衡算、预先建立的储存单元的质量衡算、预先建立的筛分单元的质量衡算和预先建立的返回路径的质量衡算。因此，用于观察研磨单元内部的质量变化的方法可适用于具有封闭回路研磨过程的系统。

在另一优选实施方案中，导出研磨单元返回路径内部的质量变化。该值用于取得在研磨单元内部的质量变化。因此，可对更详细的方面（如返回路径中的输送延迟）建模，并且得到较高的观察精度。

在另一优选实施方案中，通过光学或声学感应储存单元内部的物质表面，测定储存单元内部经研磨材料的质量变化。因此，可提供储存单元内部的质量变化的精确测定。

附图简述

参考在附图中说明的优选的示例性实施方案，在以下段落中更详细地说明本发明的主题，附图示意性显示：

图1：具有磨机和筒仓的敞开回路研磨过程；和

图2：具有磨机、旋风分离器和筒仓的封闭回路研磨过程。

在附图中使用的附图标记以及它们的含义在名称列表中以概要形式列举。原则上，在附图中，相同的部件提供有相同的附图标记。

附图标记列表。

1	磨机
		2	升降机
3	旋风分离器
		4	筒仓
5	表面传感器
		m₁	过程输入路径的质量流量
m₂	磨机输出路径的质量流量
		m₃	磨机返回路径的质量流量
m₄	分离器输出路径的质量流量
		m₅	过程输出路径的质量流量
M₁	磨机内部的质量
		M₂	返回路径中的质量
M₃	旋风分离器内部的质量
		M₄	筒仓内部的质量
V₄	筒仓内部的填充体积

发明详述

图1显示具有磨机1和筒仓4的敞开回路研磨过程。需要研磨的材料通过过程输入路径进入磨机1。在磨机1中，将材料研磨。在材料已研磨后，材料通过与磨机1和筒仓4连接的磨机输出路径离开磨机1，并且进入在其中储存材料的筒仓4。材料可经由过程输出路径从筒仓4取出。使用重量传感器重复测量过程输入路径的质量流量m₁和过程输出路径的质量流量m₅。此外，使用光学表面传感器5测量筒仓4内部的填充体积V₄。磨机1的质量衡算，

d/dt M₁ = m₁ - m₂

筒仓4的质量衡算，筒仓4中已知的平均材料密度ρ，

d/dt M₄ = m₂' - m₅ = d/dt V₄ ρ

并且假定在磨机输出路径中没有输送延迟

m₂ ≈ m₂'

对于磨机1内部的质量变化，得到以下模型方程式：

d/dt M₁ = m₁ - m₅ - d/dt V₄ ρ

使用重复测量的过程输入路径质量流量m₁、重复测量的过程输出路径质量流量m₅和重复测量的筒仓内部填充体积，重复求解该模型方程式。

图2显示封闭回路研磨过程。除了图1以外，旋风分离器3还位于磨机1和筒仓4之间。磨机通过磨机输出路径与旋风分离器连接。离开磨机1的经研磨的材料被升降机2升起，并且进入旋风分离器3。在旋风分离器3中，根据截止尺寸将经研磨的材料分成粗材料和细材料。细材料流动通过分离器输出路径进入筒仓4。粗材料通过磨机返回路径下降返回磨机1中。磨机1的质量衡算，

d/dt M₁ = m₁ + m₃' - m₂

旋风分离器的质量衡算，假定旋风分离器内部的质量变化可忽略不计，

d/dt M₃ = m₂' - m₃ - m₄ ≈ 0

筒仓4的质量衡算，筒仓4中已知的平均材料密度ρ，

d/dt M₄ = m₂' - m₅ = d/dt V₄ ρ

并且假定在磨机输出路径、磨机返回路径和分离器输出路径中没有输送延迟

m₂ ≈ m₂'

m₃ ≈ m₃'

m₄ ≈ m₄'

对于磨机1内部的质量变化，得到以下模型方程式：

d/dt M₁ = m₁ - m₅ - d/dt V₄ ρ

代替示于图1和2的结构，具有一个、两个或更多个研磨阶段的任何敞开或封闭的回路研磨结构是可能的，像例如包含任何形式的研磨单元、分离单元、储存单元和(在封闭回路布置情况下)任何形式的返回回路的SAG磨机和球磨机的组合。

对于返回路径和旋风分离器3内部的质量变化还可进行其它假定和/或改为提供其它测量。与以上假定相反，如果考虑返回路径中的质量变化，则可能需要进一步测量另外的过程量。另一方面，由于缺少测量，研磨过程的模型可能变得不确定，并且如在EP 2169483中描述的模型和估测器方法(如Kalman过滤器或移动水平估测)可用于测定在研磨单元内部的质量变化。如果研磨过程不能作为时间不变式（time invariant）处理，则这一点特别有利。可使用其它测量原理(例如光学测量)来进行测量过程输入路径的质量流量m₁和过程输出路径的质量流量m₅。对于测量筒仓4内部的填充体积V₄，可使用声学原理。

Claims

1. 观察作为研磨过程的一部分的研磨单元内部的质量变化的方法，所述研磨过程具有将待研磨的输入材料进料到所述研磨单元的过程输入路径、用于储存来自所述研磨单元的经研磨材料的储存单元和用于从所述储存单元除去经研磨材料的过程输出路径，所述方法包含以下步骤：

a) 测定所述过程输入路径的质量流量(m₁)和所述过程输出路径的质量流量(m₅)；

b) 测定所述储存单元内部的经研磨材料的质量变化；和

c) 从所述储存单元内部测定的质量变化和测定的质量流量，并且基于预先建立的所述研磨单元的质量衡算和预先建立的所述储存单元的质量衡算，导出所述研磨单元内部的质量变化。

2. 权利要求1的方法，所述方法还包括以下步骤：

d) 相应于所述研磨单元内部观察到的质量变化，控制所述研磨过程。

3. 权利要求1或2的方法，所述方法包括以下步骤：

c') 从所述储存单元内部测定的质量变化和测定的质量流量，并且使用状态估测技术如Kalman过滤器或移动水平估测，基于预先建立的所述研磨单元的质量衡算和预先建立的所述储存单元的质量衡算，导出所述研磨单元内部的质量变化。

4. 权利要求1-3中的一项的方法，其中所述研磨过程包含封闭回路，所述封闭回路具有位于所述储存单元上游的分离粗材料和细材料的筛分单元和将粗材料从所述筛分单元返回至所述研磨单元的返回路径，所述方法包含以下步骤：

c'') 从所述储存单元内部测定的质量变化和测定的质量流量，并且基于预先建立的所述研磨单元的质量衡算、预先建立的所述储存单元的质量衡算、预先建立的所述筛分单元的质量衡算和预先建立的所述返回路径的质量衡算，导出所述研磨单元内部的质量变化。

5. 权利要求4的方法，所述方法还包括以下步骤：

e) 导出所述返回路径中的质量变化和使用该值来导出所述研磨单元内部的质量变化。

6. 用于观察研磨单元内部的质量变化的系统，所述研磨单元作为研磨过程的一部分，该研磨过程具有用于储存所述研磨单元的输出的储存单元，其特征在于：所述系统还包含用于测定进入所述研磨单元中的质量流量的测量装置、用于测定离开所述储存单元的质量流量的测量装置、用于测定所述储存单元内部的质量变化的测量装置和导出所述研磨单元内部的质量变化的处理单元。

7. 权利要求5的系统，其特征在于：所述用于测定储存单元内部的质量变化的测量装置使用光学或声学感应所述储存单元内部的物质表面。