球磨机内部介质动态分布检测专利技术进展

张瀛（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州 215000）

球磨机内部介质动态分布检测专利技术进展

张瀛
（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州 215000）

球磨机工作过程中，球磨机内部的介质运动状态直接影响了球磨机的工作效率和质量。球磨机内部介质运动研究经历了基于超声波和电磁波连续测量、利用现代摄影测量技术的二维跟踪检测、内部设置传感器的动态检测以及基于MEMS微传感器集成技术的实时检测四个阶段的发展和技术革新，本文对球磨机内部介质动态分布检测技术的发展脉络进行梳理和分析。

球磨机 介质 运动 检测

1　磨球机概述

磨矿作业是破碎作业的继续，属于选别前的准备作业。磨矿作业中使用最广泛的是球磨机，其磨矿过程是将物料装入连续转动的圆筒中，圆筒内装入一定数量的不同形状的研磨体，如球、棒、短圆柱或较大块的矿石、砾石等。在球磨机工作过程中，球磨机内部的介质运动状态直接影响了球磨机的工作效率和质量。由于球磨内部复杂的工作状况，导致球磨机内部的介质运动轨迹难以判断、难以描述，自球磨机诞生以来，球磨机内部介质的运动研究一直是国内外学者关注的焦点。

2　球磨机内部介质动态分布检测技术发展分析

球磨机内部介质运动检测研究经历了基于超声波和电磁波连续测量、利用现代摄影测量技术的二维跟踪检测、内部设置传感器的动态检测以及基于MEMS微传感器集成技术的实时检测四个阶段的发展和技术革新。

2.1利用超声波和电磁波技术连续测量内部介质

为了能够连续地测量球磨机内部介质的运动，法国GEC阿尔松.斯坦工业公司的丹尼尔.方丹耶和雅克.巴脖与1994和1995年提出了使用超声波和电磁波来测量球磨机中煤量的方法（FR2721711、FR2734739）。丹尼尔.方丹耶和雅克.巴脖提出的技术方案是在球磨机两侧的旋转轴上设置超声波发射器和接收器，超声波发射器在给定的频率范围内进行频率扫描，使超声波的至少一部分穿过球磨机内部，同时测量有煤时的吸收峰值频率和无煤空气中的吸收峰值频率，计算两个峰值吸收频率之间的差值，同时超声波接收器与一个测量电路连接，电路根据接收到的信号与预先标定过的测量数据进行比较而演算出煤量。

这种测量方法所使用的装置成本比较低廉、随意使用性比较高，能够对球磨机内的介质进行连续的测量，同时，装置的校正即不需要在球磨机内进行，也不需要球磨机停机时进行。而不足之处是这种测量装置受到外界的干扰较大，超声波在障碍物上容易被反射，从而限制了装置的测量精度。

2.2利用现代摄影测量技术的二维跟踪检测

为了研究实际中介质的运动规律，使介质运动研究更符合粉磨过程的实际工作，现代摄影测量技术被应用在磨球机内部介质运动规律的研究中。浙江工业大学孙毅教授研究团队于2010年提出了一种可监控内部介质运动的球磨机（CN2010101074733），孙毅教授研究团队的发明构思是在球磨机的检测舱内设置监控装置，监控装置由正对研磨舱的摄像头、固定摄像头的固定架组成，固定架通过轴承与保护壳连接，保护壳通过支撑杆与球磨机筒体连接，固定架上设置有平衡由轴承引起的摩擦力矩、是摄像及其固定架与外部的旋转运动隔离的配重块。在球磨机的监测舱内安装监控装置后，将球磨介质和物料按照确定好的参数充填研磨舱内，当球磨机开启达到稳定状态后，监控装置可连续实时地将内部介质运动状态的图像数据传输至处理中心进行分析研究。

利用摄影测量技术观测和记录的球磨机内部介质运动形式为二维运动，而介质在实际运动过程中，通常会和球磨机两边的端盖发生碰撞，如果碰撞严重的话，介质的实际运动就不能满足二位运动的条件。

2.3基于球磨机内部设置传感器的动态检测

山东理工大学马立修教授研究团队于2011年又提出了球磨机内部球石群及块状矿料动态分布检测系统（CN2012100602897）。

该发明的技术方案是在球磨机上设有一球磨机盖，球磨机内设有一动态分布检测系统，包括一组位于球磨机内的检测模块组，检测模块组为依次连接的上部检测模块、中部检测模块、下部检测模块，至少三个检测模块依次连接，顶部的检测模块连接球磨机盖的底部，检测模块组深入到球磨机内部，测模块的内部设有一空腔，空腔的腔壁上设有应力检测传感器，应力检测传感器连接一信号处理模块，信号处理模块连接一无线发射模块；每一个检测模块的应力检测传感器均连接信号处理模块。信号处理模块对应力变形信息进行处理，确定球磨机内部球石群及块状矿料动态分布情况。

2.4基于MEMS微传感器集成技术的实时检测

为了实现对球磨机内部介质的三维检测，浙江理工大学孙毅教授团队于2012年又提出了可实现球磨机介质运动测量的检测球（CN102749099）。

该发明的总体构思为设计一种刚体的检测球，包括上半球和下半球，上半球和下半球连接，上半球和下半球之间设有由温度气压传感器、磁阻传感器、三维加速度传感器和三轴佗螺仪组成的数据采集模块，数据保存模块与上半球之间设有由控制器组成的单片机控制模块，单片机控制模由晶体振荡器及电源开关构成单片机最小系统，单片机控制模块与数据存储器、RS232接口和通信指示灯连接。

介质在筒体内部作空间三维运动，根据空间三维运动分解可将介质在筒体内的运动分解为空间直线运动和空间转动，经传感器采集得到的载体坐标系下的加速度、角速度数据通过上述的两坐标映射关系便可得到测量坐标系下的加速度、角速度，根据检测球的姿态信息、位置信息、速度信息就能够确定内部介质的姿态信息、位置信息、速度信息，实现三维的实时检测。

3　总结与建议

通过上述分析可以看出，近几年中国对球磨机内部介质的运动的检测技术进行持续和深入的研究，技术不同发展革新，这和我国现阶段的社会发展有着密不可分的关系，西方发达国家自从进入21世纪以来，对能源使用格局进行了调整，主要依赖石油能源和核电能源，逐渐淘汰矿石能源的应用；而当前我国还处在发展中国家阶段，煤炭矿石在能源领域还将是主要的能源原料，采用球磨机选矿将会长期的存在，此外，第三世界国家的发展都已以煤炭矿石原料为主，因此，我国还需对球磨机内部介质运动的研究继续的开展和深化，来服务我国和第三世界国家的发展需要。

［1］段希样，曹亦俊.球磨机介质工作理论与实践.北京：冶金工业出版社，1999.

［2］任志宇，朱家玮.球磨机运动过程的祖态棋型研究.煤炭学报，1997.

［3］张彩靛，刘维平.球磨过程中钢球运动规律的研究.南方冶金学院学报，2000.

张瀛（1986—），男，浙江嵊州人，工作单位：国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心；专利审查协作江苏中心光电部计量室，职务：实质审查员，研究方向：遥感测量。