CC BY
111
Автоматический контроль и регулирование технологических показателей обогащения железных руд в процессе магнитной
сепарации
Н.В. Осипова, канд. техн. наук, доцент, Институт ИТАСУ НИТУ «МИСиС»
Металлургия является одной из значимых отраслей промышленности Российской Федерации и за рубежом. Она включает в себя все стадии производственного процесса, начиная с добычи полезных ископаемых, и заканчивая выпуском трубопрокатной продукции. При этом основным материалом, применяемым в машиностроительной области, стали черные металлы (железо, сталь, чугун), часть из которых идет на экспорт.
Одним из главных этапов черной металлургии является обогащение руды. Цель его состоит в обеспечении требуемого содержания ценного компонента в кондиционных продуктах путем удаления большей части пустой породы.
Разделение железорудного потока по магнитной восприимчивости осуществляется промышленными сепараторами. В зависимости от того, в какой среде происходит обогатительный процесс (воздушной или водной), используют мокрый и сухой магнитные сепараторы. Результатом их работы является получение концентрата с определенной массовой долей полезного компонента и отходов - отвальных хвостов с очень низким содержанием железа [11, 13].
Однако в связи с нестабильностью физико-механических и химико-минералогических свойств горных пород, поступающих на переработку, наблюдается отклонение выше указанных показателей обогащения от значений, устанавливаемых ГОСТами и техническими условиями [6].
Поэтому актуальная задача на сегодняшний день - создание надежных систем автоматизации процесса магнитного обогагцения, которые позволяют стабилизировать содержание железа в концентрате на заданном уровне и минимизировать его потери в хвостах.
В качестве объекта управления выбран полупротиво-точный магнитный сепаратор. Он предназначен для обогащения сливов гидроциклонов, классификаторов, дешла-маторов с содержанием более 60-70 % частиц крупностью менее 0,074 мм [3]. Основными управляющими воздействиями для системы автоматического регулирования работы данного агрегата могут выступать напряженность магнитного поля и скорость вращения барабана сепаратора [4]. Первое из них будет стабилизировать качество концентрата. Второй тип управления следует применять для уменьшения потерь ценного компонента. При этом статическая характеристика, отражающая взаимосвязь между скоростью вращения барабана и содержанием железа в хвостах, имеет ярко выраженный экстремальный характер с точкой минимума функции [6].
Структурная схема САУ магнитным сепаратором приведена на рис. 1. Он имеет барабан 1, внутри которого вмонтирована магнитная система 2, закрепленная на оси 3, с напряженностью поля в зоне 4. Коробки 5 и 6 предназначены для смыва водой хвостов и концентрата соответственно. В нижней части сепаратора имеется ванна 7, через которую проходит разделяемый материал. Двигатель постоянного тока ДПТ служит для управления положением магнитной системы, а асинхронный двигатель
с короткозамкнутым ротором АКЗ приводит сепаратор во вращение. Пульпа поступает под барабан и проходит через рабочую зону. При этом магнитные частицы притягиваются к нему и уносятся в концентрат. Немагнитная фракция оседает в хвостовом отделении [1].
САУ магнитным сепаратором включает две подсистемы для регулирования содержания железа магнетитового в концентрате и хвостах.
В качестве датчика железа в концентрате используется «система А. П. Шафоростова». Она содержит устройство забора проб, первичный преобразователь, состоящий из катушки и запорного клапана, которые разделены между собой перегородкой с магнитными экранами. Массовая доля полезного компонента определяется, исходя из относительных значений магнитной восприимчивости при различных стадиях осаждения твердого вещества, а также постоянных коэффициентов, рассчитанных экспериментальным путем на основе химического анализа. Замеры проб проводятся с интервалом от 10 с до 30 мин [10].
Для автоматического определения массовой доли железа магнетита в хвостах можно использовать анализатор АСМ-1. В состав изделия входит устройство пробоотбора, датчик, электронный преобразователь, блок питания, узел промывки датчика. Диапазон измерения содержания ценного компонента в хвостах находится в пределах от 0 до 10 %, период измерения - от 2 до 10 мин [2].
При отклонении массовой доли полезного компонента в
С а
Рис. 1 Структурная схема САУ магнитным сепаратором.
1 - барабан; 2 - магнитная система; 3 - ось барабана; 4 - зона сепаратора с напряженностью; 5 - коробка для смыва водой хвостов; 6 - коробка для смыва водой концентрата; 7 - ванна; АКЗ - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором; ДПТ - двигатель постоянного тока; ДТС - датчик тока статорной обмотки асинхронного двигателя; ДСА - датчик скорости асинхронного двигателя; ДТЯ - датчик тока якоря двигателя постоянного тока; ДС - датчик скорости двигателя постоянного тока; ТП - тиристорный преобразователь; АСМ-1 -анализатор содержания магнетита в хвостах.
98 | «Горная Промышленность» №5 (1 35) / 201 7
концентрате, промышленный контроллер пропорционально изменяет сигнал уставки по угловой скорости вращения ДПТ. При этом разности между данным параметром и переменной с датчика скорости ДС, заданием по току в обмотке двигателя и величиной с датчика тока якоря ДТЯ также отклоняются. Стабилизация тока осуществляется путем регулирования входного напряжения тиристорного преобразователя двигателя ТП [12, 14]. Изменение угловой скорости вращения ДПТ вызывает перемещение рабочего зазора между полюсами магнитной системы, регулируя напряженность поля, а, следовательно, качество концентрата.
Стабилизация содержания железа в хвостах происходит следующим образом. Пробными шагами в дискретные моменты времени, задаваемые в программе контроллера, увеличивается задание по угловой скорости вращения барабана сепаратора, измеряемой датчиком ДСА, и по току в статор-ной обмотке АКЗ, сигнал которого снимается с датчика ДТС, вызывая увеличение входного напряжения двигателя [5]. В контроллере предусмотрена возможность запоминания данной величины на один такт времени.
Если выходной параметр, измеренный в текущий момент отсчета, меньше сигнала, полученного на предыдущем этапе считывания, то содержание в хвостах полезного компонента падает. Это означает, что шаг осуществляется в правильном направлении. Как только параметр с датчика в следующем такте станет больше, то доля железа в хвостах увеличивается, значит, задание по скорости будет уменьшаться с тем же шагом. Таким образом, система все время поддерживает потери ценного компонента на минимуме.
В САУ магнитным сепаратором используется промышленный логический контроллер фирмы Siemens Simatic S7-300,
включающий модули ввода и вывода аналоговых сигналов с датчиков SM 331, SM 332, процессор CPU 315-2 DR и блок питания PS 307 5А [7-9].
Применение САУ магнитным сепаратором позволит осуществить оптимизацию процессов обогащения рудных ископаемых. С внедрением указанной системы на обогатительных фабриках появится возможность поддерживать требуемое содержание ценного компонента в концентрате путем регулирования напряженности поля и уменьшить его потери в хвостах за счет управления скоростью вращения барабана сепаратора.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:_
1. Avdohin V. M. Osnovy obogashhenija poleznyh iskopaemyh (tom 1): uchebnik dlja vuzov. M.: Izd-vo «Gornaja kniga», 2008, 417p.
2. Analizatorsoderzhanijamagnetitavpul'peASM-1. URL:http://www.rastr1.com/Analizator magnetita (assesed 01 October 2017)
3. Bogdanov O. S., Nenarokomov Ju. F. (Red.). Spravochnik po obogashheniju rud. Obogatitel'nye fabriki (Tom 4), M.:«Nedra», 1984, 360 p.
4. KarmazinV. V., Karmazin V. I. Magnitnye i jelektricheskie metody obogashhenija. Uchebnik dlja vuzov, M.: Nedra, 1988, 304 p.
5. Komponenty privodov mehatronnyh ustrojstv/ [Jelektronnyj resurs]: uchebnoe posobie/ S. V. Ponomarev [i dr.], Tambov: Izd-vo FGBOU VPO «TGTU», 2014
6. Marjuta A. N., Kachan Ju. G., Bunko V. A. Avtomaticheskoe upravlenie tehnologicheskimi processami obogatitel'nyh fabrik: Uchebnik dlja vuzov, M.: «Nedra», 1983, 277p.
7. Osipova N. V. Metodicheskie ukazanija po vypolneniju kursovoj raboty po discipline «Programmnoe obespechenie dlja sistem avtomatizacii tehnologicheskih processov»: uchebnoe posobie, M.: Izd. Dom MISiS, 2015, 80 p.
8. Osipova N. V. Programmnoe obespechenie dlja sistem avtomatizacii tehnologicheskih processov (laboratornyjpraktikum i konspekt lekcij) dljastudentovspecial'nosti220201 - «Upravlenie i informatika v tehnicheskih sistemah»: uchebnoe posobie, M.: Izd. Dom MISiS, 2015, 75 p.
9. Sistema avtomatizacii S7-300. Dannye modulej. Rukovodstvo A5E00352937-02. - Izdanie 10, 2005. - 524 s.
10. ShaforostovA. P., Gzogjan T. N, GubinS. L. Gornyjinformacionno-analiticheskijbjulleten', 2003, no 3, pp. 38- 40.
11. Ahmed A. S. Seijelnassra, Eltahir M. Moslimb, Abdel-Zaher M. Abouzeid. Concentration of a Sudanese low-grade iron ore, International Journal of Mineral Processing. 2013. vol. 122, pp. 59-62.
12. Barman S. D., Hussain A., Ahmed T. Speed Control ofDCMotor UsingPWM Technique: Pulse Width Modulated DC Motor ControlLAP Lambert Academic Publishing. 2012. 56p.
13. Xianlin Zhou , Deqing Zhu, Jian Pan, Yanhong Luo and Xinqi Liu. Upgrading of High-Aluminum Hematite-Limonite Ore by High Temperature Reduction-Wet Magnetic Separation Process, Metals. 2016. vol. 57, no 6. pp. 1-12.
14. Yadav A. K., Chaubey A. K. Speed control ofDC motor using PWM, International Journal of Advance Research in Science and Engineering. 2013. vol. 2, iss. 3. pp. 1 - 6.
Mining
f4# Uzbekistan
MinineWorld
12-я Международная Выставка ГОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ДОБЫЧА И ОБОГАЩЕНИЕ РУД И МИНЕРАЛОВ
15-17 Ноября 2017
Узэкспоцентр, Ташкент, Узбекистан
www.mining.uz
Место встречи ведущих производителей и поставщиков горнодобывающего и горноперерабатывающего комплекса!
НЕ UZBEKISTAN
«Горная Промышленность» №5 (135) / 2017 | 99
