球磨機內部介質動態分布檢測專利技術進展

張瀛（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇蘇州 215000）

球磨機內部介質動態分布檢測專利技術進展

張瀛
（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇蘇州 215000）

球磨機工作過程中，球磨機內部的介質運動狀態直接影響了球磨機的工作效率和質量。球磨機內部介質運動研究經歷了基于超聲波和電磁波連續測量、利用現代攝影測量技術的二維跟蹤檢測、內部設置傳感器的動態檢測以及基于MEMS微傳感器集成技術的實時檢測四個階段的發展和技術革新，本文對球磨機內部介質動態分布檢測技術的發展脈絡進行梳理和分析。

球磨機 介質 運動 檢測

1　磨球機概述

磨礦作業是破碎作業的繼續，屬于選別前的準備作業。磨礦作業中使用最廣泛的是球磨機，其磨礦過程是將物料裝入連續轉動的圓筒中，圓筒內裝入一定數量的不同形狀的研磨體，如球、棒、短圓柱或較大塊的礦石、礫石等。在球磨機工作過程中，球磨機內部的介質運動狀態直接影響了球磨機的工作效率和質量。由于球磨內部復雜的工作狀況，導致球磨機內部的介質運動軌跡難以判斷、難以描述，自球磨機誕生以來，球磨機內部介質的運動研究一直是國內外學者關注的焦點。

2　球磨機內部介質動態分布檢測技術發展分析

球磨機內部介質運動檢測研究經歷了基于超聲波和電磁波連續測量、利用現代攝影測量技術的二維跟蹤檢測、內部設置傳感器的動態檢測以及基于MEMS微傳感器集成技術的實時檢測四個階段的發展和技術革新。

2.1利用超聲波和電磁波技術連續測量內部介質

為了能夠連續地測量球磨機內部介質的運動，法國GEC阿爾松.斯坦工業公司的丹尼爾.方丹耶和雅克.巴脖與1994和1995年提出了使用超聲波和電磁波來測量球磨機中煤量的方法（FR2721711、FR2734739）。丹尼爾.方丹耶和雅克.巴脖提出的技術方案是在球磨機兩側的旋轉軸上設置超聲波發射器和接收器，超聲波發射器在給定的頻率范圍內進行頻率掃描，使超聲波的至少一部分穿過球磨機內部，同時測量有煤時的吸收峰值頻率和無煤空氣中的吸收峰值頻率，計算兩個峰值吸收頻率之間的差值，同時超聲波接收器與一個測量電路連接，電路根據接收到的信號與預先標定過的測量數據進行比較而演算出煤量。

這種測量方法所使用的裝置成本比較低廉、隨意使用性比較高，能夠對球磨機內的介質進行連續的測量，同時，裝置的校正即不需要在球磨機內進行，也不需要球磨機停機時進行。而不足之處是這種測量裝置受到外界的干擾較大，超聲波在障礙物上容易被反射，從而限制了裝置的測量精度。

2.2利用現代攝影測量技術的二維跟蹤檢測

為了研究實際中介質的運動規律，使介質運動研究更符合粉磨過程的實際工作，現代攝影測量技術被應用在磨球機內部介質運動規律的研究中。浙江工業大學孫毅教授研究團隊于2010年提出了一種可監控內部介質運動的球磨機（CN2010101074733），孫毅教授研究團隊的發明構思是在球磨機的檢測艙內設置監控裝置，監控裝置由正對研磨艙的攝像頭、固定攝像頭的固定架組成，固定架通過軸承與保護殼連接，保護殼通過支撐桿與球磨機筒體連接，固定架上設置有平衡由軸承引起的摩擦力矩、是攝像及其固定架與外部的旋轉運動隔離的配重塊。在球磨機的監測艙內安裝監控裝置后，將球磨介質和物料按照確定好的參數充填研磨艙內，當球磨機開啟達到穩定狀態后，監控裝置可連續實時地將內部介質運動狀態的圖像數據傳輸至處理中心進行分析研究。

利用攝影測量技術觀測和記錄的球磨機內部介質運動形式為二維運動，而介質在實際運動過程中，通常會和球磨機兩邊的端蓋發生碰撞，如果碰撞嚴重的話，介質的實際運動就不能滿足二位運動的條件。

2.3基于球磨機內部設置傳感器的動態檢測

山東理工大學馬立修教授研究團隊于2011年又提出了球磨機內部球石群及塊狀礦料動態分布檢測系統（CN2012100602897）。

該發明的技術方案是在球磨機上設有一球磨機蓋，球磨機內設有一動態分布檢測系統，包括一組位于球磨機內的檢測模塊組，檢測模塊組為依次連接的上部檢測模塊、中部檢測模塊、下部檢測模塊，至少三個檢測模塊依次連接，頂部的檢測模塊連接球磨機蓋的底部，檢測模塊組深入到球磨機內部，測模塊的內部設有一空腔，空腔的腔壁上設有應力檢測傳感器，應力檢測傳感器連接一信號處理模塊，信號處理模塊連接一無線發射模塊；每一個檢測模塊的應力檢測傳感器均連接信號處理模塊。信號處理模塊對應力變形信息進行處理，確定球磨機內部球石群及塊狀礦料動態分布情況。

2.4基于MEMS微傳感器集成技術的實時檢測

為了實現對球磨機內部介質的三維檢測，浙江理工大學孫毅教授團隊于2012年又提出了可實現球磨機介質運動測量的檢測球（CN102749099）。

該發明的總體構思為設計一種剛體的檢測球，包括上半球和下半球，上半球和下半球連接，上半球和下半球之間設有由溫度氣壓傳感器、磁阻傳感器、三維加速度傳感器和三軸佗螺儀組成的數據采集模塊，數據保存模塊與上半球之間設有由控制器組成的單片機控制模塊，單片機控制模由晶體振蕩器及電源開關構成單片機最小系統，單片機控制模塊與數據存儲器、RS232接口和通信指示燈連接。

介質在筒體內部作空間三維運動，根據空間三維運動分解可將介質在筒體內的運動分解為空間直線運動和空間轉動，經傳感器采集得到的載體坐標系下的加速度、角速度數據通過上述的兩坐標映射關系便可得到測量坐標系下的加速度、角速度，根據檢測球的姿態信息、位置信息、速度信息就能夠確定內部介質的姿態信息、位置信息、速度信息，實現三維的實時檢測。

3　總結與建議

通過上述分析可以看出，近幾年中國對球磨機內部介質的運動的檢測技術進行持續和深入的研究，技術不同發展革新，這和我國現階段的社會發展有著密不可分的關系，西方發達國家自從進入21世紀以來，對能源使用格局進行了調整，主要依賴石油能源和核電能源，逐漸淘汰礦石能源的應用；而當前我國還處在發展中國家階段，煤炭礦石在能源領域還將是主要的能源原料，采用球磨機選礦將會長期的存在，此外，第三世界國家的發展都已以煤炭礦石原料為主，因此，我國還需對球磨機內部介質運動的研究繼續的開展和深化，來服務我國和第三世界國家的發展需要。

［1］段希樣，曹亦俊.球磨機介質工作理論與實踐.北京：冶金工業出版社，1999.

［2］任志宇，朱家瑋.球磨機運動過程的祖態棋型研究.煤炭學報，1997.

［3］張彩靛，劉維平.球磨過程中鋼球運動規律的研究.南方冶金學院學報，2000.

張瀛（1986—），男，浙江嵊州人，工作單位：國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心；專利審查協作江蘇中心光電部計量室，職務：實質審查員，研究方向：遙感測量。