摘要：磨矿作业是整个选矿厂生产工艺流程中最关键的环节，它起着承上启下的作用。磨矿作业在选矿厂的基建投资和生产费用（主要是电耗、钢耗）中占有很大的比例，同时磨矿作业是整个选矿厂的“ 瓶颈”作业，直接关系到选矿生产的处理能力、磨矿产品的质量（粒度特性、单体解离度、磨矿产品的浓度等），对后续作业（特别是浮选作业）的指标乃至整个选矿厂的经济技术指标有很大的影响。
关键词：球磨机；负荷检测；发展趋势；
球磨机依靠自身旋转带动钢球冲击和磨剥物料，其运行过程具有非线性、大时滞、强耦合、随机干扰大等综合复杂特性。磨机操作多依据经验判断磨机运行状态，以牺牲经济性保证安全性，生产中经常发生空磨、饱磨、堵磨等现象，导致该过程的低效率，高能耗。
一、球磨机负荷检测的现状
1.采用进出口差压信号来表征球磨机的负荷。这是一种传统的测量物料量的方法，也是目前应用最广泛的一种方法。当风量稳定时，存料量变化会改变流通阻力，引起差压变化，于是可以用测量得到的差压信号调节给料。但球磨机进出口差压信号并不是存料量的单值函数，而是存料量、通风量、磨机结构参数的多元函数，因此，差压信号不能准确地反映存矿量，故造成调节频繁，运行不稳定。给料对负压、出口温度也有一定的作用，因此系统各回路间不可避免地出现相互耦合。
2. 噪音法。经长期的探索和大量试验后发现，球磨机在不同负荷时运行的噪音不同。在负荷较小时，由于存料量少，钢球与球磨机金属筒壁的撞击机会多，产生的噪音较大；反之存料量较多时，钢球与物料混在一起，金属间由于有较软的料层起着缓冲作用，撞击时发出的噪音就较小口。因此，可以通过球磨机的噪音来间接检测球磨机内负荷。最初，是用一种俗称“电耳” 的扬声器做为负荷检测元件，但其抗干扰能力差，且安装不便，故未推广多久。实地采集了两个火电厂球磨机的噪声信号并进行分析。在离球磨机进口部1 /3、2 /3处各安装了声音传感器，在采样的同时使用频谱分析仪对球磨机前后声音信号与前后轴的振动信号进行实时分析。现场录制持续了1 个小时，其间经历了给料机的增、减负荷。然后对采集到的信号进行功率谱分析，得到对应一定的球磨机，通过选取不同中心频率及长度的频段，存在一个特征频段可以准确地反映球磨机负荷，以此方法来判断反映球磨机负荷的特征频段。而在特征频段之外，则与负荷无关。
3.利用磨料机电流的大小表征载料量。根据经验，磨内负荷小时，磨料机电流小；负荷增加时，磨料机电流随之增加。如果启动一台空磨，然后缓慢向磨中加料，则电流将稳定增加直至最大。如加料过量，则电流会再次下降。中间有一个电流峰值。至于加料过程中为什么电流会下降，主要是因为重力中心将向磨的中心转移，最终会看到磨的电功率消耗是依据磨的加料量。利用磨电流代替存料量参与球磨机负荷控制，使其处于最佳载料量运行，将大大提高制粉系统的经济性。当然还需考虑钢球装载量和制粉系统通风量的变化，不同的钢球装载量及通风量，制粉出力是不同的。
4.基于轴振频谱分析的负荷检测方法。球磨机运行时，钢球随滚筒转动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当筒内有料时，落下的钢球与下面的料和其它的钢球以及筒壁发生碰撞，钢球的一部分动量被料粉吸收，实现料粉的碾磨过程；还有一部分动量通过滚筒传递给轴承，引起轴承的振动。虽然引起轴承振动的原因很复杂，除去钢球的冲击外，还包括传动系统的振动、各部分转动惯量不对称造成的振动、安装误差引起的振动等多种因素，但这些因素引起的振动都有特定的固有频率，其频谱特性不会随筒内载料量的变化而变化。由于筒内的料直接参与落下钢球的动量分配过程，所以轴振频谱应该与筒内载料量有直接的对应关系。如能在轴振频谱中识别出与载料量有关的特征谱，就能有效测定不同工况下的筒内载料量。球磨机轴承振动的频谱特性包括三部分：轴承振动位移频谱特性、轴承振动加速度频谱特性和轴承振动速度频谱特性。在球磨机负荷变化时，球磨机轴承振动位移频谱特性始终不变，而球磨机轴承振动垂直分量的加速度频谱特性比其速度频谱特性反应更灵敏；又球磨机前轴承振动的频谱特性比后轴承要好。由此可以看出：用球磨机前轴振动垂直分量的加速度信号来表征球磨机负荷是比较合适的。
5.方法比较。①采用球磨机进出口差压信号或粗粉分离器出口与钢球磨入口差压来近似反应磨负荷，方法简单，应用也很广泛。但是，用这个差压信号调节料量存在着纯迟延大、动态响应慢、变量间耦合严重等问题（差压表指示易受风量和温度影响），使运行中表计指示与实际运行状况有一定的偏差，很难保持最佳存料量，致使钢球磨经常堵料、超温、欠料，偏离最佳工况，由此引起每年多耗的电能和设备损耗是很可观的。②利用测量滚筒噪音的方法来反映磨负荷，现场利用效果好，但当料种、水分等发生变化时，存料量所对应的噪声电流有所不同。此外，周围其它球磨机噪音的影响不能消除，需要使用其他信号处理方法加以克服。③尽管在一定条件下磨电流和磨负荷存在一定对应关系，但从空磨到满磨，磨料机电流变化范围很小，且易受其它因素影响，故载料量难以准确表达。④用轴振信号来表征磨内料量是一种行之有效的方法。在此基础上，采用一种合适的信号处理技术，找出振动信号与存料量的关系，将能有效解决球磨机载料量的测量问题。但现场环境恶劣，噪声干扰比较严重，抗干扰性和准确性有待提高。
二、发展趋势
磨负荷是一个受诸多因素影响的呈现复杂关系的变量，磨负荷主要与以下变量有关：磨入、出口差压，磨内负压，给料量，磨出口温度，热风流量，循环风流量。另外，随着磨内负荷的不同，磨电流、磨噪音信号、轴振动信号也会出现一定的变化趋势。综合利用以上这些关系特性，可以开发多种磨负荷测量方法。球磨机负荷是磨矿过程中的一个重要参数，球磨机负荷的检测是球磨机自动控制的一项重要内容，直接关系到控制的成败。①采用先进硬件系统、通讯技术、数据处理技术，充分挖掘每种检测方法所包含的潜在信息，尤其要对基于磨机筒体振动信号的检测理论和方法进行深入研究。②多种检测方法联合，吸收交叉学科的研究成果，建立信息融合技术的原理模型及融合方案，形成完整的融合理论和方法。③实际生产中，同一磨机的最佳负荷点在不同的运转时期也略有不同，如何在线确定最佳负荷点及预测最佳负荷点的漂移并修正的研究。④研究可将各种离线研究的先进的负荷检测方法应用于工业过程控快速算法。在球磨机转速率已知时，将检测数据输入计算机，利用编制好的软件，即可迅速求解出球磨机的介质充填率、料球比和磨矿浓度（即可求解出球负荷、物料负荷和水量），然后根据需要来调整介质加入量、返砂量或磨机新给矿量以及水量，从而实现球磨机的优化适时控制。
要实现球磨中储式制粉系统的自动控制，关键在于找到一个测量磨料机内存料量的有效方法。传统的利用球磨机进出口差压信号来近似反应磨负荷，误差和延迟较大。如果能较好解决证据理论中信度函数分配的问题，用数据融合技术来检测磨内存料量准确性高，可靠性好。
参考文献：
[1]王东风. 多变量智能控制在电厂制粉系统中应用研究[D]. 保定：华北电力大学，2017.
论文作者:张顺海
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/3/5
标签：球磨机论文; 负荷论文; 频谱论文; 信号论文; 钢球论文; 轴承论文; 特性论文; 《基层建设》2018年第36期论文;