專利名稱：一種濕法球磨機的磨礦濃度監測方法
技術領域：
本發明涉及一種監測方法，特別是關于一種濕法球磨機的磨礦濃度監測方法。
背景技術：
球磨機是礦產資源生產中重要的粉磨設備，其主要功能是將礦石磨碎到后續生產 工藝所需要 的粒度。球磨機分為干法球磨機和濕法球磨機兩種，主要區別在于磨礦時是否 需要添加水作為中間磨合介質，以及球磨機中礦石的排出方式。干法球磨機工作時不添加 水，通過鼓風將磨碎的礦石及時排出球磨機；濕法球磨機工作時需要添加水，利用磨碎礦石 和水混合成的礦漿的流動性和球磨機內的傾斜角度，將磨碎的礦石通過篩孔排出球磨機。 因此，根據后續生產工藝要求的不同，干法球磨機通常是火力發電廠煤炭制粉的常用設備， 而濕法球磨機則通常用于有色金屬的選礦生產，如銅、鎳、鉬、錳、鎢等有色金屬的粉磨。在生產過程中，對球磨機的運行工況進行監控至關重要。球磨機如果長期在異常 工況下運行，不僅將影響磨礦環節的生產質量，還可能會造成“空砸”和“漲肚”等事故，從 而損壞設備，甚至中斷整個礦產資源的生產。對于干法球磨機，球磨機內部的料位高度直接影響磨碎礦石的排出，因而是運行 工況監控的關鍵參數。目前國內外已經有一些方法可以用來檢測干法球磨機內部的料位， 例如檢測球磨機入料口和出料口的風壓差、驅動磨機轉動的電動機功率及磨機運行噪音 等，但這些方法均具有靈敏度較低、易受環境影響等缺點，所以實際應用效果較差。專利《基 于球磨機旋轉筒體振動信號的料位檢測方法及其檢測裝置》(申請號=200710131415. 2)，根 據干法球磨機內料位高度變化對鋼球在磨機內部運動軌跡的影響，提出了一種檢測球磨機 筒壁最大沖擊點的方法，從而實現對球磨機內料位高度的監測。對于濕法球磨機，水是研磨的中間介質，球磨機內物料的排出速度取決于內部礦 石和水混合物的濃度，即礦石和水的重量百分比，稱為磨礦濃度。球磨機內的磨礦濃度越 低，礦石在球磨機的停留時間越短；磨礦濃度越高，則礦石在球磨機內的停留時間越長。由 于球磨機是依靠滾筒中的鋼球、礦石與襯板之間的不斷碰撞對礦石顆粒進行研磨，因此球 磨機內的磨礦濃度將直接影響球磨機排出礦石的粒度，即磨礦過程的生產質量。此外，如果 球磨機內的磨礦濃度長期處于較高時，礦石排出速度低于球磨機入口處的礦石給料速度， 球磨機內物料將增加，甚至造成“漲肚”等嚴重故障。因此，對濕法球磨機內部的磨礦濃度 進行監測至關重要。由于濕法球磨機與干法球磨機的工作原理有較大差別，目前一些干法球磨機的運 行工況監測方法，如電機功率法和運行噪音法等，可以應用到濕法球磨機的監控，但實際應 用效果很差。另外一些方法，如壓差法，則無法在濕法球磨機運行工況監控中應用。此外， 由于濕法球磨機中礦漿與鋼球混合運動，礦漿基本上不影響鋼球的運動軌跡，球磨機筒壁 最大沖擊點的位置基本固定，不隨球磨機內礦漿多少以及磨礦濃度變化的影響，因此，難以 通過檢測球磨機筒壁最大沖擊點來監測球磨機內的磨礦濃度。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種濕法球磨機的磨礦濃度監測方法，該方 法能在球磨機運行時，快速、準確地監測球磨機內部的磨礦濃度。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案一種濕法球磨機的磨礦濃度監測方 法，其包括以下步驟1)在球磨機的筒壁上安裝一振動傳感器，振動傳感器通過電纜連接 一數據采集裝置；數據采集裝置內預置有中央處理器、模擬數字轉換單元和數據存儲單元； 2)設置數據采集裝置的采樣頻率為f，球磨機內的磨礦濃度為Cw，通過振動傳感器采集球磨 機筒壁的振動信號，并傳送給數據采集裝置，由數據采集 裝置繪制振動信號數據的統計直 方圖；3)根據步驟2)繪制的統計直方圖，采用零均值的拉普拉斯分布作為球磨機筒壁振動 信號分布的最優近似，即振動信號的概率密度函數P U)為 其中，b為振動信號統計參數，χ為筒壁的振動信號，根據拉普拉斯分布的極大似 然估計，得到振動信號統計參數b的估計值g為 其中，N為筒壁旋轉一周時，數據采集裝置記錄的振動信號的點數；x(i)，i = 1， 2，…，N為筒壁旋轉一周時，筒體內的鋼球碰撞筒壁產生的振動信號的采樣值；4)改變球磨 機內的磨礦濃度Cw，并記錄不同磨礦濃度Cw下，筒壁的振動信號x(i)，i = 1,2,…，N，根據
(2)式計算估計值g，記錄樣本丨，其中，k = 1,2,…，1為改變磨礦濃度的實驗組
另U，共計1組實驗；5)取二次多項式 其中，4^為球磨機內的磨礦濃度Cw的估計值，由g計算所得；％，ai; a2為待定參數， 求得待定參數^a1A2，確定(3)式；6)采集不同情況下球磨機運行過程中的筒壁振動信號 x(i)，i = 1,2,…，N，由中央處理器根據(2)式計算統計參數的估計值^，帶入步驟5)中 確定的(3)式中，計算得到對應的磨礦濃度的估計值0W。所述步驟2)中，繪制統計直方圖的方法為①設置數據采集裝置的采樣頻率為 f，根據球磨機的轉速ω〃由中央處理器計算出筒壁旋轉一周時，數據采集裝置記錄的振動 信號的點數N ；②設置球磨機內的磨礦濃度為Cw，中央處理器控制模擬數字轉換單元采集 球磨機筒壁旋轉一周時，振動傳感器傳送的球磨機筒體內的鋼球碰撞筒壁產生的振動信號 x(i)，i = 1,2,…，N，并存儲在數據存儲單元中；③由中央處理器將采集到的振動信號進 行分組，設置分組數為η ；中央處理器根據振動信號的最大值Xmax和振動信號的最小值Xmin 求出組距的寬度Δ ④統計球磨機筒壁旋轉一周時振動信號在各組內出現的頻數，各組頻 數的計算方法為以每組振動信號采樣值的點數除以，筒壁旋轉一周時，數據采集裝置記錄 的振動信號的點數N ；⑤以振動信號數據為橫坐標，各組頻數為縱坐標，繪制筒壁振動信號 的統計直方圖。所述步驟①中，數據采集裝置記錄的振動信號的點數N為
其中，fix( □)表示取整數；轉速(Or的單位為rpm ；采樣頻率f的單位為Hz。所述步驟③中，中央處理器求出的組距寬度Δ為 所述步驟④中，第1組振動信號出現的頻數為X(i) e [xfflin, Xfflin+Δ)中的點數除 以N;第η組振動信號出現的頻數為x(i) e [Xfflax-Δ, XmaJ中的點數除以N。所述步驟5)中，待定參數％，ai; a2的求得，滿足球磨機內磨礦濃度的估計值(^與 球磨機內磨礦濃度Cw的差值Q最小，即 本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明由于在球磨機的筒壁 上安裝有振動傳感器和數據采集裝置，因此，可以直接檢測球磨機旋轉運行時的筒壁振動 信號，檢測量可更直接的反應球磨機內部的運行狀態，檢測靈敏度更高，且具有較強的抗干 擾能力，工作不易受生產現場的環境影響，具有較強的實用性。2、本發明由于根據筒壁的振 動信號數據，及振動信號數據的各組頻數，繪制出統計直方圖，因此，根據統計直方圖，采用 零均值的拉普拉斯分布作為濕法球磨機運行時，筒壁振動信號統計分布的最優估計，以尺 度參數的估計值作為筒壁振動信號的特征量，該特征量具有穩定性好，區分度大的特點。3、 本發明在球磨機筒壁振動信號統計特征量計算時，只需要做加法運算，并采用了多項式擬 合筒壁振動信號統計特征與球磨機內磨礦濃度之間的對應關系，計算量小，容易實現。4、 本發明只需在濕法球磨機上設置振動傳感器和數據采集裝置，即可對球磨機的運行工況進 行監測，而此類球磨機除在有色金屬選礦領域應用以外，在化工、冶金等領域也有廣泛的應 用，因此，本發明所提供的檢測方法具有一定的可推廣性。本發明構思巧妙，精確實用，可大 為提高所監控設備的運行效率并有效避免設備運行的事故，因此，可以廣泛用于有色金屬 選礦領域、化工和冶金等領域的監測系統中。
圖1是本發明裝置示意2是本發明數據采集裝置模塊示意3是本發明實施例中球磨機筒壁轉動一個周期的振動信號采樣點和采樣值的 對應關系4是本發明實施例中球磨機筒壁轉動一個周期的振動信號的統計直方5是本發明實施例中球磨機筒壁轉動一周期的振動信號的拉普拉斯分布6是本發明實施例中球磨機內磨礦濃度從0%變化到85%時，筒壁振動信號統 計參數估計值g與磨礦濃度Cw的對應關系圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
本發明是基于濕法球磨機(以下簡稱球磨機)筒壁振動信號的時域統計分析來監 測球磨機內的磨礦濃度，其包括以下步驟1)如圖1所示，在球磨機的筒壁1上安裝一檢測振動信號的振動傳感器2和一數 據采集裝置3，振動傳感器2通過電纜4連接數據采集裝置3。如圖2所示，數據采集裝置 3內預置有中央處理器31，模擬數字轉換單元32和數據存儲單元33。2)設置數據采集裝置3的采樣頻率為f。根據球磨機的轉速ωρ可以由中央處理 器31計算出筒壁1旋轉一周時，數據采集裝置3記錄的振動信號的點數N為 其中，fix( □)表示取整數；轉速ω^的單位為rpm ；f為數據采集裝置3的采樣 頻率，單位為Hz。3)在球磨機運行時，筒體內的鋼球不斷碰撞筒壁1產生振動信號X，設置球磨機內 的磨礦濃度為Cw。中央處理器31控制模擬數字轉換單元32將振動傳感器2傳送的球磨機 筒壁1旋轉一周時的振動信號進行數字轉換，并存儲在數據存儲單元33中。4)球磨機筒壁1旋轉一周時，數據存儲單元33中存儲的振動信號采樣值為x(i)， i = 1,2,…，N，由中央處理器31，求出其最大值為Xmax，最小值為xmin。設置統計數據時分 組數為n，由中央處理器31求出組距的寬度Δ為 統計球磨機筒壁1旋轉一周時振動信號在各組內出現的頻數，例如在第1組出 現的頻數為振動信號采樣值X(i) e [xmin, Xfflin+Δ)的點數除以N，在第η組出現的頻數為 x(i) e [xfflax-Δ, χω J的點數除以N。以采集的筒壁1的振動信號數據為橫坐標，各組頻數 為縱坐標繪制筒壁1振動信號的統計直方圖。5)根據球磨機筒壁1旋轉一周時振動信號的統計直方圖，采用零均值的拉普拉斯 分布作為球磨機筒壁ι振動信號分布的最優近似，即振動信號的概率密度函數P(X)為 根據拉普拉斯分布的極大似然估計，得到統計參數b的估計值g為“去 ⑴I⑷ 其中x(i)，i = l，2，…，N，為振動信號采樣值，N為球磨機筒壁1轉動一周的振 動信號采集點數。6)通過增加或減少球磨機內的水量，改變磨礦濃度，并記錄不同磨礦濃度下，筒壁 ι的振動信號，根據⑷式計算統計參數b的估計值g，記錄樣本丨cwot)io^，其中，k = 1， 2，…，1為改變磨礦濃度的實驗組別，共計1組實驗，Cw(k)為對應的球磨機內的磨礦濃度，
為對應的振動信號統計參數的估計值。7)取二次多項式 其中，為球磨機內的磨礦濃度Cw的估計值，由g計算所得，a0, ai; a2應使球磨機 內磨礦濃度的估計值與球磨機內磨礦濃度Cw的差值Q最小，即 根據式(6)計算求得aQ，B1, a2,從而確定式(5)。8)采集不同情況下球磨機運行過程中的筒壁振動信號χ(i)，i = 1,2,…，N，由中 央處理器31根據(4)式計算統計參數的估計值g，帶入步驟7)中確定的(5)式中，即可得 到對應的磨礦濃度的估計值。上述實施例中，步驟4)中的組距寬度Δ和組別劃分也可以采用其它方法，從而繪 制出振動信號數據的統計直方圖，屬于現有技術，在此不再詳細說明。下面列舉一具體的實施例
該實施例中選擇XMQL-Φ420 X 450濕法球磨機，該球磨機轉速為ω r = 57rpm。在 球磨機筒壁上安裝量程為士2500m/s2的加速度計作為振動信號傳感器，設置數據采集裝置 的采樣周期f = 50000Hzο1)將振動傳感器2和數據采集裝置3設置在球磨機筒壁1上。2)根據(1)式可以計算出球磨機筒壁旋轉一周時的振動信號采集點數為N = 52631，通過振動傳感器2和數據采集裝置3采集球磨機筒壁1旋轉一周時的振動信號，振 動信號采集點數與振動信號采樣值的對應關系圖，如圖3所示。3)設置該球磨機內的磨礦濃度Cw = 77%，記錄球磨機筒壁旋轉一周時的振動信 號。振動信號采樣值中最大值為Xmax = 68. 44m/s2，最小值為Xmin = -53. 15m/s2，設置統計 分組數η = 100，則根據(2)式可以計算出組距寬度為Δ = 1. 216m/s2，統計球磨機筒壁1 旋轉一周時振動信號在各組內出現的頻數，以采集的筒壁1的振動信號數據為橫坐標，各 組頻數為縱坐標畫出筒壁1振動信號的統計直方圖，如圖4所示。4)根據(3)式，采用零均值的拉普拉斯分布作為筒壁振動信號分布的最優估計， 由⑷式可以計算出統計參數b的估計值g = 3.95w/f，對應的拉普拉斯分布圖，如圖5所
7J\ ο5)更改球磨機內磨礦濃度從Cw = 0% (球磨機內只有水和鋼球，沒有礦石)到Cw =85%，采集對應筒壁旋轉一周時的振動信號，并由(4)式計算出參數b的估計值g，記錄樣 本{Cw(A:),^t)}，其中k = 1,2,…，10，共計10組實驗。6)根據(6)式計算得到球磨機內的磨礦濃度計算公式為 Cw=105.48-7.5^ + 0.1302，對應的筒壁振動信號統計參數估計值g與磨礦濃度Cw的關系 圖，如圖6所示。7)采集濕法球磨機在其它工作情況下的筒壁振動信號，根據步驟6)中確定的公 式<=105.48-7.516 + 0.13滬，即可計算得出對應的磨礦濃度的估計值0w。上述各實施例僅用于說明本發明，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所 變化的，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的 保護范圍之外。
權利要求
一種濕法球磨機的磨礦濃度監測方法，其包括以下步驟1)在球磨機的筒壁上安裝一振動傳感器，振動傳感器通過電纜連接一數據采集裝置；數據采集裝置內預置有中央處理器、模擬數字轉換單元和數據存儲單元；2)設置數據采集裝置的采樣頻率為f，球磨機內的磨礦濃度為Cw，通過振動傳感器采集球磨機筒壁的振動信號，并傳送給數據采集裝置，由數據采集裝置繪制振動信號數據的統計直方圖；3)根據步驟2)繪制的統計直方圖，采用零均值的拉普拉斯分布作為球磨機筒壁振動信號分布的最優近似，即振動信號的概率密度函數p(x)為 <mrow><mi>p</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><mn>2</mn><mi>b</mi> </mrow></mfrac><mi>exp</mi><mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mfrac><mrow> <mo>|</mo> <mi>x</mi> <mo>|</mo></mrow><mi>b</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，b為振動信號統計參數，x為筒壁的振動信號，根據拉普拉斯分布的極大似然估計，得到振動信號統計參數b的估計值為 <mrow><mover> <mi>b</mi> <mo>^</mo></mover><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>N</mi></mfrac><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi></munderover><mo>|</mo><mi>x</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，N為筒壁旋轉一周時，數據采集裝置記錄的振動信號的點數；x(i)，i＝1，2，…，N為筒壁旋轉一周時，筒體內的鋼球碰撞筒壁產生的振動信號的采樣值；4)改變球磨機內的磨礦濃度Cw，并記錄不同磨礦濃度Cw下，筒壁的振動信號x(i)，i＝1，2，…，N，根據(2)式計算估計值記錄樣本其中，k＝1，2，…，l為改變磨礦濃度的實驗組別，共計l組實驗；5)取二次多項式 <mrow><msub> <mover><mi>C</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>w</mi></msub><mo>=</mo><mi>p</mi><mover> <mrow><mo>(</mo><mi>b</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>^</mo></mover><mo>=</mo><msub> <mi>a</mi> <mn>0</mn></msub><mo>+</mo><msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn></msub><mover> <mi>b</mi> <mo>^</mo></mover><mo>+</mo><msub> <mi>a</mi> <mn>2</mn></msub><msup> <mover><mi>b</mi><mo>^</mo> </mover> <mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，為球磨機內的磨礦濃度Cw的估計值，由計算所得；a0，a1，a2為待定參數，求得待定參數a0，a1，a2，確定(3)式；6)采集不同情況下球磨機運行過程中的筒壁振動信號x(i)，i＝1，2，…，N，由中央處理器根據(2)式計算統計參數的估計值帶入步驟5)中確定的(3)式中，計算得到對應的磨礦濃度的估計值FSA00000083427400012.tif,FSA00000083427400014.tif,FSA00000083427400015.tif,FSA00000083427400017.tif,FSA00000083427400018.tif,FSA00000083427400019.tif,FSA000000834274000110.tif
2.如權利要求1的一種濕法球磨機的磨礦濃度監測方法，其特征在于所述步驟2) 中，繪制統計直方圖的方法為①設置數據采集裝置的采樣頻率為f，根據球磨機的轉速ω〃由中央處理器計算出筒 壁旋轉一周時，數據采集裝置記錄的振動信號的點數N ；②設置球磨機內的磨礦濃度為Cw，中央處理器控制模擬數字轉換單元采集球磨機筒壁 旋轉一周時，振動傳感器傳送的球磨機筒體內的鋼球碰撞筒壁產生的振動信號x(i)，i = 1,2,…，N，并存儲在數據存儲單元中；③由中央處理器將采集到的振動信號進行分組，設置分組數為η；中央處理器根據振 動信號的最大值Xmax和振動信號的最小值Xmin求出組距的寬度Δ ④統計球磨機筒壁旋轉一周時振動信號在各組內出現的頻數，各組頻數的計算方法 為以每組振動信號采樣值的點數除以，筒壁旋轉一周時，數據采集裝置記錄的振動信號的點數N;⑤以振動信號數據為橫坐標，各組頻數為縱坐標，繪制筒壁振動信號的統計直方圖。
3.如權利要求2所述的一種濕法球磨機的磨礦濃度監測方法，其特征在于所述步驟①中，數據采集裝置記錄的振動信號的點數N為 其中，fix( □)表示取整數；轉速《r的單位為rpm ；采樣頻率f的單位為Hz。
4.如權利要求2所述的一種濕法球磨機的磨礦濃度監測方法，其特征在于所述步驟③中，中央處理器求出的組距寬度Δ為
5.如權利要求2所述的一種濕法球磨機的磨礦濃度監測方法，其特征在于所述步驟④中，第1組振動信號出現的頻數為x(i)e [xfflin, Xfflin+Δ)中的點數除以N;第η組振動信 號出現的頻數為x(i) e [Xfflax-Δ, XmaJ中的點數除以N。
6.如權利要求1或2或3或4或5的一種濕法球磨機的磨礦濃度監測方法，其特征在 于所述步驟5)中，待定參數％，ai; a2的求得，滿足球磨機內磨礦濃度的估計值與球磨 機內磨礦濃度Cw的差值Q最小，即
全文摘要
本發明涉及一種濕法球磨機的磨礦濃度監測方法，其包括以下步驟1)在球磨機的筒壁上安裝振動傳感器和數據采集裝置；2)通過振動傳感器采集球磨機筒壁的振動信號，并傳送給數據采集裝置，由數據采集裝置繪制振動信號的統計直方圖；3)根據統計直方圖，采用零均值的拉普拉斯分布作為球磨機筒壁振動信號分布的最優近似，根據拉普拉斯分布的極大似然估計，得到振動信號統計參數的估計值；4)改變球磨機內的磨礦濃度，得到對應的參數估計值5)將球磨機內的磨礦濃度Cw表示成磨礦濃度估計值的二次多項式確定式中的待定參數a0，a1，a2；6)采集不同情況下筒壁的振動信號，計算統計參數的估計值帶入步驟5)中確定的二次多項式，計算得到對應的磨礦濃度的估計值。
文檔編號G01N29/44GK101839892SQ20101014756
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月14日 優先權日2010年4月14日
發明者馮天晶, 周俊武, 徐文立, 王煥鋼, 王赫, 項焰林 申請人:清華大學