Способ и устройство для анализа сыпучего материала
Изобретение относится к способу и устройству для анализа сыпучего материала. Способ анализа заключается в создании быстротекущего потока сыпучего материала внутри камеры анализа, выделение образца при помощи корпуса из средней объемной части этого потока, направление света в материал, улавливание света и направление его в спектрометр. Корпус имеет открытый верхний конец и ограниченный выход. Упомянутый открытый верхний конец корпуса ограничен поверхностями, которые взаимно пересекаются с образованием острых кромок, которые разделяют поток на часть, которая поступает в корпус, и часть, которая обтекает корпус, при этом скопление материала не происходит наверху корпуса. Технический результат заключается в получении репрезентативного потока-образца. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 17 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к анализу сыпучего материала (материала в виде частиц).
Уровень техники
В металлургической промышленности существует необходимость знать как можно точнее состав материала, который был добыт в виде песка или добыт в виде скальной породы с последующим дроблением до получения гранул и который представляет собой исходное сырье для установки дальнейшей переработки (например, обогатительной фабрики).
Главная причина того, почему эта касающаяся состава информация обладает такой жизненной важностью, заключается в том, что различные рабочие параметры установки переработки минералов должны быть заданы в зависимости от количественных соотношений компонентов в исходном сырье. Эти количественные соотношения непрерывно изменяются в процессе разработки рудного тела, на котором ведутся работы по добыче руды, в связи с чем должны вноситься корректировки в работу установки для того, чтобы гарантировать максимальную эффективность ее эксплуатации с целью достижения наилучшего возможного выхода.
Другая причина того, почему эта информация настолько важна, заключается в том, что происходят изменения переменных характеристик окружающей среды, таких как влажность и температура, а также переменных характеристик оборудования, таких как напряжение питания и физическое состояние установки переработки. Любая из этих переменных может привести к тому, что на определенных стадиях процесса промежуточные потоки минералов окажутся меньше оптимальных. В идеале эти отклонения условий должны быть как можно быстрее выявлены и скорректированы. Поэтому, для того чтобы гарантировать эксплуатацию установки с максимальным выходом по обогащению, требуется новейшая информация или так называемая информация «в реальном времени» о составе подвергаемого переработке материала.
Информацию, требующуюся для этих целей, получают путем анализа минерала, подвергаемого переработке на различных стадиях технологического процесса. Количественные соотношения компонентов при прохождении минерала через установку переработки могут быть использованы в качестве показателя эффективности установки и позволяют вносить корректировки в технологический процесс с целью достижения максимального выхода по обогащению.
Из-за недостатка точных, новейших сведений о составе минерала и опасения направить в отвалы ценные компоненты операторы установки пользуются консервативным подходом и возвращают в цикл (рециркулируют) некоторую долю минерала, выходящего из некоторых или всех стадий, для гарантирования минимально возможного количества потерянных ценных компонентов. При наличии точных сведений в реальном масштабе времени о составе того обогащаемого минерала, который поступает в данный момент, рециркуляцию можно уменьшить без потерь ценных продуктов.
Известные способы определения количественных соотношений компонентов в подвергающихся переработке минералах могут быть разделены на «человеческие» и «машинные». Основной «человеческий» способ предусматривает приготовление образца, количественные соотношения компонентов в котором являются такими же самыми, как их содержания в подвергаемом переработке минерале. Получение образца является длительной процедурой. Первым шагом является отбор нескольких килограммов гранулированного минерала таким образом, чтобы гарантировать, что состав образца как можно более точно воспроизводит компонентный состав всей массы минерала. Образец разделяют на малые части, после чего некоторые из этих частей повторно объединяют до тех пор, пока данная процедура не приведет к устранению любых оставшихся различий между содержаниями компонентов в образце и содержаниями компонентов в подвергаемом переработке минерале.
Другой «человеческий» способ полагается на квалификацию лица, выполняющего испытание, поскольку он основывается на различии между цветом проверяемого образца и цветом стандартного образца. Этот способ не является особенно точным, поскольку человеческий глаз не может воспринять небольших изменений в контрастности или цвете.
«Машинные» способы являются многочисленными, но имеют ряд недостатков. Для некоторых из них требуется дорогостоящее оборудование, а приготовление образца обычно требует больших затрат времени. Корме того, некоторая часть оборудования является такой, что оно может использоваться только подготовленными научными работниками, и даже в этом случае - только в лабораторных условиях. Примеры «машинных» способов, известные заявителю по состоянию на 23 января 2002 года, а также недавние разработки в области спектрального анализа сыпучего материала описаны в публикации Международной заявки на патент WO № 03/062804.
Настоящее изобретение нацелено на предложение нового способа анализа и нового аналитического устройства, которые позволяют получить информацию о составе материала в режиме реального времени.
Способ и устройство согласно настоящему изобретению предназначены в первую очередь для применения при переработке минералов, но могут быть также использованы в других отраслях промышленности, где должен определяться состав материала.
Раскрытие изобретения
Согласно одному аспекту настоящего изобретения, предлагается способ анализа сыпучего материала (материала в виде частиц), который включает в себя создание потока материала, втекающего в открытый верхний конец корпуса и вытекающего из нижнего конца корпуса, причем корпус имеет ограниченный выход, а расход поступающего в корпус материала превышает расход вытекающего материала, что заставляет материал накапливаться, начиная с выхода, и заполнять корпус; направление света в материал, который движется в корпусе вниз от верхнего конца к нижнему концу; улавливание света, отраженного от движущегося материала; и подачу уловленного света в спектрометр.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предлагается устройство для анализа сыпучего материала, которое содержит корпус, имеющий открытый верхний конец и ограниченный выход на нижнем конце, прозрачную крышку в одной из стенок корпуса и зондовую конструкцию для направления света в корпус сквозь упомянутую крышку и улавливания света, отраженного от находящегося в корпусе сыпучего материала.
Устройство может дополнительно содержать такое средство, как золотниковый клапан (заслонку), которое позволяет регулировать расход выходящего из корпуса материала.
Упомянутый золотниковый клапан может содержать секцию с отверстием в ней, которая выполнена с возможностью перемещения относительно корпуса таким образом, чтобы менять площадь отверстия, находящегося внутри корпуса.
Плоскость, в которой располагается внутренняя поверхность упомянутой крышки, может пересекать упомянутое отверстие, так что часть отверстия располагается внутри корпуса, а часть отверстия располагается снаружи корпуса, причем часть отверстия внутри корпуса образует упомянутый ограниченный выход.
Упомянутый золотниковый клапан может иметь переднее положение, в котором отверстие совмещается с корпусом, чтобы таким образом открыть упомянутый паз и позволить любому материалу, блокирующему корпус, выпасть из корпуса.
Упомянутый открытый верхний конец корпуса предпочтительно ограничивается поверхностями, которые взаимно пересекаются с образованием острых кромок, которые «режут» текущий материал и разделяют поток на часть, которая поступает в корпус, и часть, которая обтекает корпус.
Упомянутые острые кромки образованы в месте соединения между вертикальными внутренними поверхностями упомянутого корпуса и дополнительными поверхностями, наклоненными относительно вертикали и опускающимися вниз и в сторону от упомянутых кромок.
Краткое описание чертежей
Для того чтобы обеспечить лучшее понимание настоящего изобретения и показать, каким образом оно может быть осуществлено на практике, далее будут сделаны ссылки на приведенные в качестве примера прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 показано трехмерное наглядное изображение первого варианта реализации устройства для анализа сыпучего материала;
на фиг.2 показан вид сбоку устройства по фиг.1;
на фиг.3 показан вид сзади устройства по фиг.1 и 2;
на фиг.4 показан вид сверху устройства по фиг.1-3;
на фиг.5 показана изометрическая проекция снизу золотникового клапана и механизма управления золотниковым клапаном;
на фиг.6 показан вид сверху конструкции, включающей в себя устройство по фиг.1-4, золотниковый клапан и механизм управления по фиг.5, для установки на подающей трубе;
на фиг.7 показан вид сбоку конструкции по фиг.6;
на фиг.8 показано трехмерное наглядное изображение конструкции по фиг.6 и 7;
на фиг.9 показан вид сзади конструкции по фиг.6-8;
на фиг.10 показано трехмерное наглядное изображение второго варианта реализации устройства для анализа сыпучего материала;
на фиг.11 показан вид сбоку устройства по фиг.10;
на фиг.12 показан разрез по линии XII-XII устройства по фиг.11;
на фиг.13 показан вид сверху устройства по фиг.10-12;
на фиг.14 показано трехмерное наглядное изображение конструкции, включающей в себя устройство по фиг.10-13, золотниковый клапан и механизм управления по фиг.5, для установки на подающей трубе;
на фиг.15 показан вид сзади конструкции по фиг.14;
на фиг.16 показан разрез по линии XVI-XVI конструкции по фиг.15 и
на фиг.17 показан вид спереди конструкции по фиг.14 и 15.
Подробное описание чертежей
Обращаясь сначала к фиг.1-4, устройство, обозначенное в целом ссылочной позицией 10, содержит вытянутый по вертикали корпус 12, который прикреплен к боковой стороне кожуха 14.
Как особо показано на фиг.1, верхний край корпуса 12 скошен с получением наклонных поверхностей 16, которые пересекают внутренние поверхности 18 корпуса 12, образуя таким образом острые кромки 20. Более конкретно, внутренние поверхности 18 корпуса 12 являются вертикальными и пересекают поверхности 16, которые наклонены вниз и наружу в сторону от линий их пересечения с поверхностями 18.
Корпус 12 имеет в одной из своих боковых стенок отверстие, которое имеет подогнанную к нему прозрачную крышку 22 (фиг.3 и 4) из износостойкого материала.
Нижний конец корпуса 12 частично закрыт золотниковым клапаном 24 (фиг.5), а верхний конец корпуса 12 открыт, что показано ссылочной позицией 26.
Зонд 28 (см. фиг.1-4) выступает из кожуха 14 через патрон 29 зонда (см. фиг.6-8). Зонд 28 наклонен относительно горизонтали под углом от 30 до 60 градусов. Зонд 28 включает в себя одно или более оптических волокон для направления света сквозь крышку 22 внутрь корпуса 12 и одно или более дополнительных оптических волокон для улавливания отраженного света и подачи его в спектрометр (не показан). Спектрометр соединен с оптическим кабелем (не показан), который сам соединяется с зондом 28. Понятно, что зондовая конструкция может содержать первый зонд для направления света сквозь крышку 22 и второй зонд для приема отраженного света.
Как особо показано на фиг.5, золотниковый клапан 24 содержит U-образную секцию 30 с прямоугольным отверстием 32 в ней. Секция 30 выполнена заодно с Т-образной секцией 34. Шток 36, образующий часть механизма управления золотниковым клапаном 24, прикреплен к Т-образной секции 34 посредством винта 38 без головки. В Т-образной секции 34 предусмотрен удлиненный паз 40, предназначенный для размещения болта 42 (см. фиг.2), который ввинчен в отверстие с резьбой в базовой пластине кожуха 14. Примыкающая к отверстию 32 передняя кромка U-образной секции 30 имеет скошенный внутренний край 31, который можно видеть на фиг.5, способствующий предотвращению накопления и блокирования материала, протекающего через это отверстие 32.
Шток 36 пропущен сквозь цилиндрическую витую пружину 44 и сквозь втулку 46. Втулка 46 имеет фланец 48 на одном конце и съемный воротник 50 на другом конце. Винт 52 без головки разъемно крепит фланец 48 к штоку 36. Другой винт 54 без головки крепит воротник 50 к втулке 46. Рукоятка 56 прикреплена к штоку 36 посредством еще одного винта 58 без головки. Золотниковый клапан 24 можно перемещать назад и вперед посредством штока 36, к которому прикреплена рукоятка 56. Перемещение золотникового клапана 24 осуществляется так, как показано стрелкой А на фиг.2.
Обращаясь теперь к фиг.6-9, конструкция, обозначенная в целом ссылочной позицией 60, содержит две короткие трубы 62, 64, два фланца 66, 68, которые позволяют прикреплять ее болтами к трубопроводу, и стенки, обозначенные в целом ссылочной позицией 70, которые ограничивают камеру анализа. Труба 62 образует вход в эту камеру, а труба 64 - выход из этой камеры.
Стенки 70 включают в себя две съемные пластины 72, позволяющие проверить условия внутри камеры. Пластины 72 могут быть прозрачными.
Стенки 70 также включают в себя пластину 74, посредством которой кожух 14 прикреплен к остальным стенкам 70. Корпус 12 находится внутри камеры анализа, а открытый верхний конец 26 корпуса 12 совмещен с впускной трубой 62 (см. фиг.6).
Сходящийся вниз конус 76 (фиг.7-9) образует канал между камерой анализа, ограниченной стенками 70, и трубой 64.
Для сборки золотникового клапана 24 и механизма управления им шток 36 проталкивают, справа налево на фиг.7, через отверстие в пластине 74. Пластина 74 в это время отделяется от остальной стенки 70. Затем на шток 36 скользяще надевают втулку 46 и затем пружину 44, и втулку 46 закрепляют винтом 52 без головки. Втулку 46 пропускают через отверстие в пластине 74, и повторно крепят воротник 50 к втулке 46 на том ее конце, который будет находиться внутри камеры, посредством крепления винта 54 без головки. Пружина 44 толкает втулку 46 и шток 36 вправо, как можно видеть на фиг.7, так что воротник 50 упирается во внутреннюю поверхность пластины 74. Затем к штоку 36 посредством винта 58 без головки крепят рукоятку 56, а золотниковый клапан 24 крепят к кожуху 14 посредством болта 42, который проходит через удлиненный паз 40. Болт 42 взаимодействует с пазом 40 с обеспечением разъемного прикрепления золотникового клапана 24 к кожуху 14, позволяя при этом золотниковому клапану 24 скользить назад и вперед, как показано двухсторонней стрелкой А (фиг.2). Затем к остальной стенке 70 крепят пластину 74.
Должно быть понятно, что путем отделения втулки 46 от штока 36 и скользящего пропускания штока 36 сквозь втулку 46 можно регулировать положение штока 36 и, соответственно, регулировать положение клапана 24. Затем втулку 46 повторно крепят к штоку 36. Таким образом, положение втулки 46 относительно пластины 74 не меняется, однако секция 30 смещается относительно корпуса 12.
В процессе работы U-образная секция 30 золотникового клапана 24 находится в нижней части корпуса 12. Прямоугольное отверстие 32 между U-образной секцией 30 и Т-образной секцией 34 золотникового клапана 24 выступает непосредственно позади стенки корпуса 12, на которой имеется крышка 22. Площадь отверстия 32, находящегося позади этой стенки, находится таким образом в пределах площади, ограниченной корпусом 12, и образует паз, через который материал, который поступает в корпус 12 сверху, может покидать корпус 12.
Сыпучий материал, текущий внутри по трубе 62, скапливается в корпусе 12, а избыточный материал течет вокруг корпуса 12 к выпускной трубе 64.
Для устранения блокировки рукоятку 56 отжимают вправо, как показано на фиг.2. Это ведет к сжатию пружины 44 и перемещению золотникового клапана 24 в положение, в котором отверстие 32 совмещается с корпусом 12. Это позволяет любому материалу, закупоривающему выпускной паз, высыпаться наружу через дно корпуса 12. Когда рукоятку 56 отпускают, пружина 44 нажимает на фланец 48 и перемещает золотниковый клапан 24 назад в рабочее положение, при котором воротник 50 прижат к пластине 74.
В процессе работы минерал или другой материал, предназначенный для спектрографического анализа, поступает в верхний конец корпуса 12 через отверстие 26 с расходом, превышающим тот расход, с которым он вытекает из корпуса 12 через паз. Корпус 12 таким образом заполняется, а избыточный материал просто стекает вниз снаружи корпуса 12.
Устанавливается поток материала через выпускной паз, образованный отверстием 32, а колонка материала в корпусе 12 постоянно опускается вниз мимо крышки 22. Свет, входящий в корпус 12 сквозь крышку 22 от зонда 28, диффузно отражается обратно от материала, улавливается оптическими волокнами коллектора и подается в спектрометр. Положение паза гарантирует, что наибольший расход материала имеет место на той стороне корпуса 12, которая ограничена крышкой 22.
Обращаясь теперь к фиг.10-13, там проиллюстрирован еще один вариант устройства, обозначенного в целом ссылочной позицией 80. Там, где это возможно, были использованы такие же ссылочные позиции, что и на фиг.1-9. Устройство 80 включает в себя кожух 82, который содержит две секции 82.1 и 82.2, разделенные вытянутой по вертикали пластиной 84. Вертикальный вытянутый корпус 12 прикреплен к секции 82.1. В пластине 84 имеется отверстие (не показано), через которое пропущена втулка 46 золотникового клапана 24. Сборка и работа золотникового клапана 24 в устройстве 80 являются такими же, как и описанные выше в отношении устройства 10.
Обращаясь теперь к фиг.14-16, там приведена конструкция, обозначенная в целом ссылочной позицией 86 и подобная конструкции 60, проиллюстрированной на фиг.6-9. Там, где это оправдано, были использованы такие же ссылочные позиции.
Конструкция 86 включает в себя L-образный отсечный и регулирующий клапан 88, который может скользить, как показано двухсторонней стрелкой В на фиг.16, для регулирования потока анализируемого материала мимо крышки 22.
Кроме того, к стенкам 70 прикреплена съемная пластина 90 (фиг.16 и 17), аналогичная двум пластинам 72 в конструкции 60, так что могут быть проверены условия внутри камеры анализа. Пластина 90 может быть прозрачной.
Сборка и работа конструкции 86 соответствуют описанным выше относительно конструкции 60.
Устройство 10, конструкция 60, устройство 80 и конструкция 86 проиллюстрированы и описаны в вертикальной ориентации, но могут быть немного наклонены относительно вертикали.
Сыпучий материал, предназначенный для анализа конструкциями 60 и 86, может находиться в виде сухого порошка или же может быть взвешен в жидкости с образованием суспензии.
Признаки описанных выше конструкций являются следующими:
1. Материал перемещается мимо прозрачной крышки:
1.1 с экспонированием во время каждого измерительного периода большого количества частиц;
1.2 с экспонированием во время каждого измерительного периода большого количества частиц с различной ориентацией;
1.3 с исключением за счет усреднения любых сильных зеркальных отражений от любых частиц.
2. Прозрачная крышка расположена вертикально или по существу вертикально с тем, чтобы свести к минимуму абразивные силы, которые могут привести к поцарапыванию прозрачной крышки и вызвать потерю прозрачности.
3. Сегрегация материалов различных типов и частиц разных размеров, содержащихся в объемном потоке, сведена к минимуму посредством:
3.1 выделения образца из средней объемной части потока, избегая при этом боковых сторон с возмущениями;
3.2 разделения потока таким образом, чтобы свести к минимуму возмущения в образце, падающем в вытянутую по вертикали камеру и выталкивающем остальную часть образца наружу, путем применения находящейся наверху асимметричной режущей кромки.
4. Недопущение обычно образующегося скопления в форме пирамиды наверху камеры путем помещения камеры в быстро текущий поток, в сочетании с непрерывным отводом материала вниз из камеры. Получающееся в результате этого скопление материала имеет вогнутую форму и является турбулентным, что позволяет избежать сегрегации, которая происходит по боковым сторонам выпуклой формы, подобной пирамиде.
5. Оптически прозрачная крышка самоочищается частицами проходящего материала с минимизацией влияния пыли на прозрачность крышки.
6. Оптически прозрачная крышка может быть выполнена либо из твердого материала, такого как сапфир, либо из мягкого полируемого поликарбоната для гарантирования прозрачности.
1. Способ анализа сыпучего материала, включающий в себя создание быстротекущего потока материала, протекающего внутри камеры анализа, размещение корпуса внутри камеры анализа таким образом, чтобы выделение образца происходило из средней объемной части этого потока, причем корпус имеет открытый верхний конец и ограниченный выход, а расход поступающего в корпус материала превышает расход вытекающего материала, при этом материал заполняет корпус и втекающий материал выталкивает часть материала, заполнившего корпус, вниз из корпуса, направление света в материал, который движется вниз от верхнего конца к нижнему концу корпуса, улавливание света, отраженного от движущегося материала, и подачу уловленного света в спектрометр, при этом упомянутый открытый верхний конец корпуса ограничен поверхностями, которые взаимно пересекаются с образованием острых кромок, которые разделяют поток на часть, которая поступает в корпус, и часть, которая обтекает корпус, при этом скопление материала не происходит наверху корпуса.
2. Устройство для анализа протекающего сыпучего материала, содержащее камеру анализа, корпус, размещенный внутри указанной камеры анализа таким образом, чтобы выделение образца происходило из средней объемной части потока материала, при этом упомянутый корпус имеет открытый верхний конец и отграниченный выход на нижнем конце, обеспечивающий заполнение таким образом, что втекающий в корпус материал выталкивает часть материала, заполнившего корпус, вниз из корпуса, прозрачную крышку в одной из стенок корпуса и зондовую конструкцию для направления света в корпус сквозь упомянутую крышку и улавливания света, отраженного от любого находящегося в корпусе сыпучего материала, при этом упомянутый открытый верхний конец корпуса ограничен поверхностями, которые взаимно пересекаются с образованием острых кромок, которые разделяют поток материала на часть, которая поступает в корпус, и часть, которая обтекает корпус, при этом скопление материала не происходит наверху корпуса.
3. Устройство по п.2, которое включает в себя средство для обеспечения регулирования площади выхода из корпуса.
4. Устройство по п.3, в котором упомянутым средством является золотниковый клапан.
5. Устройство по п.4, в котором упомянутый золотниковый клапан содержит секцию с отверстием в ней, выполненную с возможностью перемещения относительно корпуса таким образом, чтобы изменять площадь отверстия, находящегося внутри корпуса.
6. Устройство по п.5, в котором плоскость, в которой находится внутренняя поверхность упомянутой крышки, пересекает упомянутое отверстие, так что часть отверстия располагается внутри корпуса, а часть отверстия располагается снаружи корпуса, причем часть отверстия внутри корпуса образует упомянутый ограниченный выход.
7. Устройство по п.6, в котором упомянутый золотниковый клапан имеет переднее положение, в котором отверстие совмещено с корпусом, чтобы таким образом открыть упомянутый выход и позволить любому материалу, блокирующему корпус, выпасть из корпуса.
8. Устройство по п.2, в котором упомянутые острые кромки образованы местом соединения между вертикальными внутренними поверхностями упомянутого корпуса и дополнительными поверхностями, наклоненными относительно вертикали и опускающимися вниз и в сторону от упомянутых кромок.
