CC BY
632
ОБОГАЩЕНИЕ И ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМУ ПЕРЕДЕЛУ
УДК 004.896
Ендияров С.В., Петрушенко С.Ю., Омельченко С.В.
РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОХЛАДИТЕЛЕЙ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО АГЛОМЕРАТА
Аннотация. Разработан комплекс математических моделей для системы автоматизированного проектирования охладителей, общей целью которой является в рамках жизненного цикла промышленных изделий решить задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства охладителей железорудного агломерата. Комплексная автоматизация проектирования агломерационного оборудования позволяет внести такие изменения в структуру проектных предприятий, которые соответствуют целям автоматизации - сокращению материальных и временных затрат, повышению качества проектирования, сохранению численности инженерно-технических работников на прежнем уровне, несмотря на усложнение проектируемых объектов.
Ключевые слова: охладитель агломерата, система автоматического проектирования, оптимизация, имитационное моделирование.
Известно, что производство охлажденного стабилизированного агломерата является эффективным способом уменьшения удельного расхода кокса и повышения производительности доменных печей [1]. Вместе с тем его использование связано с существенным усложнением схемы обработки аглоспека. Поэтому в типовых технологических схемах первых агломерационных фабрик охлаждение и механическая стабилизация агломерата не предусматривались. Механическая стабилизация агломерата перед загрузкой в доменную печь появилась при внедрении производства охлажденного агломерата и конвейерных трактов его передачи в доменный цех. Однако стабилизация агломерата в перегрузочных узлах конвейерного тракта приводит к образованию большого количества мелочи 5-0 мм непосредственно перед бункерами доменных печей. Поэтому грохочение агломерата при выдаче из бункеров не позволяет получить желаемое (4-5%) содержание мелочи в скиповом агломерате.
При транспортировке агломерата к доменным печам транспортерами с резиновой лентой, допустимая температура нагрева которой не превышает 150°С, при расчете и организации охлаждения следует исходить из необходимости полного исключения кусков агломерата с температурой выше указанной по условиям службы ленты. Особенно это надо иметь в виду в связи с тенденцией к замене обычной (скиповой) загрузки доменных печей транспортерной, лента которой имеет большую длину и стоимость. В этих условиях лучше добавить площадь охлаждающих агрегатов, чем вывести из строя транспортерную загрузку.
Найденное исследовательской группой АДО отдела НИР ОАО «Уралмашзавод» техническое решение по автоматизированному проектированию охладителей в пределах агломерационной фабрики является важ-
ным шагом в направлении повышения эффективности применения агломерационного оборудования.
Для решения обозначенных выше проблем была разработана система автоматизированного проектирования охладителей, общей целью которой является в рамках жизненного цикла промышленных изделий решить задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства охладителей для производства агломерата. Что позволит повысить эффективность труда инженеров, включая сокращения трудоёмкости проектирования и планирования, сократить сроки проектирования изделия, себестоимость проектирования и изготовление охладителей.
При этом в состав программного комплекса включены следующие модели:
• Модель охлаждения двухфракционного слоя, т.е. слоя, содержащего куски двух размеров, причем одна фракция значительно мельче другой. С помощью этой модели возможно рассчитать время охлаждения агломерата в конкретных производственных условиях. Иллюстрация работы модели для конкретных условий приведена на рис. 1.
• Модель охлаждения всего агломерата, как двухфракционного, состоящего из мелких частиц и «крупных», дает заниженное время охлаждения, так как время, необходимое для охлаждения кусков диаметром более среднего, может оказаться при определенных условиях значительно больше. С целью учета данного явления была разработана математическая модель, представляющая собой 3-мерное уравнение теплопроводности. Наличие чрезмерно крупных кусков агломерата в охлаждаемом слое приводит к недостаточному охлаждению их внутренних объемов из-за высокого термического сопротивления. К концу периода охлаждения поверхность таких кусков приобре-
ОБОГАЩЕНИЕ И ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМУ ПЕРЕДЕЛУ
тает иногда температуру, близкую к температуре окружающего воздуха. Однако при выгрузке крупные куски нередко разламываются на части, при этом обнаруживается неохлажденная сердцевина, температура которой достигает более 200-300°С. Такие куски вызывают прогары прорезиненной ленты конвейеров, предназначенных для транспортировки охлажденного агломерата, а также приводят к неудовлетворительным
0.5
санитарно-гигиеническим условиям на тракте транспортировки, грохочения и погрузки. Иллюстрация работы модели для конкретных условий приведена на рис. 2.
• Модель оптимизации основных параметров охладителя и процесса охлаждения.
1.5
0.2
0.4
0.6
1.4
0.8 1 1.2 Время, ч
Рис. 1. Модель охлаждения двухфракционного слоя
1.6
1.8
\
ш
200 Время 1.5
Е!|.1ич-;3 п /I
Время 4 ,
Рис. 2. Модель охлаждения крупного куска в слое
При этом целями оптимизации являются:
1. Снижение металлоемкости. Снижение металлоемкости одна из целей, достижение которой позволяет снизить стоимость изготовления охладителя.
2. Время нахождения материала на ленте должно быть как можно ближе к времени его остывания до заданной температуры. Температура агломерата на разгрузке должна быть как можно ниже.
3. Потери напора воздуха должны быть минимальными и находиться в переделах, позволяющих использовать существующие тягодутьевые средства. Скорость процесса охлаждения продуктов окускова-ния зависит от количества воздуха, просасываемого через слой, и условий теплообмена между воздухом и кусками насыпной массы материала. При прочих равных условиях количество просасываемого воздуха зависит от газопроницаемости слоя. Достижение равных скоростей фильтрации воздуха в слоях, обладающих различной газопроницаемостью, возможно лишь при различных значениях перепадов давления.
Установка с более мощным вакуумно-дутьевым аппаратом имеет высокий расход электроэнергии, недостаточная мощность приводит к тому, что система охлаждения оказывается неработоспособной. В связи с этим необходима тщательная оценка газопроницаемости слоя, обеспечивающая возможность оптимизировать процесс охлаждения.
4. Охладитель должен обеспечивать заданную производительность по годному агломерату.
5. Охладитель должен удовлетворять проектным размерам.
Функционально разработанный программный комплекс включает в себя следующие подсистемы:
1. Подсистема визуализации. Осуществляет 3D визуализацию процесса охлаждения агломерата, с отображением текущего состояния (отображение контура охлаждаемого аглоспека, распределение температур в объеме аглоспека) за произвольный период охлаждения (рис. 3).
0
0
2
Раздел 1
Кроме того, подсистема позволяет отображать основные конструктивные и режимные параметры работы охладителя агломерата, в том числе распределение температур по длине охладителя, от момента
загрузки (рис.4). Осуществлять 2D визуализацию двухфракционного слоя агломерата по высоте, с течением времени [2].
(а* Система автоматизированного проектирования кольцевых охладителей
шшт
30 визуализация процесса охлаждения куска агломерата (заданного размера)
ьии Пара.. ! Значение |
4ПП 1 Разме.. 0.2000
2 Темпе... 800
300 3 Темпе. 25
4 Высот. 1.5000
200 5 Удель.. 1.2200е+03
6 Скоро.. 1.2997
1Ш
Время, ч 1 1.5000 2 2.5000 3.5000 4
Температура (ср.), град 333.4960 249.6155 192.4294 150.5690 96.6761 79.3625
Температура (маме.), град 743.5631 634.7626 514.9390 406.4224 246.7417 195.4490
Температура (мин.^ град 39.0520 32.7697 30.0609 23.5610 26.9329 26.4536
Температура (отк.), град 186.1061 151.3417 116.3160 91.4204 53.1670 40.4461
Рис. 3. Форма 3Б визуализации процесса охлаждения
ОБОГАЩЕНИЕ И ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМУ ПЕРЕДЕЛУ
Рис. 4. Основные конструктивные и режимные параметры работы кольцевого (верх) и линейного (низ) охладителей агломерата после оптимизации 2. Подсистема оптимизации. Производит опти- емкость, температура агломерата на разгрузке, время мизацию процесса выбора конструктивных парамет- охлаждения, эффективная площадь охлаждения, газо-ров охладителя, при этом учитываются следующие проницаемость слоя (рис.5) [3]. критерии: производительность охладителя, металло-
W Система автоматизированного проектирования кольцевых охладителей
Настройка параметров оптимизации ||
Установка целей оптимизации (приоритетов)
Время охпаодения агломерата до заданной температуры должно соответствовать времени нахождения материала на охладителе
Охладитель должен обеспечивать заданную производительность по аглоспеку
Снижение металлоемкости одна из цепей, достижение которой позволяет снизить стоимость изготовления
Температура агломерата на разгрузке должна быть как можно ниже
Габариты охладителя должы соответствовать заданным пределам заказчика. Минимизация габаритов позволяет сократить пространство занимаемое охладителем
Производительность охладителя по спеку, т/ч
~ 1г
250
®|Й
'НИЩШИМЦп рнюрф Ф&Д-
aeg
Г
100:
Статус оптимизации
Оптимизация завершена. Результат: 389
Значимость фffiSfjä "ЕЦЙЙ^ШМЙЙЯК" 100
ПШ^ММШг'ВЩЮЙЙй&аНия11 | ~
гЗмуийрсть фактора "Щрощв'рдительнО.сть11
J J vjJIm
ЕЖ
-Г I
ill
ЗнаШШйь фа®ора|"ГШариты бйладктШя-"
д! J угтI
Нормализация показателей
Площадь шшит.еля, ¡¡¡Ш
J100 ШШ
1Ш1МЙШШЖЯЙЙМ11Ш111
Ш
Общий влкад
25 %
25 % 25% 25 %
Провести оптимизацию
Рис. 5. Форма ввода параметров оптимизации
3. Подсистема имитационного моделирования. Позволяет моделировать процесс охлаждения агломерата в охладителе для конкретных условий производства.
4. Подсистема генерации отчетов. Позволяет формировать отчеты, включающие результаты оптимизации, моделирования, визуализации.
Заключение
При современных масштабах производства металла и непрерывном росте единичной мощности агрегатов правильный выбор рационального способа охлаждения и оборудования имеет немаловажное значение. Тем более, что на сегодняшний день отсутствуют известные отечественные комплексы автоматического проектирования охладителей агломерата, удовлетворяющие требованиям европейских стандартов качества. Комплексная автоматизация проектирования агломерационного оборудования позволяет внести такие изменения в структуру проектных предприятий, которые соответствуют целям автоматизации - сокращению материальных и временных затрат, повышению качества проектирования, сохранению численности инженерно-технических работников на прежнем уровне, несмотря на усложнение проектируемых объектов. Кроме того, автоматизированные комплексы проектирования позволяют вывести агло-
доменное производство на новый уровень развития, тем самым повышая их конкурентоспособность.
Исследовательская группа ОАО «Уралмашза-вод» имеет большой опыт разработки комплексных систем управления, диагностики, проектирования для аглодоменных производств. Разработанная система проектирования охладителей позиционируется, как универсальный комплекс, использование которого возможно как для производства агломерата, так и производства окатышей. Данная система планируется к использованию ОАО «Уралмашзавод» при проектировании новых и модернизации существующих производств.
Список литературы
1. Ендияров С.В., Петрушенко С.Ю., Омельченко С.В. Система автоматизированного проектирования кольцевых охладителей // Сталь. 2014. № 6. С. 75-79.
2. Ендияров С.В., Петрушенко С.Ю. Диагностика процессов подготовки и производства агломерата. LAP Lambert Academic Publishing, Germany, 2013. 332 с.
3. Ендияров С.В., Петрушенко С.Ю. Система диагностики и управления процессом подготовки и производства железорудного агломерата // Автоматизация в промышленности. 2012. №10. С.65-68.
ОБОГАЩЕНИЕ И ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМУ ПЕРЕДЕЛУ
Сведения об авторах
Ендияров Сергей Валерьевич - канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник ОАО «Уралмашзавод», г. Екатеринбург. E-mail endeyarov@olympus.ru
Петрушенко Сергей Юрьевич - канд. техн. наук, науч. сотрудник ОАО «Уралмашзавод», п. Верхняя Сысерть, Свердловская область.
Омельченко Сергей Владимирович - канд. техн. наук, вед. науч. сотрудник ОАО «Уралмашзавод», г. Екатеринбург.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
DEVELOPING SYSTEM OF MATHEMATICAL MODELS FOR IRON ORE SINTER COOLER DESIGN AUTOMATION
Yendiyarov Sergei Valeryevich - Ph.D., principal research engineer of «Uralmashplant» JSC, Yekaterinburg. E-mail: endeya-rov@olympus.ru
Petrushenko Sergei Yuryevich - Ph.D., research engineer of «Uralmashplant» JSC. Sverdlovskaya obl, Verkhniya Sisert. Omelchenko Sertgei Vladimirovich - Ph.D., leading research engineer of «Uralmashplant» JSC, Yekaterinburg.
Abstracts. In this article, we describe a computer aided design system for a sinter cooler (any type). The developed computer aided design system uses state-of-the-art cooling process models as well as optimization techniques. As a result, the system can help engineers to optimize cooler parameters as well as sintering process specifications to achieve specific goals of concrete iron ore sintering plant.
Keywords: cooler of sinter, computer aided design, optimization, .simulation.
References
1. Yendiyarov S.V., Petrushenko S.Yu., Omelchenko S. V. Computer aided design system for sinter circular cooler. Stal [Steel]. 2014, no. 6, pp. 75-79.
2. Yendiyarov S.V., Petrushenko S.Yu. Condition monitoring of iron ore sinter processing and preparation processes, LAP Lambert Academic Publishing, Germany, 2013, pp. 332.
3. Yendiyarov S.V., Petrushenko S.Yu. Condition monitoring and control system for iron ore production and preparation processes. Avtomatiza-
ciya v promishlennosty [Automation in industry], 2012, no. 10, pp.65-68.
♦ ♦ ♦
УДК 662.741.3.022:622.765 Петухов В.Н., Лапина Т.М.
РАЗРАБОТКА РЕЖИМА ФЛОТАЦИИ УГЛЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕАГЕНТОВ-ВСПЕНИВАТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНОГО ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРОЕНИЯ МОЛЕКУЛ
Аннотация. В работе рассмотрено влияние действия реагентов-вспенивателей различного химического состава и строения молекул на разработку режима флотации углей, поступающих на коксование. Установлена наиболее высокая селективность процесса флотации при использовании в качестве реагента-вспенивателя ЭТС-40, что позволяет снизить зольность концентрата на 1,6% в отличие от использования других реагентов-вспенивателей. Пониженная зольность концентрата объясняется использованием в качестве реагентов-вспенивателей технических продуктов нефтехимии, содержащих в групповом химическом составе кремнийорганические соединения.
Ключевые слова: уголь, флотация углей, реагенты-собиратели, реагенты-вспениватели, кремнийорганические соединения, селективность, эффективность, зольность концентрата.
В связи с высокой зольностью углей, добываемых на шахтах РФ, необходимо их обогащение перед отправкой на коксование. Для мелких классов углей используется метод флотации. Флотация является наиболее эффективным методом обогащения угольной мелочи и широко применяется на УОФ. В качестве реагентов при флотации используются реагенты-собиратели
и реагенты-вспениватели. Реагенты-собиратели, адсор-бируясь на поверхности углей, повышают гидрофоб-ность зерен, обеспечивая их высокую флотируемость. Реагенты-вспениватели, адсорбируясь на границе раздела фаз жидкость - воздух, понижают поверхностное натяжение. При этом создаются благоприятные условия не только для образования пузырьков определен-
