65258

Раціональне формування багатошарового штабелю для стабілізації його хімічного складу та підвищення використання залізорудної сировини

Автореферат

Производство и промышленные технологии

Ефективність технологічного процесу агломерації шихтових матеріалів та доменного переділу металургійних підприємств визначається їх базою сировини і якістю підготовки залізорудних матеріалів на рудних дворах.

Украинкский

2014-07-27

6.24 MB

1 чел.

22

PAGE  24

EMBED Visio.Drawing.6

EMBED PBrush  

EMBED Visio.Drawing.6  

EMBED Visio.Drawing.6  

EMBED Visio.Drawing.6  

EMBED PBrush  

EMBED Visio.Drawing.6  

EMBED Visio.Drawing.6  

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

МІНЯЙЛО НАТАЛІЯ ОЛЕКСАНДРІВНА

УДК 669.162.1: 622.795: 621.796.2

РАЦІОНАЛЬНЕ ФОРМУВАННЯ БАГАТОШАРОВОГО ШТАБЕЛЮ ДЛЯ СТАБІЛІЗАЦІЇ ЙОГО ХІМІЧНОГО СКЛАДУ ТА ПІДВИЩЕННЯ ВИКОРИСТАННЯ ЗАЛІЗОРУДНОЇ СИРОВИНИ

05.16.02 - Металургія чорних і кольорових металів

та спеціальних сплавів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 2010


Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Запорізькій державній інженерній академії

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:        доктор технічних наук, професор

ПАЗЮК МИХАЙЛО ЮРІЙОВИЧ,

Запорізька державна інженерна академія

Міністерства освіти і науки України

Проректор з науково-педагогічної роботи,

професор кафедри автоматизації технологічних

процесів

Офіційні опоненти:          доктор технічних наук, професор

ЛЯЛЮК ВІТАЛІЙ ПАВЛОВИЧ

ВАТ “АрселорМіттал Кривий Ріг”

Головний технолог з аглодоменного

та коксового виробництва;

кандидат технічних наук, доцент

СУЛІМЕНКО ЄВГЕН ІВАНОВИЧ

Національна металургійна академія України

Міністерства освіти і науки України

м. Дніпропетровськ

доцент кафедри металургії чавуну

Захист відбудеться “ 5 жовтня 2010р. о 1230 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.084.03 при Національній металургійній академії України Міністерства освіти і науки України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

Факс: (0562) 47-44-61, e-mail: lydmila_kamkina@ukr.net

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національної металургійної академії України Міністерства освіти і науки України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

Автореферат розісланий “ 31 серпня    2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

доктор технічних наук, професор         Л.В. Камкіна


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Ефективність технологічного процесу агломерації шихтових матеріалів та доменного переділу металургійних підприємств визначається їх базою сировини і якістю підготовки залізорудних матеріалів на рудних дворах. Забезпечення необхідної продуктивності агломераційних фабрик і доменних печей здійснюється в результаті поставок одного виду металургійної сировини від декількох постачальників або гірничо-збагачувальних комбінатів (ГЗК), що призводить до додаткових коливань хімічного і гранулометричного складу в загальному об’ємі. Для підвищення однорідності речовинного складу шихтових матеріалів на рудних дворах використовують різні схеми їх усереднення і накопичення, які залежать від пропускної здатності рудних дворів, структури формування складу та рівня механізації.

Складність усереднення хімічного та гранулометричного складу залізорудних матеріалів обумовлена його багатостадійністю, масовістю та технологічними обмеженнями, а також відсутністю чіткої інформації про параметри сировини на кожному етапі її перевантаження. Розрахункові схеми (Гончарова Б.Ф., Азбеля Є.І., Русакова П.Г., Зарайського В.Н., Шатохи І.З., Казанського К.В.) та математичні моделі (Міхайлової Л.Ф., Бастана П.П.,  Шупова Л.П.), що застосовуються для опису процесів формування багатошарових штабелів шихтових матеріалів  дозволяють оцінити ефективність роботи споруд усереднення за конкретних технологічних умов.

Для раціонального формування багатошарових штабелів з метою стабілізації їхнього хімічного складу необхідно уявляти послідовність процесів перевантаження металургійної сировини при заданій структурі формування складу усереднення та знати параметри сипких матеріалів на кожному етапі їхнього перевантаження.

Для реалізації вищевикладеного в дисертаційній роботі вирішується актуальна науково-практична задача дослідження закономірностей зміни хімічного складу сипких матеріалів в об’ємі штабелю залежно від параметрів постачання, співвідношення та якості залізорудної сировини, що подається на рудний двір, і технологічних факторів з метою забезпечення раціонального формування багатошарових штабелів і підвищення стабільності хімічного складу шихтових матеріалів, а також зниження витрат енергоресурсів в агломераційному й доменному виробництвах в результаті застосування розробленної системи підтримки прийняття рішення (СППР) по керуванню процесами перевантаження сировини.

 Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Зміст роботи відповідає сучасним напрямками “Державної програми розвитку та реформування гірничо-металургійного комплексу України до 2011 року” (Постанова Кабінету міністрів України від 28 липня 2004р. № 967), темі науково-дослідних робіт Запорізької державної інженерної академії згідно п.6.3 “Створення конкурентноздатних засобів імітаційного моделювання складних систем. Підвищення їх надійності та ефективності”, в якій автор був виконавцем: “Дослідження математичних моделей складних систем за допомогою методів асимптотико-групового аналізу” (№ держ. реєстрації 0106U002917) і темами господарсько-договірних робіт, в яких автор виконував проектні роботи на посаді інженера-конструктора: “Впровадження другої лінії дозування шихтових матеріалів на ділянці кремнію ЕТЦ. Нитка № 2” (№ 416 - К/2002/1448Д від 19.09.2002р.), “Дооснащення АСУ ТП “Шихта” третьої лінії додатково управлінням трьома дозаторами” (№ 502-К/2003/556Д (2203) від 20.03.2003р.).

 Мета і завдання дослідженя. Метою дисертаційної роботи є забезпечення сталого хімічного і гранулометричного складу шихтових матеріалів шляхом управління процесом перевантаження залізорудної сировини на рудному дворі при формуванні багатошарових штабелів, що призведе до підвищення її використання та зниження витрат на енергоресурси у агломераційному і доменному виробництвах.

Для досягнення поставленної мети були сформульовані наступні задачі:

1. Провести аналіз технологічних вимог та особливостей схем, які використовуються при усередненні залізорудної сировини на рудних дворах, для обгрунтування вибору параметрів, що впливають на процеси перевантаження та стабільність хімічного і гранулометричного складу сипких матеріалів.

2. Встановити залежності між параметрами процесів перевантаження залізорудних матеріалів і коливанням їх хімічного складу, визначити діапазони можливих змін їх значень.

3. Розробити математичну модель процесу перевантаження сировини на рудному дворі при формуванні багатошарового штабелю з метою аналізу зміни його хімічного і гранулометричного складу в об'ємі.

4. Отримати закономірності розподілу хімічного складу залізорудного матеріалу в об’ємі полів приймальної траншеї і штабеля шляхом проведення чисельних експериментів на розроблених моделях, з метою подальшої інтеграції їх у систему підтримки прийняття рішень.

5. Розробити алгоритми раціонального розподілу рудної сировини, що надходить, по полях приймальної траншеї і штабелю, для забезпечення мінімального коливання хімічного складу в об’ємі матеріалу, який перевантажується.

6. На основі алгоритмів розподілу залізорудних матеріалів на рудному дворі металургійного підприємства розробити структуру СППР по керуванню процесом формування багатошарового штабелю.

7. Провести дослідження ефективності функціонування розробленної СППР і довести її практичну значимість.

8. Оцінити очікувані техніко-економічні результати від впровадження запропонованної СППР.

Об'єкт дослідження  процес розподілу залізорудної сировини на рудному дворі металургійного підприємства при формуванні багатошарового штабелю з метою стабілізації хімічного і гранулометричного складу шихтових матеріалів.

Предмет дослідження  вплив параметрів постачання, співвідношення та якості залізорудної сировини, що подається на рудний двір, технологічних обмежень на сегрегаційні процеси та зміни хімічного складу в окремих об’ємах шихтових матеріалів, які відбуваються при формуванні багатошарового штабелю.

Методи дослідження. При вирішенні поставлених завдань застосовувалися: відомі методики визначення хімічного та гранулометричного складу залізорудних матеріалів; теорія ймовірностей та методи статистичної обробки даних, які були отримані на виробництві; балансовий метод та фундаментальні положення теорії сипких тіл для розробки математичної моделі процесу формування багатошарового штабелю; методи встановлення багатофакторних залежностей на основі природно-мовної експертної інформації; комп’ютерне імітаційне моделювання для оцінки ефективності розробленої СППР.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше на основі прогнозування хімічного складу залізорудних матеріалів на кожному етапі їх перевантаження на рудному дворі, а також раціонального розподілу їх по полях приймальної траншеї та штабелю з урахуванням технологічних обмежень, вирішена задача підвищення стабільності речовинного складу сировини, яка надходить на металургійні підприємства, що дозволило мінімізувати витрату енергоресурсів при її переробці в агломераційному та доменному цехах.

Новизна наукових результатів полягає в наступному:

1. Вперше для раціонального формування багатошарового штабелю вирішена задача прогнозування хімічного складу шихтових матеріалів в об’ємі полів приймальної траншеї і штабелю з використанням встановленої ієрархічної системи логічних закономірностей зміни хімічного складу і фізичних властивостей залізорудної сировини в процесі перевантаження її на рудному дворі з урахуванням технологічних обмежень.

2. Вперше для забезпечення заданого хімічного складу в об’ємі перевантажуємого матеріалу при його подачі з приймальної траншеї в штабель та зі штабелю в бункери агломераційного цеху при максимальному використанні геометричній місткості грейфера з використанням балансового методу отримано аналітичний вираз у вигляді системи рівнянь залежності між середнім хімічним складом сировини в об’ємі грейфера і параметрами кожного шару матеріалу з урахуванням умов заглиблення грейфера в багатошаровий об’єм шихтових матеріалів.

3. Вдосконалено процес підготовки агломераційної шихти на основі прогнозування зміни хімічного складу сировинних матеріалів, що подаються зі штабелю рудного двору, і оперативного формування керуючих впливів у шихтовому відділенні аглофабрики при дозуванні компонентів шихти, що забезпечує зниження витрати палива по відношенню до залізорудної складової.

Обгрунтованість і достовірність отриманих результатів, висновків і рекомендацій підтверджується аналізом науково-технічної літератури; коректним використанням методів математичного моделювання; відповідністю прийнятих припущень до характеру завдань, які вирішуються в роботі; збіжністю отриманих в роботі розрахункових даних на основі математичних моделей з основним балансом за масою сипких матеріалів і їх хімічним складом і літературними даними інших авторів.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Розроблено імітаційну модель процесу перевантаження залізорудних матеріалів на рудному дворі з двоштабельною схемою та обладнаному рудно-грейферними перевантажувачами (РГП), а також підтверджена можливість її застосування при проведенні обчислювальних досліджень з метою визначення хімічного складу шихтових матеріалів у полях штабелю.

2. Розроблено СППР по управлінню процесом перевантаження сировини при формуванні багатошарового штабелю на рудному дворі, до складу якої входить модель прогнозування хімічного складу шихтових матеріалів та модель процесу перевантаження, що дозволило розраховувати рекомендації щодо раціонального розподілу партій матеріалу, що надходять.

3. Використання моделей на основі балансового методу та теорії нечітких множин в алгоритмі роботи СППР по управлінню процесом перевантаження сировини при формуванні багатошарового штабелю з метою стабілізації хімічного складу шихтових матеріалів дозволяють застосовувати її на будь-яких дворах усереднення, які обладнані РГП.

4. Застосування розробленої СППР для умов ВАТ “МК “Запоріжсталь” дозволяє знизити межі коливання вмісту заліза від середнього значення в багатокомпонентній суміші на виході з рудного двору до ±0,54% і в агломераційній шихті до ±1,052%, що призводить до зменшення витрат коксу на 2,0 кг/т агломерату і отримання чистого дисконтованого доходу в розмірі 3 млн. грн. на рік. 

5.Розроблена СППР по управлінню процесом перевантаження залізорудних матеріалів на рудному дворі прийнята НВТ “ДОНІКС” (м. Донецьк) для модернізації існуючої “Автоматизованої системи обліку та контролю прийому, складування та усереднення матеріалів на рудному дворі доменного цеху ВАТ “МК “Запоріжсталь”.

6. Результати досліджень дисертаційної роботи передані до центральної лабораторії ВАТ “МК “Запоріжсталь” для використання їх у технологічних інструкціях зі складування та усереднення сировини у штабелях на рудному дворі.

Особистий внесок здобувача. У дисертаційній роботі узагальнені результати експериментальних та теоретичних досліджень, виконаних автором у Запорізькій державній інженерній академії. Особисто здобувачем обгрунтовані методи дослідженя, поставлені наукові завдання та сформульовані основні висновки на основі результатів, які отримані в роботі. Автором спільно з працівниками ВАТ “МК “Запоріжсталь” виконано збір статистичних даних та проведена обробка експертної інформації. Основні наукові результати, які виносяться на захист, отримані здобувачем самостійно. В опублікованих спільно зі співавторами наукових працях, особисто автором виконано: порівняльний аналіз характеристик усереднення різних технологічних агрегатів агломераційного виробництва [5, 10, 12, 14]; аналіз впливу рівня механізації складу усереднення на стабільність хімічного та гранулометричного складу шихтових матеріалів [16]; статистична обробка результатів хімічного аналізу сировини, що надходить на рудний двір металургійного підприємства, та параметрів сформованих штабелів [6]; дослідження процесу формування багатошарових штабелів і розробка алгоритмів розподілу сировини по полях приймальної траншеї [9]; аналіз математичних підходів до опису процесів усереднення залізорудних матеріалів і розробка математичного опису процесів перевантаження залізорудних матеріалів на рудному дворі з проведенням досліджень впливу розподілу сировини на коливання хімічного складу в окремих об’ємах полів приймальної траншеї [1, 2]; встановлення залежності між завантаженістю РГП і коливанням вмісту заліза у сировині [7]; проведення чисельних експериментів на імітаційних моделях [4]; сформульована задача прогнозування якості усередненної сировини на базі теорії нечітких множин [3]; визначено фактори, за якими доцільно оптимізувати роботу рудного двору [10]; аналіз існуючих алгоритмів перевантаження сировини на складі усереднення [15] та розробка структурної схеми управління процесом перевантаження сировини при формуванні штабелів на рудному дворі [13].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на міжнародних науково-технічних конференціях: на 67 і 68 наукових конференціях студентів, аспірантів та молодих вчених (м. Київ, УДУХТ, 2001-2002р.); на першій Міжнародній науково-практичній конференції “Обчислювальна техніка в інформаційних та системах керування” (м. Маріуполь, ПДТУ, 2000р.); на 3-ій Міжнародній науково-технічній конференції “Інформаційна техніка і електромеханіка” (м. Луганськ, СНУ ім.В.Даля, 2005р.); на Міжнародній науково-технічній конференції “Енергозбереження та автоматизація у промисловості та сільському господарстві” (м. Кіровоград, КНТУ, 2004р.); на третій Міжнародній науково-технічній конференції “Комп'ютерні технології в науці, освіті та промисловості”, (м. Дніпропетровськ, НГУ, 2004р.); на науково-технічній конференції молоді Запоріжсталь”, (м. Запоріжжя, 2004р.); на XI науково-технічній конференції магістрів, аспірантів і викладачів ЗДІА, (м. Запоріжжя, 2006р.); на Міжнародній науково-технічній конференції “Інтегровані системи управління в гірничо-металургійному комплексі” (м. Кривий Ріг, КТУ, 2006р.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 16 друкованих робіт, серед них: 6 статей (з них одна без співавторів) у виданнях, які входять до переліку фахових видань, затвердженого ВАК України, 6  у матеріалах і тезах конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, висновків, додатків і списку використаної літератури з 110 найменувань; викладена на 193 сторінках і містить 53 малюнка, 27 таблиць, 7 додатків на 27 сторінках.

Робота виконана на кафедрі автоматизованого управління технологічними процесами в Запорізькій державній інженерній академії. 

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульовані мета і основні задачі досліджень, об'єкт і предмет досліджень, визначені наукова новизна та практична цінність отриманих результатів роботи.

У першому розділі розглянуті питання необхідності підготовки залізорудних матеріалів до агломераційному процесу та доменного переділу. Значну увагу приділено аналізу методів стабілізації якісних характеристик корисних копалин на рудних дворах металургійних підприємств. При цьому зазначено, що найбільш ефективним вважається спосіб пошарового укладання матеріалу в штабель, тому що він забезпечує мінімальний розкид по гранулометричному складу в різних точках об'єму штабелю при його формуванні і максимальне перемішування за рахунок забору матеріалу з усіх шарів одночасно. А найбільш економічним з точки зору собівартості усередненої сировини є застосування відкритого складу, обладнаного рудно-грейферними перевантажувачами (РГП). Проте середнє квадратичне відхилення (с.к.в.) вмісту заліза і вологи в залізорудних матеріалах на виході з таких складів становить відповідно =(1,5…1,8)%, =(0,65…1)%, даний показник за основністю становить =(0,75…1)%, що веде до отримання агломерату з =(1,0…0,6)%, =(0,5…0,1)% і коливання продуктивності доменних печей в діапазоні ± 10%.

У зв'язку з цим вдосконалення технологічного процесу усереднення хімічного складу залізорудної сировини повинно здійснюватися в напрямку управління процесами перевантаження сипких матеріалів на рудних дворах металургійних підприємств з метою раціонального формування багатошарових штабелів. У цілому аналіз існуючих методів стабілізації речовинного складу та фізичних властивостей залізорудних матеріалів дозволив сформулювати задачі досліджень роботи рудного двору, обладнаного РГП з метою отримання:

 закономірностей, які дозволять з певною точністю прогнозувати хімічний склад шихтових матеріалів на кожному етапі їх перевантаження;

 коректного алгоритму раціонального розподілу сировини, яка поступає з ГЗК, що забезпечить можливість розробки технологічних рекомендацій щодо ведення процесу формування багатошарового штабелю.

Інтеграція отриманих залежностей в СППР забезпечить оперативний розрахунок і видачу рекомендацій з ведення технологічних операцій перевантажень залізорудних матеріалів на рудному дворі в режимі реального часу, з метою підвищення однорідності хімічного і гранулометричного складу сировини в об’ємі штабелю.

У другому розділі запропоновано основні методологічні положення, які спрямовані на дослідження впливу параметрів постачання, співвідношення різних видів сировини, що подається на рудний двір, технологічних обмежень і збурюючих факторів на процеси стабілізації хімічного складу багатошарового штабелю.

Необхідність в усередненні залізорудної сировини обумовлена тим, що матеріали надходять на металургійне підприємство від різних постачальників. Це обумовлює широкий діапазон зміни вмісту залізорудної складової. Для умов комбінату ВАТ “МК “Запоріжсталь”, що отримує основну залізорудну сировину (концентрат і аглоруду) з шести ГЗК, має коливання хімічного складу: за залізом рівне ±3% і ±5%, за кремнеземом ±1% і ±2%, за вмістом вологи ±1,8% і ±2,3% відповідно. При цьому зміна вмісту кожного з хімічних компонентів тягне за собою коливання інших, що запропоновано враховувати за допомогою отриманих рівнянь множинних регресій з абсолютною похибкою розрахунків, що не перевищує ±0,5% від фактичних значень. Встановлено, що дані залежності постійні для умов конкретного виробництва.

Оцінка ритмічності постачання сировини, для умов забезпечення безперервної роботи аглофабрики, в умовах ВАТ “МК “Запоріжсталь”, продуктивність якої становить 14000 т/добу показує, що при необхідному обсязі постачання концентрату 10696 т/добу і середньому обсязі кожної поставки 3731т состави повинні подаватися 3 рази на добу, а для забезпечення ритмічності  кожні 8 годин. У даний часовий діапазон укладаються лише 15,5% маршрутів з залізорудною сировиною, що спричиняє скорочення часу, необхідного для виконання технологічних перевантажень матеріалів, і збільшення завантаженості обладнання рудного двору.

Стабілізація якісних характеристик залізорудних матеріалів повинна відбувається на всіх етапах шихтопідготовки. Розрахунок ефективності усереднення хімічного складу сировини проводився за формулою:

,                     (1) 

де σ0 , σ с.к.в. вмісту хімічного компоненту, що розглядається, в матеріалі до та після усереднення,%.

Отримано, що показник (1) нижче за все для рудного двору і становить -46,6% за вмістом заліза, -56,7% за основністю і -4,26% за вмістом вологи. При цьому кількісні оцінки коливання вмісту заліза у сировині при проходженні їм технологічних ділянок агломераційного цеху, наведені на рис. 1. 

Рис. 1. Середнє квадратичне відхилення вмісту заліза в рудній сировині на дільницях шихтопідготовки

1 –залізорудні матеріали, що поступають; 2 – рудний двір; 3 - приймальні бункера шихтового відділення; 4 – приймальні бункера відділення спікання; 5 – барабан змішувач-грудкувач; 6 – аглолента. 

Дослідження параметрів штабелів, які формуються, показали, що вони характеризуються значним коливанням своєї місткості від 50 тис. до 130 тис. тон і с.к.в. вмісту заліза від 0,4% до 5%. 75% загальної кількості проб усередненого матеріалу укладається в межі коливання вмісту в них заліза ± 1%, 98% – в інтервалі ± 2%, при цьому різниця значень показника  при переході між штабелями складає до 3%. Дана нестабільність хімічного складу багатокомпонентної суміші на виході з рудного двору обумовлює необхідність постійного внесення коригувань у наступні технологічні операції агломераційного процесу, що не завжди можливо в умовах відсутності повної інформації про параметри шихтових матеріалів.

Проведені дослідження дозволили встановити, що в процесі прийому, перевантаження та складування залізорудної сировини на рудному дворі значення технологічних параметрів і факторів змінюються в деяких межах і містять невизначеність через складність достовірного їх виміру. На підставі отриманих висновків знайдено підхід до вирішення задач ідентифікації хімічного складу і фізичних властивостей залізорудних матеріалів на кожному етапі їх перевантаження на рудному дворі на базі балансового методу та теорії нечітких множин. 

Третій розділ присвячений розробці математичного опису процесів перевантаження сипкого матеріалу на рудному дворі при його усередненні, який здійснюється у два етапи з дотриманням основного балансу: 

Мм= МТ+ Мшт,      (2)

де Мм – маса матеріалу, який поданий з ГЗК, т; МТ – маса матеріалу, що знаходиться у приймальній траншеї, т; Мшт – маса матеріалу, що знаходиться в штабелі, т.

Згідно рівняння (2), вміст заліза в об’ємі матеріалу, що знаходиться в полях приймальної траншеї, залежить від кількості та хімічного складу сировини, вивантаженої з залізничних вагонів, що надійшли, мінус кількість матеріалу, який перевантажений РГП у штабель, що формується, до надходження наступній партії сировини. Відповідно в приймальні траншеї формується багатошаровий об’єм матеріалу, який описується системою рівнянь:

МТ11+ МТ12+ МТ1i+…+МТ1 19 = Мм1∑

МТ21+ МТ22+ МТ2i+…+МТ2 19 = Мм2∑

…………………………………………

МТm1+ МТm2+ МТmi+…+МТm19 = Ммm∑

XТ_cp11МТ11+ XТ_cp12МТ12+ XТ_cp1iМТ1i+…+ XТ_cp1 19МТ1 19 = Xм_cp1 Мм1∑          (3)

XТ_cp21МТ21+ XТ_cp22МТ22+ XТ_cp2iМТ2i+…+ XТ_cp2 19МТ2 19= Xм_cp2 Мм2∑

…………………………………………………………………………………

XТ_cpm1МТm1+ XТ_cpm2МТm2+ XТ_cpmiМТmi+…+ XТ_cpm 19МТm 19= Xм_cpm Ммm

Мм1∑+ Мм2∑+ …+ Ммm=  МT

Xм_cp1Мм1∑+ X м_cp2Мм2∑+ …+ Xм_cpmМмm= XТ_cp МT

де МTmi – маса матеріалу в m шарі i-го поля, т; МТm  – сумарна маса матеріалу в m шарі приймальної траншеї, т; ХT_срmi – середній вміст хімічного компоненту в матеріалі m шару i-го поля,%; Xм_cpm – середній вміст хімічного компоненту в матеріалі m шару приймальної траншеї,%; ХТ_ср – значення середнього вмісту хімічного компоненту в матеріалі приймальної траншеї,%; МТ – маса матеріалу в приймальні траншеї, т. 

При перевантаженні матеріалу з вагонів до приймальні траншеї для оцінки її заповнення розраховується висота отриманого шару (hі) в кожному полі залежно від маси матеріалу, геометричних розмірів поля траншеї і щільності сировини. 

Перевантаження матеріалу з приймальної траншеї в штабель здійснюється за допомогою РГП. Характеристика закладаємого гребеня поля штабеля відповідає параметрам сировини, що знаходиться в об’ємі грейфера. Вміст хімічного компоненту суміші в об’ємі матеріалу грейфера залежно від глибини його заглиблення в багатошаровий штабель визначається з системи: 

 Хгр =    (4)

де hзагл_mах – максимально можлива глибина заглиблення грейфера, обумовлена його конструкцією, м; Xгр – вміст хімічного компоненту в матеріалі грейфера,%; Xi – вміст хімічного компоненту в i-ому шарі матеріалу,%; hзагл - заглиблення грейфера, м; hi – висота iго шару, м; i – номер шару, i Є [1, m]. 

За результатами досліджень (рис.2) для грейфера з геометричною місткістю 5,6 м3 і заввишки щелепи 1,512 м встановлено, що найбільш раціональний режим перевантаження сипкого матеріалу забезпечується за умови . Це відповідає можливості зміни середнього вмісту хімічного компоненту в об’ємі матеріалу грейфера в результаті варіювання глибини його заглиблення в багатошаровий об’єм і максимального використання геометричної місткості.

Кількість РГП необхідних для перевантаження матеріалу з траншеї в штабель за ΔТ (проміжок часу між подачею маршрутів) дорівнює:

,              (5)

 де Tцикл – час виконання РГП циклічних операций, хв.; МТ_штмаса матеріалу, який необхідно перевантажити РГП за ∆Т, т:

МТ_шт = Мм_Т – МТ_ост    (6)

                і;

                і ;

                і ;

                 і ;

                і ;

         і .

Рис.2. Ефективні діапазони варіювання заглиблення грейфера при умові Х1>X2>…>Xm

               Тробфактичний час роботи РГП, хв:

Троб = ΔТ – Тв/о – Тпереїзди – Ттехобсл.,      (7)

де Тв/о – час, необхідний вагоноперекидачу для вигрузки материалу, хв.; Мгрейфмаса материалу в об’ємі грейфера, т:

                     Мгрейф=f(hзагл.).        (8)

Система n-рівнянь (3) для штабелю, відповідає кількості шарів, що закладаються. Об’єм шару штабелю характеризується властивостями матеріалу, який знаходиться в 19 полях. Шар поля штабеля являє собою матеріал, закладений в 3 гребеня. Відповідно система рівнянь для опису матеріалу, що знаходиться в полі штабелю прийме вид:

М шт11+ М шт12+ М шт1i+…+М шт1 19 = МТ_ шт1∑

М шт21+ М шт22+ М шт2i+…+М шт2 19 = МТ_ шт2∑

  ……………………………………………………              (9)

М штm1+ М штm2+ М штmi+…+М штm 19 = МТ_ штm∑ 

Xшт_ср11М шт11+ …+ Xшт_ср1iМ шт1i+…+ Xшт_ср1 19М шт1 19= Xшт_ср1 МТ_ шт1∑

Xшт_ср21М шт21+ …+ Xшт_ср2iМ шт2i+…+ Xшт_ср2 19М шт2 19= Xшт_ср2 МТ_ шт2∑

…………………………………………………………………………………………………………………………

Xшт_срm1М штm1+ …+ Xшт_срmiМ штmi+…+ Xшт_ср m19М штm19= Xшт_ср m МТ_ штm∑

Xшт_ср1МТ_ шт1∑+ Xшт_ср2МТ_ шт2∑+…+ Xшт_срmМТ_ штm ∑= Xшт_ср МТ_ шт

де М штm1 – маса матеріалу в m шарі першого поля штабелю, т; МТ_ штm – маса матеріалу перевантаженого з приймальні траншеї в m шар штабелю, т; Xшт_срm – середній вміст хімічного компоненту в матеріалі m шару штабелю,%; Xшт_ср – середній вміст хімічного компоненту в матеріалі штабелю,%; Мшт  – сумарна кількість матеріалу в штабелі, т. 

Для оцінки розподілу гранулометричного складу матеріалу в полях приймальної траншеї і в гребенях штабелю використовувалася методика проф. Пазюка М.Ю., згідно з якою, положення кожної фракції в шарі при русі по похилій поверхні (гребеню) залежить від висоти падіння матеріалу, коефіцієнта тертя кочення і тертя ковзання, кута природнього відкосу сипкого матеріалу. 

Дослідження можливих варіантів розподілу сировини, що надходить, по фронту розвантаження показали, що при розподілі матеріалу за масою () спостерігаються значні коливання вмісту заліза по висоті штабелю і між полями (рис.3а). Це призводить до нестійкої роботи наступних дільниць агломераційного цеху. У разі розподілу за вмістом, наприклад, заліза () спостерігаються значні перекоси в траншеї та штабелі за масою (рис. 3б), що неприпустимо за технологічною інструкцією і збільшує завантаженість вагоноперекидача та РГП для забезпечення рівномірного заповнення приймальних бункерів агломераційного цеху. 

  а)       б)

Рис. 3. Розподіл матеріалу по полях траншеї в залежності від маси (а) та вмісту в ньому заліза (б) 

Раціональним розподілом матеріалу є таке, при якому досягається зниження коливань вмісту заліза у сировині до ± 0,5% і відхилення за масою між полями складає не більше 350 т.

У четвертому розділі основну увагу приділено питанням раціональної роботи рудного двору при стабілізації якісних характеристик залізорудних матеріалів. Загальне формулювання задачі оптимізації зводиться до мінімізації відхилень вмісту заліза в матеріалі полів приймальної траншеї і штабеля від середнього вмісту заліза у відповідних об’ємах при розвантаженні маршрутів з різними видами та класами матеріалів різного речовинного складу. Цільова функція визначається виразом:

,  (10)

де – сума відхилень вмісту хімічного компоненту в сировині від встановленого значення  по полях приймальної траншеї після розвантаження маршруту,%; i–номери полів приймальної траншеї, (i = 1, 2, ..., p);  – вміст хімічного компоненту в сировині i-го поля приймальні траншеї,%;  – маса сировини в i-му полі приймальної траншеї, т;  – вміст хімічного компоненту в сировині j-го класу маршрута, що прибув,%; – маса сировини j-го класу, яке вивантажено в i-е поле, т: 

Фізичне значення задачі полягає в наступному: з маршрута з залізорудною сировиною, що надійшов до рудного двору, для кожного з полів приймальної траншеї необхідно вибрати таку кількість вагонів із сировиною, з яких у поєднанні з раніше укладеними у полі кількістю матеріалу забезпечить мінімальне відхилення середнього процентного вмісту заліза від заданого. 

При вирішенні задачі оптимізації враховувалися технологічні особливості роботи рудного двору, що обумовило наявність наступних обмежень: 

– не в кожне поле траншеї і штабеля може розвантажуватися матеріал з маршруту, що прийшов; 

– залізорудна сировина має бути повністю вивантажено з вагону у поле приймальної траншеї; 

– повинно бути здійснене повне розвантаження маршрута, що прийшов. 

При цьому розподіл залізорудного матеріалу по полях приймальної траншеї і штабеля істотно залежить від заданого Xср. В роботі підтверджено встановлений раніш вплив вибору значення Xср і для інших схем усереднення. Якщо Xср середній вміст заліза в раніше сформованому штабелі, то для штабеля, що формується прийняття значення Xср з деякою помилкою спричинить значні «перекоси» по висоті штабеля між полями. Якщо Xср прийняти як середній наростаючий процентний вміст заліза в сформованому штабелі, то в процесі формування штабелю він буде мінятися, що спричинить значне коливання хімічного складу штабеля по висоті. Якщо Xср – це середній процентний вміст заліза в сировині, що надійшла, то він буде мінятися в міру надходження нових маршрутів і спричинить коливання хімічного складу штабеля по його висоті. 

Так як значення факторів і параметрів, що впливають на стабільність якісних характеристик залізорудних матеріалів знаходяться в деяких межах, то для визначення Xср використовувалася теорія нечітких множин. Її застосування дозволило встановити взаємозв'язок між значеннями параметрів на рівні логічних висловлювань і вирішити завдання нечіткого виводу (рис. 4). 

Рис. 4. Нечітка модель процесу перевантаження сипких матеріалів на рудному дворі при стабілізації їх параметрів

Для всіх факторів на основі експертної оцінки визначені терми «високий», «середній», «низький» і отримані функції приналежності, що дозволило перейти до логічних змінних і на підставі встановлених логічних взаємозв'язків між чинниками, що впливають на ефективність процесу усереднення, розробити бази знань що складаються з набору правил формату «якщо і то».

Ukjp=1[∩ni=1(yi = )]→z = dj,    (11)

де – нечіткий терм, яким оцінюється змінна yi у рядку з номером jp (p = 1,kj); j = 1,l; kj – кількість рядків-кон'юнкції, в яких вихід z оцінюється нечітким термом dj, j = 1,l; l – кількість термів, які використовувались для лінгвістичної оцінки вихідного параметру z.

Методом дефаззіфікаціі центра ваги зроблений перехід від отриманих нечітких виводів у чіткі значення:

     (12)

В результаті спрогнозованих середніх значень вмісту заліза проводиться розподіл матеріалу по полях траншеї і формування штабеля. При цьому з декількох альтернатив вибирється та, яка забезпечує мінімальні відхилення між полями за масою. Визначення значення цільової функції (10) грунтувалося на розробленому алгоритмі. 

Порівняльний аналіз експериментальних і розрахованих даних параметрів сформованих штабелів показав, що застосування розробленої методики раціонального розподілу матеріалу дозволяє зменшити коливання вмісту заліза по полю на 30%, штабелю на 24% і між штабелями на 15%. Підвищення стабільності хімічного складу шихтових матеріалів на рудних дворах дозволяє знизити коливання вмісту заліза в агломераті до =0,43%, що на 0,2% менше існуючого рівня. 

У п'ятому розділі обгрунтована доцільність застосування СППР щодо стабілізації якісних характеристик залізорудних матеріалів у штабелі на виробництві в умовах ВАТ «Запоріжсталь» (рис. 5).

Рис. 5. Структурна схема системи управління процесом перевантаження залізорудних матеріалів на рудному дворі

Розроблена і наведена структурна схема комплексу сучасних технічних і програмних засобів. Розроблено програмне забезпечення автоматизованого робочого місця (АРМ) бригадира рудного двору, що забезпечує контроль за роботою дільниці в режимі реального часу (рис. 6). 

а)        б)

Рис. 6. Екрани АРМ бригадира рудного двору

а – інформаційне вікно по приймальній траншеї; б – інформаційне вікно по штабелю, що формується

За розрахунковими даними застосування СППР по управлінню процесом перевантаження рудної сировини при формуванні штабелей на рудному дворі дозволяє знизити коливання вмісту заліза у багатокомпонентній суміші на виході з рудного двору до ±0,54% і в агломераційній шихті до ±1,052%, що призводить до зменшення витрат коксу на 2,0 кг/т агломерату і отримання чистого дисконтованого доходу в розмірі 3 млн. грн. на рік. 

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі викладені обґрунтовані рішення науково–прикладної задачі підвищення стабільності хімічного складу залізорудних матеріалів в процесі їх перевантаження на рудному дворі металургійного підприємства, які полягають в дослідженні, розробці та теоретичному обґрунтуванні раціонального формування багатошарових штабелів та режиму роботи технологічного обладнання з урахуванням обмежень для конкретних технологічних ситуацій. Це дозволяє зменшити коливання вмісту хімічних компонентів у шихті щодо середнього значення та знизити витрату енергоресурсів в процесі її агломерації і у подальшому в доменному виробництві. 

Основні результати роботи зводяться до наступного: 

1. На базі виконаного аналізу існуючих схем усереднення якісних характеристик сировини показано, що послідовність технологічних операцій при перевантаженні матеріалів обумовлена конструктивними особливостями складу. Існуючі системи контролю за процесами складування сипких матеріалів в штабелях виконують в основному інформаційні функції і не видають рекомендації щодо ведення даного процесу. Тому під час перевантаження сировини складно досягти раціонального її розподілу з урахуванням всіх обмежень. 

2. Виконана оцінка ефективності усереднення на всьому тракті шіхтопідготовкі дозволила визначити, що за рахунок відсутності системи контролю та управління найнижчий показник має рудний двір (-46,6% за вмістом заліза, -56,7% за основністю, -4,26% за вмістом вологи) , де відбувається разусреднення сипкого матеріалу. Встановлено, що підвищення стабільності якісних характеристик на даній ділянці дозволить знизити коливання вмісту компонентів в агломераті на 0,2% при постійній ефективності інших дільниць

3. На базі балансового методу розроблено модель процесу перевантаження залізорудних матеріалів на рудному дворі з двоштабельной схемою, обладнаному РГП. На відміну від існуючих враховує вміст хімічних компонентів в сировині полів приймальної траншеї і штабеля після кожної операції забору і укладання, а також визначати ефективне заглиблення грейфера у багатошаровий об'єм для забезпечення заданого хімічного складу порції матеріалу, що перевантажується. Це дозволило забезпечити розрахунок параметрів залізорудних матеріалів, що знаходяться в приймальні траншеї та штабелі. 

4. Отримано аналітичну залежність кількості РГП від ритмічності подачі маршрутів і заглиблення грейфера при заборі матеріалу, що дає можливість застосування її в СППР для організації роботи обладнання рудного двору та зменшення його завантаженості при виконанні технологічних операцій. 

5. Встановлена ієрархічна система логічних закономірностей зміни хімічного складу і фізичних властивостей залізорудної сировини в процесі її перевантаження на рудному дворі дозволила прогнозувати хімічний склад матеріалу та використовувати отримані результати у системі підтримки прийняття рішень при керуванні процесом формування штабелей.

6. Рішення задачі оптимізації на основі розробленого алгоритму дозволило формувати оперативні рекомендації по перевантаженню залізорудних матеріалів, а саме: 

- кількість вагонів з певним класом матеріалу, які необхідно розвантажити в поля приймальної траншеї, щоб забезпечити мінімальні відхилення вмісту компонента в об’ємах сировині, що знаходяться у різних полях;

- кількість грейферів, які необхідно перевантажити з поля приймальної траншеї у поле штабеля для забезпечення мінімального коливання вмісту заліза в матеріалі кожного шару. 

7. Виконані порівняння формування якісних характеристик залізорудних матеріалів на рудному дворі при існуючій схемі і запропонованої для умов ВАТ «МК« Запоріжсталь » показали: 

– розроблена система дозволяє знизити межі коливання вмісту заліза від середнього в багатокомпонентній суміші до ± 0,54%, в шихті до ± 1,052% і в агломераті до ±0,5%, що в 1,6 рази менше ніж при існуючій системі

зниження показника середнього квадратичного відхилення вмісту заліза в усередненому матеріалі на рудному дворі до 1,19%, дозволяє досягти при постійній ефективності роботи інших дільниць агломераційного цеху, зменшення значення даного показника для агломерату до 0,43%, що на 0,2% нижче в порівнянні з існуючим; 

підвищення стабільності вмісту заліза в агломераті, яка характеризується зменьшенням значення  на 0,2% дозволить знизити витрату коксу на 2,0 кг/т агломерату і збільшити продуктивність доменної печі на 0,8%,  отримати чистий дисконтований дохід у розмірі 3 млн. грн. на рік.

8. Розроблена СППР по управлінню процесом перевантаження залізорудних матеріалів на рудному дворі прийнята НВТ «ДОНІКС» (м. Донецьк) для модернізації існуючої «Автоматизованої системи обліку та контролю прийому, складування та усереднення матеріалів на рудному дворі доменного цеху ВАТ«МК "Запоріжсталь». Результати досліджень дисертаційної роботи передані центральної лабораторії ВАТ «МК« Запоріжсталь» для використання у технологічних інструкціях з складування та усереднення сировини у штабелях на рудному дворі

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Миняйло Н.А. Математическое моделирование процессов перегрузки сыпучих материалов на рудном дворе / Н.А.Миняйло // Теория и практика металлургии – Днепропетровск, 2009. – №5–6 (72–73). – С. 23 – 27.

2. Миняйло Н.А. Управление процессом перегрузки сыпучего материала грейфером с учетом глубины его погружения в многослойный объем / Н.А.Миняйло, М.Ю. Пазюк // Металургія: зб. наук. праць ЗДІА – Запоріжжя, 2009. – Вип. 20. – С. 20 – 26.

3. Миняйло Н. А. Применение теории нечетких множеств при описании процесса усреднения сыпучих материалов / Н.А. Миняйло, М.Ю. Пазюк // Праці Луганського відділення Міжнародної Академії інформатизації – Луганськ, 2005.– №1 (10). – С.161 – 163.

4. Миняйло Н.А. Методологические особенности вычислительных исследований процесса усреднения с позиции управления / Н.А. Миняйло, М.Ю. Пазюк // Сб. науч. трудов Национального горного университета – Днепропетровск, 2004. – Т.2, №19. – С. 107 – 112.

5. Миняйло Н.А. Исследование эффективности усреднения железорудного сырья в процессе его подготовки к окускованию / Н.А. Миняйло, А.Н.Николаенко // Металлургия: сб. научн. трудов ЗГИА – Запорожье, 2003. – Вып.7. – С. 9–12.

6. Миняйло Н.А. Анализ стабильности состава сырья, поступающего на металлургический комбинат «Запорожсталь» / Н.А. Миняйло, М.Ю. Пазюк, А. Н. Николаенко // Металлургия: сб. научн. трудов ЗГИА – Запорожье, 2001. – Вып.5. – С. 14 – 17.

7. Миняйло Н. А. Управление рудно-грейферными перегружателями при усреднении железорудного сырья / Н. А. Миняйло, М. Ю. Пазюк,О. В. Ренгевич // Академический вестник – Кривой Рог, 2005. – №15–16. – С.72–74.

8. Миняйло Н. А. Оптимизация работы рудного двора на базе микропроцессорной техники / Н. А. Миняйло // Вісник Хмельницького національного університету – Хмельницький, 2005. – Ч.1, Т.1, №4. – С. 62 – 65.

9. Миняйло Н. А. Эффективность усреднения железорудного сырья на ОАО  «Металлургический комбинат «Запорожсталь»» / Н. А. Миняйло, М. Ю. Пазюк // Металургія: зб. наук. праць ЗДІА – Запоріжжя, 2004 – Вип. 9. – С. 16 – 20.

10. Пазюк М. Ю. Повышение эффективности усреднения железорудных материалов в закрытых емкостях / М. Ю. Пазюк, Н. А. Миняйло // Зб. наук. праць Кіровоградського національного технічного університету. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація – Кіровоград, 2004. – Вип. 15. – С. 188 – 192.

11. Миняйло Н.А. Определение оптимальной области работы АСУ процессом усреднения железорудных материалов на рудном дворе / Н.А. Миняйло // XI науково-технічна конференція студентів, магістрантів, аспірантів і викладачів ЗДІА: тези доповідей, 17–21 квітня 2006р. – Запоріжжя, 2006. – Ч. ІV. – С.79.

12. Миняйло Н.А. Усреднение сыпучих материалов в бункерах / Н. А. Миняйло, М. Ю. Пазюк // Металл и литье Украины: тез. научн. докл. по материалам междунар. специализ. конф., 16–18 марта 2005г., г. Запорожье. – 2005. – № 1–2. – С. 76.

13. Миняйло Н. А. Практическая реализация оптимизации работы рудного двора металлургического предприятия / Н. А. Миняйло, М. Ю. Пазюк // XXXI научно – техн. конф. молодежи комбината ОАО “Запорожсталь”: тез. докл., 25 – 26 ноября 2004г. – Запорожье, 2004. – С. 107 – 108.

14. Миняйло Н. А. Анализ технологических характеристик промышленных емкостей сыпучих материалов / Н. А. Миняйло, М. Ю. Пазюк // Сучасні методи створення нових технологій та обладнання в харчовій промисловості: міжнар. наук. конф. молодих вчених, аспірантів і студентів, 23 –25 квітня 2002р.: прогр. і матеріали конф. – К.: НУХТ, 2002. – Ч.II. – С. 15.

15. Миняйло Н. А. Автоматизация усреднения материалов на рудном дворе металлургического предприятия / Н. А. Миняйло, М. Ю. Пазюк // 67-а наук. конф. студентів, аспірантів і молодих вчених: прогр. і матеріали конф., 24 – 25 квітня 2001р. – К.: УДУХТ, 2001. – Ч.II. – С. 124.

16. Пазюк М. Ю. Программное обеспечение АСУ усреднением железорудных материалов на рудном дворе ЗМК “Запорожсталь” / М. Ю. Пазюк, Н. А. Миняйло // Вычислительная техника в информационных и управляющих системах: первая междун. науч.–практ. конф., 30 октября – 3 ноября 2000г.: сб. докл. – Мариуполь, 2000. – С. 54 – 56.

АНОТАЦІЯ

Міняйло Н.О. “Раціональне формування багатошарового штабелю для стабілізації  його хімічного складу та підвищення використання залізорудної сировини”. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02 – Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів. – Національна металургійна академія України, м. Дніпропетровськ, 2010.

У дисертаційній роботі проведено аналіз існуючого рівня підготовки залізорудних матеріалів на рудних дворах металургійних підприємств до агломераційного та доменного виробництва. Виявлені діапазони зміни значень основних парамерів і факторів, що впливают на процес формування багатошарових штабелів сталого хімічного складу.

Використання балансового методу дозволило сформулювати основні закономірності перевантаження залізорудної сировини на рудному дворі у вигляді аналітичних виразів, за допомогою яких розраховується хімічний склад шихтових матеріалів у полях приймальної траншеї та штабелі, а також у об’ємі матеріалу грейфера, що здійснює усі технологічні операції при формуванні багатошарових штабелей.

Встановлена ієрархічна система логічних закономірностей зміни хімічного складу і фізичних властивостей залізорудної сировини в процесі її перевантаження на рудному дворі дозволила прогнозувати хімічний склад матеріалу та використовувати отримані результати у системі підтримки прийняття рішень при керуванні процесом формування штабелей.

Для умов ВАТ «МК «Запоріжсталь» розроблений підхід дозволяє знизити межі коливання вмісту заліза від середнього значення у багатокомпонентній суміші на виході з рудного двору до ±0,54% та в агломераційній шихті з ±1,7% до ±1,052%, що забезпечує зменьшення витрати коксу на 2,0кг/т агломерату.

Ключові слова: залізорудна сировина, хімічний склад, штабель, рудний двір, перевантаження, усереднення, математична модель.

АННОТАЦИЯ

Миняйло Н.А. Рациональное формирование многослойного штабеля для стабилизации его химического состава и повышения использования железорудного сырья”. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 – Металлургия черных и цветных металлов и специальных сплавов. – Национальная металлургическая академия Украины,       г. Днепропетровск, 2010.

В диссертационной работе изложены научно обоснованные решения проблемы повышения стабильности химического состава железорудных материалов в процессе их перегрузок на рудном дворе металлургического предприятия, которые заключаются в исследовании, разработке и теоретическом обосновании рационального формирования многослойных штабелей и режима работы технологического оборудования с учетом ограничений для конкретных технологических ситуаций. Это позволяет уменьшить колебания содержания химических компонентов в шихте относительно среднего значения и снизить расход энергоресурсов в процессе ее агломерации и в последствии в доменном производстве.

На основании выполненного анализа существующих схем усреднения качественных характеристик сырья показано, что последовательность технологических операций при перегрузке материалов обусловлена конструктивными особенностями склада. Применяемые системы контроля за процессами складирования сыпучих материалов в штабелях выполняют в основном информационные функции и не выдают рекомендации по ведению процесса. Поэтому во время перегрузок материалов сложно достичь рационального их распределения с учетом всех ограничений.

Проведенные исследования работы рудного двора при формировании многослойных штабелей позволили установить, что в процессе приема, перегрузки и складирования железорудного сырья значения технологических параметров и факторов изменяются в некоторых приделах и содержат неопределенность по причине сложности достоверного их измерения. На основании полученных выводов найден подход к решению задач идентификации химического состава и физических свойств железорудных материалов на каждом этапе их перегрузки на рудном дворе на основе балансового метода и теории нечетких множеств.

Применение балансового метода позволило сформулировать основные закономерности перегрузки железорудного сырья на рудному дворе в виде аналитических выражений, на основе которых рассчитывается химический состав шихтових материалов в полях приемной траншеи и штабеля, а также в объеме материала грейфера, который осуществляет все технологические операции при формировании многослойных штабелей. Получена аналитическая зависимость количества рудно-грейферных перегружателей от ритмичности подачи маршрутов и глубины погружения грейфера при заборе материала, что дает возможность применения ее в системе поддержки принятия решения по организации работы оборудования рудного двора и уменьшения его загруженности при выполнении технологических операций.

Установленная иерархическая система логических закономерностей изменения химического состава и физических свойств железорудного сырья в процессе его перегрузок на рудному дворе позволила прогнозировать химический состав материала и использовать полученные результаты в системе по управлению процессом формирования многослойных штабелей.

Разработан алгоритм рационального формирования многослойного штабеля на основе которого формируются рекомендации по перегрузке железорудных материалов, а именно: какое количество вагонов с определенным классом материала необходимо разгрузить в поля приемной траншеи, чтобы обеспечить минимальные отклонения содержания компонента между отдельными объемами сырья; какое количество материала необходимо перегрузить из поля приемной траншеи в поле штабеля для обеспечения минимального колебания содержания железа в материале каждого слоя.

Предложенная система для условий ОАО «МК «Запорожсталь» позволит снизить пределы колебания содержания железа от среднего в многокомпонентной смеси на выходе с рудного двора до ±0,54%, в шихте до ±1,052% и в агломерате до ±0,5%, что в 1,6 раза меньше чем при существующей системе. Снижение показателя среднеквадратичного отклонения содержания железа в усредненном материале на рудном дворе до 1,19%, позволяет достичь при постоянной эффективности работы других участков агломерационного цеха, уменьшение значения данного показателя для агломерата до 0,43%, что на 0,2% ниже по сравнению с существующим. Повышение стабильности содержания железа в агломерате, которая характеризуется уменьшением значения  на 0,2% позволит снизить расход кокса на 2,0 кг/т агломерата и получить чистый дисконтированный доход в размере 3 млн. грн. год при использовании данного агломерата в доменном переделе.

Полученные в работе теоретические и практические результаты переданы НПО «ДОНИКС» (г. Донецк) для модернизации существующей «Автоматизированной системы учета и контроля приемки, складирования и усреднения материалов на рудном дворе доменного цеха ОАО «МК “Запорожсталь» и ОАО «МК «Запорожсталь» для использования их в технологических инструкциях по складированию и усреднению сырья.

Ключевые слова: железорудное сырье, химический состав, штабель, рудный двор, перегрузка, усреднение, математическая модель.

SUMMARY

Miniailo N.A. "The rational formation of multilayer stacks for the stabilization chemical composition and increase the use of iron ore”. - Manuscript. 

PhD thesis for the degree of Candidate of technical sciences, specialty 05.16.02 – Metallurgy ferrous and nonferrous metals and special alloys. – National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2010. 

This dissertation analyzed the existing level of preparation of iron-ore materials in the courts of metallurgical enterprises to sinter and blast furnace production. Identified ranges of values of the main parameres and the factors  that influence  on the formation of multilayer stacks of sustainable chemical composition. 

Using the balance method enabled to formulate the basic laws of overload of iron ore in the ore yard in the form of analytical expressions, which are calculated using the chemical composition of charge materials in the fields receiving trenches and stacks, as well as in the bulk material grab carrying out all manufacturing operations during the formation of multilayer stacks.

Establish a hierarchical system of logical laws of change of chemical composition and physical properties of iron ore in the process of handling the ore yard possible to predict the chemical composition of the material and use the results in the decision support system for managing the process of forming a stack. 

For the conditions of Zaporizhstal JSC developed an approach can reduce the limits of variations in iron content from the average value in a multicomponent mixture at the exit of the ore yard to ± 0,54% and in the sinter charge from ± 1,7% to ± 1,052%, which provides reduce the consumption of coke at 2,0 kg / t sinter. 

Keywords: iron ore, chemical composition, stack, plat, overloading, averaging, mathematical model.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69355. Загальна характеристика системи фінансових розрахунків з позиції обробки даних 153.5 KB
  Державне регулювання бюджетної системи здійснюють: Міністерство фінансів Державне казначейство Державна податкова адміністрація Державна контрольноревізійна служба Верховна Рада України Формування Державного бюджету відбувається у такі етапи...
69356. Автоматизація управління фінансами підриємств та комерційних структур 151.5 KB
  Основні функції – це функції, що пов’язані з типом підприємства чи організації: виробничі, торгові, сервісні, наукові і т.д.). Склад основних функцій не залежить від послідовності виконання технологічних ланцюжків і структури підприємства, тобто зміна структури...
69357. Автоматизація оброблення інформації у податковій сфері 189 KB
  Система оподаткування це комплекс діючіх в державі законодавче затверджених видів податків і платежів та механізм їх нарахування. В даний час існують більше двох десятків загальнодержавних обов’язкових податків і платежів ПДВ-акцизний збір-податок...
69358. Функціональне забезпечення автоматизованої системи Казначейства 134 KB
  Державне казначейство України (ДКУ) засновано в 1995 році для здійснення управління виконанням державного бюджету, моніторингу та контролю над оборотом державних фінансових ресурсів та активів. З часом функції Казначейства розширюються в напрямку обслуговування операцій місцевих бюджетів...
69359. Автоматизація оброблення інформації у страховій галузі 75.5 KB
  З утворенням недержавних страхових компаній (СК) з’явилась система страхування. Страхівник (Страхова компанія) виконує умови страхування і пропонує їх клієнтам. Якщо клієнтів влаштовують умови договору, то вони підписують договір і вносять по ньому страхові внески.
69360. Автоматизація внутрібанківських розрахункових 105 KB
  Обслуговування клієнтів банку організовується у відповідності з його організаційною структурою. Депозитний відділ. Його основною задачею є залучення засобів у банк, а у функції входять: облік депозитних засобів банку по їхній терміновості й окремих депонентах...
69361. Інформаційні системи фондового ринку 104 KB
  Учасниками фондового ринку є: емітенти цінних паперів юридичні й у деяких випадках передбачених законодавством фізичні особи що від свого імені випускають цінні папери і зобов’язуються виконувати обов’язки що випливають з умов їхнього випуску.
69362. Міжнародна електронна мережа та система електронних платежів НБУ 225.5 KB
  Для забезпечення організації і прискорення розрахунків на міжнародному рівні в НБУ застосований Центр міждержавних розрахунків. Згідно затвердженого Положення про Центр міждержавних розрахунків його основними завданнями є: прискорення міжнародних...
69363. Характеристика автоматизованих інформаційних систем 70.5 KB
  Існують інформаційна промисловість і національні інформаційні ресурси відбувається перехід від індустріальної економіки до економіки що ґрунтується на інформації. Під інформаційною технологією розуміють комплекс методів і процедур які реалізують функції збору...