СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ СУСПЕНЗИЙ
METHOD OF MONITORING DENSITY OF FERROMAGNETIC SUSPENSIONS

Изобретение относится к горно-перерабатывающей промышленности и может быть использовано для контроля плотности суспензии, содержащей ферромагнитные частицы, которые представлены различными соединениями железа и других металлов, физико-механические свойства которых предопределяют вероятность взаимодействия с магнитным полем. Способ предназначен для использования при разработках технологического контрольно-измерительного оборудования, применяемого для оперативного измерения плотности суспензии, содержащей ферромагнитные частицы. Способ предназначен для контроля плотности суспензии в системе автоматического управления технологическими процессами в цепи обогатительных аппаратов, где соотношение твердой и жидкой фаз определяет непосредственное влияние на качественные показатели обогатительного процесса и, соответственно, получения высококачественного концентрата для металлургической промышленности.
Способ может быть реализован при изготовлении приборов, обеспечивающих определение плотности суспензии непосредственно в технологическом оборудовании, которое является составной частью технологического процесса гидравлического обогащения, например, железных руд. При этом устройство позволяет установить величину плотности как в технологическом чане дешламатора или гидроциклона, так и в технологическом пульпопроводе, по которому суспензия перемещается от одного технологического аппарата к другому.
Способ реализуется в системах управления для оперативного контроля плотности суспензии и тем самым изменения ее параметров в зависимости от применяемого оборудования, технологического режима и стадии технологического процесса. Способ позволяет оперативно устанавливать величину плотности суспензии и в режиме реального времени изменять соотношение твердой и жидкой фаз с минимальным запаздыванием, что влияет на качество товарного продукта.
Известен способ радиоизотопного измерения плотности суспензии на обогатительных фабриках, обеспечивающих получение концентрата полезного ископаемого для металлургической промышленности. Сущность способа заключается в том, что в установленном месте емкости технологического оборудования, заполненной суспензией, или в трубопроводе размещают источник ионизирующего излучения малой мощности. Источник должен быть направленного действия с минимальным рассеиванием для предотвращения значительной погрешности при выполнении измерений. На одной оси с потоком ионизирующего излучения располагают детектор, фиксирующий величину излучения с учетом его поглощения потоком суспензии. Тарирование прибора осуществляется на суспензии, которая содержит заданное содержание ферромагнитных частиц. После тарирования в диапазоне рабочей плотности суспензии осуществляют измерение ее плотности в процессе технологического процесса. Изменение плотности превращается в информационный, а затем в управляющий сигнал на исполнительные органы технологического оборудования, предназначенного для поддержания заданной плотности суспензии, которая должна быть оптимальной для успешного протекания процесса обогащения в зависимости от стадии технологического процесса (патент России на полезную модель №23105).
Недостатком известного способа является то, что процесс измерения суспензии ограничен конструктивными особенностями применяемого технологического оборудования. Особенностью измерения плотности суспензии с помощью радиоизотопного метода является то, что конструкция оборудования должна предусматривать то, что источник ионизирующего излучения находится в строго определенном месте, а на заданном расстоянии должен быть размещен датчик, воспринимающий излучение и дающий информацию о плотности технологической жидкости.
Такое расположение источника и детектора предопределяет сложность получения оперативной информации, а значит, не позволяет максимально возможно обеспечить необходимую информативность процесса обогащения руды и получения высококачественного концентрата.
Реализация способа практически невозможна без значительной погрешности в полученных результатах при размещении внутри технологических емкостей именно там, где необходим оперативный технологический контроль плотности суспензии и при необходимости - реагирование системы управления при изменении величины плотности в ту или иную сторону.
Кроме технологических трудностей способ требует повышенных мер обеспечения безопасности обслуживающего персонала и разработки мер, предусматривающих предотвращение негативного воздействия ионизирующего излучения на персонал.
Все это определяет увеличение себестоимости обогатительного процесса и, соответственно, товарного продукта, производимого обогатительным комплексом.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения параметров потока суспензии, содержащей ферромагнитные частицы (АС СССР №1603231).
Способ включает взаимодействие ферромагнитных частиц, содержащихся в суспензии, с электромагнитным полем индуктивного датчика, определение величины плотности ферромагнитной суспензии исходя из степени изменения электромагнитного поля катушки индуктивности индуктивного датчика, фиксацию полученных данных аппаратными устройствами с последующей передачей, например, на средства визуализации, хранения или в качестве управляющих команд для технологического оборудования.
Согласно известному способу измерение плотности датчиком является косвенным за счет того, что определение плотности осуществляется не непосредственно индуктивным датчиком, а за счет изменения положения поплавка в зависимости от плотности среды, в которой он расположен. Изменение положения поплавка приводит к изменению положения его составной части, которая связана с индуктивным датчиком, и к изменению индуктивности катушки. По величине изменения индуктивности катушки судят о плотности суспензии после соответствующих вычислений.
Недостатком известного способа является то, что:
- плотность суспензии определяется без учета фактического наличия в ней ферромагнитных частиц;
- способ не предусматривает определения плотности суспензии исходя из концентрации в ней ферромагнитных частиц с учетом стадии обогащения исходного сырья;
- способ не позволяет получить оперативную информацию о плотности суспензии для эффективного управления технологическим процессом обогащения железорудного или другого сырья;
- способ при реализации в устройстве имеет значительную погрешность при получении фактических результатов плотности и не может быть использован в системах автоматического управления технологией обогащения сырья, содержащего ферромагнитные частицы;
- способ сложно реализуется из-за высокой инерционности, что особенно негативно сказывается при обогащении исходного сырья, физико-механические свойства которой динамично изменяются;
- способ может быть использован только в стационарных условиях в качестве источника информации о плотности среды, поступающей на определенную стадию обогащения;
- существуют конструктивные ограничения при реализации способа в виде устройства из-за сложности монтажа в технологических емкостях обогатительных агрегатов.
Задачей изобретения является усовершенствование способа контроля плотности ферромагнитной суспензии за счет того, что фиксацию плотности суспензии осуществляют на основе взаимодействия среды, содержащей ферромагнитные частицы, с электромагнитным полем индуктивной катушки. Особенностью способа является то, что формирование выходного сигнала, питающего катушку индуктивности, осуществляют непосредственно в датчике, что минимизирует потери тока и, соответственно, и показания прибора максимально корректными. Способ предусматривает преобразование сигнала, адекватного для автоматизированной системы управления технологическим процессом, с помощью отдельного вычислительного модуля, наличие которого позволяет передать его точное значение в приемные устройства для выполнения управляющих команд.
Существенным является то, что способ предусматривает формирование устойчивого сигнала, лишенного влияния внешних помех, непосредственно в рабочем датчике, но и усиление полученного сигнала от рабочего элемента датчика - измерительного моста и индуктивной катушки. В способе решаются все необходимые задачи по передаче в вычислительный модуль сигналов, характеризующих плотность суспензии, параметры которой полностью лишены негативных воздействий, что положительно сказывается на возможности получения адекватного сигнала, необходимого для управляющих команд исполнительным узлам и механизмам.
Способ реализуется за счет функционирования двух систем, одна из которых представляет собой датчик, воспринимающий взаимодействие чувствительного элемента ферромагнитных частиц с двухфазным средой, другая обеспечивает преобразование аналогового сигнала в цифровой, что соответствует фактической плотности суспензии.
Технический результат от реализации способа состоит в том, что:
- обеспечивается возможность получения устойчивого сигнала о фактической плотности суспензии и изменение ее величины в режиме реального времени в емкости любой конструкции, например дешламаторе, пульпопроводе;
- способ может быть реализован применительно к новому оборудованию или оборудованию, которое модернизируется в процессе эксплуатации на отраслевых горно-обогатительных комбинатах;
- способ может использоваться в составе автоматических систем управления технологическими процессами обогащения полезных ископаемых, обеспечивая возможность получения информации о плотности суспензии для подачи управляющих команд исполнительным механизмам;
- реализация способа может быть полностью автоматизирована и не требует вмешательства человека;
- способ позволяет получить достоверную оперативную информацию о плотности суспензии, содержащей ферромагнитные частицы, с минимальным запаздыванием при спонтанном изменении ее физико-механических свойств;
- способ может быть реализован на базе любого современного аппаратного обеспечения и позволяет получить информацию о пульпе в условиях агрессивного воздействия среды;
- при реализации способа обеспечивается высокий уровень адаптивности к изменению физико-механических свойств суспензии и компонентов твердой фазы в ее составе;
- применительно к устройству, реализующему способ, минимизируются затраты времени на калибровку измерительного датчика;
- в соответствии со способом сформированные сигналы внутри датчика и вычислительного модуля, а также сигналы прямой-обратной связи между ними имеют высокий уровень устойчивости независимо от расстояния между ними, а также расстояния до приемных устройств системы автоматического управления;
- способ успешно реализуется в широком диапазоне плотности ферромагнитной суспензии, составляет 1250-2500 г/л.
Поставленная задача решается за счет того, что способ контроля плотности ферромагнитных суспензий включает взаимодействие ферромагнитных частиц, содержащихся в суспензии, с электромагнитным полем индуктивного датчика, определение величины плотности ферромагнитной суспензии исходя из степени изменения электромагнитного поля катушки индуктивности индуктивного датчика, фиксацию полученных данных аппаратными устройствами с последующей передачей, например, на средства визуализации, хранения или в качестве управляющих команд для технологического оборудования.
Согласно изобретению в измерительном датчике с помощью цифро-аналогового преобразователя и фильтра нижних частот формируют сигнал, который подают на измерительный мост с измерительной индуктивной катушкой. Сигналы на выходе из измерительного моста с индуктивной катушкой после ее взаимодействия с ферромагнитными частицами взвеси передают на дифференциальный усилитель. С помощью дифференциального усилителя устанавливают величину разбаланса моста. Установленный разностный сигнал от разбаланса моста датчика с помощью аналого-цифрового преобразователя превращают в цифровой код, пропорциональный содержанию магнитного железа в суспензии, и передают в вычислительный модуль. При этом выполняют гальваническую развязку сигналов между вычислительной системой автоматической системы управления технологическими процессами и датчиком исходя из результатов калибровки устройства по плотности суспензии в соответствии с наличием в ней ферромагнитных частиц. Цифровой код датчика подают в микроконтроллер вычислительного модуля и устанавливают значение плотности по магнитному железу согласно калибровочной характеристике. Калибровочную характеристику настраивают вводом данных от интерфейса устройства, с помощью которого визуализируют значение плотности суспензии. Данные от микроконтроллера вычислительного модуля передают посредством универсального преобразователя интерфейса, которым формируют аналоговый, или цифровой, или цифровой и аналоговый сигналы. Сигналы передают или принимают с автоматической системы управления в качестве управляющих команд технологическому оборудованию для изменения соотношения твердой и жидкой фаз ферромагнитной суспензии.
Способ реализуется следующим образом.
Заявленный способ позволяет осуществлять оперативный контроль плотности суспензии, содержащей ферромагнитные частицы. Основным показателем, характеризующим плотность суспензии, является концентрация ферромагнитных частиц в твердой фазе, что позволяет выбирать оптимальный эксплуатационный режим работы технологического оборудования независимо от стадии обогатительного процесса.
Основой реализации способа является взаимодействие двухфазной среды, содержащей ферромагнитные частицы, с измерительным датчиком, в котором расположена индуктивная катушка, которая включена в плечо измерительного моста, индуктивность которой изменяется пропорционально концентрации ферромагнитных частиц в суспензии.
Измерение плотности ферромагнитной суспензии осуществляют в любой технологической емкости независимо от скорости движения жидкой среды.
Рабочим инструментом, который реализует способ, является измерительный датчик, в котором формируют выходной, например, ступенчатый синусоидальный сигнал, имеющий высокую устойчивость при воздействии на него технологических и фоновых помех.
Сформированный сигнал очищается от гармоник и фоновых помех, которые характерны для работы цифро-аналогового преобразователя.
Очищенный сигнал подают в измерительный элемент датчика, который представляет собой измерительный мост, в плечо которого включена измерительная индуктивная катушка.
Датчик погружен в ферромагнитную суспензию, поэтому частицы твердой фазы воздействуют на магнитное поле индуктивной катушки, то есть на ее индуктивность. Величина изменения индуктивности пропорциональна концентрации ферромагнитных частиц в суспензии и, соответственно, ее плотности.
Динамичное изменение индуктивности катушки меняет баланс моста, в который она включена. Индуктивность катушки и баланс моста изменяется пропорционально концентрации ферромагнитных частиц суспензии.
Сигналы, сформированные под действием ферромагнитных частиц, очень слабые, поэтому они усиливаются. Для этой цели может служить дифференциальный усилитель.
В дифференциальном усилителе не только усиливают сигнал, уровень которого будет достаточен для дальнейших преобразований, но и устанавливают величину разбаланса измерительного моста. Исходя из установленных и зафиксированных величин определяют разностный результирующий сигнал.
Разностный результирующий сигнал является аналоговым и не может служить управляющей командой для вычислительного комплекса автоматизированной системы управления, поэтому этот сигнал превращают в цифровой код.
Образование цифрового кода осуществляется с помощью аналогово-цифрового преобразователя, причем числовое значение кода соответствует определенной плотности ферромагнитной суспензии, полученной путем предварительного эталонирование различных образцов, которые используются в качестве базовых применительно к определенному типу руды и ее физико-механических свойств.
Полученный код, отвечая фактическому значению плотности ферромагнитной суспензии, направляют в вычислительный модуль, который выполняют в виде отдельного блока.
В вычислительном модуле выполняют гальваническую развязку сигналов между вычислительной системой автоматической системы управления технологическими процессами и датчиком. В настоящем способе гальваническая развязка обеспечивает возможность передачи сигнала и защиты оборудования от повреждения электрическим током. Для обеспечения гальванической развязки можно использовать трансформатор или оптрон.
После выполнения гальванической развязки цифровой код датчика подают в микроконтроллер вычислительного модуля. В микроконтроллере вычислительного модуля данные, полученные от датчика, приводятся к значениям плотности по магнитному железу по калибровочной характеристике и передаются с помощью универсального преобразователя интерфейса в автоматизированную систему управления технологическим процессом.
Интерфейс устройства содержит индикатор, что предоставляет возможность визуализации результаты измерения значения плотности суспензии, и кнопки управления, позволяющие установить данные плотности для калибровки прибора. Интерфейс устройства позволяет осуществлять ввод данных в микроконтроллер вычислительного модуля для калибровки с учетом типа технологического оборудования, при этом обеспечивается нетрудоемкая и точная калибровка прибора исходя из плотности сырья, с которым взаимодействует датчик, непосредственно на месте эксплуатации в режиме реального времени, а не в лабораторных условиях. Калибровка устройства происходит по плотности суспензии в соответствии с наличием в ней ферромагнитных частиц.
Универсальный преобразователь интерфейса выполнен с возможностью формирования аналогового, или цифрового, или одновременно цифрового и аналогового сигналов и передачи их в автоматизированную систему управления технологическим процессом или приема сигналов от АСУ ТП. Цифровой интерфейс позволяет передать значение плотности в компьютер автоматизированной системы управления технологическим процессом или принять сигналы от АСУ ТП. Аналоговый интерфейс позволяет превратить обработанное значение плотности в аналоговый нормированный сигнал для управления механизмами оборудования АСУ ТП.
Эти данные являются основой для формирования управляющих команд для технологического оборудования по изменению плотности суспензии за счет изменения соотношения твердой и жидкой фаз. Изменение плотности суспензии позволяет с учетом стадии обогащения максимальное добычи полезного компонента для эффективного получения рудного концентрата.
Выполнение команд осуществляется после их передачи в автоматическую систему управления технологического оборудования, которое изменяет соотношение твердой и жидкой фаз ферромагнитной суспензии.
Эксперименты и опытно-промышленные испытания заявленного способа показали его высокую эффективность по оперативному определению плотности ферромагнитной суспензии в режиме реального времени. Способ обеспечивает возможность оптимизации технологического процесса и получения рудного концентрата. Устройство может быть успешно реализовано на горно-обогатительных комбинатах, где осуществляется обогащение руды, содержащей ферромагнитные частицы.