Удосконалення технологічної лінії збагачення

 

Вона заснована на впровадженні адаптивних підсистем автоматизованого керування лініями (групою ліній) у період обмеження потужності енергосистеми шляхом рішення задач оптимального керування перерозподілу навантажень по стадіях, між лініями; на впровадженні адаптивних систем керування перерозподілом лімітних значень електроенергії між лініями і керування синхронними електродвигунами в режимі компенсаторів реактивної потужності [63-66].

У результаті впровадження пропонованого заходу була досягнута стабілізація заданої величини вмісту заліза в концентраті, зниження питомих витрат електроенергії в періоди обмежень на 10-15% на кінець 2000 р. і на 25-30%.

Зниження заявочної потужності збагачувальної фабрики на період обмеження потужності на 10%, може бути досягнуто за рахунок поетапного відключення силового устаткування.

Шляхом впровадження адаптивних мікропроцесорних систем керування ДСФ і ЗФ була досягнута економія електроенергії на 15-20% на 35-40% за рахунок впровадження:

1) адаптивних робото технологічних систем діагностичного контролю стану устаткування:

2) вбудованої системи захисту працюючих поверхонь барабанних млинів, піскових насадок гідроциклонів, насосних агрегатів від зносу;

3) робототехнологічного комплексу завантаження куль у млини І, II і III стадій;

4) робототехнічних систем монтажу футеровочиих плит;

5) робототехнічних систем прибиральників;

6) робототехнічних систем відбору, готування проб і автоматизованого контролю параметрів загального заліза, щільності, характеру розкриття зерна.

Досвід роботи вітчизняних і закордонних фабрик показав, що при наявності в руді нерудних прошарків потужністю не менше 10-20 мм дуже ефективною операцією є застосування сухого магнітного збагачення крупнокускового матеріалу. Вона дозволяє, не витрачаючи енергію на дороге здрібнювання, вивести до 5-25% бідних крупнокускових хвостів, що можуть бути використані у вигляді будівельного щебеню. Витрати електроенергії па здрібнювання знижуються на 5-20%.

Інтенсифікація процесів дроблення і здрібнювання може бути досягнута також шляхом застосування супервибуху. Підвищення витрати ВР на 30% дозволяє знизити витрати електроенергії при дробленні на 15%, при здрібнюванні на 3-8%. Одним зі шляхів економії електроенергії в процесах збагачення є спрощення технологічної схеми шляхом виключення з неї деяких енергоємних апаратів. Прикладом може служити застосування гумових бутар на млинах самоздрібнювання і рудногалечних взамін класифікаторів на Інгулецькому ГЗК.

На збагачувальній фабриці Інгулецького ГЗК застосовується технологія самоздрібнювання, розроблена і спроектована інститутом Механобрчермет.

Збагаченню піддається руда поточного видобутку (магнетитові кварцити), що добувається в кар'єрі відкритим способом, зі вмістом заліза загального 32-33% і заліза магнетитового 23-24%. Добута в кар'єрі руда дробиться до крупності 350-0 мм і надходить до бункерів збагачувальної фабрики. З бункерів руда надходить у млини 1-ої стадії здрібнювання ММС-70-23, що працюють у замкнутому циклі з односпіральними класифікаторами типу ІКСН 2,5x12,5. злив яких надходить у 1-у стадію магнітної сепарації.

Галя, виведена з млина самоздрібнювання ММС-70-23, надходить у другу стадію здрібнювання, здійснювану в рудно-гальковому млині МРГ-40-75.

Млин МРГ-40-75 оснащений металевими класифікуючими бугарами з отворами діаметром 8-15 мм. Рудно-гальковий млин, як і млин самоздрібнювання, працює в замкнутому циклі зі спіральним класифікатором, злив якого надходить у 2-у стадію магнітної сепарації, а скрап (піски) повертається в млин. Повна технологічна схема ланцюга апаратів збагачувальної фабрики Інгулецького ГЗК приведена на рис. 5.5 (пунктирною лінією виділені класифікатори, що були виключені зі схеми відповідно до запропонованої нової технології).

Одним з недоліків проектної технологічної схеми є застосування в ній як класифікуючих апаратів спіральних класифікаторів, що є дуже дорогим, металоємним і енергоємним устаткуванням, що вимагає дуже великих витрат на підтримку своєї працездатності, й джерелом підвищених витрат електроенергії. Знос і поломка спіралей класифікаторів приводила до тривалих простоїв технологічних секцій. Заміна класифікаторів і їх вузлів на нові перетворилася в складну проблему, тому що завод-виготовлювач знаходиться в Росії.

Для підвищення ефективності процесів здрібнювання і класифікації, спрощення технологічної схеми, зниження капітальних і експлуатаційних витрат і зменшення енергоспоживання запропоновано оснастити рудно-гальковий млин МРГ-40-75 новою конструкцією класифікуючої бутари з еластичною просіваючою поверхнею [114, 118, 119].

 

Рис. 5.5 – Змінена схема ланцюга апаратів РЗФ-2 ІнЗГК

 

Підприємством Проектгірмаш було розроблено конструкціюбутари, класифікуюча поверхня якої набиралася з еластичних елементів (гумових карт) розміром 330x417 мм або 300x295 мм із квадратними отворами розміром 4,5x4,5 мм (рис. 5.6).

Класифікуючі бутари з такою конструкцією еластичної просіваючої поверхні, було виготовлено Проектгірмашем і встановлено на млинах МРГ-40-75. збагачувальної фабрики Інгулецького ГЗК. Протягом року були зроблені всебічні промислові випробування технологічної схеми здрібнюванняі класифікації з млинами МРГ-40-75 з новою конструкцією класифікуючих бутар. Перевірялася механічна надійність нової конструкції бутар і визначалися порівняльні технологічні показники процесів здрібнювання і класифікації зістарою і новою конструкцією бутар [75, 119].

Дослідженнями встановлено, що термін служби бутар з еластичною просіваючою поверхнею, складає 6-12 місяців або 2500-5500 годин машинного часу роботи.

Було проведено більш 30-и технологічних випробувань млинів МРГ-40-75 з бутарами з еластомірнимипросіваючими поверхнями, і паралельно млинів із традиційними металевими бутарами, а також продуктів зливу класифікаторів.

Дослідження проводилися при ідентичних технологічних режимах роботи випробуваних млинів збагачувальної фабрики. Визначався гранулометричний склад підгратового і надгратового продуктів бутар і зливу класифікаторів. Робилися порівняння виходу характерних класів (+0.05 мм, +1,0 мм, + 3,0 мм) на різних типах бутар і класифікаторів і будувалися відповідні залежності.

 

а) односитна бутара	б) двохкорпусна бутара

Рис. 5.6 – Загальний вигляд нових бутар:

а) односитна (млин МРГ-40-75),

б) двохкорпусиа (млин само-здрібнення ММС-70-23):

1-фланець; 2-еластична просіюваюча поверхня (ЕПП);

3-металевий каркас

 

На мал. 5.7 наведено графік залежності масової частки класу міну 1,0 мм у підгратовому продукті бутари і зливу класифікатора від типу просіваючої поверхні.

Рис. 5.7 – Залежність масової частки класу мінус 1,0 мм в підгратовомупродукті бутари і зливу класифікатора

від типу просіювачоїповерхні: 1 - класифікатор; 2 - резинова бутара з отворами 4,5x4,5 мм; 3-4 - металеві бутари з отворами діаметром 8 мм і 15 мм відповідно

Як випливає зі встановлених залежностей при застосуванні на млині МРГ-40-75 металевої бутари з отворами діаметром 15 мм масова частка класу мінус 1 мм у підгратовому продукті склала 90-92% (відповідно класу плюс 1 мм 8-10%): якщо металева бутара виконана з отворами діаметром 8 мм, то масова частка класу мінус 1 мм у підгратовому продукті складає 91-96% (а плюс 1 мм відповідно 4-9%). Отже, продукт такої крупності не можна подавати безпосередньо на 2-у стадію магнітної сепарації, тому що відбудеться забивання ванн сепараторів.

У той самий час із приведених графіків випливає, що при установці на млині МРГ-40-75 бутар з еластичною просіваючою поверхнею, масова частка класу мінус 1 мм у підгратовому продукті складає 99-99,6% (тобто всього 0.4-1,0% класу плюс 1 мм), що близько до гранулометричного складу зливу класифікатора (верхній графік).

Таким чином, підгратовий продукт бутари з еластичною поверхнею з отворами 4,5x4,5 мм можна подавати безпосередньо на 2-у стадію магнітної сепарації минаючи класифікатор, що дозволяє цілком виключити класифікатор з технологічного процесу здрібнювання і класифікації на збагачувальній фабриці Інгулецького ГЗК.

Базуючись на цьому науково обґрунтованому висновку було запропоновано змінити схему ланцюгів апаратів збагачувальної фабрики ІнГЗК виключивши з неї спіральний класифікатор (див. рис. 5.5 класифікатор показаний пунктирною лінією), що і було здійснено на ряді
технологічних секцій збагачувальної фабрики. Тривалі технологічні випробування підтвердили ефективність запропонованого заходу. Впровадження цієї науково-технічної розробки дозволило істотно скоротити капітальні й експлуатаційні витрати на процеси здрібнювання і класифікації, зменшити простої секцій фабрики на ремонтах і замінах класифікаторів, значно скоротити питомі витрати електроенергії за рахунок виключення потужного електроприводу класифікатора, а також поліпшити санітарно-гігієнічні умови на технологічних секціях збагачувальної фабрики [119] (Додаток 5).

Таким чином, аналіз існуючих питомих витрат електроенергії в порівнянні з теоретичними дозволяє зробити наступні висновки:

1. Низький коефіцієнт потужності приводів класифікаторів, піскових насосів гідроциклонів, вакуум-фільтрів і магнітних сепараторів (0,61-0.7) приводить до перевитрати електроенергії на 5-8%.

2. Існуючі системи автоматичної стабілізації і системи з ручним керуванням сепараторів, характеризуються значними дисперсіями вихідних параметрів, що викликає зниження продуктивності на 3-5%, і підвищення питомих витрат електроенергії на 4-6% від теоретичних.

3. Існуючі системи стабілізації параметрів завантаження кульових млинів, млинів безкульового помолу мають точність 6-10%, а внаслідок цього перехідні процеси по якості вихідного продукту (класу мінус 0,070 мзливі класифікатора) затягнуті в часі й не є оптимальними.

Тому відсутність систем керування, оптимізуючих роботу САК по перехідному процесу, що починався, приводить до перевитрати електроенергії на 5-8%.

4. Відсутність на багатьох збагачувальних комбінатах приводів з регульованою в діапазоні 25-30% швидкістю синхронних двигунів не дозволяє оптимізувати режим заповнення барабанних млинів і, як результат, питомі витрати електроенергії по І стадії здрібнювання на 20-30% вище теоретичних і на 25-35% вище закордонних фірм.

5. Існуючі системи стабілізації щільності пульпи не дозволяють мінімізувати час перехідного процесу, а тому їх основний вихідний показник щільність пульпи хоча і характеризується деякою стабільністю (точністю систем стабілізації щільності пульпи складають 5-6%), але процентний вміст готового класу - 0,070 мм у зливі класифікаторазмінюється на 8-9%. Унаслідок цього збільшується дисперсія коливань циркуляційного навантаження, і, як результат, коливання питомих витрат електроенергії на 5-7% від теоретичних.

Унаслідок цього, з огляду на досвід закордонних збагачувальних фабрик, з метою зниження питомих витрат електроенергії до їхнього рівня необхідно: 1) впроваджувати системи адаптивного керування процесами класифікації пульп І стадії збагачення: 2) керування процесами класифікації І стадії здійснювати шляхом підтримки максимальної потужності приводу класифікатора (Км=Кн) і заданого готового класу мінус 0,70 мм у зливі; 3) ширше застосовувати безнасосні методи клас ифікації в гідроциклонах; 4) застосовувати гумові класифікуючі бутари замість спіральних класифікаторів.

Керування процесом здрібнювання в барабанному млині як шлях зниження витрат електроенергії

Як було раніше показано у розділах 3, 4, 5, одним із шляхів зниження питомих витрат електроенергії на здрібнювання є оптимізація процесу здрібнювання-класифікації, що може бути успішно вирішено при створенні АСК ТП збагачувальних фабрик.

З метою розробки САК процесом здрібнювання, що реалізують стратегію керування в умовах дрейфу статичних і динамічних параметрів об'єкта, а також розробки пристрою регулятора, що реалізує стратегію керування процесом здрібнювання в барабанному млині шляхом керування траєкторією руху мелючих тіл, були проведені теоретичні й експериментальні дослідження процесу здрібнювання.

Метою проведення досліджень було:

1. Відпрацьовування методики проведення досліджень з зняття статичних і динамічних характеристик здрібнювальної установки

2. Зняття статичних і динамічних характеристик об'єкта дослідження.

3.Відпрацьовування методики визначення оптимальних значень технологічних параметрів при дослідженні ефективності способу і системи керування процесом здрібнювання.

4. Визначення оптимальних параметрів ведення процесу по п.3 в режимі ручного керування.

5. Визначення впливу змін витрати руди Q_р, води W, швидкості обертання n і кульового завантаження G_ш на вигляд і положення траєкторії внутрімлинного завантаження.

6. Визначення можливості ефективного контролю траєкторії внутрімлинного завантаження по інтенсивності обернено розсіяного випромінювання в розвантажувальній горловині млину за допомогою радіоізотопного вимірника кульового заповнення типу РІЗМШ-21.

7. Визначення положення траєкторії, найбільш ефективної для здрібнювання.

8. Визначення статичних показників роботи здрібнювального агрегату при незмінних технологічних змінних - Qр, W, n, G_ш

9. Обгрунтування необхідності адаптивної перешкодозахищеної ідентифікації параметрів процесу регулювання.

10. Обґрунтування оптимальної, в змісті формованого перехідного процесу, структури адаптивної системи управління нестаціонарними об'єктами збагачувальної технології з максимальним ступенем стійкості при "провалах" в перехідній характеристиці об'єкта регулювання.

11. Визначення доцільності використання розроблених технічних рішень з керування процесом здрібнювання та оцінка техніко-економічних показників від впровадження заходів.

В результаті проведених досліджень розроблено спосіб керування процесом здрібнювання в барабанному млині.

Основою запропонованого керування служить гіпотеза про те, що положення траєкторії внутрішньомлинового завантаження є універсальною характеристикою процесу здрібнювання, і являє собою сумарний і практично без запізнювання миттєвий результат сукупності всіх збурювань незалежно від природи їхнього виникнення [100, 101].

Сутність пропонованого способу керування процесом мокрого здрібнювання полягає в контролі витрат руди і води в млин, швидкості обертання барабана млина, щільності потока внутрішньомлинового завантаження й гранулометричного складу готового продукту в розвантаженні млина, і регулюванні зазначених параметрів до досягнення

Qpβ74→max, при E→min

 

Система керування для реалізації способу управління

Процесом здрібнювання

Запропоновану стратегію керування [91, 101] реалізує система екстремального керування, що зображена на рис. 5.8. побудована на серійних технічних засобах. Система включає вагозважувач 1 витрати руди в млин, котрий використовує ваги ЛТМ, джерело 2 і приймач 3 гамма-випромінювання, розташовані в зоні однієї горловини для контролю положення траєкторії внутрішньо-млинового завантаження рудноізотопним методом. Контроль витрат води здійснюється за допомогою звужуючого пристрою 4.

Контур регулювання витрат руди в млин містить вторинний прилад 5, адаптивний регулятор 6, задатчик 7, систему фазо-імпульсного керування (СІФУ) 8, тиристорний перетворювач типу АТЕ 9, двигун 10 живильника подачі руди в млин. Контур регулювання швидкості обертання барабана млина включає блок живлення 12, екстремальний регулятор, що включає блок 13 визначення знака збільшення інтенсивності обернено розсіяного випромінювання siqn 1 і блок реверса 14, перетворювач частоти 15 типу ІПУ і двигун 16 приводу млина.

Рис. 5.8 – Блок-схема комбінованої системи

автоматичного керування процесом здрібнення

Контур регулювання витрат води в млин включає дифманометр 17, задатчик 18, адаптивний регулятор 19, виконавчий механізм 20 і регульовану засувку 21, встановлену на трубопроводі в млин 22.

Задачею системи автоматичного керування, що реалізує запропонований спосіб керування (5), що використовує змінювану швидкість обертання барабана млина, полягає в тому, щоб максимальною швидкодією компенсувати відхилення траєкторії від оптимальної обумовленої безпосередньо в процесі керування.

Контроль щільності внутрішньомлинового завантаження кульового млина 22 здійснюється шляхом виміру інтенсивності потоку обернено розсіяного випромінювання, що пропорційна щільності проходження по заданій траєкторії падаючих мелючих тіл. Отриманий сигнал дешифрується блоком контролю 12, підсилюється і передається на екстремальний регулятор, що складається із блоку 13 і 14. Даний регулятор реалізує алгоритм безупинного пошуку максимуму якості, коли її похідна по вхідній величині dІ/dn=0, де І інтенсивність відбитого сигналу, п швидкість обертання млина. Напрямок регулювання задається блоком визначення sign∆І, а швидкість впливу пропорційна похідній [99-101].

Зміна здрібнювальності руди викликає дрейф залежності I=f(n), що виявляється і компенсується екстремальним регулятором.

Керуючий сигнал надходить на НПУ 15, що змінює швидкість обертання двигуна І=f(n), що відповідає новим конкретно сформованим умовам здрібнювання. В такий спосіб навіть у найнесприятливіших умовах здрібнювання, контур регулювання швидкості компенсує впливи, що обурюють, шляхом перебування і підтримки оптимальної траєкторії внутрішньомлинового завантаження. Зміни величини вихідної подачі і витрат води в млин використовуються при оптимізації продуктивності.

Корекція заданих значень Q_р і W1 здійснюється по величині β74 вимірюваної датчиком 23. Застосування запропонованого способу і комбінованої системи керування процесом здрібнювання забезпечує максимізацію продуктивності по знов утвореному готовому класу при мінімізації питомих витрат електроенергії.

Проведені дослідження показали, що малий порядку 20-25%, діапазон зміни швидкості обертання барабана млина дозволяє компенсувати суму впливу всіх збурювань на процес здрібнювання.

Таким чином досягнута основна мета роботи – розробка пристрою оптимального регулятора, що реалізує стратегію керування процесом здрібнення з регульованою швидкістю обертання барабана млина при оптимізації енергоспоживання, а також синтез і дослідження САУ процесом здрібнювання в умовах дрейфу статичних і динамічних параметрів.

Об’єктом керування є процес одностадійного циклу здрібнювання в умовах зміни статичних і динамічних параметрів у широких межах.

Виконана наступна робота:

1. Проведено експерементальні й теоретичні дослідження з визначення статичних і динамічних характеристик відкритого циклу здрібнювання. Встановлено, що об'єкт дослідження має значну нестаціонарність і складний вид перехідної характеристики при східчастих впливах. Передатна функція описується похідною аперіодичних ланок першого порядку і ланок чистого запізнювання, зі змінними коефіцієнтами підсилення і постійними часу. Запропоновано стратегію адаптивного керування такими об'єктами.

2. Розроблена, змонтована і досліджена система автоматичного регулювання процесом здрібнювання, що включає контури контролю витрат руди і води в процес, витрати електроенергії, швидкості обертання барабана млина, щільності внутрішньомлинового завантаження, контур стабілізації (екстремального регулювання) щільності внутрішньомлинового завантаження шляхом регулювання швидкості обертання барабана млина.

3. Проведено дослідження процесу здрібнювання по визначенню оптимального технологічного режиму. Перевірено різні стратегії оптимізації. Показано, що при мінімізації витрат електроенергії оптимальне кульове завантаження складає 35-30%. Оптимальні технологічні показники по знов утвореному готовому продукті можуть бути досягнуті при зниженні кульового завантаження шляхом стабілізації ефективної траєкторії внутрішньо-млинового завантаження.

4. Запропоновано стратегію комбінованого керування процесом здрібнювання. Показано, що максимізація продуктивності по знов утвореному готовому продукті може бути досягнута при підтримці витрат води на рівні, обумовленому точкою перетинання залежностей інтенсивності обернено-розсіяного випромінювання і вмісту готового класу в розвантаженні млина від витрат води в процес. Новизна роботи полягає в наступному:

- синтезована система екстремального регулювання процесом здрібнювання шляхом регулювання швидкості обертання барабана млина у функцій інтенсивності розсіяного випромінювання;

- отримані нові статистичні характеристики млина по каналах: зміна величини кульового завантаження – інтенсивність випромінювання; швидкість обертання – інтенсивність випромінювання; витрати води - інтенсивність випромінювання;

- знайдені умови існування оптимального режиму при контролі гранскладу готового продукту, витрати електроенергії, інтенсивності випромінювання, витрати руди, куль, води і швидкості обертання барабана млина; знайдена оптимальна траєкторія внутрішньо млинового завантаження;

- отримані нові динамічні характеристики процесу здрібнювання по різних каналах, розроблені алгоритм і система адаптивного керування процесом;

- розроблений оригінальний екстремальний регулятор змінної структури (на модулях субблоків СУПС).