CC BY
17
НАНОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА
УДК 681.5.08, 681.518.2
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ САР ЛИНИИ ПО БЕЗОТХОДНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПРИМЕРЕ АЛЮМИНИЕВОГО ШЛАКА
ДЕНИСОВ В.А., ЖИРОВ Д.К.
Институт прикладной механики УрО РАН, 426067, г.Ижевск, ул.Т.Барамзиной, 34
АННОТАЦИЯ. Предложена программа системы автоматического регулирования линии переработки многокомпонентных структурно-неопределенных материалов на примере алюминиевого шлака Реализация в системе привода мельницы преобразователя частоты позволяет расширять ее функциональные возможности как по производительности, так и по качеству конечных продуктов переработки. Надежность работы АСУ линии позволяет исключить аварийные режимы работы, получать продукт помола заданного гранулометрического состава и повысить срок службы агрегатов линии.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: система автоматического регулирования, алгоритм работы, частотный преобразователь, многоступенчатая мельница, частица
Все виды перерабатываемого сырья, независимо от их происхождения содержат в своем составе множество различных компонентов, имеют различную структуру даже в объеме одной партии. Для поддержания качества конечного продукта на требуемом уровне необходимо учитывать постоянно изменяющиеся физические, механические и химические свойства исходного сырья. Разница в прочности частиц исходного сырья, предназначенного для измельчения, может достигать 10 и более раз. Соответственно, для измельчения частиц с различной прочностью до определенных размеров требуется израсходовать различный по величине объем энергии. В случае если все частицы будут испытывать одинаковые нагрузки, некое среднее значение (этот принцип реализован в большинстве существующих мельниц), при измельчении - на выходе получим недоизмельченные частицы (прочность которых превышает энергию, полученную от механореактора) и частицы меньшего, чем требуется размера (прочность которых меньше полученной от механореактора энергии). Ненужное переизмельчение и недоизмельчение сырья ведет к значительному повышению затрат энергии на получение единицы продукции с требуемыми характеристиками. Многоступенчатые мельницы [1] лишены этих недостатков и реализуют пошаговое увеличение нагрузки на перерабатываемое сырье, с выводом готового продукта после каждой ступени (рис. 1).
Рис. 1. Общая технологическая схема многоступенчатой мельницы
Алюминиевый шлак - многокомпонентное структурно-неопределенное сырье техногенного происхождения, химический состав которого определяется наличием оксида алюминия (36-45 %), меди (6 %), свинца (0,8 %), влаги (3 %) и пустой породы [2]. Алюминиевые шлаки представляют собой отходы литейного производства, содержащие от 20 до 80 % металла, и являются фактически съемами от безфлюсовой плавки алюминиевых сплавов на машиностроительных заводах, состоящие из смеси металла, и оксидов, настыли с разливочных ковшей и пена, образующаяся при переливании алюминия [3].
Известны различные способы извлечения чистого алюминия из шлаков. Известен способ извлечения металлов из шлаков, включающий обработку предварительно нагретого до 700-800 0С шлака давлением путем нагружения усилием [4]. Известен способ извлечения алюминия из горячего шлака, включающий обработку шлака давлением с одновременным приложением вибрации [5]. Недостатки указанных способов состоят в том, что при их осуществлении требуется специальное дорогостоящее оборудование, а для полного извлечения металла необходима последующая механическая переработка для получения концентрата и последующая переплавка концентрата. Таким образом, стоимость получения алюминия из шлаков указанными выше способами очень высока.
Реализованная в производство технология комплексной переработки алюминиевых шлаков, показана на рис.2.
Рис. 2. Технологическая схема линии комплексной переработки алюминиевых шлаков
Технологический процесс предусматривает переработку сырья в безотходном варианте в следующей последовательности. Исходное сырье из приемного бункера 1 поступает в щековую дробилку 2, где оно нормализуется до крупности ниже 50 мм. Далее по транспортеру 3 сырье поступает в пластинчатый пневмоклассификатор 4. В пневмоклассификаторе происходит отделение из сырья пылевидной составляющей (фракция менее 0,16 мм). Пылевая фракция по пневмоприводу поступает в пневмоциклон 13 и далее в рукавный фильтр 14, где происходит ее извлечение из транспортирующего потока
3
воздуха. Поток воздуха объемом 5200 м /ч создается вентилятором высокого давления 11. Далее обеспыленное сырье по транспортеру 5 поступает в каскадную молотковую мельницу 6, где происходит измельчение сырья и частичное отделение металлической алюминиисодержащей и магнитной железосодержащей фракции от глиноземной составляющей. Далее измельченное сырье транспортером 7 подается в виброгрохот 9. Транспортер 7 в позиции 8 имеет магнитный барабан, с помощью которого происходит извлечение магнитной составляющей. В виброгрохоте 9 на двух ситах происходит
разделение измельченного и отмагниченного сырья на фракции менее 0,5 мм; от 0,5 до 5,0 мм; свыше 5,0 мм. Фракция свыше 5,0 мм направляется на барабанный сепаратор 10, где происходит дальнейшее разделение на фракции - 5^20, 20^50, свыше 50 мм. Все полученные продукты и полуфабрикаты после классификации ссыпаются в мягкие полипропиленовые контейнеры 15 и отправляются по назначению:
1) фракция менее 0,16 мм (пыль) и менее 0,5 мм направляется на линию брикетирования для последующего смешения со шлакообразующими компонентами и формирование брикетов;
2) фракция 0,5^5,0 мм является основной для изготовления экзотермических теплоизолирующих смесей, применяющихся, при сифонной разливке стали;
3) фракция от 5,0 до 20,0 мм, содержащая до 30 % металлического алюминия, используется для ковшевой обработки стали в качестве раскислителя;
4) фракция от 20,0 до 50,0 мм, содержащая до 50 % металлического алюминия, применяется в кислородно-коверторном производстве стали, в качестве раскислителя;
5) фракция +50 мм возвращается на повторную переработку в качестве исходного сырья.
Магнитная фракция является железорудным сырьем (металлоломом) для производства стали.
В связи с тем, что приведенная на рис.2 технология создавалась как опытно-промышленная, путем изменения и расширения состава оборудования, то для нее какой-либо единой системы управления не было разработано. Все агрегаты и конвейера управлялись непосредственно на месте с помощью магнитных пускателей и зачастую не имели необходимой электрической защиты от аварии, перегрузки и т. п. Каких-либо мероприятий по ограничению пусковых токов на мощностных приводах не производилось. Регулировка производительности линии осуществлялась вручную шиберным затвором на приемном бункере. Регулировка технологических параметров не производилась вообще вследствие жесткой привязки всех технологических агрегатов к параметрам приводов. Индивидуальные режимы переработки сырья от разных поставщиков не применялись. Технологическая линия не имела аварийных блокировок пуска при неисправностях входящего в нее оборудования, системы общей остановки линии по сигналам аварии оборудования и командам технологического персонала.
а) в ручном режиме управления; б) в автоматическом режиме управления Рис. 3. Алгоритм работы микроконтроллера
Разработанная программа управления работой линии переработки алюминиевых шлаков, предусматривающая ручной и автоматический режим, базируется на использовании микроконтроллера Zelio Logic 2, модели SR3B26TBD. Алгоритмы работы микроконтроллера в ручном и автоматическом режиме показаны на рис. 3.
Приведенная на рис. 4 программа составлена при помощи прикладного программного обеспечения Zelio soft 2 version 4.01 с использованием графического языка FBD. Язык FDB позволяет составить программу путем связывания встроенных программных логических модулей, что позволяет существенно расширить функциональные возможности контроллера, в отличие от релейно-контактных схем, используемых при программировании контроллеров других производителей [6].
Программа полностью адаптирована для использования микроконтроллера и позволяет производить разработку, отладку и работу его в режиме реального времени, путем связи с компьютером по интерфейсу RS232.
1 - щековая дробилка; 2 - транспортер 1; 3 - транспортер 2; 4 - транспортер 3; 5 - ИР-1604; 6 - ВВД; 7 - грохот; 8 - барабанный классификатор; 9 - классификатор; 10 - автоматическое включение линии; 11 - автомат. выкл.; 12 - режим 1/режим 2; 13 - авария транспортера 1; 14 - авария транспортера 3; 15 - авария ИР1604; 16 - авария щековой дробилки; 17 - авария вентилятора ВД; 18 - авария транспортера 2; 19 - авария грохота; 20 - авария барабанного классификатора; 21- троссовое отключение; 22 - аварийный стоп; 23 - сброс аварии; 24 - сброс звукового сигнала; 25 - СПП ЩД; 26 - ЧП транспортера 1 вкл.; 27 - ЧП транспортера 1 режим 2; 28 - ЧП транспортера 2 вкл.; 29 - транспортер 3 вкл.; 30 - ЧП транспортера 3 режим 2; 31 - ЧП ИР 1604 вкл.; 32 - ЧП ИР1604 режим 2; 33 - ВВД вкл.; 34 - грохот вкл.; 35 - барабанный классификатор вкл.; 36 - режим 1;
37 - режим 2; 38 - автоматическое управление; 39 - остановка; 40 - звуковой сигнал.
Рис. 4. Схема программы автоматического управления линией переработки алюминиевых шлаков
Описанная технология совместно с разработанной программой САР может быть применена для переработки любых твердо-сыпучих материалов минерального и техногенного образований и позволяет переходить на другой вид сырья без дополнительных затрат. Для перехода линии на другой вид сырья достаточно перенастроить параметры элементов, входящих в схему автоматики, такие как скорости вращения электроприводов щековой дробилки и многоступенчатой мельницы, скорости вращения приводов ленточных транспортеров.
ВЫВОДЫ
Результаты реализации схемы автоматики в реальный процесс переработки алюминиевых шлаков:
1. Стабилизация технологического процесса по качеству конечного продукта.
2. Надежность работы АСУ ТП исключает аварийные режимы работы механизмов в линии, позволяет получать продукт помола заданного гранулометрического состава и повышает срок службы агрегатов линии.
3. Повышение производительности линии при тех же затратах электроэнергии
5. Реализация в системе привода мельницы преобразователя частоты позволяет расширять ее функциональные возможности как по производительности, так и по качеству конечных продуктов переработки
6. Снижение затрат электроэнергии на единицу продукции при высоком качестве конечного продукта.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Денисов В.А. Повышение эффективности процесса измельчения зерновых компонентов комбикормов: дис. ... д-ра техн. наук. М., 1992. 420 с.
2. Денисов В.А, Тринеева В.В., Жиров Д.К. Механоактивированные наносистемы стохастрически неоднородных веществ // 2-я Всерос. конф. с междунар. уч. «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии» Ижевск
3. Пат. РФ 2179591, C22B7/04, C22B21/00. Способ переработки алюминиевого шлака/ А.Г. Жолнин; С.Б. Новичков (РФ). - № 2001108233/02; Заяв 29.03.2001.; Опубл. 20.02.2002. URL: http://ru-patent.info/21/75-79/2179591.html. (дата обращения 03.12.2010).
4. Пат. РФ 2159295, C22B7/00, C22B7/04. Способ извлечения металла из шлаков/ Ю.А.Горбунов, М. Г. Спичак, Ю. А. Клейменов, М. В. Фурсов (РФ). - № 99106099/02; Заяв 23.03.1999.; Опубл. 20.11.2000. - 4 с.: ил.
5. Пат. США 5882580, C22B 7/00. Dross presses/ M. Pownall (United Kingdom), J. Melntyre (Great Britain). - № 121842; Заяв 24.07.1998.; Опубл. 16.03.1999. - 5 с., 3 л. ил.
6. М.А. Бедрековский, А.А. Косырбасов, П.П. Мальцев. Интегральные микросхемы: взаимозаменяемость и их аналоги. М.: Энергоатомиздат, 1994. 125 с.
PROGRAM PREPARATION FOR AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF WASTE-FREE PROCESSING LINE OF MULTI-COMPONENTS MATERIALS IN TERMS OF ALUMINUM DROSS
Denisov V.A., Zhirov D.K.
Institute of Applied Mechanics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia
SUMMARY. The line automatic control system program of structure-indefinite multi-components materials processing in terms of aluminium dross is proposed. The realization of frequency converter in the mill drive system allows to upgrade functionality both productivity and quality of end-product. Performance reliability of the line automatic control system allows to except emergency operation, to obtain end-product with required granulometric characteristics, to increase lifetime of the line units.
KEYWORDS: automatic control system, operation algorithm, frequency converter, multi-step mill, particle.
Денисов Валерий Алексеевич, доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник ИПМ УрО РАН, тел.: (3412) 20-35-14
Жиров Дмитрий Константинович, аспирант ИПМ УрО РАН, e-mail: zhirov_dmitriy@mail.ru
