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基于视测尺寸分布的自控型反击式破碎机

Antti Jaatinen，Tero Onnela

摘要：本文描述了在英国一家大型集料生产厂中作为二级破碎机并行运行的两台反击式破碎机的控制方案的实际实施。该控制基于测量破碎机功率抽取，质量流量和生产岩石的尺寸分布。使用图像分析估计尺寸分布。然后自动调节冲击式破碎机的设定，即转子速度和冲击板间隙，以产生所需的最终产品。该系统可补偿破碎机吹杆磨损和进料特性的变化。这是第一次在生产工厂实施这种控制方案。本文介绍了所使用的方法和控制以及未来的发展，包括二次安装的测控优化控制。不幸的是，该工厂最近经历了设备破损，因此无法及时对纸张准备期限进行分析。然而，这种分析可以在会议上提出。

关键词：破碎，自动过程控制，图像分析，优化

ABSTRACT: This paper describes a practical implementation of a control scheme for two impact crushers operating in parallel as secondary stage crushers in a large-scale aggregate production plant in the United Kingdom. The control is based on measuring crusher power draw, mass flows and the size distribution of produced rock. The size distribution is estimated using image analysis. The settings, i.e.rotor speed and impact plate gaps, of the impact crushers are then automatically adjusted to produce the desired end products. The system compensates for crusher blow bar wear and changes in feed material properties. This is the first time that such a control scheme has been implemented in a production plant. This paper describes the methods and controls used as well as future developments including an optimizing control based on a second, already installed camera. Unfortunately the plant in question has lately experienced equipment breakages so an analysis of the observed benefits is not available in time for paper preparation deadlines. Such an analysis can be presented at the conference, however.

Keywords: crushing, automatic process control, image analysis, optimization

1.引言

岩石以两种不同的方式被压碎; 通过压缩或冲击。例如，在旋转式破碎机中发生压缩破碎，其中旋转锥体向岩石施加压缩力。冲击破碎涉及用足够的力撞击岩石以使其破碎。高利率矿产开采导致几乎任何类型的矿产储量现在都是低品位或枯竭的。 在这个阶段，加工业需要更早被忽视的反叛矿石和采矿废物，其特点是复杂的化学，矿物学和岩相学，不均匀的结构，高度变化的浸渍，共生，不同的颗粒大小和形态等。高标准的完整和综合利用矿物 在天然矿物和采矿废物处理方面储备，开发和引进资源和节能技术，迫使材料在预处理阶段被破坏，并且在早期的崩解阶段进行一些研磨。因此，冲击破碎是一种相当剧烈的过程。用户不能像压缩破碎那样观察到，因此在日常操作中注意到异常行为并不容易。反击式破碎机通常不被认为是精密仪器，并且不像旋转式破碎机那样成为控制工作的目标。

本文介绍了一种在英国大型综合生产工厂运行的控制系统。植物粉碎石灰石。新控制系统背后的动机是希望将生产从0-40毫米“1型”产品转移到更有价值的6-10毫米部分。该系统于2012年11月投入使用。

有问题的工厂广泛使用反击式破碎机; 初级破碎是用Hazemag APP2030完成的。超大岩石被筛选为大型初级库存。这个库存下的振动给料机供给两个平行的Hazemag APKM1630压碎机，准备加工时原料分解的基本任务是在相界面上破坏物体而不会过度研磨并且能量输入最小化。 破碎和碾磨设备通过击打，磨损和挤压来破坏矿物质，当矿物解锁时，多次将颗粒尺寸减小到最小尺寸的矿物颗粒。 这种崩解方法选择性低，需要大量的能量输入并且需要过度研磨未锁定的颗粒，这会恶化矿物加工的性能。这是由新控制系统控制的设备。库存将主要和次要破碎的动态相互分离，允许它们以不同的时间表运行。然而，它引入了暴露和储存分离的水分问题，如图一所示。

图一 库存中的分离

2.过程设备冲击破碎机

冲击式破碎机包括转子，该转子具有容纳在金属壳体（2）中的附接的冲击杆。通过改变转子的转速和破碎板的位置来控制破碎。由于可以使用液压活塞调节破碎板并且可以使用变速驱动器控制破碎机速度，因此该工作中的破碎机是相当先进的。据估计，60％的破碎作用是通过撞击岩石的吹气杆（来自旋转的动能），30％的岩石击中破碎板（来自平移的动能）和10％的岩石击中相互撞击

图二 有三个破碎板冲击式破碎机示意图

我们必须考虑的执行器是断路器板和转子速度。在测试期间，很快发现虽然可以随意调节速度，但是如果要求的变化小于5mm，破碎机的控制系统将不会移动破碎板。采矿废物的特点是精细和非常精细的传递，存在复杂的矿物颗粒替代结构，不同于天然矿物的物理机械性能，这早在其预处理阶段就告诉废物处理的低性能。 传统的破碎机和磨机。 对俄罗斯和国外在矿石预处理中使用的崩解方法的回顾表明，通过自由击打破坏导致异质材料的不同强度相的大多数选择性解锁。 这种崩解方法确保了复杂矿物化合物在相界面上的最完全分离，并且预期，反叛矿物的连续加工的产量更高。通过向前和向后移动板块可以进行较小的更改，但我们决定将其作为调整的下限。

虽然三个破碎板可以独立移动，但并非所有组合都是合理的。主要设置是第二个破碎板（S2），而第一个板（S1）遵循S2设置，遵循以下“经验法则”公式

在此公式中，除非目标尺寸分布改变，否则第三破碎板（S3）根本不移动。

3.尺寸分布测量

尺寸测量使用Metso Visiorock相机系统完成。它包括一个带照明和灰尘抑制的保护外壳中的摄像头和一台进行实际计算的计算机。任何相机系统只能看到输送机上物料床的表面。从矿物加工知识来看，粉碎越细，相分离越高，聚集体越纯。 具体而言，易碎的多孔硬化水泥浆倾向于分解成更细的颗粒，以小于0.15mm的分数累积。 由于从CDW再循环生产的超细级分的应用尚未明确开发，粉碎过程应该防止这些颗粒的产生。 因此，建议使用能够产生更好的释放和降低细粒产量的破碎机制。由于在此应用中尺寸测量数据仅用于控制，因此系统被校准为与其在表面上看到的非常精确。这样做的副作用是分布数据与采样所获得的数据不匹配，因为由于隔离，较小的分数被隐藏在视图之外。但是，它确实可以更好地检测尺寸的变化。

在这个应用中，比测量本身更有趣的是所需的测量序列。这是因为有三台破碎机进给同一输送机（3），在测量时需要将每台破碎机的输出分开。

图三 流程图显示了主要冲击器X1和两个平行的二次冲击器X2和X3，所有这些都输送到相同的两个输送机。

这是通过停止喂料器以便只有一个喂料然后等待一段时间来完成的，这样照相机下面的输送机就充满了来自破碎机的岩石。每个破碎机下都有作为缓冲器的筒仓，因此在测量过程中不会停止生产。从矿物加工知识来看，粉碎越细，相分离越高，聚集体越纯。 具体而言，易碎的多孔硬化水泥浆倾向于分解成更细的颗粒，以小于0.15mm的分数累积。 由于从CDW再循环生产的超细级分的应用尚未明确开发，粉碎过程应该防止这些颗粒的产生。 因此，建议使用能够产生更好的释放和降低细粒产量的破碎机制。筒仓填充速度非常快，因此输送到输送机的输出不能长时间停止。因此，序列的时间相当紧凑。完整的序列大约需要30秒。

4.控制方案

在接近这种情况并设计控制时，我们的目标是自动化工厂人员通常采取的控制措施。这意味着每天一次手动取样产品，在实验室中用筛子系列进行分析，并在必要时使用结果更改第二天的破碎机设置。我们的方法是使这个序列明显更快; 而不是每日采样，我们每十五分钟运行一次测量序列。如有必要，立即调整破碎机设置。破碎机的选择主要取决于材料尺寸，所需的最终产品，运营成本和环境因素。 在欧洲回收工厂中可以找到双破碎工艺，而二级破碎机的选择通常依赖于定性标准，例如粗RCA和细RCA回收馏分。 然而，一系列矿物加工文献支持粉碎类型可能改变所获得产品性质的概念。

成功的控制方案必须考虑可用测量和执行器的限制。如前所述，相机只能看到物料流的表面。不能观察到破碎颗粒的微小运动矿物修整操作可以在复合材料中分离不同的材料相，包括混凝土。 在此过程中，确定特定于阶段的特征以选择最合适的分离原则非常重要，主要集中在使用跳汰或空气分离的密度分离方法，最终从CDW中去除有机材料。以前的研究评估矿物相分离表明有效降低再生料中水泥及大颗粒的不同方法。

Visiorock测量给出了不同岩石尺寸的通过百分比。将这些与预定值进行比较，以确定破碎机是否生产过细，过粗或产生合适尺寸的产品。先前已经研究过颚式破碎机混凝土废料的宏观模型，证明在加载过程中形成了破裂区。 此外，碎裂能量与再生混凝土中粗大天然细料的数量有关。 再生混凝土骨料需要比再生砂浆料更多的能量压碎，这一发现主要与复合水泥颗粒的总粒度有关。

我们决定使用转子速度作为我们的主要操纵变量，因为它可以在不停止破碎机进料的情况下进行调整。对每个具体应用进行不同的测试程序。 然而，对于道路建筑材料而言，机械和耐磨性很重要，为了在混凝土中再利用，吸水对于具体的技术方面更为重要。断路器板用作辅助操纵变量。断路器板调整需要进料暂停，这意味着减少生产。

从控制工程的角度来看，反击式破碎机的一般功能可归纳如下：

如果产品太细，会增加破碎机配置，提高进给率，减慢生产速度;如果产品太粗，会减少破碎机配置要求，降低进给率，增快生产速度。为了使用矿物修整操作从再循环的聚集体中除去粘附的水泥浆，需要两个步骤：释放和分离。 当不同的相（例如硬化的水泥浆和天然聚集体）彼此分离时发生解放。水泥浆释放的主要影响当然与混凝土废料的顶部尺寸及其强度有关。除了材料阻力，进料尺寸和破碎机特性之外，粉碎料的粒度分布的工业规范不考虑其他变量。 如果先前没有达到一定程度的颗粒释放，则这种分离是不可行的。破碎是从混凝土废物中释放可用材料的第一个必要步骤，包括砾石，碎石和沙子。 此外，聚集体可以通过随后的分离和分选步骤从水泥浆开始回收和分离。

从上面描述以及Visiorock测量结果中确定适当的调整。改善水泥浆的分离倾向于提高再生料的质量和在不同应力条件下的使用，例

资料编号：[4669]