Высокоточный кондуктометрический преобразователь влажности сыпучих железорудных материалов в системе управления процессом окомкования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат технических наук Чернецкая, Ирина Евгеньевна

• Чернецкая, Ирина Евгеньевна
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чернецкая, Ирина Евгеньевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ВЫБОР СПОСОБА

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ СЫПУЧИХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ

МАТЕРИАЛОВ.

1.1.Обзор существующих способов для определения влажности сыпучих железорудных материалов.

1.1.1 .Способ диэлектрических потерь.

1.1.2.Способ определения влажности, основанный на использовании частот СВЧ.

1.1.3 .Влагомеры на основе ЯМР.

1.1.4.Частотно-фазовый способ определения влажности.

1.1.5. Нейтронные влагомеры.

1.1.6.Емкостной способ определения влажности.

1.1.7.Кондуктометрический способ определения влажности сыпучих железорудных материалов.

1.2.Выбор способа определения влажности сыпучих железорудных материалов.

1.3 .Выводы по главе.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ОКАТЫШЕЙ КОНДИЦИОННОГО

РАЗМЕРА.

2.1. Определение прочностных характеристик полученных сырых окатышей кондиционного размера.

2.1.1.Определение сил взаимодействия между двумя частицами сферической формы.

2.1.2.Теоретическая модель увлажненности материала.

2.2.Расчет необходимого количества жидкости, для получения окатышей наибольшей прочности без учета пористости исходного материала.

2.2.1 .Механизм взаимодействий в увлажненном материале.

2.2.2,Определение общего числа частиц исходного материала, образующих окатыш кондиционного размера в процессе окомкования.

2.3,Определение количества жидкости поглощаемой неровностями поверхности исходных частиц.

2.3.1.Моделирование пористости частиц исходного сыпучего материала.

2.3.2.Определение зависимости между удельной поверхностью и высотой конусов.

2.3.3.Расчет достаточной увлажненности сыпучего материала.

2.4.Определение количества флюсующих добавок, исходя из основности шихты.

2.5.Влияние применения упрочняющих и флюсующих добавок на процесс окомкования.

2.6.Выводы по главе.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ВЫСОКОТОЧНОГО

КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ВЛАЖНОСТИ

СЫПУЧИХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

3.1.Определение основных факторов, влияющих на точность работы кондуктометрического преобразователя влажности сыпучих железорудных материалов.

3.2.Исследования и разработка первичного преобразователя влажности.

3.2.1.Линеаризация зависимости выходного напряжения нелинейного звена от влажности шихты U2=f(W).

3.2.2.Исследование свойства поляризации шихты.

3.2.3.Исследование магнитопроводности шихты.

3.3.Выводы по главе.

ГЛАВА 4. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПОЛУЧАЕМЫХ

ОКАТЫШЕЙ.

4.1.Анализ работы барабанного окомкователя с позиций статистических закономерностей.

4.2.Обоснование применения многофакторного анализа.

4.3.Установление связи между факторами при процессе окомкования сыпучих материалов.

4.4.Выводы по главе.

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ ВЫСОКТОЧНОГО КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ВЛАЖНОСТИ СЫПУЧИХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ

МАТЕРИАЛОВ.

5.1 .Конструктивные особенности высокоточного кондуктометрического 128 преобразователя влажности.

5.2. Анализ погрешностей высокоточного кондуктометрического преобразователя влажности.

5.3 .Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Высокоточный кондуктометрический преобразователь влажности сыпучих железорудных материалов в системе управления процессом окомкования»

Актуальность работы. В настоящее время не снижается внимание к вопросу улучшения подготовки металлургического сырья в доменной плавке ввиду того, что подготовка сырья таит в себе большие возможности дальнейшего повышения производительности доменных печей и сокращения расхода кокса. Кроме того, многие страны с развитой металлургической промышленностью уже сейчас стоят перед тем фактом, что запасы богатых железных руд будут исчерпаны в ближайшее время. Поэтому обогащение руд приобретает первостепенное значение. Бедные руды, запасы которых по данным на 1991 г. составляют миллиарды тонн, обогащаются (до 65.68 % железа), подвергаясь тонкому измельчению. Полученные концентраты нуждаются в окусковании.

Одним из путей решения этой проблемы является агломерация и окомкование железорудных концентратов и шихт.

Из сказанного следует, что при эксплуатации бедных месторождений процесс окомкования является неотъемлемой частью цикла подготовки железных руд к металлургическому переделу. Такие технологические параметры как степень измельчения концентрата (тонина помола), добавка флюсующих компонентов и особенно влажность шихты, полученной из концентрата и добавок, полностью определяют процесс производства окатышей. Установлено, что наилучшим упрочнительным материалом при производстве окатышей является специальная глина (бентонит), добавляемая в шихту от 0,5 до 1,5%. Причем в настоящее время бентонитовые глины, месторождения которых находятся в Грузии, являются весьма дорогим сырьем, что сказывается на себестоимости готовой продукции. Из-за практически повсеместной переувлажненности железорудных концентратов на фабриках окомкования, для сохранения приемлемости технологического процесса производства окатышей приходится добавлять сверхнормативное количество бентонита для поглощения излишней влаги, что в свою очередь, кроме неоправданных финансовых затрат приводит и к уменьшению содержания железа и понижению качества товарной продукции.

Некорректный подбор количества основных составляющих шихты ведет к ухудшению качества, получаемых при проведении процесса окомкования, готовых окатышей, что влечет за собой сложности при их транспортировке к обжиговой машине. Таким образом, определение необходимого и достаточного количества бентонита, известняка и уменьшение всех видов затрат при производстве окатышей представляет собой актуальную и сложную народнохозяйственную проблему.

Значительные успехи по освоению процесса окомкования достигнуты благодаря комплексу теоретических и практических положений, разработанных в трудах ученых В.И. Коротича, В. М. Витюгина, Е. Ф. Вегмана, П. В. Классена, Ф. М. Журавлева, П. Н. Докучаева, Ю.С. Юсфина, Н. Н. Бережного и других.

Широкое внедрение окомкования сыпучих материалов, рост объемов перерабатываемого сырья требуют улучшения существующих режимов указанного технологического процесса. В этой связи создание и внедрение эффективных алгоритмов и устройств контроля основных параметров процесса окомкования и энергосбережения, а также материалов следует считать перспективным направлением научных исследований в металлургии. При этом устройства контроля основных параметров окомкования и прогнозирования качества получаемых окатышей должны отвечать требованиям технологов по точности, надежности, простоте конструкторского оформления и обслуживания.

Из сказанного следует, что разработка устройств контроля основных параметров процесса окомкования с целью управления этим процессом является актуальной задачей.

Цель работы: исследование методов определения влажности сыпучих железорудных материалов и разработка устройства определения влажности высокой точности, а также устройств и вычислительных алгоритмов, позволяющих прогнозировать качество получаемых окатышей для достижения наилучших характеристик с точки зрения заданного функционала качества.

Задачи исследования.

1 .Выбор оптимального способа определения влажности сыпучих железорудных материалов поступающих на окомкование, используемого для создания устройства определения влажности высокой точности.

2.Разработка основных принципов построения кондуктометрического преобразователя влажности высокой точности.

3.Определение основных источников погрешности разработанного кондуктометрического преобразователя влажности и минимизация их влияния на точность определения влажности железорудных материалов, поступающих на окомкование.

4.Создание алгоритма оптимизации процесса окомкования сыпучих железорудных материалов. Определение основных зависимостей, используемых при прогнозировании качества окатышей кондиционного размера.

Методы исследований. Для решения поставленных в работе задач были использованы положения механики сыпучих сред, аппарат математической физики и теории случайных процессов. Методологическую основу исследований составляет построение аналитической модели взаимодействия частиц при окомковании, статистической модели процесса окомкования в барабанном окомкователе, их аналитическое и численное исследование с широким применением ЭВМ. Электронное моделирование включало в себя разработку вариантов электронных схем кондуктометрического преобразователя влажности с использованием компьютерных программ типа Work Bentch 4.0 и других.

Научная новизна работы заключается в следующем: -методом экспертных оценок по основным эксплуатационным характеристикам обоснован выбор кондуктометрического способа в качестве оптимального принципа высокоточного определения влажности сыпучих железорудных материалов;

-разработана аналитическая модель на основе анализа существующих методов и проведенных теоретических и экспериментальных исследований с использованием новых теоретических представлений о взаимодействии частиц, степени шероховатости поверхности этих частиц и их удельной поверхности, позволяющая определить оптимальную влагу поступающей на окомкование шихты с максимальным выходом окатышей кондиционного класса;

-обоснованы схемотехнические и параметрические методы снижения влияния источников погрешности кондуктометрического преобразователя влажности сыпучих железорудных материалов на точность основного результата измерения;

-разработаны вычислительный алгоритм прогнозирования качества получаемых окатышей, экспериментальная установка с использованием ЭВМ и специализированный микроконтроллер управления технологическим процессом окомкования сыпучих железорудных материалов. Практическая ценность:

-разработанный преобразователь влажности сыпучих железорудных материалов имеет высокую точность, простоту конструктивного оформления, значительную помехозащищенность;

-определен минимальный расход бентонита для гашения избыточной влаги при заданной основности шихты;

-разработана статистическая модель, которая позволяет прогнозировать качество получаемых окатышей при окомковании сыпучих железорудных материалов, не прибегая к разработке гранулометра.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 .Обоснование выбора кондуктометрического способа в качестве оптимального принципа определения влажности, поступающего на окомкование, для разработки устройства определения влажности сыпучего железорудного материала высокой точности.

2.Способ и устройство компенсации влияния эффекта поляризации материала, позволяющий повысить точность кондуктометрического преобразователя влажности.

3. Схема установки для определения основных параметров технологического процесса и прогнозирования качества готовых окатышей кондиционного размера. Схема специализированного микроконтроллера для управления технологическим процессом окомкования.

4.Математическая модель процесса окомкования сыпучих железорудных материалов, позволившая выполнить его программное прогнозирование в ПЭВМ, оптимизировать влажность шихты и минимизировать расход бентонита.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и получили положительную оценку на Международных конференциях: «Распознавание-95» в г. Курске (1995), «По проблемам физической метрологии» в г. Санкт-Петербург (1996), «Новые информационные технологии и системы» в г. Пенза (1996), «Датчики и преобразователи информационных систем, измерения, контроля и управления (Датчик 97)» в г. Гурзуфе (1997), «Датчики и преобразователи информационных систем, измерения, контроля и управления (Датчик-98)» в г. Гурзуфе (1998); на техническом совещании при главном инженере Центрального производственного объединения Полтавского горно-обогатительного комбината, а также на научно-технических семинарах Курского государственного технического университета в 1995-1998 гг.

Публикации. Результаты, полученные в диссертационной работе, нашли отражения в 8 печатных работах, в том числе 2 статьях и 1 патенте.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, содержащих 160 страниц машинописного текста, 44 рисунка, список литературы из 68 наименований, и приложения на 59 страницах.