Міністерство промислової політики України

Державне підприємство “Науково-виробнича корпорація

„Київський інститут автоматики””

Мошенський Сергій Валерійович

УДК 669.162.65.011.56

Автоматизована система керування технологічними процесами огрудкування металургійної сировини

Спеціальність 05.13.07 – автоматизація технологічних процесів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ -2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в ДП “Науково-виробнича корпорація „Київський інститут автоматики”” Міністерства промислової політики України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор Шумилов Кирило

Андрійович, головний науковий співробітник НВП„Київський інститут автоматики”.

Офіційні опоненти – доктор технічних наук, професор Бєляєв Юрій

Борисович, професор кафедри “Автоматизації і комп’ютерно-інтегрованих технологій” Національного університету харчових технологій Міністерства освіти і науки України;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Петров Євген Юрійович, директор науково-виробничого підприємства „Доза” ДП“НВК”КІА””.

Провідна установа – Національний технічний університет „Київський

політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України, кафедра автоматизації теплоенергетичних процесів.

Захист дисертації відбудеться 07.06.2006 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К26.818.01 ДП “НВК „Київський інститут автоматики”” за адресою: 04107, Київ-107, вул. Нагірна, 22, корп.1, к.219.

Відзиви на автореферат у двох примірниках, засвідчені печаткою установи, просимо надсилати за адресою: 04107, Київ-107, вул. Нагірна, 22, ДП “НВК „Київський інститут автоматики””, вченому секретарю.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці ДП “НВК„ Київський інститут автоматики””.

Автореферат розісланий 06.05.2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук Л.П.Тронько

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дисертації. Металургійне виробництво в Україні було і до теперішнього часу є найважливішою галуззю економіки, яка орієнтована на внутрішні сировинні та паливно-енергетичні ресурси, а в цих умовах доменна плавка залишається основним способом добування чавуну. Практично всі підприємства металургійного комплексу України за період з 2002 по 2004 рр. збільшили виробництво чавуну.

Досягнення металургів тісно пов’язані з роботою гірничодобувного і збагачувального виробництв, а також фабрик окускування гірничо-збагачувальних і металургійних підприємств України.

Основні якісні характеристики залізорудного концентрату, що добувається із залізних порід, визначаються вимогами наступних технологічних переробів – окускування і доменного виробництва. При цьому окускування в основному здійснюється на агломераційних і фабриках огрудкування, кінцевими продуктами яких є агломерат і випалені котуни.

Рішенням проблеми окускування тонких залізорудних концентратів з наступним транспортуванням продукту до доменних цехів без втрат його якості зявилось виробництво залізорудних котунів.

Ціллю розробок АСК ТП і підсистем керування окремими технологічними процесами фабрик огрудкування є створення систем, які сприяють покращенню роботи і збільшенню продуктивності основних агрегатів (випалювальних і агломераційних машин). Це в основному досягається за рахунок ведення процесів випалу і агломерації в раціональних режимах, що значною мірою забезпечується точним дозуванням компонентів шихти і стабілізацією продуктивності як кожного огрудкувача, так і стабілізацією або керуванням продуктивностю відділення огрудкувачів за кондиційними сирими котунами (агломератом, які поступають на випалювальні та агломераційні машини.

Задачі вирішуються підсистемами керування процесами дозування шихти і процесами огрудкування в конкретних огрудкувачах. Основна задача технологічної операції дозування полягає в правильному та точному дозуванні компонентів шихти, а при керуванні процесами огрудкування в конкретному огрудкувачі відповідна система виконує функції стабілізації виходу сирих котунів з огрудкувачів з обмеженням за якісними показниками.

Проте обслідування цих об’єктів і проведений аналіз літературних джерел показали, що якщо питанням стабілізації огрудкування в кожному конкретному огрудкувачі приділялось в свій час достатньо уваги, то задачі узгодження продуктивностей двох основних відділень фабрики (відділень огрудкувачів і випалу, виключаючи агломераційне виробництво) не були вирішені до теперішнього часу.

Одночасно з цим створення ефективних систем керування технологічною операцією дозування шихти повязано з рядом труднощів, в силу чого цими системами не завжди досягалась потрібна точність дозування.

Тому актуальною задачею при автоматизації процесів виробництва котунів є розробка ефективних систем керування дозуванням шихти і узгодження продуктивностей відділень огрудкувачів і випалу котунів. Перед дисертантом була поставлена задача: розробити систему узгодження продуктивностей відділень огрудкувачів і випалу залізорудних котунів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота пов’язана з науково-дослідними і дослідно-конструкторськими роботами, які виконуються в ДП “НВК„ Київський інститут автоматики”” згідно з планами Міністерства промислової політики України, а також з тематичними планами Алчевського металургійного науково-дослідного інституту. Отримані в дисертації результати досліджень і алгоритми керування можуть бути використані при проектуванні систем керування процесами огрудкування на підприємствах огрудкування металургійної сироини, які будуються (наприклад, на Єнакієвській аглофабриці з агломераційними машинами великої одиничної потужності та фабриці огрудкування окислених руд КГЗК ОР, м. Кривий Ріг).

Мета та задачі наукових дослідженнь. Враховуючи недостатність даних з питань всебічного дослідження й аналізу технологічних особливостей процесів огрудкування в чашевих та барабанних огрудкувачах, для виявлення причин незадовільної роботи систем керування цими процесами стає очевидною необхідність їх розробки.

Метою дослідження є розробка ефективних систем керування дозуванням шихти, огрудкуванням у конкретному огрудкувачі, а також систем узгодження продуктивностей відділень огрудкувачів і випалу.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі вирішуються наступні задачі:

1. Дослідження і вивчення технології виробництва сирих котунів.

2. Дослідження режимів дозування й огрудкування шихти на чашевих і барабанних огрудкувачах.

3. Дослідження режимів дозволоження шихтових матеріалів.

4. Розробка математичного опису технологічних процесів огрудкування й алгоритмів керування цими процесами.

Об’єктом дослідження являються технологічні процеси дозування й огрудкування шихтових залізорудних матеріалів і автоматичні системи керування відповідним устаткуванням, що реалізує ці процеси.

Предметом дослідження являються принципи побудови автоматичних систем керування, математичні моделі й алгоритми керування, а також режими роботи узгодження продуктивностей відділень огрудкування і випалу фабрики огрудкування.

Наукова новизна отриманих результатів. Наукова новизна дисертаційної роботи полягає в розробці найбільш повної методики дослідження механізму утворення сирих залізорудних котунів. Апробація її на промислових об’єктах дозволила розробити моделі процесів огрудкування й алгоритми керування цими процесами, а також системи, які реалізують ці алгоритми. В цих розробках враховані недоліки, що були допущені раніше в аналогічних роботах.

На захист виносяться наступні наукові результати:

1. Методика досліджень об’єктів керування на фабриках огрудкування залізорудної сировини.

2. Моделі процесів дозування й огрудкування шихти на чашевих і барабанних огрудкувачах.

3. Спосіб і прилади дозволоження шихти, що поступає на чашеві та барабанні огрудкувачі.

4. Розроблені алгоритми і системи узгодження продуктивностей відділень огрудкування й випалу залізорудних офлюсованих котунів.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій. Наукові положення, висновки і рекомендації дисертаційної роботи обгрунтовані коректним застосуванням математичного апарата, програмою реалізації одержаних моделей і алгоритмів у вигляді фізичної моделі процесів дозування шихтових матеріалів і їх зволоження в процесі огрудкування. Поряд з теоретичними висновками в роботі приведені результати експериментальних досліджень обєкта, які дозволяють отримати математичний опис з урахуванням реальних умов перебігу процесу.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Розроблена єдина методика досліджень процесів огрудкування як на чашевих, так і на барабанних огрудкувачах, реалізація якої на промислових об’єктах дозволяє отримати вихідні дані для розробки нових технологій даного виробництва і для проведення конструкторських робіт систем керування.

2. Розроблена система керування процесами дозування шихтових матеріалів в огрудкувачі, яка дозволяє знизити витрати компонентів шихти, що дорого коштують (наприклад, бентоніту і вапняку, які зараз отримують із зарубіжжя), і покращити якість готових котунів за рахунок стабілізації хімічного складу.

3. Розроблені прилад і система автоматичного дозволоження шихтових матеріалів на чашевих і барабанних огрудкувачах, при використанні яких досягаються значення вологості шихти в заданих технологічних границях, внаслідок чого покращаються міцнісні характеристики готових котунів і знижуються енергозатрати на їх виробництво.

4. Розроблена система узгодження продуктивностей відділень огрудкування і випалу, яка дозволить збільшити продуктивність випалювальних машин за рахунок скорочення простоїв устаткування і зниження виходу дріб’язку випалених котунів, як одного з показників якості готового продукту.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались і обговорювались на міжнародній науково-технічній конференції „Теория и практика производства чугуна”, присвяченій 70-річчю „Криворіжсталі”, яка відбулася 24-27 травня 2004р. в м. Кривий Ріг. Також були зроблені доповіді на семінарах в ДП “ НВК „Київський інститут автоматики” ” в грудні 2004 р. і на кафедрі автоматизації теплоенергетичних процесів теплотехнічного факультету Національного технічного університету „ Київський політехнічний інститут ” в грудні 2005 р., матеріали яких використані при публікації статей дисертанта.

Публікації. Основні результати досліджень опубліковані в 8 друкованих працях, серед яких 7 статей в наукових фахових журналах і одна книга „ Исследование горных и металлургических предприятий как объектов автоматического управления ”.

Особистий внесок здобувача. Основні результати досліджень, які виносяться на захист, отримані здобувачем особисто. Із спільних публікацій особисто здобувачу належить наступне: розробка схеми функціональної структури АСК ТП фабрики огрудкування [1]; розробка структурної схеми системи узгодження продуктивностей відділень огрудкування і випалу [2]; опис процесів підготовки металургійної сировини [5]; аналіз існуючих моделей процесів огрудкування і розробка методики досліджень цих процесів, яка усуває недоліки запропонованих раніше моделей [6]; вибір і обгрунтування складу комплексу технічних засобів АСК ТП фабрик огрудкування [7]; визначення статичних, статистичних і динамічних характеристик процесів огрудкування залізорудної сировини з використанням системи МaТLAB для побудови ефективних математичних моделей і алгоритмів керування цими процесами [8].

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, висновків і додатків, які містять документи щодо впровадження результатів роботи. Список використаних джерел містить 81 найменування на 6 стор. Обсяг дисертації – 124 сторінки. Робота містить 28 рисунків і 6 додатків на 9 стор.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність дисертаційної роботи, сформульовані її мета і задачі, які вирішуються. Позначені також шляхи досягнення поставленої мети, що полягають в дослідженнях технології виробництва і розробці математичного опису процесів, які розглядаються. Визначена наукова новизна і сформульовані наукові і практичні результати, що виносяться на захист.

У першому розділі розглянуті теоретичні питання процесів огрудкування як на чашевих, так і барабанних огрудкувачах. Проведений аналіз існуючих систем керування процесами огрудкування. При цьому здобувачем враховувався досвід і використовувались вихідні дані раніше проведених досліджень в НВК КІА. Було визначено, що трудність дослідження взаємозв’язків параметрів процесу огрудкування обумовлена ще й відсутністю на моменти досліджень автоматичного контролю як керуючих діянь (витрати води на огрудкувачі), збурюючих (вологості концентрату, гранулометричного складу компонентів шихти і ін.), так і вихідних показників (міцності сирих котунів на роздавлювання і скидання, гранулометричного складу, газопроникненості і вологості сирих котунів). Автоматично контролюється тільки продуктивність огрудкувачів за сирими котунами і кількістю просипу некондиційних котунів. Проте ці параметри являються усередненими показниками, які відбивають результат роботи всіх огрудкувачів в середньому, що ускладнює визначення математичних залежностей між параметрами процесу огрудкування в конкретному досліджувальному огрудкувачі. Математичну модель виробництва котунів доцільно розглядати відповідно до окремих технологічних процесів отриманя готових котунів. Такими основними технологічними процесами являються поцеси дозування компонентів шихти, огрудкування і утримання усталеного випалу з наступним охолодженням котунів.

Розглянуті та проаналізовані математичні моделі, розроблені в провідних науково-дослідних інститутах, які займаються даною тематикою (в тому числі і в ДП “ НВК КІА ”).

Проведений аналіз основних систем керування процесами огрудкування в чашевих і барабанних огрудкувачах з урахуванням їх позитивних якостей і недоліків. Аналіз технологічних особливостей процесів виробництва котунів, структурних схем існуючих систем керування і параметрів регулювання процесів огрудкування дозволив зробити наступні висновки:

· технологічні процеси як об’єкти керування являються складними, багатофакторними, перешкодонасиченими об’єктами і характеризуються складними взаємозв’язками між вхідними і вихідними параметрами, стабільність яких не забезпечується ручним регулюванням на основі візуального контролю технологічних параметрів;

· існуючий рівень автоматизації процесів огрудкування недостатній не стільки за кількістю локальних систем, скільки за якістю і відсутністю зв’язків між ними;

· створенню надійної й ефективної системи керування процесами огрудкування, яка усуває недоліки існуючих систем, повинні передувати дослідження процесів, метою яких є рішення наступних задач:

1) вибір і обґрунтування параметрів контролю стану процесів виробництва сирих котунів;

2) дослідження взаємозв’язків між регульованими каналами й іншими технологічними ділянками процесів виробництва котунів;

3) розробка взаємозв’язаної системи керування процесами утворення сирих котунів і їх випалу.

Другий розділ присвячено розробці методики досліджень технологічних процесів виробництва сирих котунів і розглянуті теоретичні основи ідентифікації технологічних процесів. Були вибрані методи визначення показників якості залізорудних котунів у промислових умовах. При цьому враховано, що вибір, підготовка проб і визначення фізико-механічних властивостей котунів і концентрату повинні виконуватись згідно зі стандартами підприємств по технологічному забезпеченню якості продукції.

В цьому розділі описана розроблена здобувачем методика досліджень технологічних процесів виробництва котунів.

Дослідження за участю здобувача проводились під час реального проходження технологічного процесу на лініях дозування і огрудкування шихти в два етапи. Згідно з постановкою задачі перший етап досліджень призначався для визначення статичних і динамічних характеристик. Другий етап визначався на основі аналізу результатів першого етапу і проводився з ціллю розробки математичної моделі процесів дозування шихти, алгоритмів керування цими процесами й визначення керуючих діянь на об’єкт. Структурна схема об’єктів керування процесами огрудкування наведена на рис.1, а структурна схема процесу дозування – на рис.2.

В табл.1 приведені дані залежності фізичних властивостей сирих котунів по основному керуючому діянню (витраті бентоніту qб) на процес огрудкування, де qк – витрата концентрату в огрудкувачі, т/ч; qв – витрата вапняку в огрудкувачі, т/ч; qб – витрата бентоніту в огрудкувачі, т/ч; nбг – швидкість огрудкувача, об./хв; Wc,к – вологість сирих котунів, %; ГрС.К – гранулометричний склад сирих котунів; д - міцність котунів на роздавлювання; N –міцність котунів на скидання; tш – температура шоку в сирих котунах.

Розроблена здобувачем методика досліджень процесів дозування й огрудкування залізорудних офлюсованих котунів дозволила на промисловому об’єкті отримати початкові дані для визначення статистичних, статичних і динамічних характеристик по основних каналах керування процесами огрудкування.

qw

qш Об’єкт

qб керування (qс.к)1

nог (А) Об’єкт

керування

(Б) (qс.к)? Випалювальна Готові

(qc.к)2 машина котуни

(qс.к)3

(qс.к)n

qв.м

Рис.1. Структурна схема об’єктів керування процесами огрудкування:

А – процеси в конкретному огрудкувачі; Б – процеси у відділенні огрудкувачів; qw – витрати води; qш – витрати шихти; qб – витрати бентоніту; nог – швидкість обертання огрудкувача; (qс.к)1 – (qс.к)n – витрати сирих котунів з огрудкувача; (qс.к)? - продуктивність відділення огрудкувачів; qв.м – витрати сирих котунів на випалювальну машину

Wк Об’єкт qш

керування

qк qв qб

Feоб

FeО

SiO2

CaO

SiO2

AI2O3

Рис.2. Структурна схема об’єкта керування (процес дозування):

Wк –вологість концентрату; qк – витрата концентрату; qв – витрата вапняку; qб– витрата бентоніту; qш – витрата шихти

Таблиця 1

Дані залежності фізичних властивостей сирих котунів від витрати бентоніту в шихті

Номер досліду | nог

об./хв | qд

т/ч | Wс,к,

% | Вміст класів Грс.к | Міцність | tш,

°С | qк,

т/ч | qв,

т/ч | qог,

т/ч

+16 | -16ч+11 | -12ч+8 | -8ч+5 | -5 | д,

кг/к | N,

од.

1 | 7 | 0,3 | 9,7 | 12,8 | 48,8 | 35,6 | 1,6 | 1,2 | 1,7 | 3,4 | 685 | 100 | 8,4 | 75,6

2 | 0,4 | 9,7 | 14,0 | 48,5 | 33,7 | 1,9 | 1,9 | 1,66 | 3,1 | 769

3 | 0,5 | 10,0 | 11,3 | 47,6 | 38,6 | 1,4 | 1,1 | 1,72 | 4,9 | 773

4 | 8 | 0,3 | 9,7 | 9,7 | 48,3 | 39,2 | 1,6 | 1,2 | 1,74 | 4,4 | 719 | 77,0

5 | 0,4 | 9,45 | 12,2 | 46,9 | 37,7 | 1,8 | 1,4 | 1,68 | 2,7 | 800

6 | 0,5 | 9,5 | 12,8 | 46,0 | 37,4 | 1,5 | 1,4 | 1,73 | 3,6 | 792

В третьму розділі приведені основні перехідні характеристики (рис.3), які були використані для побудови математичної моделі й алгоритмів керування процесами дозування і визначення часу змін витрат та хімічного складу сирих котунів при зміні витрат компонентів. За цими перехідними характеристиками визначені з використанням системи MatLAB передавальні функції даних процесів.

Передавальна функція Feс.к = ѓ(qк) запізнювання ф = 2хв, постійна часу

Т = 9хв, коефіцієнт передачі К = 0,5

Передавальна функція Feс.к = ѓ(qв) (рис3,б): запізнювання ф = 1 хв, постійна часу Т = 6хв, коефіцієнт передачі К = 0,6

Передавальна функція CaOс.к = ѓ(qв) (рис3,в): запізнювання ф = 2 хв, постійна часу Т = 7,5хв, коефіцієнт передачі К = 0,9

Передавальна функція Вс.к = ѓ(qв) (рис3,г): запізнювання ф = 2 хв, постійна часу Т = 6хв, коефіцієнт передачі К = 0,8

Передавальна функція qс.к =ѓ(qк) (рис3,д): запізнювання ф = 2,5 хв, постійна часу Т = 9хв, коефіцієнт передачі К = 0,5

Значення отриманих функцій були враховані при побудові системи автоматичного дозування шихти.

В цьому розділі викладена також математична модель дозування шихти в умовах фабрики огрудкування ВАТ „ Північний гірничо-збагачувальний комбінат ” (м. Кривий Ріг).

Для підтримуваня потрібного вмісту заліза в шихті знаходиться розрахунковий його вміст з рівнння матеріального балансу шихти, %:

де Feк, Feв, Feб – вміст Fe відповідно в концентраті, вапняку і бентоніті (на основі хімічного аналізу за даними лабораторії), частки одиниці. Проте цей розрахунок не врахував вплив прогартування при випалі котунів.

Автоматизоване функціонування алгоритма керування процесами дозування на фабриці огрудкування містить в собі розрахунок шихти і корекцію результатів розрахунку при відхиленнях значень компонентів від заданих значень. В основу розрахунку здобувачем покладена існуюча методика, яка прийнята на фабриці огрудкування з урахуванням досвіду розрахунку агломераційної шихти і впливу втрат при прогартування. Розрахунок шихти (математична модель процесу дозування) заснований на вирішенні системи двох лінійних рівнянь: рівняння матеріального балансу і рівняння підтримки заданого вмісту заліза або заданої основності шихти.

Рівняння матеріального балансу

де Пк, Пв, Пб – втрати при прогартуванні відповідно концентрату, вапняку і бентоніту, %; FeОк і FeОв.к – вміст FeО в концентраті й випалених котунах, %; q?к, q?в, q?б – витрати відповідно сухого концентрату, вапняку і бентоніту, т/ч; Qв.м – продуктивність випалювальної машини, т/ч; Sог – кількість працюючих огрудкувачів, шт.

Рівняння підтримки заданої основності:

де CaOк, CaOв, CaOб – вміст CaO відповідно в концентраті, вапняку і бентоніті, %; MgOк, MgOв, MgOб – вміст MgO відповідно в концентраті, вапняку і бентоніті, %; SiO2к, SiO2в, SiO2б, - вміст SiO2 відповідно в концентраті, вапняку і бентоніті, %; Вз – задана основність випалених котунів.

Керування процесами дозування шихти передбачає корекцію витрати концентрату для стабілізації заданого вмісту заліза в шихті (Feш.з), що визначається за наступною формулою:

де qк, qв, qб - витрати відповідно концентрату, вапняку і бентоніту з урахуванням їх вологості, т/ч; Feк, Feв, Feб – вміст Fe відповідно в концентраті, вапняку та бентоніті, %.

Також при автоматизованому дозуванні шихти виконується корекція витрати вапняку для отримання котунів заданої основності, яка визначається за наступною формулою:

де Вш.з – задана основність шихти; CaOк, CaOв, CaOб – вміст CaO відповідно в концентраті, вапняку і бентоніті, %; MgOк, MgOв, MgOб – вміст MgO відповідно в концентраті, вапняку і бентоніті, %; SiO2к, SiO2в, SiO2б, - вміст SiO2 відповідно в концентраті, вапняку і бентоніті, %; Дqк – прирощення витрати концентрату, т/ч.

Склад шихти розраховується автоматично і коректується в залежності від зміни хімічного складу її компонентів. Розрахунок шихти, його корегування й видача результатів виконуються за поточними даними хімічних аналізів компонентів з дискретністю функціонування підсистеми пробовідбору, доставки і хімічного аналізу шихти – один раз за 15 хв (за існуючою на ВАТ „Північний гірничо-збагачувальний комбінат” технологічною інструкцією).

Алгоритм, який реалізує наведений вище розрахунок шихти для виробництва залізорудних офлюсованих котунів, може бути використаний з урахуванням конкретних особливостей при автоматизованому формуванні шихтових матерілів як в гірничо-металургійній, так і в будівельній промисловості, наприклад, при виробництві алгопорита, де велике значення має стабілізація алгопоритної шихти за рахунок точного дозування її компонентів.

Приведений опис постановки задачі керування процесами дозування й огрудкування.

Проведені здобувачем дослідження процесів дозування й огрудкування в промислових умовах встановили, що:

· криві нормального розподілу хімічного аналізу компонентів шихти свідчать про достатню стабільність параметрів, що дозволяє реалізувати ефективну систему дозування й огрудкування залізорудних котунів;

· статичні та динамічні характеристики параметрів дозування й огрудкування дозволили визначити кількісні та часові показники досліджуваних процесів, які були враховані при розробці математичної моделі процесу дозування й алгоритмів керування огрудкуванням шихти;

· в розробленій здобувачем постановці задачі керування процесами огрудкування визначений комплекс задач для підтримки вибраних режимів процесу та наведені переліки сигналів керування, вхідних і вихідних повідомлень, що представлені системою керування огрудкуванням шихти.

В четвертому розділі описані розроблені здобувачем системи й алгоритми керування процесами дозування й огрудкування шихти для виробництва залізорудних котунів.

Підсистема керування процесами дозування шихти виконує формування й видачу коректуючих діянь в системи автоматичного регулювання дозування концентрату, співвідношень концентрат/вапняк, концентрат/бентоніт і завантаження шихтових матеріалів по бункерах. Підсистема керування процесами огрудкування в концентричному огрудкувачі виконує функції стабілізації виходу сирих котунів з огрудкувача з обмеженням за якісними показниками, функції формування та видачі керуючих діянь на вхід виконуючих пристроїв, які змінюють навантаження, швидкість обертання огрудкувача і витрату вологи бентоніту на огрудкування. Підсистема керування продуктивністю відділення огрудкувачів визначає загальну продуктивність технологічних ліній огрудкування за кондиційними сирими котунами; формує і видає керуючі діяння на вхід виконуючих пристроїв, які змінюють навантаження огрудкувачів у вибірковому режимі.

Автоматизоване функціонування алгоритму керування процесом дозування містить в собі реалізацію математичної моделі процесів дозування шихти і корекцію результатів розрахунку при відхиленні вмісту заліза або основності сирих котунів від заданих значень. В основу розрахунку математичної моделі покладена існуюча методика конкретної фабрики огрудкування, яку треба автоматизувати з урахуванням математичної моделі процесу дозування, розробленої здобувачем. Цей розрахунок, як зазначено було раніше, передбачає вирішення системи двох лінійних рівнянь: рівняння матеріального балансу і рівняння підтримки заданого вмісту заліза або заданої основності шихти. Алгоритм також передбачає корекції витрати концентрату для підтримки заданого вмісту заліза у випалених котунах і витрати вапняку для досягнення необхідної основності їх. За участю здобувача була розроблена автоматизована система узгодження продуктивностей відділень, які оснащені барабанними огрудкувачами (рис.4). До складу системи входять: підсистема стабілізації продуктивності кожного конкретного огрудкувача; підсистема стабілізації продуктивності всього відділення огрудкувачів по виходу кондиційних сирих котунів, які поступають на випалювальну машину; підсистема коректування продуктивності відділення огрудкувачів за параметрами випалу. Перша підсистема складається з контурів дозування концентрату (qк), бентоніту (qб) і вапняку(qв), які утворюють шихту заданого хімічного складу на вході огрудкувача (qш); керуваня дозволоженням шихти шляхом дозування подачі вологи в огрудкувач (qw) при зменшенні вологості шихти нижче заданого значення і стабілізації її збільшенням витрати бентоніту (qб) при перезволоженні концентрату. При будь якому змінюванні циркуляційного навантаження (qц) і нормальної вологості концентрату змінюється швидкість обертання огрудкувача (nог). Роботой цих контурів досягається стабілізація продуктивності огрудкувача. Основним показником стабільності продуктивності окремого огрудкувача являється вихід гідних (кондиційних) сирих котунів (q?с.к) на збірний конвейєр відділення огрудкувачів фракцій 6-16 мм.

Продуктивність однієї технологічної лінії відділення огрудкувачів формується роботою кількох огрудкувачів. Згідно з регламентом включеними звичайно бувають не менше пяти огрудкувачів з різною продуктивністю. Один знаходиться у резерві і ще один на плановому профілактичному ремонті. Підсистема стабілізації продуктивності відділення огрудкувачів починає роботу з вводу початкових даних: заданої продуктивності відділення огрудкувачів по виходу гідних сирих котунів (qс.к), витрати просипу з-під ролікового живильника фракції - 5 мм (qпр), швидкості обертання кожного працюючого огрудкувача (nог), витрати бентоніту в кожний з них (qб) і їх продуктивність по виходу гідних сирих котунів (q?с.к). Якщо продуктивність qс.к відділення огрудкувачів зменшилась, збільшується продуктивність огрудкувача з мінімальною продуктивністю. Керування продуктивностями окремих огрудкувачів і відділення огрудкувачів в цілому реалізується обчислювальним блоком 11.

В головній частині випалювальної машини 10 відбувається подача постелі, яка має сталу висоту із випалених некондиційних котунів для запобігання руйнування колоснікової решітки і розриву сирих котунів, які подаються на випал. Продуктивність коректується у випадку змін висоти шару котунів hшар на випалювальній машині, викликаних відхиленнями ходу технологічного процесу. При цьому зі зменшенням висоти шару котунів або швидкості випалювальної машини блок 12 формує керуюче діяння на зменшення виходу гідних сирих котунів qс.к огрудкувача з максимальною продуктивністю, а при збільшенні nшар або Vв.м (швидкість випалювальної машини) цей блок збільшує продуктивність огрудкувача з мінімальною продуктивністю, домагаючись необхідного значення витрати сирих котунів qс.к, які поступають на випалювальну машину. Одночасно в блоці 12 аналізується продуктивність кожного конкретного огрудкувача і відділення огрудкувачів в цілому.

Конфігурація запропонованої системи керування продуктивністю відділення огрудкувачів в подальшому після додаткових досліджень дозволить розширити її функціональні можливості. Зокрема, припускається за змінами контролюючих параметрів випалу й охолодження котунів на випалювальній машині прогнозувати й автоматично змінювати продуктивність відділення огрудкувачів.

Рис. 4. Структурна схема системи узгодження продуктивностей відділень випалу і огрудкування

В цьому розділі приведений пристрій керування дозволоженням шихти в огрудкувачі, який розроблений здобувачем (рис.5), де 1 – чашевий угрудкувач; 2 – форсунки; 3 – вентиль; 4 –клапан запірний; 5 – датчик витрати води; I – ручний задавач; II – шифратор; III – дешифратор; IV – узгоджувальний блок; V – датчик вологості шихти або гранулометричного складу сирих котунів.

Також описаний комплекс технічних засобів АСК ТП фабрики огрудкування, в розробці якого приймав участь здобувач.

В п’ятому розділі викладені перспективи розвитку процесів огрудкування й спікання залізорудної сировини і системи їх автоматизації цих процесів як на фабриках огрудкування, так і на агломераційних, які оснащені агрегатами окускування великої одиничної потужності. Запропоновані системи розроблялись в НПК „Київський інститут автоматики”, використовуючи досвід, одержаний здобувачем під час досліджень технологічних процесів, викладених в дисертаційній роботі.

Висновки

В дисертаційній роботі одержані наступні основні результати теоретичних і промислових досліджень процесів дозування й огрудкування при виробництві залізорудних котунів:

1. Проведений аналіз технологічних особливостей процесів отримання котунів, існуючих структурних схем систем і параметрів керування процесами огрудкування на чашевих і барабанних огрудкувачах, а також результатів їх промислової експлуатації, на основі чого визначені причини, які негативно впливають на роботу цих систем керування або затримують їх впровадження у виробництво.

2. Проведений аналіз математичних моделей систем керування процесами огрудкування, в результаті чого визначені задачі, вирішення яких дозволяє створити надійну й ефективну систему керування виробництвом сирих котунів, що усуває недоліки існуючих систем.

3. Розроблена методика досліджень процесів дозування й огрудкування в промислових умовах з використанням методів визначення якості залізорудних котунів, причому відбір, підготовка проб і визначення фізико-механічних властивостей концентрату, сирих і випалених котунів виконувались відповідно до стандартів підприємств по технологічному забезпеченню якості продукції, що дозволило одержати експериментальні статистичні, статичні і динамічні характеристики досліджуваних процесів.

4. На основі цих експериментальних даних здобувачем розроблені математичні моделі процесів дозування, алгоритми керування огрудкуванням шихти і постановка задачі керування з приведеним переліком сигналів керування, вхідних і вихідних повідомлень, які представлені системою керування розглядаємих процесів

5. Розроблена система узгодження продуктивностей відділень випалу й огрудкування, яка дозволяє мінімізувати витрати дорогокоштуючих компонентів шихти (залізорудного концентрату і бентоніту), що приводить до ресурсозбереженню у відділенні огрудкування і, це, зменшує затрати на виробництво котунів, внаслідок чого можна формувати мінімально можливу ціну вихідного продукту з ціллю підтримки його конкурентоздатності на ринку.

6. Розроблений спосіб програмного керування процесами зволоження шихти, при реалізації якого спільно з підсистемами дозування й узгодження продуктивностей відділень, які входять до АСК ТП фабрики огрудкування, забезпечується збільшення продуктивності випалювальних машин і покращення якості готових залізорудних котунів.

7. Розроблена за участю здобувача структурна схема автоматизованого керування процесами огрудкування залізорудної сировини була застосована при визначенні структурної схеми АСК ТП спікання на машині МАК-650.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Богаенко И.Н., Шумилов К.А., Грабовский Г.Г., Рюмшин Н.А., Таравский М.Ф., Мошенский С.В. Организационное управление объектами подготовки металлургического сырья и доменного передела // Автоматизація виробничих процесів. – 2003. - № 1(16). – С. 127 -131.

2. Богаенко И.Н., Шумилов К.А., Грабовский Г.Г., Рюмшин Н.А., Таравский М.Ф., Мошенский С.В. Автоматизированная система управления производительностью окомковательного отделения фабрики окомкования // Автоматизація виробничих процесів. – 2003. - № 2(17). – С. 76 - 80.

3. Мошенский С.В. Расчет шихты, реализуемый алгоритмом подсистемы дозирования на фабрике окомкования // ВІСНИК Національного технічного університету України Київський політехнічний інститут”. Серія Гірництво. Збірник наукових праць. – К.: НТУ „КПІ”. ЗАТ „Техновибух”, 2003. – Вип.9. – С.80 – 83.

4. Мошенский С.В. Управление процессом увлажнения шихты при производстве железорудных окатышей // Збірник наукових праць Донбаського гірничо-металургійного інституту. Випуск 17 – Алчевськ: ВПЦ „Ладо”, 2003. – С.340-347.

5. Шумилов К.А., Грабовский Г.Г., Мошенский С.В. Автоматизация процессов подготовки металлургического сырья и доменного производства / Теория и практика производства чугуна // Труды Международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию КГМК „Криворожсталь”. – Кривой Рог: СП „Мира”, 2004. – С.480 – 483.

6. Богаенко И.Н., Грабовский Г.Г., Рюмшин Н.А., Таравский М.Ф., Шумилов К.А., Мошенский С.В. Исследование горно-рудных и металлургических предприятий как объектов автоматического управления. – К.: Техніка, 2004. – 272 с.

7. Богаенко И.Н., Грабовский Г.Г., Шумилов К.А., Рюмшин Н.А., Таравский М.Ф., Мошенский С.В. Автоматизированное управление процессами дозирования, окомкования и обжига железорудных окатышей // Автоматизація виробничих процесів. -2004. - №1(18). – С.109-112.

8. Богаенко И.Н., Грабовский Г.Г., Шумилов К.А., Рюмшин Н.А., Таравский М.Ф., Мошенский С.В. Исследование технологических процессов производства окатышей в промышленных условиях // Автоматизація виробничих процесів. – 2005. -№2(21). – с. 106 – 110.

Анотації

Мошенський С.В. Автоматизована система керування технологічними процесами огрудкування металургійної сировини. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 – автоматизація технологічних процесів – Державне підприємство Науково-виробнича корпорація „Київський інститут автоматики”, Київ,2006.

Дисертаційна робота присвячена автоматизації процесів огрудкування залізорудних концентратів як основної сировини для доменного виробництва. Як відомо, металургійна промисловість в Україні була і до теперішнього часу є найважливішою галуззю економіки, яка орієнтована як на внутрішні потреби держави, так і на експорт.

В дисертації висвітлені наступні проблеми: досліджена і вивчена технологія виробництва сирих котунів як одна із задач, що стосується сировинної бази доменного виробництва; описані і представлені дані досліджень, алгоритми керування і системи дозування, огрудкування, дозволоження шихти на чашевих і барабанних огрудкувачах; розроблені алгоритми і системи узгодження продуктивностей відділень огрудкувачів і випалу залізорудних офлюсованих котунів.

Ключові слова: огрудкування залізорудної сировини, обєкт регулювання, дозування, зволоження, узгодження продуктивностей, системи керування, алгоритми.

Мошенский С.В. Автоматизированная система управления технологическими процессами окомкования металлургического сырья. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 – автоматизация технологических процессов. – ДП “Научно-производственная корпорация “Киевский институт автоматики””, Киев, 2006.

Диссертация посвящена автоматизации процессов окускования железорудных концентратов как основного сырья для доменного производства. Как известно, металлургическая промышленность в Украине была и до настоящего времени является важнейшей отраслью экономики, ориентированной как на внутренние потребности страны, так и на экспорт.

Учитывая недостаточность данных по вопросам всестороннего исследования и анализа технологических особенностей процессов окомкования в чашевых и барабанных окомкователях, для выявления причин неудовлетворительной работы систем управления этими процессами необходимо провести исследования. Целью исследований является разработка эффективных систем управления дозированием шихты, окомкованием в конкретном окомкователе и системы согласования производительностей окомковательного отделения и отделения обжига.

Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке наиболее полной методики исследования механизма образования сырых железорудных окатышей. Ее апробация на промышленных объектах позволила разработать модели процессов окомкования и алгоритмы управления этими процессами, а также системы, реализующие эти алгоритмы, в которых учтены недостатки ранее проведенных аналогичных работ. Выполнен анализ основных систем управления процессами окомкования в чашевых и барабанных окомкователях с учетом их достоинств и недостатков.

При этом диссертантом учитывался опыт и использовались исходные данные ранее проведенных исследований в НПК “Киевский институт автоматики”. Было отмечено. что трудность исследования взаимосвязей параметров процесса окомкования обусловлена еще и отсутствием на момент исследований автоматического контроля как управляющих воздействий (расхода воды на окомкователе), возмущающих (влажности концентрата, гранулометрического состава компонентов шихты и др.), так и выходных показателей (прочности сырых окатышей на раздавливание и сбрасывание, гранулометрического состава, газопроницаемости и влажности сырых окатышей).

Рассмотрены и проанализированы математические модели, разработанные в ведущих научно-исследовательских институтах, занимающихся данной тематикой (в том числе и в НПК “Киевский институт автоматики”).

В диссертации освещены следующие вопросы:

Исследована и изучена технология производства сырых окатышей, как одна из задач, поставленных перед диссертантом, касающихся сырьевой базы доменного производства.

Проведен анализ математических моделей систем управления процессами окомкования, в результате чего определены задачи, решение которых позволяет создать надежную и эффективную систему управления производством сырых окатышей, устраняющую недостатки существующих систем.

Разработана методика исследований процессов дозирования и окомкования в промышленных условиях с применением методов определения качества железорудных окатышей, причем отбор, подготовка проб и определение физико-механических свойств концентрата, сырых и обожженных окатышей производились согласно стандартам предприятий по технологическому обеспечению качества продукции, что позволило получить экспериментальные статистические, статистические и динамические характеристики исследуемых процессов.

На основании этих экспериментальных данных диссертантом разработаны математическая модель процессов дозирования, алгоритмы управления окомкованием шихты и постановка задачи управления с приведенным перечнем сигналов управления, входных и выходных сообщений, представленных системой управления рассматриваемых процессов.

Разработан способ программного управления процессами увлажнения шихты, при реализации которого совместно с подсистемами дозирования и согласования производительностей отделений, входящих в АСУ ТП фабрики окомкования, обеспечивается увеличение производительности обжиговых машин и улучшение качества готовых железорудных окатышей.

Описаны и представлены алгоритмы управления и системы дозирования, окомкования, доувлажнения шихты на чашевых и барабанных окомкователях; разработаны алгоритмы и система согласования производительностей отделений окомкования и обжига железорудных офлюсованных окатышей.

Разработанная с участием диссертанта структурная схема автоматизированного управления процессами окускования железорудного сырья была применена при определении структурной схемы АСУ ТП спекания на агломерационной машине МАК-650.

Ключевые слова: окомкование железорудного сырья, объект регулирования, дозирование, увлажнение, согласование производительностей, системы управления, алгоритмы.

Moshenskyy S.V. Automatized system of management of technologic process of pelletizing of metallurgical ingoing material.

Thesis for getting of technical scientific degree in specialty 05.13.05 – autmated system of administration and progressive information technologiesResearch-and-Poduction Corporation “Kyiv Institute of Automation”, Kyiv, 2006.

Thesis is dedicate to automatization of ball milling process of iron-ore concentrate as main ingoing material for blast-furnace practice. As you know, metallurgical industry in Ukraine was and till now is the main branch of economy, that is oriented either on internal needs of country and export.

Next questions are highlighted in the thesis: technology of green pellet production as one of the objectives, that was raised for dissertator, which is concern raw basic of blast-furnace production; data of investigation, contol law and system of dosing, pelletizing, conditioning of furnace burden on hydrobowl and drum-type pelletizers was described and presented4 algorithms and system of adjustment of productivity of branches of pelletizer and calcinating of iron-ore fluxed pellet were worked out.

Key words: milling process of iron-ore concentrate, subject of regulation, dosing, humidifying, adjustment of productivity, management system, algorithm.