Спосіб керування процесом випалювання котунів на конвеєрній машині

Реферат: Спосіб керування процесом випалювання котунів на конвеєрній машині включає використання для вироблення керуючих впливів математичної моделі процесу, алгоритмів адаптації математичної моделі за поточний процес і алгоритмів оптимізації процесу випалу котунів; в якому контролюють гранулометричний склад, насипну масу, витрату сирих котунів і оперативно компенсують їх коливання. Крім цього, під час виконання технологічної операції випалу котунів у режимі реального часу проводять експрес-аналіз якості котунів шляхом атомно-емісійної спектроскопії, за допомогою якої визначають кількість в котунах хімічних мікроелементів Fe, Ca, O, Si, S, С, Н, тощо та їх співвідношення і в функції від їх кількості мінімізують енергоспоживання на випалювання котунів та при цьому здійснюють інфрачервону термографію, за допомогою якої визначають температурне поле шару та вологість котунів в кожній технологічній зоні конвеєрної машини. UA 109810 U (12) UA 109810 U UA 109810 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до металургійного виробництва, зокрема до способів керування процесом випалювання котунів на конвеєрній машині з урахуванням їх якості, що включає керування процесом термічної обробки та газодинамічним режимом шару котунів, в поєднанні з іншими технологічними операціями - завантаження, транспортування, сушіння, інтенсивний нагрів, високотемпературне випалювання і охолодження шару котунів тощо, і може бути використаний для виготовлення котунів із концентратів різного хімічного складу, ступеня окислення і різними добавками. Відомим способом вирішення поставленої задачі є спосіб виробництва котунів і випалювальна конвеєрна машина для його реалізації [патент № 2229525 RU, МПК С22В 1/20, F27B 21/00, 27.05.2004], що включає сушіння, нагрів, випалювання і охолодження, які здійснюють за допомогою теплоносіїв. Причому сушіння та охолодження ведуть щонайменше в два ступені. З першого ступеня сушіння виводять відпрацьований теплоносій в атмосферу. У першому місці охолодження використовують теплоносій, відповідний відпрацьованому теплоносію, що видаляє з першого ступеня сушіння в атмосферу, зокрема частина відпрацьованого теплоносія, що виводиться з першого ступеня сушіння в атмосферу. Причому згадану частину забирають з потоку відпрацьованого теплоносія, що виводиться в атмосферу і має відповідні вологість і температуру, і подають цей потік в першу щабель охолодження. Спосіб здійснюють в конвеєрній випалювальній машині, забезпеченою додатковим трактом, яким з'єднані тракт для скидання в атмосферу відпрацьованого теплоносія і перший ступінь зони охолодження. Недоліком даного способу є те, що він вимагає додаткових енерговитрат на теплову обробку котунів і нераціонального використання теплоносіїв через те, що в реальному часі роботи конвеєрної випалювальної машини не враховуються дійсні значення кількості хімічних елементів в неспечених котунах та не вимірюються і не керується температурне поле та вологість котунів у всіх зонах машини. Це призводить до порушення теплового балансу між зонами обробки котунів і виникає нерівномірний розподіл теплоносія по машині, що знижує якість котунів та продуктивність конвеєрної машини. До відомих способів керування процесом випалювання котунів на конвеєрній машині можна віднести і спосіб [патент № 2459878 RU, МПК С22В 1/00, С22В 1/20, 27.08.2012], в якому здійснюють подачу неспечених залізорудних котунів у колосникову систему з рухомими решітками, в якій виконують послідовний нагрів, зневоднення, випал і охолодження залізорудних котунів при їх переміщенні на рухомий решітці. Потім котуни обпалюють в ротаційній печі, що включає в себе пічний пальник, і охолоджують котуни. У зневоднюючу камеру нагнітають газоподібне паливо через безліч пальників, встановлених в межах від положення, відповідного 1/3 всієї довжини зневоднюючої камери, до положення, відповідного 0,98 всієї довжини зневоднюючої камери щодо входу зневоднюючої камери, що є точкою, від якої відміряють всю довжину. При цьому газоподібне паливо спалюють в зневоднюючій камері з киснем, що залишається у відпрацьованих газах камери попереднього нагріву, вводиться в зневоднюючу камеру для збільшення температури атмосфери зневоднюючої камери, крім області поблизу входу до зневоднюючої камери. Основні недоліки цього способу полягають в тому, що технологічні та технічні рішення спрямовані на збільшення виробництва котунів, але при цьому не враховується якість неспечених котунів під час виконання технологічних операції випалу котунів у режимі реального часу з урахуванням неоднорідних властивостей та невизначеності кількості хімічних елементів, що входять до складу неспечених котунів. Тому математичні моделі, що використовуються у аналогах, є неефективними, надзвичайно спрощеними і не володіють реальними параметрами котунів, що є вихідною сировиною, яка визначає процес термообробки та газодинамічний режим шару котунів. Крім того, в моделі, використаній в аналогу, не враховується дійсне значення вологи в котунах, що особливо важливо враховувати для формування завдання на випалювання котунів. Найбільш близьким рішенням, вибраним як прототип, є спосіб керування процесом випалювання котунів на конвеєрній машині [патент № 2229074 UA, МПК F27B 21/14, 20.05.2004]. Спосіб управління включає використання для вироблення управляючих впливів математичних моделей процесу, алгоритмів адаптації математичної моделі за поточною інформацією про процес і алгоритмів оптимізації процесу випалу котунів. Безперервно контролюють гранулометричний склад, насипну масу, хімічний склад і витрату сирих котунів і оперативно компенсують їх коливання, використовуючи інформацію про гранулометричний склад і/або насипну масу та витрати котунів у алгоритмі управління газодинамічним режимом шару котунів, а інформацію про хімічний склад котунів у алгоритмі управління температурнофільтраційним режимом - по довжині конвеєрної машини, мінімізуючи за допомогою алгоритму 1 UA 109810 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 оптимізації енергоспоживання на випалювання котунів. При цьому математична модель процесу термообробки включає повний опис кінетики процесів сушіння, нагрівання, що протікають в шарі, фізико-хімічних процесів і зміцнення котунів, забезпечуючи тим самим оптимальне управління процесом випалу котунів різного призначення і виготовлених з концентратів різного хімічного складу і ступеня окислення та зрізними добавками. Недоліком даного способу є те, що технічне завдання, яке вирішує прототип, не забезпечує в повній мірі задану якість котунів при мінімальних затратах енергоресурсів і підтримці заданої продуктивності агрегату. Потрібна якість котунів не досягається, так як не виконується в реальному часі автоматизоване визначення складу та кількості елементів, що входять до складу неспечених котунів, і в функції від цих параметрів не виконується керування технологічним процесом і не мінімізуються в достатній мірі витрати на енергоспоживання при випалюванні котунів. У цьому способі визначається мінімізація витрат палива для забезпечення заданої міцності котунів. Для цього в математичних моделях використовуються різні паспортні та розрахункові дані та деякі виміряні дані. Так, температура в технологічних зонах машини, що використовується для математичної моделі, визначається тільки в одному або двох місцях, а якість і, особливо, вологість неопалених котунів взагалі не контролюється і не використовується. При цьому, розподіл температури в шарі котунів і у математичних моделях, алгоритмах адаптації математичної моделі за поточною інформацією про процес і алгоритмах оптимізації процесу випалювання котунів розраховується аналітичним шляхом. В результаті цього розрахунковий розподіл температурного поля шару котунів по довжині конвеєрної машини значно відрізняється від дійсного розподілу температури при випалюванні котунів, тому якість виготовлених котунів може бути незадовільною і витрати палива для забезпечення заданої міцності можуть бути не виправданими. Всі ці недоліки суттєво впливають не тільки на визначення реальної якості котунів, а й продуктивність конвеєрної випалювальної машини. Задачею корисної моделі є удосконалення способу керування процесом випалювання котунів на конвеєрній машині шляхом введення операції визначення у режимі реального часу кількості хімічних мікроелементів, що входять до складу неспечених котунів і подаються на палети машини, температурного поля шару котунів і їх вологості в технологічних зонах конвеєрної випалювальної машини. Це дозволить в функції цих величин більш точно керувати процесом термообробки та газодинамічним режимом шару котунів та реально враховувати якість спечених котунів, мінімізувати витрати палива для забезпечення заданої міцності котунів та збільшити продуктивність конвеєрної випалювальної машини. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб керування процесом випалювання котунів на конвеєрній машині включає використання для вироблення керуючих впливів математичної моделі процесу, алгоритмів адаптації математичної моделі за поточний процес і алгоритмів оптимізації процесу випалу котунів, і в якому контролюють гранулометричний склад, насипну масу, хімічний склад і витрати неспечених котунів і оперативно компенсують їх коливання. Згідно з корисною моделлю, під час виконання технологічної операції випалу котунів у режимі реального часу проводять експрес-аналіз якості котунів шляхом атомно-емісійної спектроскопії, за допомогою якої визначають кількість в котунах хімічних мікроелементів Fe, Ca, O, Si, S, С, Н тощо та їх співвідношення, і в функції від їх кількості мінімізують енергоспоживання на випалювання котунів та при цьому здійснюють інфрачервону термографію, за допомогою якої визначають температурне поле шару та вологість котунів в кожній технологічній зоні конвеєрної машини і в функції від цих значень коригують параметри, що забезпечують оптимальне регулювання термічного процесу випалювання та газодинамічного режиму шару котунів по довжині конвеєрної машини, а також виконується тим самим оптимальне керування процесом термічного випалювання котунів різного призначення і виготовлених з концентратів різного хімічного складу, ступеня окислення і різними добавками. Спосіб реалізується наступним чином. Перед початком технологічної операції термічної обробки котунів на конвеєрній машині попередньо задають склад і норму хімічних елементів, що входять до складу неспечених котунів, температуру шару котунів по технологічних зонах та вологості котунів, гранулометричний склад, насипну масу, витрату сирих окатишів, вид палива, його енергетичні характеристики тощо. При переміщенні палет під час виконання технологічної операції термічної обробки котунів у режимі реального часу здійснюють вхідний експрес-контроль якості сирих котунів на місці їх входження на палети у конвеєрну машину шляхом атомно-емісійної спектроскопії, за допомогою якої визначається хімічний склад неспечених котунів, наявність і кількість в них певних 2 UA 109810 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 мікроелементів: Са (кальцій), Fe (залізо), Na (натрій), Si (кремній), S (сірка) та деякі інші. При цьому додатково визначається наявність в них певних хімічних з'єднань FeO, CaO, SiO 2 тощо. Одночасно з атомно-емісійної спектроскопією проводять інфрачервону термографію, за допомогою якої визначають температурне поле шару та вологість котунів в зонах сушіння, інтенсивного нагріву, високотемпературного випалювання і охолодження шару котунів. Використовуючи дані складу і кількості мікроелементів і їх хімічних з'єднань в неспечених котунах та задані перед початком технологічної операції термічної обробки котунів допустимі значення хімічних мікроелементів, що повинні входити до складу котунів, в функції від їх хімічного складу ґрунту, оптимально регулюють термічний процес випалювання та газодинамічний режим шару котунів по довжині конвеєрної машини. При цьому, дані температурного поля шару котунів та їхньої вологи порівнюють із заданими до технологічної операції термічної обробки котунів та в функції від цих значень коригують термічний процес випалювання котунів. Для здійснення заявленого способу використовують серійну конвеєрну випалювальну машину з любою площею спікання. Вихідний експрес-контроль якості неспечених котунів визначається в реальному часі при подачі на палети конвеєрної машини цих котунів. При необхідності експрес-контроль якості спечених котунів може також здійснюватися на місці їх складування. Експрес-контроль якості котунів проводиться шляхом атомно-емісійної спектроскопії - це метод визначення хімічного складу речовини за спектром випромінювання його атомів під впливом джерела збудження (лазар) і при цьому виконують їх автоматизований збір та обробку. В методі атомно-емісійної спектроскопії збудження лазарем забезпечує високий дозвіл для елементного аналізу мікроелементів у котунах за допомогою LIBS системи і раманівської спектроскопії комбінаційного розсіювання світла. Це є найпоширеніший експресний високочутливий метод ідентифікації та кількісного визначення мікроелементів домішок у рідких і твердих речовинах, в тому числі і у високочистих. Важливою перевагою такого способу в порівнянні з іншими оптичними - спектральними, а також багатьма хімічними та фізико-хімічними методами аналізу, є можливість безконтактного, експресного та кількісного визначення великої кількості елементів в широкому інтервалі концентрацій з задовільною точністю. Інфрачервону термографію шару котунів в технологічних зонах конвеєрної випалювальної машини виконують за допомогою інфрачервоного аналізатора-датчика (тепловізор), отримуються значення температурного поля шару котунів та їх вологості, виконують автоматизований збір та обробку цієї інформації й порівнюють із заданими значеннями і в функції від цих значень корегують термічний процес випалювання котунів і газодинамічний режим шару котунів по довжині конвеєрної машин. На основі отриманих даних про хімічний склад неопалених котунів, температурного поля шару котунів по технологічних зонах конвеєрної машини, вологості котунів, визначених в режимі реального часу виконуються й інші операції технологічного процесу. Так, наприклад, регулюється завантаження машини сирими котунами, висота шару котунів, тиск газу і повітря, електроприводи вентиляторів, димососів, швидкість руху палет тощо. Це дозволить забезпечувати найкращі умови для виконання фізико-хімічного процесу випалу та газодинамічного режиму шару котунів по довжині конвеєрної машини. Корисна модель дозволяє при виконанні технологічних операцій випалювання котунів на конвеєрній машині у режимі реального часу проводити експрес-аналіз якості котунів шляхом атомно-емісійної спектроскопії та мінімізувати енергоспоживання на випалювання котунів, а використання інфрачервоної термографії забезпечує оптимальне регулювання термічного процесу випалу та газодинамічного режиму шару котунів по довжині конвеєрної машини. Це дозволило, як показали результати досліджень, знизити питомі витрати палива на 0,3-1,5 %. При використанні запропонованої корисної моделі встановлюється більш рівномірно газопроникність шару котунів, що призводить до збільшення швидкості фільтрації газового потоку та інтенсифікації процесу теплообміну в шарі котунів. Це дозволить разом з введенням атомно-емісійної спектроскопії невипалених котунів і використанням інфрачервоної термографії збільшити продуктивність конвеєрної випалювальної машини на 2,5 %. Одночасно підвищується стійкість технологічного обладнання, наприклад, палет, за рахунок більш рівномірного розподілу теплового поля. 55 3 UA 109810 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Спосіб керування процесом випалювання котунів на конвеєрній машині, що включає використання для вироблення керуючих впливів математичної моделі процесу, алгоритмів адаптації математичної моделі за поточний процес і алгоритмів оптимізації процесу випалу котунів, і в якому контролюють гранулометричний склад, насипну масу, витрату сирих котунів і оперативно компенсують їх коливання, який відрізняється тим, що під час виконання технологічної операції випалу котунів у режимі реального часу проводять експрес-аналіз якості котунів шляхом атомно-емісійної спектроскопії, за допомогою якої визначають кількість в котунах хімічних мікроелементів Fe, Ca, O, Si, S, С, Н тощо та їх співвідношення, і в функції від їх кількості мінімізують енергоспоживання на випалювання котунів та при цьому здійснюють інфрачервону термографію, за допомогою якої визначають температурне поле шару та вологість котунів в кожній технологічній зоні конвеєрної машини і в функції від цих значень коригують параметри, що забезпечують оптимальне регулювання термічного процесу випалювання та газодинамічного режиму шару котунів по довжині конвеєрної машини, а також виконується тим самим оптимальне керування процесом термічного випалювання котунів різного призначення і виготовлених з концентратів різного хімічного складу, ступеня окислення і різними добавками. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4