Контроль технологических процессов обогащения является важнейшей составляющей процесса управления горно-обогатительным производством, поскольку качество конечного продукта в значительной степени определяется качеством исходного сырья. Основная цель контроля – измерение качественных показателей продукта. Важнейшим из таких показателей является массовая доля ценного компонента. Достоверное и своевременное знание данного показателя позволяет контролировать и регулировать технологический процесс, обеспечивая требуемое качество конечного продукта.
В настоящее время для контроля массовой доли ценного компонента в рудахиспользуют химический, рентгенофлуоресцентный или магнитометрический метод. Рентгенофлуоресцентный и магнитометрический методы требуют применения дорогостоящей громоздкой измерительной аппаратуры. Химический метод наиболее точен, но требует длительного времени для проведения анализа.
Одним из вариантов оперативного анализа содержания ценного компонента в продуктах обогащениячерной металлургии является применение измерителя на основе индуктивного преобразователя[1].Исследования, проведенные для проб магнетитовой руды различной крупности, показали высокую чувствительность индуктивного преобразователя к изменению содержания железа в материале[2].
В качестве выходной величины при измерениях удобно использовать относительное изменение индуктивности преобразователя:
На рис. 1 представлена зависимость параметра (в процентах) от концентрации железаb в порошкообразном материале различных стандартных значений крупности: 100, 74, 63, 44 и 20 мкм. Результаты получены при использовании в качестве пробоотборника стандартной медицинской пробирки, объем которой в несколько раз превышает минимально допустимый объем пробы и индуктивного преобразователя с собственной индуктивностью L0 = 7,9 мГн и активным сопротивлением r = 52,2 Ом.
Рисунок 1. Зависимость относительного изменения индуктивности
преобразователя от массовой доли железа
Как видно из графиков, крупность материала оказывает существенное влияние на результат измерений[3].
Для построения функционально законченного прибора параметр необходимо преобразовать в электрический сигнал. Количественную оценку такого преобразования удобно проводить на примере классической мостовой схемы переменного тока (рис. 2, а). Если включить индуктивный преобразователь вместо L1и задаться условиями L1 =L2, r1= r2, R3 = R4, то, при частоте питающего напряжения 1 кГц, функция преобразования измерительной схемы будет иметь вид, показанный на рис. 2, б.
Из графика видно, что приведенная простейшая измерительная схема имеет достаточно большую чувствительность. Это определяет высокую помехоустойчивость измерительного тракта и позволяет упростить схему прибора за счет исключения звена усиления сигнала.
 |
 |
|
а) |
б) |
Рисунок 2. Измерительная схема (а)и её функция преобразования (б)
Простота, надежность и высокая чувствительность индуктивного преобразователя делает перспективным создание на его основе измерителя для оперативного измерения содержания железа в порошкообразных пробах горно-обогатительного производства.
Концепция создания такого прибора предполагает простоту использования, достаточную точность и высокую надежность при эксплуатации в производственных и полевых условиях. Рациональным является построение прибора с независимым питанием и возможностью согласования с современными средствами мобильной связи и обработки информации.
На рис. 3 показан вариант структурной схемыизмерителя. Прибор работает следующим образом.
Пробоотборник с материалом помещается в индуктивный преобразователь. С помощью задатчика 7 устанавливается крупность материала пробы. Микроконтроллер 6 в зависимости от крупности выбирает режим виброподготовки и подает сигнал преобразовательному устройству 9 механического встряхивателя8. Встряхиватель обеспечивает режим механических колебаний пробоотборника, при котором происходит дезориентация намагниченных частиц порошка, а также устранение несплошностей в материале пробы.
Рисунок 3. Упрощенная структурная схема измерителя:
1 – пробоотборник с материалом; 2 – индуктивный преобразователь;
3 – измерительная схема;4 – генератор возбуждения измерительной схемы;
5 – активный выпрямитель; 6 – микроконтроллер; 7 − задатчик крупности;
8–встряхиватель; 9 – преобразовательное устройство
Режим виброподготовки обеспечивается заданием амплитуды, частоты и длительности колебаний для каждого значения крупности материала.
После виброподготовки микроконтроллер 6 включает процесс измерения, запуская генератор 4, который обеспечивает питание измерительной схемы 3 переменным напряжением. Сигнал, снимаемый с измерительной схемы, преобразуется активным выпрямителем 5 в сигнал постоянного тока, который подается на аналоговый вход микроконтроллера. Микроконтроллер, анализируя аналоговый сигнал, в соответствие с заданной крупностью, рассчитывает массовую долю ферромагнитного компонента. Расчет производится на основании аналитических зависимостей, описывающих графики, приведенные на рис. 1 и рис. 2, б. Полученное значение концентрации отображается на индикаторе 10.
Конструкция встряхивателя, схемотехника измерительной схемы, активного выпрямителя и преобразовательного устройства, алгоритм работы управляющей программы микроконтроллера определяются условиями эксплуатации прибора, минералогическим составом исследуемого материала и требованиями к точности измерений.
Представленная структура может быть аппаратно реализована в виде компактного, недорогого, простого в обращении и надежного прибора для экспресс-оценки содержания ферромагнитного компонента порошкообразных проб в цехах обогатительного производства, а также в полевых условиях горно-добывающей отрасли.
Список литературы:
- Вечеркин М.В., Шавакулева О.П., Емелина Е.Ю., Шевченко С.Г. О возможности применения индуктивного преобразователя для экспресс-оценки содержания железа в порошкообразном материале. Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 69-й научно-технической конференции. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011, Т.2. − С. 28-29.
- Шавакулева О.П.,Вечеркин М.В.,Харрасов Д.Р., Чернов Д.В.Экспресс-оценка массовой доли железа в порошкообразных материалах. Наука и производство Урала №10, 2014. − С. 116-117.
- Шавакулева О.П., Вечеркин М.В. Влияние крупности ферромагнитных минералов на магнитные свойства. Горный информационный аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2006. №1. − С. 340-342.[schema type=»book» name=»ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ФЕРРОМАГНИТНОГО КОМПОНЕНТАВ ПОРОШКООБРАЗНОМ МАТЕРИАЛЕ ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА» description=»Обосновывается возможность применения индуктивного преобразователя для измерения массовой доли железа в продуктах добычи и обогащения железорудного сырья. Приведены экспериментальные зависимости выходной величины индуктивного преобразователя от концентрации полезного компонента и крупности материала. Показана высокая чувствительность преобразователя и измерительной схемы к изменению входной величины.Описана структура и принцип работы прибора, основанного на применении индуктивного преобразователя. » author=»Вечеркин Максим Викторович, Песина Юлия Александровна, Шавакулева Ольга Петровна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-02″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_27.06.2015_06(15)» ebook=»yes» ]