CC BY
11
плуатации агрегата на основе пневмотранс-портной установки известняковой муки и результаты лабораторных исследований же-лезомарганцевых конкреций, являются основой для моделирования газоочистных агрегатов в составе ЗСУПТ. Формирование и выбор технических средств подсистемы га-
зоочистки, как составной части ЗСУПТ включает оценку и анализ динамических характеристик процесса газоочистки, моделирование процесса, разработку алгоритма газоочистки, выбор вида управляющих воздействий, выбор аппаратных и программных средств.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Solnitsev R.I. The simulation of «Nature-technogenic» system // IEHS'98. ISA - SPb. Russian sect. / SPb. SUAI, 1998. P. 8-10.
2. Сольницев Р.И., Коршунов Г.И., Шаба-лов А.А. Моделирование замкнутой системы управления «Природа-техногеника». Информационно-управляющие системы, 2008. № 2. С. 3641.
3. Сольницев Р.И., Коршунов Г.И., Груди-
нин В.П. Способ снижения загрязняющих атмосферу вредных веществ посредством замкнутой системы управления. Патент РФ на изобретение
№ 2351975 с приоритетом от 11.06.2006.
4. Чиркст Д.Э., Черемисина О.В., Чистяков А.А., Жадовский И.Т. Кинетика сорбции катионов стронция железомарганцевыми конкрециями. «Известия вузов. Химия и хим. технология». 2008. Т. 51. № 3, С. 40-45.
5. Черемисина О.В., Клещенко Р.В., Эль-Салим С.З. Применение полупроводниковых адсорбционных датчиков для решения задач газового анализа на объектах ВМФ. «Химическая безопасность». 2008. № 3. С. 67-71.
С.В. Новиков
ИННОВАЦИОННЫЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНОЙ СЕПАРАЦИИ РУД И ЛОМА ЦВЕТНЫХ
МЕТАЛЛОВ
Использование металлов - , важнейшая характеристика развивающихся цивилизаций. Потребление цветных металлов определяет качественный уровень промышленного развития государства и непрерывно увеличивается. Получению готовых металлов в процессе металлургической переработки предшествуют технологические переделы горных работ и обогащения руды. Недостатки используемых в настоящее время технологий обогащения полезных ископаемых не устранимы в принципе и требуют поиска принципиально новых технологий, основанных на новых научно-технических достижениях. Радиометрическая сепарация в технологии предварительного обогащения твердых полезных ископаемых позволяет усовершенствовать традиционную технологию
обогащения добытой руды за счет вовлечения в переработку большего количества горной массы, добытой на месторождении, а также сохранных отвалов руд с низким содержанием ценного компонента. Инновационная технология с применением радиометрической сепарации основана на природной неравномерности распределения металлов в отдельных кусках руды. Средние содержание ценного компонента в товарной руде обычно в 1,5 3 раза выше, чем в некондиционной руде и породах, при этом объемы последних больше в 5 10 раз. Как правило, руда на 40 60 % состоит из кусков с отвальным содержанием ценного компонента, с другой стороны в отвальных породах кондиционное содержание имеют 20 25 % кусков, которые могут быть выделены в то-
варную руду. Подобная технология применима при переработке металлургических шлаков и дробленого металлолома.
Для реализации технологии применяются рентгеноспектральные сепараторы (кусковая сепарация) и установки мелкопорционной сортировки [1]. Рентгеноспектральный анализ широко применяется для определения наличия и содержаний химических элементов в веществах и предметах без разрушения последних. Но применение рентгеноспек-трального анализа при кусковой сепарации требует создания оборудования, способного подавать подлежащий разделению материал, производить анализ и разделять продукты сепарации достаточно быстро. Например, при разделении материала крупностью от 50 до 25 мм с производительностью 10 тонн в час сепаратор должен обрабатывать около 400 тысяч кусков в час. Даже при создании многоканального сепаратора (с количеством каналов до 10) время на набор и обработку информации о каждом куске составляет от единиц до первых десятков миллисекунд. При этом для обеспечения постоянного качества сепарации анализирующая система должна быть достаточно стабильной по времени и неизменной при колебаниях температуры воздуха в условия промышленного цеха. Частью анализирующей системы сепаратора является тракт регистрации рентгеновского излучения, детектирование которого осуществляется пропорциональными счетчиками или сцинтилляционными детекторами. Временная и температурная нестабильности преобразования данными детекторами энергии фотонов рентгеновского излучения в амплитуду импульсов выходного напряжения ставят задачи компенсации нестабильности в алгоритме обработки сигналов детекторов и использования систем подстройки.
Поступающие на сепарацию куски классифицированного по крупности исходного материала имеют случайную форму. Устройство, подающее куски в зону облучения и контроля, должно при высокой производи-
тельности обеспечивать стабильность траектории подачи, что позволяет повысить точность определения качественно-количественных характеристик куска.
Достаточно универсальный метод подстройки трактов регистрации рентгеновских излучений по спектральной линии описан в [2]. Метод основан на привязке к спектральной линии вспомогательного - реперного или измеряемого излучения (рис.1,а,б). Испускаемые сцинтиллятором 1 фотоны, вызванные рентгеновским излучением, регистрируются фотоэлектронным умножителем 2, подключенным к усилительному тракту 3. Импульсы с выхода усилительного тракта поступают на два дифференциальных амплитудных анализатора 4 и 5. Один из них срабатывает от импульсов с амплитудами от А1 до А2, а второй - от импульсов с амплитудами от А3 до А4. Схема сравнения 6 сравнивает скорости поступления сигналов с выходов дифференциальных амплитудных анализаторов, и по разности скоростей формирует сигнал управления. Этим сигналом управляется источник высокого напряжения ФЭУ 7 или коэффициент передачи усилительного тракта. Данный метод применялся в промышленно выпускавшейся аппаратуре для рентгенорадиометрического каротажа и опробования [3].
Недостатком метода является необходимость постоянного наличия вспомогательного реперного сигнала, увеличивающего загрузку детектора, или присутствия в измеряемом излучении стабильной энергетической линии (например, линии характеристического излучения рентгеновской трубки или изотопа, или дополнительно внесенного элемента, имеющего энергии характеристических излучений существенно отличающуюся от энергий измеряемых элементов.) Кроме того, измерение скоростей счета в узких диапазонах энергий (каждый не более половины ширины реперного сигнала) снижает быстродействие системы автоподстройки.
При работе сепаратора зона облучения и
контроля занята кусками только часть времени. Периоды промежутков между кусками могут использоваться для получения информации об излучении, рассеиваемом камерой сепаратора, в которой производится облучение и регистрация куска. Функция определения наличия куска в зоне контроля (по параметрам регистрируемых сигналов или по сигналу дополнительного датчика) имеет место во всех сепараторах кусковых материалов.
При решении ряда технологических задач в рентгеноспектральных сепараторах используется известный метод спектральных отношений [4] с выделением в регистрируемом рентгеновском спектре двух-трех энергетических диапазонов, накопление по ним данных от каждого куска и расчет аналитического параметра, пропорционального содержанию в куске определяемого элемента или суммы элементов. Например, технологическая задача по выделению из скрапа немагнитных металлов алюминиевых и магниевых сплавов может быть решена путем выделения всего двух смежных энергетических диапазонов (рис.2,а). В нижний энергетический диапазон (от А1 до А2 кэВ) группируются энергии линий К-серий рентгеновских спектров элементов с атомными номерами от хрома до цинка и Ь-серии свинца, в верхний - рассеянное излучение рентгеновской трубки.
Автором предложен метод подстройки тракта регистрации рентгеновских излучений основанный на стабильности спектра рентгеновского излучения, рассеянного камерой при отсутствии кусков.
Вызванные рентгеновским излучением в сцинтилляторе 1 фотоны регистрируются фотоэлектронным умножителем 2, подключенным к усилительному тракту 3. Импульсы с выхода усилительного тракта поступают на два компаратора 4 и 5. Один из них срабатывает от импульсов с амплитудами более А1, а второй - от импульсов с амплитудами более А2. Выходы компараторов соединены со входами счетчиков 6 и 7 соот-
ветственно. Контроллер 8 производит периодический опрос счетчиков и определяет периоды отсутствия кусков в зоне регистрации. Накопив значения счетчиков за несколько периодов опроса, в которые не попадали анализируемые куски, контроллер производит вычисление отношения накопленных значений. Сравнив его с заданным значением отношения, контроллер корректирует значения порогов компараторов путем изменения кодов на входах цифро-аналоговых преобразователей 9 и 10. При снижении чувствительности тракта регистрации пороги компараторов будут снижаться от А1 к А3 и от А2 к А4 соответственно. Данная структурная схема позволяет использовать для подстройки большую часть спектра, что повышает ее точность и быстродействие. Кроме того, использование одних и тех же узлов в режиме разделения времени для подстройки и для анализа позволяет ап-паратно упростить тракт регистрации и повысить его надежность.
Дополнительную компенсацию нестабильности детекторов можно получить добавкой в формулу расчета аналитического параметра вычисленного в процессе подстройки соотношения скоростей счета в отсутствии куска, характеризующего камеру. Предлагаемый способ вычисления аналитического параметра Р использует следующую формулу:
Р = -
N N г - Кк
где N1 - с КросК, счет^Утри наличии куска в энергетическом интервале А1-А2; N2 - интегральная скорость счета при наличии куска в энергетическом интервале более А1;
и - скорости счета в тех же интервалах при отсутствии куска в зоне облучения.
При покусковой сепарации руд и лома положительно зарекомендовала себя транспортная схема, состоящая из загрузочного бункера и двух установленных последовательно вибропитателей (ВП). Куски исходного материала из загрузочного бункера самотеком поступают на первый ВП с плоским днищем лотка. Он обеспечивает равномер-
ную подачу кусков на второй ВП, который имеет желоба параболической формы для распределения всех кусков на каналы. Лоток второго ВП имеет амплитуду вибрации, большую, чем у первого, поэтому куски по его каналам перемещаются быстрее, чем на первом ВП. За счет интенсивной вибрации в каналах второго ВП куски выстраиваются в ряды и свободно падают в хвостовой желоб, каналы которого разделены вертикальными делительными перегородками. При свободном падении происходит увеличение скорости движения кусков и разрыв между ними увеличивается, что позволяет надежно определять состав каждого из них и, при необходимости, выделять их из потока.
К работе второго ВП предъявляется дополнительное требование - стабилизация траектории падения кусков с его лотка. Оно обусловлено необходимостью повышения точности регистрации и снижения расхода воздуха электропневмоклапаном (ЭПК), который выдувает выделенные куски из общего потока в отдельный сборник. Стабилизация траектории достигается путем уменьшения угла наклона траектории колебаний относительно дна лотка. При этом средняя скорость движения кусков по поверхности лотка снижается. Поэтому для повышения скорости транспортировки кусков, а следовательно и растяжки между ними, необходимо увеличение амплитуды вибрации. Наиболее эффективно, практически без увеличения потребляемой мощности, это достигается при работе ВП в резонансном режиме, когда частота его возбуждения совпадает с собственной частотой ВП.
Наименьшую величину разброса имеют ВП нового поколения, разработанные в ООО «ЭГОНТ» для подачи рудных продуктов. У таких ВП разброс траектории падения в зоне контроля при скорости падения кусков 3 м/с не превышает двух диаметров от класса крупности, т.е. для кусков крупностью 50 мм разброс составляет всего 100 мм. Этот ВП представляет устройство маятникового типа, в котором частота собственных колебаний
определяется торсионом. На концах торсио-на закреплен корпус ВП с лотком, а в центре торсиона - маятник. Возбуждение вибрации осуществляется электромагнитом, магнито-провод которого расположен на маятнике и корпусе ВП с заданным воздушным зазором. Механическая система ВП имеет весьма низкий декремент затухания (менее 0,01), поэтому на возбуждение колебаний ВП расходуется незначительная мощность - при производительности 20 т/ч потребляемая мощность составляет 0,08 кВт. При этом скорость перемещения лома по поверхности лотка ВП составляет 0,3 м/с.
Для управления работой ВП на его резонансной частоте независимо от масс изготовленных механических узлов и массы материала, находящегося на лотке в процессе работы, потребовалась разработка, изготовление и испытания специального блока управления. Блок управления вибропитателем, (в дальнейшем - блок), предназначен для питания острорезонансных ВП, снабженных датчиками обратной связи, синусоидальными импульсами тока с резонансной частотой вибропитателя. Блок определяет фазу подачи электрического импульса и количество энергии, необходимой для компенсации потерь, происходящих при колебаниях ВП. Структурная схема блока приведена на рис. 3.
Принцип действия управления ВП заключается в следующем: при колебательных движений механических частей ВП происходит изменение зазора электромагнита. Во время уменьшения зазора обмотка электромагнита подключается на короткое время к заряженному конденсатору. Ток разряда конденсатора через обмотку создает электромагнитное усилие, которое компенсирует все потери энергии в колебательной системе ВП, расходующиеся на транспортировку продуктов и другое. Дозаряд конденсатора производится при увеличении зазора в электромагните.
В процессе работы блока во время увеличения зазора в электромагните постоянное
напряжение, преобразуемое из напряжения сети модулем питания 1, через устройство заряда 2 заряжает накопитель энергии 3 до величины, определяемой устройством управления 4, после чего устройство заряда выключается. При уменьшении зазора в электромагните, устройство управления включает тиристорный ключ 5. Емкостью накопителя энергии и индуктивностью электромагнита ВП 6 формируется синусоидальный импульс тока. При его окончании тири-сторный ключ закрывается. Накопленная к моменту открытия тиристорного ключа энергия частично возвращается в накопитель, частично - потребляется вибропитателем. Длительность импульса тока меньше времени уменьшения зазора в электромагните ВП. Для определения частоты, фазы и амплитуды колебаний вибропитателя используется сигнал от датчика обратной связи 7, установленного на вибропитателе. Величина, до которой производится заряд накопителя энергии, определяется устройством управления по значениям сигнала амплитуды колебаний ВП и задатчика 8, с помощью которого устанавливается требуемая амплитуда колебаний ВП. Производительность ВП может регулироваться за счет изменения амплитуды вибрации от 0,5 до 20 т/ч. При включении блока накопитель энергии заряжается до максимального значения и для создания колебаний на вибропитатель подается несколько импульсов, частота которых определяется стартовым генератором 9. Частота генератора настраивается близкой к частоте собственных колебаний ВП.
Применение электронного управления ВП с обратной связью позволило:
- увеличить амплитуду колебаний лотков за счет высокой добротности механической системы;
- обеспечить работу ВП на резонансной частоте независимо от отличий ВП, обусловленных субъективным фактором при изготовлении механических узлов;
- обеспечить стабильную работу ВП независимо от его загрузки, а также колебаний напряжения и частоты сети.
С использованием вышеприведенных рекомендаций создан промышленный рентге-носпектральный сепаратор РСЭ-50 с автоматизированной системой контроля и подстройки узлов. При испытаниях сепаратора РСЭ-50 в условиях заказчика («Camden Iron & Metal» Inc., США) убедительно доказана возможность выделения алюминиевых сплавов из лома цветных металлов с хорошими технологическими показателями, подтверждено стабильное и надежное функционирование узлов сепаратора при продолжительной эксплуатации. Кондиция полученного в процессе сепарации алюминиевого лома соответствует техническим условиям, определяемым в США «Классификатором отходов» [5] Металлургические испытания алюминиевых продуктов показали их пригодность для переплавки без каких-либо ограничений. Область использования рекомендаций не ограничивается только разделением лома цветных металлов и может быть расширена для переработки руд черных и цветных металлов, а также металлургических шлаков.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Башлыков;! Т.В., Лагов П.Б., Новиков В.В., Новиков С.В., Корзакова А.В. Перспективы информационно-технологического развития процессов радиометрического обогащения полезных ископаемых. Цветные металлы. №3 2007 г. - С.52-54.
2. Цитович А.П. Ядерная электроника. М. Энергоатомиздат. 1984
3. Леман Е.П. Рентгенорадиометрический метод опробования месторождений цветных и
редких металлов. Изд. 2-е, пераб. и доп. Л. , «Недра», 1978.
4. Мейер В.А., Нахабцев В.С. Раздельное определение тяжелых элементов в скважинах по характеристическому излучению//Вопросы рудной геофизики. - Л., Изд-во Ленингр. ун-та, 1965. - С.34-42.
5. Scrap Specifications Circular 2006, Institute of Scrap Recycling Industries,Inc.
