Control method and apparatus for sorting separator

【発明の詳細な説明】 ［発明の背景］ （１）発明の分野 本発明は鉱石の選別に使用する選別分離機の制御方法に関するものである。 更に、本発明は選別層の特性を測定するための選別分離機の制御装置に向けられている。
その測定から引き出された情報は選別作業パラメータの良好な規制により選別分離機の作業効率を改善するために連続制御信号を供給するのに使用することができる。

本明細書中の用語「鉱石」は石炭、スズ鉱石、金鉱石、鉄鉱石、マンガ鉱石のような材料及び重力濃縮により貴重でない材料から分離することができる貴重な材料を含むものとする。 用語「選別分離機」は破壊鉱石層内の粒子比重により成層を発生させるために脈動流体を使用するあらゆる装置を意味するものと解釈する。 通常の状況において選別分離機は連続する流れの鉱石を処理し、鉱石混合物の低い比重分級物及び高い比重分級物を連続的又は間欠的に放出する放出機構を備えている。

（２）従来技術 一般に広く認められている選別作業の原理は1981年にパーガモン・プレス社により発行されたビー・エー・ウイルス著の「鉱石処理技術」、第２版に記載されている。 1939年にマグロー・ヒルにより発行されたエー・エム・ゴーディン著の「鉱石選鉱の原理」は選別作業の物理的特性及び選別機からの稠密材料の放出制御機構を説明している。

有効な選別作業については２つの条件があり、即ちそれは（ｉ）選別機からの重い生成物の放出の制御、及び（ii）選別機内の鉱石層の成層の制御である。 用語「成層」は一般に密集又は結集した状態における選別層内の垂直位置の関数としての粒子密度の変化に関するものである。 稠密材料の放出が正確に行われると仮定すると、
稠密な鉱石成分及び稠密でない鉱石成分が明確な層中に存在し、選別機から各層の放出を容易にするように成層がある場合に、選別機によって行われる分離は非常に有効である。 稠密な材料が選別室内の選別層から非常に高速で放出される場合に成層プロフィールは変更され、所望の分離又は効率の良い分離を維持することは不可能となる。 選別室内の所望の分離は選鉱分離比重SG ₅₀により定量的に記載することができる。 SG ₅₀は選別室からの稠密な生成物及び稠密でない生成物の流れにおいて等しい質量の流速で回収される鉱石粒子の密度である。

SG ₅₀を調整する種々の手段が知られている。 それらはすべて選鉱分離機からの稠密な鉱石の放出のフィードバック制御として主として結合させるか、又は一般的ではないが選別作業パラメータの操作と結合させる選別層特性の間接的な測定を行うことを伴う。

最も一般的には、いわゆる「フロート」と呼ばれるものが垂直杆又は同様の部材によって選別層内に吊下され、フロートの位置が電子機械的手段によって感知される。 フロートは通常適宜な形状、例えば流線形に成形された本体であり、該本体は重量の使用により選定又は調整可能な有効な比重を有することができる。 フロートは通常選別層中の最も稠密な鉱石の層の頂部位置を示すようになっている。 最も稠密な層の放出の調整を介して該層の頂部位置を一定に維持することにより、選別機用の
SG ₅₀が一定のままであるようになっている。

フロートの使用に加えて、選別層内の１つ又はそれ以上の地点における静水圧を示すように圧力感知器を使用することも知られている。 圧力信号は層の平均比重を層の全体、又は層の深さ又は層の選ばれた区域における層の平均比重を示すものと判断することができる。

層の深さ又は比重の制御においては、選別機が該選別機内の流体の規則的な脈動による周期的方法において作動することを認めなければならない。 流体の周期的運動は選別層特性の対応する周期的変化を生ずる。 従って、
フロート位置又は圧力の測定は選別サイクル又は周期内で予め規定された点で時間内に行わなければならないか、又は感知器からの信号が意義のある方法において選別サイクルにわたって平均化させねばならない。

選別調整を補助するように選別層内に配置された圧力感知器と、水位表示器又は機械的なパドル感知器からの信号を使用することも公知である（例えばノートン ハーティ コリヤーズ エンジニアリング リミテッド名義の英国特許第1597231号明細書及びシュタミカーボン ナムローゼ ベンノットシャップ名義の西ドイツ国特許1217292号明細書参照）。 選別サイクル内の規定の時間における感知器からの平均値としての信号は選別層の全体の状態を示すものと解釈されている。 機械的パドルからの信号（トルク信号）は選鉱分離機の推進ストロークによって発生される層膨張の度合いを示すものと解釈することができる。 選別放出又は選別ストロークの調整は一般的な層特性を示す信号を一定に維持するのに使用することができる。

公知の選別層密度の最も直接的な測定は1962年の第４
回国際石炭製造会議、デー・バーテルト著「放射性同位元素による選別放出の調整」、第89頁乃至第97頁に記載されている。 このレポートにおいてバーテルト氏は選別層内の選ばれた水平地点において平均選別層密度を決定するためにガンマ線源（セシウム137）及び放射検出器（ハロゲン抑制ガイヤー係数管）を使用した。 この測定技術はフロート感知器信号に代えて選別層放出を調整するのに測定信号を使用したとき選別層特性及び選別分離効率を著しく改善した。

フランス特許第1382798号（ベタイリグンクスウント パテントフエアンヴルツンクス ゲー エム ベー
ハー名義）の追加特許の明細書には特別の水平面における層密度の測定として、放射の平均吸収に単に基礎を置いた選別層放出の調整方法を記載しており、西ドイツ国特許第1115651号（マシネンファブリック ブッカウ
アール ヴォルフ アー ゲー名義）明細書には放射源及び検出器を一定の吸収率を維持するように垂直方向に移動させる方法が記載され、その移動は規定の移行領域内にゲートを維持するために放出ゲートの垂直位置を制御するのに利用されている。

西ドイツ国特許第1245281号（ベタイリグンクスウント パテントフエアヴルツンクス ゲー エム ベー
ハー名義）明細書には選別層が密集した状態で詰め込まれるときサイクルの放出部分中で放射吸収のみが監視される場合の放出制御方法が記載されている。 この方法は特定の水平面内の層密度が選別サイクル内での時間により変化することを認めているが、しかしこの時間による密度変化が層の膨張を測定するのに使用することができ、層膨張作用が成層を確立するのに重要であることは認めてはいない。

西ドイツ国特許第1123631号（マンネズマン アー
ゲー名義）明細書には水柱のアンプブレード上での放出ゲートの作動を制御するために層密度を連続的に監視する方法が記載され、他方西ドイツ国特許第1131611号（マンネズマン アー ゲー名義）明細書には吸収量、
即ち層密度が現在の値から予め定めた値まで変化するとき放出ゲート又は弁が開放される場合の選鉱分離機が記載されている。

上記西ドイツ国特許第1123631号の追加の特許である西ドイツ国特許第1132872号（マンネズマン アー ゲー名義）明細書には厚い移行領域を監視することができるように垂直方向に間隔を置いた２つの放射検出器を使用することが記載され、放出ゲートは２つの検出器による吸収測定間の差が減じるとき、即ち移行領域の厚さの増加を表示するとき、多くの材料を放出するために開放するようにしてある。

西ドイツ国特許第1140881号（マンネズマン アー
ゲー名義）は西ドイツ国特許第1123631号の別の追加の特許であり、該明細書には一対の検出器が放出ゲートに近接して層の中間に放射源を備えている微細な又は中位の粒状材料用の選別分離機の構成を開示している。

［発明の概要］ 本発明は選別機の分離比重の制御を備えるために制御システム内に使用することができるガンマ線（放射性同位元素又は他のもの）源及び検出器を使用して選別層特性を測定するための方法を提供する。 伝達されたガンマ線密度の測定は好ましくは選別層（ジグベット）内の１
つ又はそれ以上の水平地点において行われ、放射検出器と、関連の測定と、計算エレクトロニクスとは選別の作業サイクル内の明確な時間の関数として伝達された放射密度を決定するような方法において作動される。

閃光型のガンマ線検出器又は他の適宜な検出器は伝達されるガンマ線密度の安定な決定が高いカウントレートで行うことができるようにそして層密度決定の精度を改善するのに必要であるか又は所望されるときガンマ線エネルギ弁別が電子パルス高さ弁別によって実施されることができるように使用されている。 １つ又はそれ以上の閃光検出器からのパルス列はパルス成形及び弁別回路を介してカウンタに向けられている。 カウンタは選別サイクルの連続する短い（約1/10以下）セグメントにわたって平均待ち時間補正カウントレートを決定できるような方法において作動する。 時間セグメントの表現又は定義は適宜な手段によって選別サイクル制御機構又はエレクトロニクスと同期されるものである。

選別サイクルの連続時間セグメントから待ち時間補正カウントレート情報で開始して、更に他の電子又は計算モジュールは入口及び出口弁タイミングと、層下方水流量と、放出ゲート開口等のごとき選別機の作動パラメータの変化による選別分離比重の自動制御に使用することができる信号またはデータ出力の流れを引き出すために種々の方法において前記情報を処理するのに使用することができる。

カウントレート情報を処理する１つの方法は連続カウントレートの対数を取ることを含んでいる。 カウントレートの対数は基本的物理的原理による放射ビームにおける材料の密度に直線的に関連づけられている。 選別層が水だけで充填されるときのカウントレートのごとき基準待ち時間補正カウントレート対数は選別サイクル内の時間の関数として層密度を計算するのに使用することができる。 基準カウントレートは放射性同位元素崩壊及び放射ビームが通過する金属又はプラスチック部分の機械的摩損を考慮するのに使用される。 選別サイクルのセグメントを示す時間間隔が短く（約50ミリ秒）、そして検出器におけるカウントレートが多くて100000カウント／秒程度に制限させねばならないので、原子核計量において考慮されねばならない統計的要因はカウントレートがカウントレートの約１％程度の不確実性（カウントレートの標準偏差として測定される）を有することを命令する。 層を通る放射通路の長さがそして層が崩壊されている状態において、検出器におけるカウントレートは実際の活動する放射性同位元素コースが使用されるとき1000
00カウント／秒より非常に小さくなり、選別サイクルの単一時間セグメントに対応するカウントレートの不確実性はカウントレートの１％より大きくなる。 後者の状況において、カウントレート処理方法は「信号平均化」工程を含むべきである。 信号平均化は循環又は周期的プロセス信号が重要であるところの信号対雑音比を改善するための公知の技術である。 本発明の場合には、信号平均化はカウントレートの算術的平均又は加重平均の計算又は選別作業の連続サイクルの対応する時間セグメントからのカウントレートの対数の計算に関する。 平均が計算させることができる連続サイクルの最適数は検出におけるカウントレート及び信号が選別機を制御するために使用する方法に依存する。

単独で又は上述した第１の方法に関連して使用することができるカウントレート情報を処理する第２のより簡単な方法は各選別サイクル又は選別サイクルの幾つかの選ばれた単一時間の部分間隔にわたる平均カウントレートの計算である。 この方法はバーテルト氏の西ドイツ特許第1123631号及びベルクホルツ氏の西ドイツ特許第124
5281号明細書に記載された方式に内在する方法にほぼ対応する。 カウントレート情報処理のこの第２の方法は平均がサイクル全体にわたって取られるときの各サイクル内の時間による密度変化に関する情報を破壊するか、又は選ばれた時間の部分間隔のみからのカウントレートが記載されるときの全サイクルにわたる密度の変化に関する情報を放棄するような平均化方法として選別層の作動に関するほぼ同量の情報を供給するものではない（ベルツホルツ氏の西ドイツ特許第1245281号明細書第１欄第4
6行目乃至第２欄第21行目参照）。

異なる密度の材料層における選別層の成層の度合いは主として層が選別サイクル中に拡張されるか又は開放される範囲に制御される。 この層拡張又は開放は層中の固体の容積割合によって定量的に表現することができ、層拡張の度合いは層内の垂直位置により変化する。 不十分な拡張は完全でない成層に至り、他方過度の拡張は垂直混合、すなわち最適状態に及ばない成層に至る。

特定の形式の鉱石の分離のため又は特定の石炭の供給のため全ての状況において最適である層拡張の度合いの全体的な説明を備えることはできないが、層内の特定の水平地点における選別サイクル内の時間の連続又は不連続の関数としての層密度の記録は層拡張の度合いの定量的測定並びに層がその最大結集度合いに達するときサイクル内の地点に対応する最大層密度の定量的測定を備えることができる。 特別な鉱石又は石炭供給に関しては、
層の最適成層と所望の分離密度における最も有効な分離とに対応するサイクル内の層密度の時間による変化の特定のパターンがある。 サイクル内の層密度のこの時間に関する変化は選別特性（ジグ・シグネーチャ）と称されている。 選別機の作動パラメータがある最適特性と同様の選別特性を保持するような方法において変更される場合に、供給原料の密度又はサイズ分布における適度な変化面において及び分離機の処理量における適度な変化面において有効な分離を維持することができる。 最適な特性は選別特性の測定と同時に分離機効率の通常の測定を行うことにより見い出すことができる。

本発明の目的は選別特性の決定に依存する方法による選別分離又は選別分離機とほぼ同様に作動する脈動分離機における分離の制御方法及び装置を提供することにある。

［発明を実施するための最良の形態］ 以下に本発明の好適な実施例を添付図面について詳細に説明する。

第１図はスクリーン板11によって支持された石炭選別層10の簡略化した垂直断面図であり、第２図はその水平断面図である。 選別層10は崩壊した状態で示されている。 耐水性の蒸気通路付き遮壁内に収容されている放射性同位元素源12と、同様の遮壁内に収容されている閃光型放射検知器13とは選別層10内に浸漬されている。 放射性同位置元素源はガンマ線の吸収が実質上選別層10内の材料の化学的塑性とは無関係であるようにエネルギのガンマ線を放射すべきである（662keVガンマを放出するセシウム−137又は1.17〜1.33keVの範囲のガンマを放出するコバルト−60は適切な放射性同位元素源である）。 放射性同位元素源と検出器の構成体は適宜な枠体14によって選別層内に堅固に支持されている。 放射性同位元素源と検出器との間の分離間隔は被処理鉱石の型式に適するように選定されている。 通常の石炭選別において、選別層の材料を通る放射の通路長さは約0.5メートルにすべきである。 枠体14は選別層の下層から密な材料の放出を制御するための放出機構17を支持することができ、図示の装置は空気又は液圧シリンダ16,16Aによって作動される簡単なゲート17である。 放射性同位元素源と検出器の構成体の頂部には密封ハウジング15,15Aが配置され、該ハウジング15,15A内には放射性同位元素源のシャッタ機構と検出器の作動制御のための電子的、電気的且つ電機的装置を封入させることができる。 第３図及び第４図は同位元素源と検出器の変形例を示す点を除いて第２図と同様の水平断面図である。 第３図において、放射源12は検出器13B及び13Cによって受信される２つの方向に放射を放出する。 １つの放射源に関して２つの検出器の使用は放射による多量の選別層の呼掛け信号を可能にする。
第４図は選別層の壁に沿って該層の外部に取付けられた放射源12と層内に浸漬された放射検出器13Dとを示す。
すべての状況において、放射源と検出器の構成体を固定する方法は放射ビームが測定された選別特性に関して最良の感度を備える層内で水平に通過できるように放射源と検出器の位置の垂直調整が可能であるようにするのが望ましい。

第５図には選別制御に使用することができるデータ出力信号を引き出すために放射検出器からのパルスを処理するための処理機構を結線図で示している。 図示の電子モジュールは多数のマイクロ処理又はプログラム可能な集積回路装置を含んでいる。 このような状況において、
特定のブロックの機構は１つの装置又は装置群に集積させることができるか、又は要求される機能を実施するのに使用される装置の特定の特徴に都合のよいような種々の物理的ユニットに分離させることができる。 種々のブロックの機能の説明は本発明の範囲を制限することなく要求される機能の特定の物理的分離に向けられている。
放射源18からの放射を測定する閃光型検出器19又は他の型式のいわゆる比例カウンタは作動特性、特に検出器定数の利得を維持するような方法において検出器安定化モジュール20から動力が供給され、安定化モジュールは検出器19の温度調整をも含んでいる。 検出器19からの出力パルスはパルスの積み上げ検出及びパルス高さ分析を行うことができるパルス成形及び弁別回路21に通される。
弁別回路21は待ち時間補正回路又は検出器の有効時間を正確に決定するための回路をも含有しなければならない。 弁別回路21からの出力パルス列はパルスカウント及びタイミング回路22に通され、該タイミング回路22においてタイミングパルスによるパルス列のゲートは待ち時間補正カウントレートを決定することができる選別サイクルの連続的な短い時間セグメントを正確に表現する。
弁別回路21からタイミング回路22に有効時間又は待ち時間情報を通すことも必要である。 時間セグメント表現回路は例えば短い時間セグメントの実際の存続時間を規定するために制御及び計算ユニット24から制御情報をも受信する。 該回路22は短い時間セグメントの待ち時間補正カウントレートか又は短い時間周期のカウント及び有効時間のいずれかを示すレジスタ23に１つ又は複数の値を伝送するような方法において作動すべきである。 この回路22は回路21からのすべてのパルスが捕捉されるような方法において作動すべきである。 検出器19乃至レジスタ
23の全体の目的は制御及び計算ユニット24によって規定された選別サイクルの各短い時間セグメントの終りで、
制御及び計算ユニット24によって読み取ることができるレジスタ内の安定した待ち時間補正カウントレートを発生させることにある。 検出器安定化の正確な手段はここでは説明しないが最新の技術を使用すべきである。

制御及び計算ユニット24は放射源18乃至レジスタ23のすべての部材及び使用者インターフェイス又はホストコンピュータ25に連通している。 加えて、制御及び計算ユニット24は選別状態信号27を監視し、選別サイクルの開始を正確に示す選別サイクル同期信号26を受信することができる。 ユニット24は選別作業の状態と、放射源及び検出器遮壁の安全性とを監視し、検出器からのカウントレート情報のゲート制御が選ばれたパターンに正確に対応することを保証する。 例えば、1000ミリ秒の選別サイクル及び20の連続する短い時間間隔への選別サイクルの分割のために、各ゲート制御信号は50ミリ秒間隔で発生されねばならない。 更に選別サイクル用の時間ベースがユニット24用のものと同一のクロック発生器から引き出されない場合に、ユニット24は連続する選別サイクル同期信号26間の時間間隔を等しい時間間隔の整数に分割するためにユニット24の失敗から生じるカウントレートのエラーをできる限り除去するために時間ベースの差を連続的に監視し、そして補償しなければならない。 この補償機能は実在数の連続する選別サイクルにわたって平均している信号が受容されているときとくに重要である。
時間ベースの差は例えば電子モジュールの温度変化から生ずる。 ユニット24は連続する選別サイクルからの対応する短い時間間隔からのカウントレートが算術的に平均化されるかまたは加重平均化アルゴリズムによって平均化される信号平均化を実施するようにプログラムされている。 平均化されるべき連続サイクルの数及び平均を加重させることができる方法はインターフェース又はコンピュータ25からユニット24に伝達させることができる。
制御及び計算ユニット24は各選別サイクルの終りに又は予め定めた数の選別サイクルが発生した後に選別特性を発生する。

選別の分離比重を所望の値に維持する責任ある制御作用はデータ出力28を変化させることにより行われる。 データ出力28は１組のデジタル又はアナログ電気信号として規定されている。 これらの電気信号は選別サイクル時間（入口及び出口弁開閉時間29,30）と、層下方水流量3
1と、放出ゲート位置32と、選別作業空気圧33と、自動操作に利用し得ることができるような他のパラメータのごとき選別作業調整のための最終制御要素に付加される。 選別特性の新たな測定が利用可能になる時に、すべてのデータ出力値が変化される範囲は都合の良いようにユニット24またはコンピュータ25のいずれかによって実施されるアルゴリズムによって決定される。 このアルゴリズムは「設定点」又はユニット24又はコンピュータ25
に記憶された標準選別特性と今決定された新たな特性との間の比較を行う。 新たな特性が標準特性から統計的に異なり、その差が選別周期内のいずれの点においても予め定めた量より大きいならば、１またはそれ以上のデータ出力信号29乃至33は標準特性により近く整合する形に選別特性を復帰させるように再び計算される。

選別特性の概念は第６図乃至第８図に示してある。 第６図において、グラフは密集させた層の状態から生ずる層密度（ρ）の実際の変化を示し、２つの連続する選別サイクルを示している。 第７図において、グラフは核測定を介して実際の密集密度の不連続を示し、選別サイクルは20の等しい時間間隔に分割されている（サイクルを分割する時間間隔は等しくする必要はないが一般には等しくするのが好適である）。 第８図において、グラフはある標準特性についての制御包囲線を示す。 本発明による制御概念は新たな選別特性が完全に制御包囲線内に存在しないときは必ず新たな組のデータ出力値の決定に対応する。 データ出力値29乃至33を変化させる方法は１つ又は複数の誤整合が制御包囲線内に選別特性を戻すように発生する包囲線の１つ又は複数の領域に依存する。

当業者には明らかであるように、本発明は最も効率良く作業される選鉱分離機を可能にする。 上述したように、層の密度変化のプロフィールは選別作業に重要である。 サイクルの単一時間セグメントを簡単に取り、測定するために、例えば、西ドイツ特許第1245281号明細書におけるような層密度は選鉱分離機の制御に十分でない。 選別特性がサイクル内の選択された時間セグメントにわたって共通のプロフィールを持つことができるが、
選鉱分離機において達成される成層レベルは著しく異なる。 例えば、最も好適な選別特性と比較される極めて鋭い密度変化を持つ部分を有する特性はより少ない有効な成層を生じる。 加えて、選鉱分離機の作動は選別されるべき特定の鉱石に適するように正確に調整させることができる。

上述した実施例は例として図示したものであり、各種の変形及び変更は特許請求の範囲に定められた本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。

図面の簡単な説明 第１図は石炭の選鉱分離機を示す縦断側面図、第２
図、第３図及び第４図はそれぞれ変形例の放射源及び検出器を有する第１図の選鉱分離機の平面図、第５図は制御装置の結線図、第６図は２サイクルにわたる層密度の変化を示すグラフ図、第７図は核測定を介しての実際の密度の不連続を示すグラフ図、第８図は標準の選別特性についての制御包囲線のグラフ図である。

10……選別層、11……スクリーン板、13,13B,13C,13D
……検出器、12……放射源、14……枠体、15,15A……密封ハウジング、16,16A……液圧シリンダ、17……放出機構、18……放射源、19……検出器、20……検出器安定化モジュール、21……弁別回路、22……タイミング回路、
23……レジスタ、24……制御及び計算ユニット、25……
ホストコンピュータ、26……選別サイクル同期信号、27
……選別状態信号、28……データ出力、29……入口弁開閉時間、30……出口弁開閉時間、31……層下方水流量、
32……放出ゲート位置、33……選別作業空気圧