Способ управления процессом спекания шихты на агломашине

 

Изобретение относится к подготовке руд. Способ управления процессом спекания шихты на агломашине согласно изобретению включает контроль массы производимого агломерата и стабилизацию положения зоны спекания путем изменения скорости движения аглоленты. Периодически определяют прогнозируемое на конец текущей смены значение массы производимого агломерата и устанавливают толщину слоя шихты на агломашине в зависимости от прогнозируемого отклонения массы агломерата от ее заданного на смену значения. Способ обеспечивает производство агломерата на уровне планового задания и повышение прочности агломерата за счет спекания шихты в более высоком слое. 1 ил.

Изобретение относится к подготовке руд и может использоваться для управления агломерационным процессом.

Одной из важнейших задач в агломерационном производстве является повышение качества агломерата, в частности его прочности. Прочность агломерата повышается при увеличении теплового уровня процесса и продолжительности спекания шихты.

Наиболее экономичным способом повышения теплового уровня является спекание шихты в более высоком слое.

Известен способ управления процессом спекания шихты на агломашине [1] состоящий в определении положения зоны горения топлива в слое шихты и стабилизации положения этой зоны в конце аглоленты путем изменений толщины слоя шихты и скорости движения ленты.

Однако использование толщины слоя шихты для стабилизации положения зоны горения нецелесообразно. Данный способ не обеспечивает повышения качества агломерата.

Известен способ регулирования процесса спекания шихты [2] состоящий в изменении скорости движения аглоленты в зависимости от высоты слоя аглоспека.

Данное решение не обеспечивает стабилизации положения точки окончания спекания шихты и повышения качества агломерата.

Прототипом предлагаемого способа является способ управления агломерационным процессом [3] предусматривающий контроль качества тепла, газопроницаемости слоя шихты и качества агломерата и управление расходом топлива, скоростью движения аглоленты и толщиной слоя шихты на основании исходно-установленных уравнений.

Недостатком данного способа является то, что им не обеспечивается повышение качества агломерата при потенциальном превышении производства агломерата по сравнению с заданным значением.

Целью предлагаемого способа является повышение прочности агломерата.

Это достигается тем, что периодически, например через каждый час, определяют прогнозируемое на конец текущей смены значение массы производимого агломерата, а толщину слоя шихты на агломашине устанавливают в зависимости от прогнозируемого отклонения массы агломерата от ее заданного на смену значения по формуле H_ш= H_ш.о-K где Н_ш.о.,Н_ш исходное и устанавливаемое значение толщины слоя шихты, мм; М_а.з. заданное на смену значение массы агломерата, т; М_а.пр. М_а.о. + М_а.ч. (t_см. t_o) прогнозируемое на конец смены значение массы агломерата, т; М_а.о. масса агломерата, произведенного от начала смены, т; М_а.ч. масса агломерата, произведенного за истекший период, т; t_см длительность смены; t_о время, прошедшее от начала смены, ч; К коэффициент пропорциональности, устанавливаемый на основании опытных данных, мм/(т/ч).

Увеличение толщины слоя спекаемой шихты обеспечивает повышение прочности агломерата и уменьшение содержания в нем мелких фракций 5-0 мм за счет более полного использования регенеpированного тепла.

При увеличении толщины слоя шихты до 500 мм расход кокса на спекание уменьшился на 12% содержание в агломерате фракции 5-0 мм после испытаний в барабане снизилось на 13,5% Повышение толщины слоя с 270 до 570 мм уменьшило выход возврата на 30% На чертеже приведена зависимость прочности агломерата от толщины слоя.

Возможность значительного повышения толщины слоя ограничивается тем, что при этом снижаются скорость спекания шихты и производительность агломашины. Снижение скорости спекания обусловлено увеличением газодинамического сопротивления спекаемого слоя.

На чертеже приведены зависимости скорости спекания от толщины слоя при спекании аглоруды и концентрата с известняком (кривая 1) и с заменой части известняка известью (кривая 2).

В производственных условиях решение вопроса об оптимальной толщине слоя находится как компромисс, обеспечивающий сочетание приемлемых скорости спекания и прочности агломерата.

Сущность предлагаемого способа состоит в обеспечении производства агломерата на уровне планового задания, а также в повышении качества агломерата при прогнозируемом превышении производства агломерата относительно задания.

Прогноз массы агломерата, которая может быть произведена на агломашине к концу текущей смены, осуществляется периодически, например через каждый час. Прогнозируемая масса агломерата М_а.пр. определяется в предположении, что производительность агломашины от текущего момента до конца смены останется неизменной и равной ее производительности за истекший период управления (далее для конкретности за истекший час):
М_а.пр. М_а.о. + М_а.ч.(t_см. t_о), (1) где М_а.о. масса агломерата, произведенного на данный момент от начала смены;
М_а.ч. масса агломерата, произведенного за последний час;
t_см. общая продолжительность смены;
t_о время, прошедшее от начала смены.

Основанием для осуществления управляющего воздействия служит прогнозируемое отклонение массы агломерата от ее заданного на смену значения
ΔМ_а.пр. М_а.з. М_а.пр., (2) где М_а.з заданное на смену значение массы агломерата.

Необходимое для обеспечения планового задания изменение производительности агломашины зависит от прогнозируемого отклонения массы агломерата и времени, оставшегося до конца смены,
ΔQ_а.пр. Q_а.пр. Q_а.о. ΔМ_а.пр.(t_см. t_o), (3) где Q_а.о. исходное значение производительности агломашины;
Q_а.пр. новое значение производительности агломашины, устанавливаемое при управляющем воздействии.

Влияние толщины слоя шихты на производительность агломашины в целом выражается нелинейной функцией, но в ограниченных пределах изменения толщины слоя эта зависимость с достаточным приближением аппроксимируется линейной характеристикой вида
Q_а Q_а.о. K_н.˙ΔН_ш., (4) где Q_а.о., Q_а исходное и конечное значение производительности агломашины, т/ч;
К_н. коэффициент, характеризующий влияние толщины слоя шихты на производительности агломашины, (т/ч)/мм;
ΔН_ш. изменение толщины слоя шихты, мм.

Исследованиями агломерационного процесса установлено, что коэффициент, характеризующий процентное влияние толщины слоя шихты на производительность агломашины, составляет
K^*_н (0,1-0,25)%/мм
(5) где ΔQ_а* относительное изменение производительности агломашины,
В удельном выражении данный коэффициент равен
K_н.уд= (1,7÷4,2)·10
(6) где Q_а.уд. удельная (отнесенная к площади спекания) производительность агломашины в среднем 1,7 (т/ч)/м².

Для агломашины с площадью спекания S_сп. коэффициент К_н. равен
K_н K_н.уд·S_сп
(7)
Например, для агломашины с площадью спекания S_сп. 312 м²
К_н. (0,53 1,32) (т/ч)/мм
В соответствии с линеаризованной характеристикой (4) управляющее воздействие по данному способу формируется по уравнению
H_ш= H_ш.о-K
(8) где Н_ш.о., Н_ш. исходное и устанавливаемое заданные значения толщины слоя шихты, мм;
K где К коэффициент пропорциональности мм/(т/ч).

Для агломашины с S_сп. 312 м² К (0,75 -1,9) мм/(т/ч).

При осуществлении данного способа величина изменения толщины слоя ограничивается минимальным Н_ш.мин и максимальным Н_ш.макс. допустимыми значениями, устанавливаемыми на основании технологических требований.

Влияние толщины слоя на прочность агломерата по результатам исследований характеризуется коэффициентом
K_проч= (0,08÷0,12)%/мм
(9) где Δq_{( > 8)} изменение содержания в агломерате фракций крупностью больше 8 мм после испытаний в барабане.

При ограниченных изменениях толщины слоя прочность агломерата изменяется как
q_(>8) q_(>8).o + K_проч. + ΔН_ш. (10)
Таким образом, при управлении процессом спекания по предлагаемому способу обеспечивается выполнение планового задания по производству агломерата, а в случаях потенциально возможного превышения производства над заданием реализуется возможное повышение качества агломерата.

П р и м е р использования предлагаемого способа при управлении процессом спекания шихты на агломашине АКМ-312 с площадью спекания S_сп.= 312 м².

Исходные параметры и уставки:
заданное на смену производство агломерата М_а.з. 4000 т;
исходное значение толщины слоя шихты Н_ш.о 300 мм;
исходное значение барабанной пробы агломерата q_(>8)o 45%
общая продолжительность смены t_см8 ч;
время, прошедшее от начала смены, t_o 3 ч;
масса агломерата, произведенного от начала смены, М_а.о. 2000 т;
текущее часовое производство агломерата М_а.ч. 500 т;
допустимые граничные значения толщины слоя шихты Н_ш.мин. 300 мм, Н_ш.макс. 450 мм;
коэффициенты влияния толщины слоя на производительность агломашины и на прочность агломерата, установленные исходно, К_н. 1,25 (т/ч)/мм, К_проч. 0,1 /мм.

Прогнозируемое на конец смены значение массы агломерата в соответствии с уравнением (1) равно
М_а.пр. 2000 + 500(8-3) 4500 т
Прогнозируемое отклонение массы агломерата от заданного значения по уравнению (2) составляет
Δ М_а.пр. 4000 4500 -500 т
Целесообразное изменение производительности агломашины по уравнению (3) равно
ΔQ_а.пр. -500/(8-3) -100 т/ч.

На основании уравнения (8) для указанного изменения производительности новое значение толщины слоя шихты должно быть принято равным
H_ш= 300+ 380 мм
При установлении данной толщины слоя производительность агломашины станет равной
Q_а 500 100 400 т/ч, и к концу смены будет произведена масса агломерата
М_см. 2000 + 400˙5 4000 т следовательно, будет обеспечено выполнение планового задания.

Благодаря спеканию шихты в более высоком слое прочность агломерата, произведенного за время от момента управляющего воздействия до конца смены, повысится. В соответствии с уравнением (10) барабанная проба агломерата составит
q_(>8) 45 + 0,1˙80 53% т.е. прочность агломерата по сравнению с исходной увеличится на 17,8%
П р и м е р реализации способа. Для осуществления предлагаемого способа может служить автоматизированная система управления технологическими процессами АСУТП, в состав которой входят датчики контролируемых параметров, вычислительное устройство и исполнительные органы. В настоящее время указанная АСУТП функционирует на агломашине N 4 Новолипецкого меткомбината, где осуществляет управление процессами окомкования, загрузки, зажигания и спекания шихты. В системе осуществляется автоматический контроль технологических параметров (в том числе массы отгружаемого агломерата), а также стабилизация таких параметров, как расход шихты на агломашину, влажность шихты, толщина слоя шихты на аглоленте, температура зажигания шихты и координата точки окончания спекания шихты.

Функция, соответствующая предлагаемому способу, запрограммирована в вычислительном устройстве и в настоящее время проходит испытание и отладку.

Осуществление указанной функции происходит следующим образом. Периодически (в данном случае через каждые 2 ч) в вычислительном устройстве определяются прогнозируемое на конец смены значение массы агломерата и целесообразное новое значение толщины слоя. Новое значение толщины слоя ограничивается допустимыми пределами Н_ш.мин., Н_ш.макс. и вводится в качестве задания в программный контур стабилизации толщины слоя шихты, который в дальнейшем поддерживают путем воздействия на скорость вращения питательной шихты.

При указанном выше времени цикла данная функция в течение смены выполняется четыре раза. Следовательно, в течение смены система достаточно гибко может реагировать на изменения исходных физических и химических свойств шихтовых материалов и изменения условий спекания, от которых зависят производительность агломашины и качество агломерата.

Работа системы ориентирована на обеспечение выполнения задания по производству агломерата. Ограничение изменения толщины слоя минимальным значением Н_ш.мин. исключает возможность снижения прочности агломерата ниже допустимого предела. При возникновении потенциальной возможности перепроизводства агломерата относительно заданного значения система путем соответствующего увеличения толщины слоя обеспечивает заданное значение массы произведенного агломерата. При этом качество (прочность) произведенного агломерата повышается.

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СПЕКАНИЯ ШИХТЫ НА АГЛОМАШИНЕ, включающий контроль массы производимого агломерата и стабилизацию положения зоны спекания путем изменения скорости движения аглоленты, отличающийся тем, что периодически определяют прогнозируемое на конец заданного интервала времени значение массы производимого агломерата, а толщину слоя шихты на агломашине устанавливают в зависимости от отклонения прогнозируемой массы агломерата от ее заданного на указанный интервал времени значения согласно математическому выражению:

где H_ш.о, H_ш исходное и устанавливаемое значение толщины слоя шихты, мм;
M_а.з заданное на заданный интервал времени значение массы агломерата, т;
M_а.пр M_а.0 + M_а.ч(t_см t₀) прогнозируемое на конец заданного интервала времени значение массы агломерата, т;
M_а.0 масса агломерата, произведенного от начала заданного интервала времени, т;
M_а.ч масса агломерата, произведенного за истекший период, т;
t_см длительность заданного интервала времени, ч;
t₀ время, истекшее от начала заданного интервала времени, ч;
K коэффициент пропорциональности, мм/т/т.

РИСУНКИ

Рисунок 1