球磨机负荷检测的现状与发展趋势.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：季光（1989），男，汉族，辽宁沈阳人，中级职称，本科生，从事矿用碎磨设备设计研发工作。-181-球磨机负荷检测的现状与发展趋势 季 光 高兴阳 北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110000 摘要：摘要：在选矿厂的生产流程中，磨矿作业是十分关键的，能够直接影响选矿厂的产品质量与生产效率。影响磨矿作业的因素有多种，通常包括物料本身特性、球磨机运行状态以及操作水平等，本文则主要分析了球磨机负荷检测对选矿厂生产的影响。球磨机负荷是磨机运行过程的重要指标，能够反映磨机中的球负荷、物料负荷以及水量的总和。在实际进行磨矿作业的过程中，由于存在外界因素干扰，如物料细度、工作人员操作水平等，都会导致球磨机负荷难以维持在最佳水平内，从而会对磨矿作业的质量产生影响。而球磨机负荷检测则能够实现球磨机状态的实时分析与自动控制，是当前球磨机优化的重要方向，对提升磨矿作业水平也有一定帮助。关键词：关键词：球磨机；负荷检测；发展趋势 中图分类号：中图分类号：TF321 1 球磨机负荷检测现状分析 1.1 通过进出口的压差信号表示球磨机负荷 通过进出口的压差信号对球磨机负荷进行检测是较为常见的一种方法。该方法能够对球磨机中的物料量进行测定，当球磨机运行中的风量处于稳定状态时，球磨机中物料存量的变化能够导致流通阻力的变化，使得球磨机的进出口存在一定压差。实际应用过程中，通过对进出口压差信号进行监测、分析，能够在一定程度上明确球磨机负荷状态。但该方法也存在一定不足，球磨机进出口的压差信号通常会受到多种因素的影响，如通风量以及球磨机本身的结构问题，也会使得压差信号出现波动。若只根据球磨机进出口压差信号的变化来确定物料存量，可能会导致物料存量的调节过程出现偏差，从而影响球磨机的运行效率以及运行的稳定性。1.2 通过噪音法进行球磨机负荷检测 噪音法在球磨机检测中的应用较为普遍，且能够较为准确的对球磨机负荷进行检测。在球磨机运行过程中，会产生一定的噪音，而结合实际工艺生产与实验进行分析，已经明确发现球磨机运行噪音与其负荷之间存在紧密的联系，即能够通过噪音的高低、强度表征球磨机负荷。当球磨机内部的物料存量较少时，球磨机运行噪音较大，其内部的钢球与球磨机内壁的碰撞情况较为剧烈。而当球磨机内部的物料存量较多时，由于物料提供了一定程度上的缓冲，使球磨机中钢球与其内壁的碰撞情况得到缓解，降低了球磨机运行中产生的噪音，故通过对球磨机运行过程中产生的噪音，能够对球磨机的负荷情况进行检测。而对球磨机噪声进行检测的方法也经过了一定的发展。如可将扬声器作为噪声检测的元件，但扬声器在检测噪声的过程中容易损坏，且测定过程中的抗干扰能力较差，使得测定的噪声强度不够精确，该种方法的使用有多种限制，制约了其进一步发展。当前使用较为广泛的噪声测定方法是通过声音传感器进行精确测定，可在距离球磨机的进口部安装传感器，通过传感器与频谱分析仪对噪声进行分析，能够得到精确表征球磨机运行负荷的特征频段。同时需注意，通过上述方法得到的非特征频段与球磨机负荷没有关系，不能反映球磨机的运行状态。1.3 通过球磨机电流大小表示载料量 载料量是影响球磨机负荷的因素之一，在分析球磨机负荷时，也可采用对其载料量进行测定的方法。根据球磨机生产的实际情况，可发现若球磨机的负荷处于较低水平时，球磨机内的电流较小，且随着球磨机负荷的增大，电流也会随之增加。而球磨机电流与其载料量之间也有一定关联，当启动一台没有添加任何物料的球磨机，并向其中缓慢地添加物料，可观察到球磨机电流逐渐增大至最大值，而在球磨机电流已经达到峰值后，继续添加物料则能够观察到电流逐渐下降。此时电流下降的原因是由于球磨机重心偏移，产生的电流表示的是后加入的物料，并非表示球磨机中国科技期刊数据库 工业 A-182-负荷下降。通过球磨机电流表征负荷，并对球磨机负荷进行控制是十分有效的方法，在球磨机运行过程中，保证其电流与载料量处于最佳水平，同时也有助于提升球磨机的经济性。1.4 轴振频谱分析法 根据轴振频谱分析法对球磨机负荷进行检测与控制也是当前常用的球磨机负荷检测方法。在球磨机的实际运行过程中，球磨机筒体中的钢球、物料会与球磨机内壁发生碰撞，这也是实现球磨机粉料的原理，但此过程中产生的一部分能量会传递至轴承，被轴承吸收并且在一定程度上引起轴承的振动。同时，轴承也可能由于其他原因而振动，如球磨机传动系统、安装时产生的误差等，但其他原因引起的轴承振动一般具有固定的频谱特性，而球磨机筒体运行引起的轴承振动的频谱并不固定，与筒体中的实际载料量有一定关系。因此，通过对轴承振动频谱的分析，能够明确此时球磨机筒体中的载料量，从而可以达到检测球磨机负荷的目的。通常球磨机轴承振动频率由三部分组成，其中较为适合表征球磨机负荷的是球磨机前轴振动加速度的信号，该信号能够随球磨机负荷的变化而变化，可准确反映球磨机的负荷情况。1.5 球磨机负荷检测方法的综合分析与比较 上述四种方法是当前检测球磨机负荷的常见方法，同时本文中也对不同的球磨机负荷检测方法进行了比较，以进一步明确球磨机负荷检测的发展方向。（1）通过进出口的压差信号进行球磨机负荷检测的方法，在实际应用中具备步骤简单的优点，这也使得该种方法的应用较为普遍。但通过压差信号表征球磨机负荷，并且进一步调控球磨机物料存在着一定的延迟性，响应速度也较慢，容易造成误差，导致球磨机中很难稳定维持最佳的载料量水平，不仅会使得球磨机的能耗提升，也会使球磨机中的钢球更容易出现损毁的问题，增大了生产成本。（2）利用声音传感器测定球磨机噪声的方法检测球磨机负荷具有现场利用效率高的优点，能够快速确定球磨机运行状态，但当使用的物料种类以及水量不同时，噪声也会有变化，容易造成球磨机负荷的检测的误差。同时，周围其他噪声不能完全避免。（3）球磨机负荷与电流之间存在着一定的联系，在一定的载料量范围内，可以通过电流表征球磨机负荷情况，并可根据电流调整载料量，使球磨机处于高效、稳定的运行状态，但在实际应用过程中，由于球磨机的电流变化范围受到限制，且电流的波动较为容易受到球磨机运行状态的影响，导致难以根据电流情况调整载料量。（4）轴振信号频谱分析法对球磨机负荷的检测有一定帮助，且其检测结果也相对精确，但轴振信号的测定可能会受到球磨机运行噪声的影响，因此需对该方法在实际应用中的抗干扰性进行优化。2 常见的单因素、双因素球磨机负荷检测方法 2.1 有效功率法 球磨机的有效功率能够反映球磨机负荷，有效功率通常指的是带动其筒体中介质、矿浆等转动时产生的功率。当球磨机运行时的转速一定时，其有效功率与负荷之间存在对应关系，当球磨机负荷增加时，球磨机的有效功率也会逐渐增加至峰值，而在球磨机有效功率达到峰值后，若球磨机负荷继续增加，有效功率则会开始下降。因此，可以将有效功率峰值时对应的球磨机负荷的最佳点，此时球磨机的运行效率最高。而在对有效功率进行检测的过程中，也能够发现有效功率的检测过程受到的外界因素干扰较少，即通过该方法能够有效地对球磨机负荷进行表征。但该方法在实际应用中也存在一定缺陷，如有效功率的检测信号不够灵敏，可能会导致球磨机负荷调整存在不够及时的缺陷，同时有效功率的值受到多种因素影响，包括球磨机结构、操作方法等，仅根据有效功率来调整球磨机中的介质填充率、水球比等不够精确。此外，由于有效功率存在一个最大值，在实际应用中，难以判断球磨机负荷是处于增大阶段还是降低阶段，需要进行更为全面的分析。2.2 压力传感器法 通过压力传感器进行球磨机负荷的检测也较为常见，且传感器在球磨机中安装位置的不同，也会对检测方法产生一定影响。（1）将负荷传感器安装在轴承下方，可以对球磨机进行称重，从而实现对球磨机中矿石、球介质以及水的总重量的实时监测，但该方法不能对各物质的质量进行单独测定，不能对球磨机中的配比进行分析，其整体精度较低。同时，球磨机在正常运行过程中可能会出现一定程度的磨损，使其质量出现变化，这也会影响该方法的检测结果。（2）可以在球磨机的内部安装压力传感器，对球磨机负荷进行检测。该压力传感器需要具备分析径向压力与切向中国科技期刊数据库 工业 A-183-压力的能力，而测定的相应信息则能够在计算机中进行下一步处理，以得到频谱分析图。根据频谱分析结果，能够明确此时球磨机内部各种物料的占比，从而得到球磨机此时的负荷情况。但该种方法在实际应用中也存在一定的缺陷，数据传输过程较难实现，使其整体造价较高。（3）通过压电传感器测定球磨机壳体的应力变化，并据此对球磨机负荷进行分析。2.3 示踪原子法 示踪原子法在理论上具有可行性，通过对示踪原子的标记，确定示踪原子在球磨机中的停留时间，从而确定此时留在球磨机中的物料量，通过分析和计算得到球磨机的负荷情况。但该方法的精确度相对较低，并且实际应用较为困难，如示踪原子在球磨机中的测定过程难以实现，因此并没有应用于实际生产。2.4 霍尔功率变测器法 在部分球磨机中，其采用的系统为闭矿磨路系统，使得这一类球磨机的负荷检测更为困难，不能对其进行直接测量，此时则可以通过霍尔功率变测器对反砂量的功率进行测定，间接得到球磨机负荷情况。在球磨机的正常运转过程中，球磨机的反砂量通常是添加的物料的 2 至 3 倍，而当球磨机负荷过高，超过标准要求时，球磨机的反砂量会有所提升，若球磨机的负荷过低，反砂量也会低于正常值。因此，根据球磨机反砂量对其负荷情况进行初步的检测是可行的。而霍尔功率变测器的数值变化也能够反映反砂量的相对变化，通过对功率的测定，能够实现对球磨机负荷的检测与控制。2.5 功率-声响双信号检测法 通过功率-声响双因素联合的方法，能够进行球磨机信号的检测与控制，且能够较为准确的判断球磨机中球介质、物料以及水量的量和配比，从而对球磨机中的添加物质进行较为精确的调整，使球磨机运行效率达到最高。该方法具备以下特点：（1）功率-声响双信号检测不能对磨矿浓度进行测定，在实际应用过程中，不能仅根据该方法的检测结果对球磨机进行自动调整，通常需要结合矿浆的粘度情况进行考虑，以保证调整后达到球磨机负荷的最佳点。（2）通过双因素信号进行球磨机负荷的检测，能够有效地提升检测精度，弥补单因素检测中存在的误差问题，且检测速度与控制精度方面也有一定的提升。2.6 声响-振动双信号检测法 球磨机运行过程中产生的噪声、振动都能够在一定程度上反映球磨机的运行状态，即通过对其运行中的噪声、振动强度进行检测，能够实现对球磨机负荷的检测与控制。而在应用声响-振动双信号对球磨机负荷进行检测的过程中，则需要对检测过程的影响因素进行分析，充分考虑物料添加速度、矿浆浓度以及产品粒度等的影响，从而建立表征方法，实现通过对应参数明确球磨机负荷的目的。该方法虽然能够实现对球磨机运行状态的检测，但并不能明确球磨机内部物质的情况，即声响-振动双信号检测法也属于分析方法的一种。同时，相对于噪声检测法、振动检测法该双信号检测法也具备分析精度更高、分析速度更快的优势。3 球磨机负荷检测发展趋势 球磨机负荷是一个复杂的变化量，它受到多种因素的影响，在对球磨机负荷进行检测的过程中，应当充分考虑影响负荷的各种因素，并进行全面分析，以确保能够对球磨机负荷进行精确检测，并进一步完成球磨机负荷的控制优化。因此，球磨机负荷检测的发展也具备一定趋势，本文中从以下几个方面对此进行分析：（1）通过更为先进的硬件技术、数据分析技术等对现有的球磨机负荷检测方法进行分析，对相应的信号处理的方法进行优化。（2）在双因素球磨机负荷检测的基础上进行探究，通过联合检测提升球磨机负荷检测的精确度，同时可将信息融合理念融入这一过程。（3）球磨机的最佳负荷受到的影响因素较多，对于同一台球磨机，其不同运行阶段中的最佳负荷也可能出现变化，为解决这一问题，确保球磨机可在最佳负荷状态下运行，则需要对最佳负荷点的波动与预测展开研究。（4）可将计算机编程技术应用于球磨机负荷的检测与控制之中，如在利用某方法进行球磨机负荷检测时，将检测结果输入至软件中以得到此时最佳的物料负荷、球负荷以及水量的配比，并按照该配比对球磨机进行调整。4 总结 球磨机负荷检测的发展受到多种因素的影响，而在对球磨机负荷检测方法进行优化研究的过程中，其重点应为寻找快速且有效检测球磨机内部存料的方法，中国科技期刊数据库 工业 A-184-并以此为依据对球磨机负荷进行自动调整，使得球磨机能够处于高速、稳定的运行状态。参考文献 1王廷,赵建军,陶乐等.磨机负荷检测及建模方法研究进展J.矿产综合利用,2023(03).2孟雪晴.球磨机负荷状态诊断与预警分析技术研究D.长沙:湖南大学,2022.3钱杰.基于磨音信号特征提取的球磨机负荷预测研究D.昆明:昆明理工大学,2020.