ВАЛКОВЫЙ ПРЕСС И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ НАПОЛНЕНИЯ
ROLLER PRESS AND METHOD OF DETERMINING FILLING LEVEL

Изобретение относится к валковому прессу для измельчения, прессования или брикетирования материала, со станиной пресса, двумя валками, расположенными рядом друг с другом в станине пресса с образованием зазора между валками, и расположенной выше зазора между валками загрузочной шахтой, через которую материал может быть подведен к зазору между валками, причем загрузочная шахта содержит одну или несколько ориентированных вертикально или под наклоном к вертикали стенок шахты с образованием неизменного по высоте, по меньшей мере, на участках или расширяющегося сверху вниз поперечного сечения, причем загрузочная шахта оснащена измерительным устройством для определения уровня наполнения материалом в загрузочной шахте.
В случае такого валкового пресса речь особо предпочтительно идет о валковой мельнице с помольной постелью, которая служит предпочтительно для измельчения материала. Изобретение относится, однако, также к валковым прессами или валковым мельницам с помольной постелью для прессования или брикетирования материла. В станине пресса оба валка установлены с возможностью приведения во вращение, причем оба прессующих валка приводят во встречное вращение. При этом один из обоих валков выполнен, как правило, в качестве неподвижного валка, а другие валки укреплены в качестве подвижных валков (с возможностью бокового перемещения), причем эти подвижные валки нагружают опирающейся о станину пресса гидравлической системой. Альтернативно могут быть реализованы, однако, также два подвижных валка или иная концепция рамы. Соответствующий изобретению принцип от этого не зависит. Материал подводят к зазору между валками через загрузочную шахту исключительно с помощью силы тяжести.
Для эффективной эксплуатации валковые прессы (предпочтительно валковые мельницы с помольной постелью) работают, как правило, с буферным резервуаром материала. Это означает, что для обеспечения непрерывной и, таким образом, безупречной и рентабельной эксплуатации в желаемой рабочей точке постоянно должен присутствовать достаточный уровень наполнения материалом, в результате чего в распоряжении постоянно находится количество материала, достаточное для ввода в зазор между валками. Поскольку действующий между валками зазор зависит, как правило, от уровня наполнения материалом в загрузочной шахте, так что уровень заполнения может влиять на производительность валкового пресса, причем это влияние возрастает с увеличением высоты уровня наполнения. Поэтому на практике часто стремятся к обеспечению постоянного уровня наполнения в загрузочной шахте. По этой причине определение уровня наполнения с помощью измерительного устройства имеет практическое значение, причем предпочтительно транспортировочные средства (например, ленточные транспортеры) для наполнения загрузочной шахты могут быть подключены через пригодную систему управления или регулирования (например, систему управления и регулирования числа оборотов ленточных транспортеров) к сигналу уровня наполнения в загрузочной шахте.
На практике для измерения уровня наполнения в загрузочной шахте в распоряжении имеется множество различных техник измерения. Если работают с легко текучим материалом (с высокой текучестью), на практике используют, как правило, воронкообразные загрузочные шахты с сужающимся вниз поперечным сечением. В случае таких воронкообразных загрузочных шахтах на практике используют гравиметрические измерительные устройства, при которых шахта установлена на весовых ячейках с тензодатчиком, поскольку вследствие проходящих под скосом вниз стенок шахты происходит зависимое от уровня наполнения приложение силы к загрузочной шахте и, следовательно, к весовым ячейкам с тензодатчиком, в результате чего на основании сигнала весовых ячеек с тензодатчиком можно сделать заключение о массе материала и из этого (при известной плотности) об уровне наполнения загрузочной шахты.
При обработке не являющегося легко текучим материала с малой текучестью использование загрузочных шахт с сужающимся вниз поперечным сечением, однако, не всегда принимают во внимание, так что в этом случае на практике используют загрузочные шахты, которые имеют неизменное на протяжении высоты поперечное сечение или предпочтительно расширяющееся вниз поперечное сечение. На практике при таких конструкциях работают, например, с радиометрическим измерением уровня наполнения, при котором используют ослабление радиоактивного излучения в форме поглощения и рассеяния наполняемым материалом. Предпосылкой к этому является использование радиоактивных источников излучения, которые, однако, само собой разумеется, можно использовать только в составе определенных установок. В целом использование таких радиоактивных способов измерения является дорогостоящим. Настоящее изобретение решает указанную проблему. Поскольку изобретение относится, в частности, к обработке материала с малой текучестью, например, содержащего руду материала, в частности, тонко измельченных руд, так называемых тонких руд. Предпочтительно обрабатывают (влажный) железнорудный концентрат для последующего окомкования.
Поэтому в основу изобретения положена задача создания валкового пресса описанного выше типа, который (также) при обработке материалов с малой текучестью (в частности, при влажных и клейких загружаемых материалах) обеспечивает возможность несложного измерения уровня наполнения с отказом от радиометрических методов или других методов, базирующихся на излучении.
Для решения этой задачи изобретение применительно к соответствующему по родовому признаку валковому прессу описанного выше типа предусматривает то, что измерительное устройство выполнено в качестве гравиметрического измерительного устройства для гравиметрического измерения уровня наполнения. В рамках изобретения гравиметрическое измерение уровня наполнения подразумевает измерение уровня наполнения на механической базе с отказом от радиометрических или базирующихся на излучении измерений, при котором уровень наполнения определяют с помощью измерения массы или вытекающей из этого силы тяжести материала.
При этом изобретение основано на том, что для определенных целей использования, в частности, для обработки материала с малой текучестью, обязательно необходимо работать с загрузочной шахтой, которая не сужается вниз, а имеет поперечное сечение, либо неизменное на протяжении высоты, либо расширяющееся вниз. При этом изобретение охватывает также формы исполнения, при которых загрузочная шахта имеет неизменное поперечное сечение лишь на участке, так что охвачены, в частности, также загрузочные шахты, которые ступенчато или уступами расширяются вниз. Неожиданным образом, с помощью изобретения было установлено, что также при такой геометрии загрузочной шахты, при которой должно быть предотвращено налипание загружаемого материала на стенки шахты и, тем самым, достигнут неизменный поток материала, можно работать с гравиметрическим измерением уровня наполнения.
Текучесть сыпучих материалов в шахте ведет к напряжениям в сыпучем материале и с учетом трения о стенки и характеристик сыпучего материала к напряжениям в стенках. Вследствие сыпучего материала в поперечном сечении шахты действуют горизонтальные напряжения и вследствие опирания о внутренние стенки шахты их следствием являются силы тяжести в точках крепления загрузочной шахты. Следовательно, материал вырабатывает неожиданно высокое приложение силы к стенкам шахты в форме релевантной массы или релевантной вертикальной компоненты силы, которая может быть измерена. В зависимости от свойств материала и в зависимости от геометрии она соответствует приблизительно порядку величины от 35% до 45% от загруженной массы. Соответствующее изобретению исполнение пригодно, в частности, при обработке материалов с малой текучестью, особенно если такой материал обеспечивает возможность особо эффективной передачи сил на стенки шахты. При этом интересен тот факт, что таким образом измерение уровня наполнения возможно так статически (например, после заполнения загрузочной шахты), так и динамически (например, для непрерывно ползущего материала в процессе работы пресса).
Предпочтительно в рамках изобретения используют расширяющуюся вниз загрузочную шахту. Она содержит одну или несколько стенок, которые (по меньшей мере, на участках) ориентированы под (отрицательным) углом, например, от 0,1° до 10°, предпочтительно, например, от 0,5° до 5° относительно вертикали. Следовательно, на практике работают со сравнительно малыми углами наклона, которые, однако, при сыпучих грузах с плохой текучестью уже обеспечивают улучшенный подвод материала к валковому прессу и при которых описанным выше образом может быть неожиданно реализовано гравиметрическое измерение уровня наполнения.
Измерительное устройство содержит одну или предпочтительно несколько весовых ячеек с тензодатчиком, на которые опирается загрузочная шахта. С помощью весовых ячеек с тензодатчиком можно измерять, следовательно, силу тяжести, выработанную общей массой загрузочной шахты, причем соответствующим изобретению образом она зависит от уровня наполнения материалом в загрузочной шахте. В предпочтительном исполнении загрузочная шахта установлена на одну или несколько весовых ячеек с тензодатчиком, в то время как, например, загрузочная шахта с промежуточным включением весовых ячеек с тензодатчиком расположена на станине пресса. Для этого загрузочная шахта может содержать нижнюю раму или может быть соединена с нижней рамой, причем эта нижняя рамка расположена с промежуточным включением весовых ячеек с тензодатчиком на станине пресса. Поскольку загрузочная шахта с промежуточным включением весовых ячеек с тензодатчиком должна быть расположена на станине пресса подвижно в вертикальном направлении, целесообразно присоединение загрузочной шахты к станине пресса с промежуточным включением упругого в вертикальном направлении (имеющего форму рамы) компенсатора. Такой компенсатор может содержать, например, верхний фланец для присоединения к загрузочной шахте или ее нижней раме и нижний фланец для присоединения к станине пресса, причем между верхним фланцем и нижним фланцем предусмотрена упругая и/или подвижная рама, которая может быть изготовлена, например, из эластомерного материала, например, резины, или расположенных с возможностью вертикального перемещения относительно друг друга и/или друг с другом элементов шахты. Весовые ячейки с тензодатчиком могут быть расположены в этом случае, например, между верхним фланцем и нижним фланцем компенсатора.
В случае весовых ячеек с тензодатчиком можно прибегнуть к обычным весовым ячейкам, которые могут быть выполнены, например, в виде электромеханических весовых ячеек. При этом в результате упругой деформации упругого чувствительного элемента изменяется электрическое сопротивление одного или нескольких интегрированных в него тензометрических резисторов (DMS). С помощью, например, мостовой схемы изменение сопротивления можно отобразить в форме пропорционального весу сигнала напряжения. Принципиально возможно, однако, использование также и весовых ячеек с иной конструкцией.
Предпочтительно производят уже описанное вертикальное взвешивание загрузочной шахты. Альтернативно в рамки изобретения включена также, однако, реализация взвешивания резервуара со встроенными весовыми ячейками.
Загрузочная шахта изготовлена, как правило, из металла, например, стали, и испытания показали, что для различных материалов, например, для рудоносного материала, например, тонкой руды, достигается передача на стенку резервуара силы, достаточной для надежного гравиметрического измерения уровня наполнения. Опционально в рамках изобретения также предусмотрено, однако, оснащение стенок шахты с внутренней стороны (на участках или предпочтительно полностью) покрытием (например, в целях защиты от износа), например, полимерным покрытием. Так, стенки шахты могут быть облицованы с внутренней стороны, например, полимерными панелями, например, из полиэтилена или т.п. Изобретение может быть реализовано также с такими покрытиями.
Предметом изобретения является не только описанный валковый пресс, но и способ определения уровня наполнения материалом в шахте, а именно, в частности, по мере наполнения валкового пресса описанного вначале типа. Следовательно, соответствующий изобретению способ также ставится под защиту независимо от конкретной области использования валкового пресса. Этот способ характеризуется тем, что шахта, например, загрузочная шахта, содержит одну или несколько вертикальных или ориентированных под наклоном к вертикали стенок с образованием неизменного на протяжении высоты или расширяющегося вниз поперечного сечения. Согласно способу, уровень наполнения измеряют гравиметрически с помощью нагруженных шахтой весовых ячеек с тензодатчиком, в то время как с помощью весовых ячеек тензодатчиком измеряют приложенную к стенкам резервуара силу тяжести или массу и на основании этого определяют уровень наполнения. Предпочтительно этот способ используют по мере наполнения валкового пресса описанного типа, в результате чего шахта выполнена в виде загрузочной шахты валкового пресса.
c
c
Особенно предпочтительно соответствующий изобретению способ относится к обработке материалов с малой текучестью. Малая текучесть подразумевает в рамках изобретения материалы с текучестью ff менее 10, предпочтительно менее 4. Текучесть ff представляет собой соотношение между напряжением уплотнения и пределом прочности на сжатие. Напряжением уплотнения называют напряжение, которое необходимо для уплотнения пробы сыпучего материала в полом цилиндре. В случае устранении нагрузки в вертикальном направлении и приложения к цилиндрической пробе сыпучего материала напряжения уплотнения при достижении предела прочности на сжатие происходит разрушение или растекание пробы. Материалы с малой текучестью имеют высокое внутреннее трение, в результате чего они передают также и трения на установленные вертикально или под отрицательным углом стенки шахты. Этот эффект используют в предпочтительном исполнении в рамках изобретения.
Кроме того, особое значение имеет тот факт, что соответствующий изобретению способ обеспечивает возможность не только статического изменения уровня наполнения, но и динамического измерения уровня наполнения и, следовательно, позволяет проводить измерение уровня наполнения в ходе непрерывной работы валкового пресса.
c
Следует учитывать тот факт, что передача силы тяжести материала в загрузочной шахте на стенки шахты зависит от различных факторов, причем сила тяжести, которая вытекает также из напряжения стенок, не находится в линейной зависимости от уровня наполнения. Исходя из этого, в соответствии с изобретением предусмотрено, что уровень наполнения определяют с использованием одной или нескольких функций пересчета, которые предоставляют в распоряжение для соответствующей геометрии шахты и/или для соответствующего материала. При этом влияние оказывают свойства материала, включая текучесть ff и влажность материала, наклон стенки/угол шахты, а также коэффициент трения между материалом и стенкой шахты. В целом при оценке (например, с помощью ЭВМ) в этом случае производят соответствующий и при обстоятельствах также нелинейный пересчет сигнала измерения весовых ячеек с тензодатчиком в соответствующий уровень наполнения, а именно также с вовлечением названных выше параметров материала и конструкции.
Согласно изобретению, в первую очередь измеряется уровень наполнения с учетом описанных аспектов. Предметом изобретения является, однако, также способ эксплуатации валкового пресса с использованием описанного измерения уровня наполнения. При этом существует возможность использования определенного уровня наполнения или измеренных весовыми ячейками с тензодатчиком сигналов для управления или регулирования загрузочных агрегатов и/или валкового пресса. Так, наполнение загрузочной шахты осуществляются, как правило, с помощью одного или нескольких загрузочных агрегатов (например, ленточных транспортеров) и в соответствии с изобретением управление и регулирование таких загрузочных агрегатов можно осуществлять с учетом исчисленных сигналов или уровней наполнения. То же справедливо для эксплуатации валкового пресса, например, управления или регулирования числа оборотов валков или зазора между валками или других параметров пресса. В последующем изобретение пояснено более подробно на основании чертежей, показывающих исключительно один пример исполнения. На чертежах представлено следующее:
Фиг. 1 - схематично на виде сбоку валковый пресс,
Фиг. 2 - валковый пресс в перспективном изображении.
На фигурах показан валковый пресс с формой исполнения в качестве валковой мельницы с помольной постелью. В примере исполнения она служит для измельчения материала, например, рудоносного материала. Особо предпочтительно речь идет при этом о тонкой руде (например, железнорудном концентрате), который вследствие своей влажности может обладать также относительно малой текучестью.
Валковый пресс содержит станину 1 пресса и два расположенных в станине 1 пресса рядом друг с другом валка 2, между которыми образован зазор 3 между валками. Оба валка 2 приводятся во встречное вращение с помощью не изображенных приводов. Выше зазора 3 между валками расположена загрузочная шахта 4, через которую материал подводят к зазору 3 между валками. В примере исполнения загрузочная шахта содержит, по меньшей мере, две противолежащих стенки 4а шахты, которые вертикально наклонены относительно вертикали под углом α, так что загрузочная шахта 4 имеет расширяющееся сверху вниз поперечное сечение. (Отрицательный) угол α может составлять при этом приблизительно от 0,5° до 5°, например, от 0,5° до 2°.
Валковый пресс оснащен измерительным устройством 5, с помощью которого можно определять и контролировать уровень наполнения материалом в загрузочной шахте 4. В соответствии и изобретением это измерительное устройство 5 выполнено в виде гравиметрического измерительного устройства, так что происходит гравиметрическое измерение. Это гравиметрическое измерительное устройство 5 содержит в примере исполнения несколько весовых ячеек 6 с тензодатчиком, которые нагружают загрузочной шахтой. В показанном примере исполнения это реализовано таким образом, что загрузочная шахта 4 установлена на весовые ячейки 6 с тензодатчиком. Для этого загрузочная шахта содержит в примере исполнения нижнюю раму 7, причем эта нижняя рама 7 с промежуточным включением весовых ячеек 6 с тензодатчиком расположена на станине 1 пресса. Впрочем, загрузочная шахта 4 с промежуточным включение упругого или подвижного в вертикальном направлении компенсатора может быть присоединена к станине 1 пресса. Подробности компенсатора не показаны.
В рамках изобретения с помощью весовых ячеек 6 с тензодатчиком уровень наполнения материалом в загрузочной шахте 4 можно определять и контролировать не только статически (например, после наполнения или опорожнения), но и также динамически и, следовательно, непрерывно во время наполнения, а также (одновременного) опорожнения в процессе работы валкового пресса. До настоящего времени такое гравиметрическое измерение уровня наполнения применяли лишь при воронкообразных, сужающихся вниз загрузочных шахтах, в случае которых, в частности, вследствие геометрии происходит приложение силы тяжести материала к стенкам шахты. В соответствии с изобретением неожиданно было установлено, что достаточное приложение силы возможно также при изображенной на фигурах геометрии загрузочной шахты с расширяющимся вниз поперечным сечением, так как также и в этом случае загружаемый материал в решающей степени подпирает стенки резервуара, что ведет к силе тяжести, которая может быть измерена весовыми ячейками с тензодатчиком. Сам непрерывно текущий сыпучий материал опирается о стенки резервуара в мере, достаточной для вывода из этой зависимости измеренной силы тяжести от уровня наполнения. Таким образом, также при обработке влажных и клейких сыпучих материалов, которые для безупречной эксплуатации предполагают расширяющийся вниз вертикальный ствол шахты, можно несложным образом гравиметрически определять уровни наполнения, в результате чего можно отказаться от известных из уровня техники, базирующихся на излучении методов измерения.