XIV Міжнародна наукова інтернет-конференція ADVANCED TECHNOLOGIES OF SCIENCE AND EDUCATION

Русский English




Научные конференции Наукові конференції

Проф., канд. техн. наук Кондратець В.О., асп. Карчевська М.О. МОДЕЛЬ КУЛЬОВОГО МЛИНА ЯК КЕРОВАНОГО ОБ’ЄКТА ПО КАНАЛУ ПРОДУКТИВНОСТІ

Проф., канд. техн. наук Кондратець В.О., асп. Карчевська М.О.
Кіровоградський національний технічний університет

МОДЕЛЬ КУЛЬОВОГО МЛИНА ЯК КЕРОВАНОГО ОБ’ЄКТА ПО КАНАЛУ ПРОДУКТИВНОСТІ

Подрібнення руди на рудозбагачувальних фабриках займає майже 50% енергетичних витрат, його звичайно здійснюють у кульових млинах. Їх основним показником є кількість готового продукту у розвантаженні. Вихідна величина технологічного агрегату є результатом впливу на процес подрібнення руди багатьох факторів. Існуючі на сьогодні підходи автоматичного управління кульовим млином не враховують багато з них, що суттєво знижує експлуатаційні показники такого енергоємного об’єкта. Поки що не знайдено єдиного ефективного підходу автоматичного управління кульовим млином. Тому системне дослідження кульового млина як керованого об’єкта по каналу продуктивності з розробкою статичної моделі, яка враховує найбільш важливі параметри, та визначенням необхідних засобів для здійснення автоматичного управління подрібненням руди є актуальною задачею.
Продуктивність кульового млина визначається великою кількістю факторів, які прийнято подавати у вигляді трьох рядів [1]. Перший ряд факторів включає крупність вихідної руди, крупність подрібненого матеріалу, подрібнюваність руди. Як видно, він визначається матеріалом, що подрібнюється. Другий ряд факторів враховує конструкцію млина, його розміри, форму футеровки. Третій ряд факторів включає цикл роботи (відкритий або замкнутий), ефективність роботи класифікуючого апарата, степінь заповнення млина подрібнюючим середовищем, характеристику крупності, форму, густину, твердість подрібнюючих тіл, розрідження пульпи у млині, число обертів барабана. Ці фактори враховують умови експлуатації технологічного агрегату. Блок-схема, що об’єднує кульовий млин і вказані фактори, являє собою його модель.
Аналіз перерахованих факторів показує, що їх можливо подати у вигляді параметрів процесу, що оптимізується. Тут за змістом можливо виокремити вхідні, вихідні, збурюючі та керуючі параметри. Загальна модель кульового млина враховує перерозподіл розглянутих факторів за змістом - вхідні, вихідні, збурюючі, керуючі. Вхідними параметрами будуть крупність вихідної руди, її подрібнюваність, а збурюючими – внутрішній діаметр барабана, характеристика крупності куль. Керуючих параметрів буде п’ять: степінь завантаження подрібнюючим середовищем; число обертів барабана; розрідження пульпи; циркулююче навантаження; продуктивність живлення. Вихідна величина – це продуктивність по готовому продукту, однак необхідно добавити ще одну вихідну величину – споживану потужність. Вона є допоміжною і характеризує стан кульового млина. Чим вище значення даного параметра, тим більша продуктивність агрегату. Обґрунтуємо використання керуючих параметрів.
При заданій характеристиці крупності куль збільшення внутрішнього діаметра барабана в наслідок спрацювання футеровки буде змінювати стан млина – зміниться степінь заповнення подрібнюючим середовищем і виникне невідповідність у швидкості обертання. Математичне моделювання даного процесу показує, що при зменшенні товщини футеровки з 150 мм до 50 мм швидкість обертання барабана млина повинна зменшитися з 18,73 до 18,25 об/хв. Частка від критичного значення швидкості обертання складає 85,0…87,2%. Це незначні зміни швидкості обертання, але параметр виходить за межі вживаного діапазону. Спрацювання футеровки приведе до умовного перевищення обертів за межі рекомендованого режиму, що стане наслідком непродуктивної перевитрати електричної енергії. Встановивши дещо меншу швидкість обертання барабана (18,25 об/хв.) при неспрацьованій футеровці можливо уникнути перевитрат електроенергії. При цьому частка критичного значення швидкості обертання млина при зношенні футеровки складе 82,8%...85,0%. Оберти барабана в таких умовах не перевищують допустимого значення 85,0 %.
Теоретично більш раціонально було б змінювати швидкість обертання барабана млина. В роботі [2] запропоновано такий підхід, однак часто капітальні витрати на двигун зі змінною швидкістю обертання перебільшують економічну вигоду від отриманого результату [3].
Спрацювання футеровки, крім того, приводить до неперервного збільшення об’єму барабана млина. При цьому буде зменшуватися степінь заповнення млина подрібнюючим середовищем, якщо завантаження куль підтримується незмінним. Математичне моделювання даного процесу показує, що при спрацюванні футеровки з 150 мм до 50 мм об’єм барабана збільшується з 53,73 м3 до 59,70 м3. При неперервному 50% заповненні барабана кулями їх об’єм буде приймати значення від 26,865 до 29,85 м3. Зважаючи на те, що початковий об’єм куль у барабані млина не змінюється, при збільшенні об’єму останнього степінь заповнення його молольними тілами зменшується з 50,0% до 45,0%. Така зміна відповідає допустимому діапазону 40…50%, однак приводить до певного зменшення продуктивності технологічного агрегату. Зменшення продуктивності млина можливо компенсувати керуванням по степені завантаження млина подрібнюючим середовищем. Якщо при спрацюванні футеровки в барабан вводити додаткові кулі до 50% заповнення нового об’єму, то в межах зміни швидкості обертання млина від 82,8 до 85,0% від критичного значення процес подрібнення можна здійснювати на екстремумі залежності «споживана потужність – швидкість обертання барабана» [1]. Це дозволяє отримувати максимальну продуктивність млина без зміни швидкості його обертання. Отже, таким підходом вдається повністю компенсувати вплив зміни діаметра барабана при спрацюванні футеровки. Однак таке керування здійснити занадто складно, враховуючи одночасне забезпечення заданої характеристики крупності куль.
Аналіз залежностей «споживана потужність – швидкість обертання барабана» [1] показує, що в межах зміни швидкості обертання і степені заповнення подрібнюючим середовищем, які викликані спрацюванням футеровки, продуктивність технологічного агрегата зменшується по вершинам екстремальних залежностей. Це відповідає найменшим з можливих втрат значенням і незначним змінам продуктивності млина. З врахуванням того, що вихідний режим роботи кульового млина при незношеній футеровці знаходиться в точці, яка максимально наближена до можливого перевантаження, а по мірі спрацювання футеровки віддаляється від неї, такий підхід керування необхідно визнати ефективним. Отже, правильно вибравши початкову швидкість обертання барабана млина, можливо гарантувати його ефективну роботу при незмінних швидкості обертання і кульовому навантаженні. При цьому керуючі параметри (число обертів барабана і степінь заповнення подрібнюючим середовищем) слід стабілізувати. Число обертів барабана стабілізують синхронним електричним приводом, а степінь заповнення подрібнюючим середовищем – розробленими і випробуваними засобами автоматичного дозавантаження куль.
Якщо виключити параметри, що компенсуються і стабілізуються, отримаємо раціональну модель кульового млина як керованого об’єкта по каналу продуктивності по готовому класу, що оптимізується. Дана модель містить незмінні вхідні параметри, один збурюючий (характеристика крупності куль), два вихідних і три керуючих параметра – продуктивність живлення, циркулююче навантаження, розрідження пульпи. Збурюючий параметр – характеристика крупності куль у випадку відхилення від рекомендованого значення негативно впливає на продуктивність млина по готовому продукту. Найкраще значення характеристики крупності куль необхідно відшукати і підтримувати на незмінному рівні в процесі експлуатації технологічного агрегату. Дану задачу необхідно розв’язати.
Вхідні параметри – крупність вихідної руди і її подрібнюваність, які змінюються, можливо враховувати в процесі оптимізації, тобто, їх необхідно компенсувати керуючими діяннями.
Кульовий млин характеризується тим, що в ньому не існує аналітичних зв’язків вихідної величини з керуючими діяннями та вхідними параметрами. Такі зв’язки можна розглядати як тенденції, які базуються на певних встановлених положеннях. Аналіз показує, що регулювання режиму кульового млина, використовуючи відомі положення, необхідно розпочинати з найменшого вказаного вмісту твердого у пульпі.
Крім того у кульових млинах для кожного різновиду руди (подрібнюваність, крупність) існують оптимальні величини валової продуктивності і циркулюючого навантаження, при яких забезпечується найбільш висока продуктивність по готовому продукту. Ефективна робота млинів у замкнутому циклі відбувається при циркулюючому навантаженні не менше 150…200% – це нижня межа даного параметра [4]. Оптимальні значення циркулюючого навантаження повинні знаходитись в межах 200…400% [4].
При заданій крупності подрібнення величина циркулюючого навантаження залежить від степені подрібнення і подрібнюваності руди. Збільшення степені подрібнення і погіршення подрібнюваності руди приводять до зростання циркулюючого навантаження. Питома продуктивність млина від величини циркулюючого навантаження змінюється по залежності, що має максимум. Всі можливі поєднання крупності і подрібнюваності вихідної руди створюють достатньо широкий перелік різновидів даної залежності – сім’ю екстремальних залежностей. Враховуючи, що циркулююче навантаження зростає при рості продуктивності живлення, збільшуючи поетапно подачу матеріалу на вході млина при найменшому вмісті твердого у пульпі, можливо при будь-якому різновиді руди відшукати і підтримувати екстремальне значення питомої продуктивності технологічного агрегату по готовому продукту. Однак потік живлення вихідною рудою і циркулююче навантаження кульового млина не характеризують його стан. Даний технологічний агрегат працює найбільш ефективно при заповненні його об’єму різнорозмірними кулями на 50% і проміжків між ними подрібнюваною рудою, які складають близько 38% загального об’єму кульового завантаження. Цей стан кульового млина контролювати практично не можливо, тому звертаються до непрямих методів оцінювання його завантаження. Якість керування можна значно покращити при визначенні параметрів безпосередньо руди, яка знаходиться у барабані млина. На це вказано і в роботі [5]. Такий підхід ідентифікації завантаження кульового млина рудою необхідно розробити.
Підтримуючи достатньо точно завантаження кульового млина рудою на найвищому рівні зміною витрати живлення, можливо підвищенням вмісту твердого у пульпі досягти найбільшого значення споживаної потужності, що буде відповідати максимальній продуктивності процесу.
Отже, створена статична модель кульового млина як керованого об’єкта по каналу продуктивності по готовому продукту дозволяє здійснити керування процесом подрібнення близько до оптимального режиму. Реалізація такого керування кульовим млином потребує розробки засобу ідентифікації його завантаження рудою та підходу автоматичного формування і підтримання необхідної характеристики крупності кульового навантаження.
Література:
1. Андреев С.Е., Зверевич В.В., Перов В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. – М.: Недра, 1966. – 396 с.
2. Утеуш З.В., Утеуш Э.В. Управление измельчительными агрегатами. – М.: Машиностроение, 1973. – 280 с.
3. Андреев Е.Е, Николаева Н.В. Исследование процесса измельчения на математических моделях // Обогащение руд. – 2007. - №2. – С.3 - 5.
4. Разумов К.А. Проектирование обогатительных фабрик. – М.: Недра, 1970. – 592 с.
5. Пивняк Г.Г., Вайсберг Л.А., Кириченко В.И., Пилов П.И., Кириченко В.В. Измельчение. Энергетика и технология. – М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2007. – 296 с.

e-mail: marinka1282@rambler.ru


Залиште коментар!

Дозволено використання тегів:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>