СПОСОБ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ КОРРЕКТИРОВКИ РАСХОДА ФЛЮСА В АГЛОМЕРАЦИОННУЮ ШИХТУ Российский патент 1998 года по МПК C22B1/16 

Предложение относится к области автоматического управления в агломерационном производстве.

Известен [1] способ оперативной корректировки расхода известняка при дозировании агломерационной шихты, состоящий в использовании номограмм, построенных с учетом возможных для конкретного предприятия изменения состава шихты и свойств компонентов. С помощью монограмм возможно приблизительное графическое решение уравнений для определения расходов компонентов шихты.

Недостатком данного способа является неудобство пользования и низкая точность.

Известен [2] способ корректировки расхода дозируемого в шихту известняка в зависимости от отклонения основности шихты от заданного значения, исключающий необходимость полного перерасчета шихты. По данному способу величина изменения расхода известняка (регулирующее воздействие) принимается равной

где Q_к.з, Q_и.з - текущие заданные значения расходов концентрата и известняка; R_ш - изменение основности шихты; Δ Q_к - управляемое изменение расхода концентрата, равное

Δq_Fe.ш - отклонение содержания железа в шихте; K₁ - K₄ - коэффициенты, определяющие связь между показателями качества и регулирующими воздействиями и устанавливаемые опытным путем.

Недостатком указанного способа является использование коэффициентов, для определения которых необходимо проводить специальные исследования.

Известен [3] способ регулирования основности аглошихты, состоящий в том, что усредненные значения содержаний CaO и SiO₂, необходимые для формирования управляющего воздействия, определяются по формуле:
X = X₀ + 0,5(r - X₀), (3)
где X₀ и r - данные предшествующей и текущей пробы.

По результатам расчета определяют усредненное значение основности и его отклонение от заданной, которое после преобразования по определенному закону регулирования служит управляющим воздействием.

Недостатком данного способа является отсутствие однозначного соответствия между величиной управляющего воздействия и отклонением стабилизируемого параметра.

Прототипом предлагаемого способа является способ стабилизации основности шихты при изменениях химического состава ее компонентов [4]. Способ состоит в периодическом контроле химического состава шихтовых компонентов, в частности содержания в них CaO и SiO₂ определении основности шихты и ее отклонения от заданного значения, перерасчете требуемого расхода известняка, если отклонение основности превышает 0,07 относительных единиц, по формуле:
,
где 100 - базовая масса сухого концентрата, равная 100 кГ;
M_б.с - базовая масса сухого бентонита, кГ;
M_и.с.кор - откорректированная базовая масса сухого известняка, кГ;
содержания SiO₂ в концентрате, бентоните и известняке, %;
q_CaO.к, q_CaO.б, q_CaO.и - содержания CaO в концентрате, бентоните и известняке, %;
R_шз - заданная основность шихты.

Результат перерасчета используется в виде управляющего воздействия для коррекции задания регулятору в системе автоматической стабилизации соотношения известняк/концентрат.

Формула (4) в общем виде выражается известным уравнением

где M_i.c, , q_CaO.i - параметры i-того компонента;
- сумма, включающая параметры всех компонентов кроме известняка.

При многокомпонентном дозировании агломерационной шихты частый отбор проб и анализ химического состава всех компонентов затруднительны, что не обеспечивает возможность оперативной корректировки расхода известняка.

Целью данного предложения является повышение точности и оперативности стабилизации основности производимого агломерата.

Указанная цель достигается тем, что расход флюса в шихту оперативно корректируют по результатам контроля химического и физического состава шихты и флюса, устанавливая расход флюса равным:

при условии

Q_ф, Q_ф.кор - текущее и откорректированное значения расхода влажного флюса;
Q_ш - текущее значение расхода влажной шихты;
K_в.ш, K_в.ф - коэффициенты потерь массы шихты и массы флюса от испарения содержащейся в них влаги;
, q_CaO.ш - содержания SiO₂ и CaO в шихте;
q_CaO.ф - содержания SiO₂ и CaO во флюсе;
R_A.з - заданная основность агломерата;
Δf_Fe.A.пр = q_Fe.A.з - q_Fe.A.пр - отклонение прогнозируемого содержания железа в агломерате q_Fe.A.прот заданного значения q_Fe.A.з;
Δq_Fe.A.доп - допустимое отклонение содержания железа в агломерате от заданного значения;

- прогнозируемое содержание железа в агломерате.

Шихта, предназначенная для производства агломерата, составляется на основании полного расчета, исходными параметрами для которого являются химсостав шихтовых компонентов, требуемые содержания железа и основность агломерата. По результатам расчета устанавливаются необходимые базовые массы всех компонентов и поддерживаются соответствующие их расходы.

Однако в связи с часто возникающими возмущениями, в основном из-за нестабильности химсостава компонентов, основность производимого агломерата может отклоняться от заданного значения.

Известный способ управления в таких случаях предусматривает выполнение полного перерасчета шихты и установление новых значений соотношений расходов компонентов. Такой способ требует достаточно частого отбора проб и химанализа всех компонентов, что затруднительно при дозировании многокомпонентной шихты. Кроме того, оперативные изменения расходов всех компонентов, влияя на физические свойства шихты (гранулометрический состав, влажность, комкуемость), отрицательно сказываются на процессах смешивания и окомкования шихты.

Практически, при дозировании агломерационной шихты основность агломерата оперативно стабилизируют путем индивидуальной корректировки содержания в шихте флюса (известняка). Известные способы [1-4], предусматривающие индивидуально корректировку, не обеспечивают достаточно высокого качества (точности и оперативности) стабилизации основности агломерата.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

Основность агломерата R_A определяется отношением взвешенный по массам содержаний CaO и SiO₂ в сухих компонентах шихты:

где M_i.с= M_iK_в.i - масса i-того сухого компонента;
M_i - масса i-того влажного компонента;
K_в.i - коэффициент, учитывающий потерю массы i-тым компонентом от испарения содержащейся в нем влаги;
q_CaO.i, - содержания CaO и SiO₂ в i-том компоненте;
n - количество компонентов в шихте.

Вычленив в уравнении (6) флюсовый компонент, запишем его в виде:

где M_ф.с, q_CaO.ф - параметры флюса;
- параметры остальных компонентов, кроме флюса.

Так как при откорректированной массе флюса M_ф.с.кор- обеспечивается заданная основность агломерата R_A.з, аналогичное уравнение запишем как:

Решая совместно уравнения (7) и (8) с учетом равенства

получаем, что для установления заданной основности агломерата масса флюса должна составлять:

Преобразуем полученное уравнение на основании следующих соотношений:

где M_ш.с - масса сухой шихты;
q_CaO.ш, - содержания CaO и SiO₂в шихте.

В результате получаем, что

Переходя к расходам влажных материалов, получаем, что

где
Q_ф, Q_ф.кор - текущее и откорректированное значение расхода влажного флюса;
Q_ш - расход влажной шихты;
K_в.ш = M_ш.с/M_ш, K_в.ф = M_ф.с/M_Ф - коэффициенты потерь массы шихты и массы флюса от испарения содержащейся в них влаги;
M_ш, M_ф - массы влажных шихты и флюса.

Уравнение (11) является алгоритмом определения величины необходимой индивидуальной корректировки расхода флюса в шихту по результатам анализа химического и вещественного состава шихты и флюса. При установлении расхода флюса, равного Q_ф.кор, обеспечивается заданная основность агломерата.

Важной характеристикой агломерата, обеспечивающей ровный ход доменного процесса, является стабильность содержания в нем железа. В связи с тем, что при индивидуальной корректировке расхода флюса происходит определенное нарушение заданных полным расчетом соотношений расходов компонентов шихты, это приводит, в том числе, и к отклонению содержания железа в агломерате от заданного значения. Указанное отклонение не должно превышать допустимых пределов. Поэтому в предлагаемом способе перед выполнением индивидуальной корректировки расхода флюса предусматривается проверка прогнозируемого содержания железа в агломерате.

Прогнозируемое содержание железа в агломерате определяется по формуле:

где
q_Fe.ш, q_Fe.ф - содержания железа в шихте и во флюсе;
K_п.ш, K_п.ф - коэффициенты потерь масс шихты и флюса при их прокаливании;
K_мех - коэффициент механических потерь масс шихты и флюса.

Индивидуальная корректировка расхода флюса осуществляется, если q_Fe.A.пр не выходит за минимальный и максимальный допустимые пределы содержания железа в агломерате.

При осуществлении предлагаемого способа производят следующие действия.

1) Непрерывно контролируют расходы дозируемых шихты Q_ш и флюса Q_ф.

2) Периодически (например, один раз в час) контролируют показатели химсостава шихты (q_CaO.ш, , q_Fe.ш) и флюса (q_CaO.ф, и проверочно (например, один раз в сутки) параметры K_в.ш, K_п.ш, K_мех, K_в.ф, K_п.ф.

3) Определяют прогнозируемую основность агломерата по формуле.

4) Определяют отклонение прогнозируемой основности агломерата от заданного значения:
ΔR_A.пр≤ R_A.з-R_A.пр (15)
5) Сравнивают указанное отклонение с его допустимым значением по условию

6) При отклонении большем допустимого определяют необходимое откорректированное значение расхода флюса по уравнению (11).

7) Определяют прогнозируемое содержание железа в агломерате при откорректированном расходе флюса по уравнению (12).

8) Определяют отклонение прогнозируемого содержания железа в агломерате от заданного значения:
Δq_Fe.A.пр= q_Fe.A.з-q_Fe.A.пр (17)
9) Сравнивают указанное отклонение с его допустимым значением по условию

10) При отклонении меньшем допустимого устанавливают и далее поддерживают откорректированное по уравнению (11) значение расхода флюса, дозируемого в шихту.

Рассмотрим процесс дозирования при следующих исходных параметрах: Q_ш = 1231,3 т/ч; Q_ф= 126,7 т/ч; K_в.ш = 0,9296; K_в.ф= 0,988; q_CaO.ш = 11,28%; q_CaO.ф = 53,50%; K_п.ш = 0,874; K_п.ф = 0,576; q_Fe.ш = 45,43%; q_Fe.ф = 0; K_мех.ш = K_мех.ф = 1; R_А.з = 1,30; ΔR_A.доп= ±0,05; ; q_Fe.А.з = 52,50%; Δq_Fe.A.доп= ±0,60%.
При указанных параметрах прогнозируемая основность агломерата по уравнению (14) составляет:

Предположим, что очередной химанализ шихты показал, что содержание SiO₂ в шихте стало равным а содержание железа q_Fe.ш = 45,66%. При этом прогнозируемая основность агломерата и ее отклонение от заданной по уравнениям (14) и (15) равны:

Для индивидуальной корректировки расход флюса в шихту по уравнению (11) должен быть установлен равным:

Прогнозируемое содержание железа в агломерате при такой корректировке составляет (12):

следовательно условие (18) удовлетворяется.

После выполнения индивидуальной корректировки расхода флюса основность агломерата будет равна:

Пример
Предлагаемое техническое решение предусматривается использовать в разрабатываемой АСУ ТП шихтоподготовки агломерационной фабрики металлургического комбината НЛМК.

Структурно АСУ ТП является двухуровневой иерархической системой с управляющим вычислительным комплексом УВК на нижнем уровне и центральным вычислительным комплексом ЦВК на верхнем уровне. Функции контроля и дозирования компонентов шихты выполняются УВК, а вычислительные и прогнозирующие функции - ЦВК.

Для реализации предлагаемого способа в ЦВК по периодически вводимым результатам химического анализа шихты и флюса определяются прогнозируемая основность агломерата. При значительном отклонении ее от заданного значения вычисляется откорректированное значение расхода флюса, необходимое для восстановления основности на заданном значении. Одновременно определяется прогнозируемое значение содержания железа в агломерате при откорректированном расходе флюса. Если его отклонение от заданного значения не превосходит допустимого, то откорректированное значение расхода флюса поступает из ЦВК в УВК в качестве нового задания для контура стабилизации расхода флюса. УВК осуществляет управление дозированием флюса в шихту в соответствии с откорректированным заданием, чем обеспечивает заданную основность агломерата.

В известных способах индивидуальная корректировка расхода флюса осуществляется на основании контролируемых химического и вещественного составов всех дозируемых в шихту компонентов. К числу недостатков этих способов, кроме отмеченной ранее их трудоемкости при большом числе компонентов, можно отнести и то, что в них не учитываются возможные погрешности дозирования компонентов. Предлагаемый способ основан на результатах контроля характеристик уже отдозированной шихты, поступающей на агломашины, следовательно базируется на более представительной информации и обеспечивает более высокую точность.

Предлагаемый способ обеспечивает достаточную оперативность при стабилизации основности агломерата и не допускает изменения содержания железа в агломерате сверх допустимых пределов.

Существенными отличительными признаками способа являются:
1) корректировка расхода флюса по показателям химического и вещественного составов шихты и флюса;
2) установление расхода флюса, равного вычисленному по уравнению (11);
3) выполнение корректировки расхода флюса при условии недопущения изменения содержания железа в агломерате сверх допустимых пределов.

В качестве базового образца может служить способ индивидуальной корректировки расхода известняка, используемый на аглофабрике Южного горнообогатительного комбината (ЮГОКа) для стабилизации основности агломерата [5].

По данному способу контролируют содержание SiO в шихте и при его изменении более чем на + 0,37% изменяют расход известняка относительно расхода железосодержащей части шихты на:

где - изменение содержания SiO₂ в шихте.

Изменение расхода флюса по данному способу производится на величину приближенно определяемую по упрощенному уравнению (19). Для условий аглофабрики ЮГОКа это оказывается возможным благодаря относительно малому числу компонентов, дозируемых в шихту (4 компонента), и наличию только одного флюсующего компонента (известняк). При большем числе дозируемых компонентов, содержащих CaO и SiO₂, корректировка расхода флюса по данному способу привела бы к значительным погрешностям.

Предлагаемый способ по сравнению с известными: менее трудоемок; более оперативен; обеспечивает более высокую точность стабилизации основности агломерата; не допускает чрезмерных колебаний содержания железа в агломерате.

Источники информации
1. Губанов В.И., Цейтлин А.М. Справочник рабочего-агломератчика. - М.: Металлургия, 1987 - 207 с. (стр. 35).

2. Денисенко В. М. , Хайзенс В.Д. Критерии оптимизации и алгоритмы управления процессом подготовки агломерационной шихты. -: Механизация и автоматизация производства, N 10, 1976, (стр. 35-37).

3. Патент Японии N 49-29401, кл. 10 A 14 (C 29 B 1/16). Регулирование основности аглошихты. (опубл. 03.08.74 г.).

4. Автоматизированные системы управления подготовкой металлургического сырья и доменным переделом. Под ред. К.А.Шумилова. М.: Металлургия, 1979, 184 с. (стр. 109). прототип.

5. Окускование железорудного сырья на аглофабрике ЮГОКа. Технологическая инструкция. Кривой Рог, 1988 г., стр. 11. Базовый образец.

Использование: изобретение относится к области подготовки сырья к доменному переделу. Сущность: для повышения точности и оперативности стабилизации основности производимого агломерата расход флюса в шихту оперативно корректируют по результатам контроля химического и физического состава шихты и флюса, устанавливая расход флюса равным: при условии где Q_ф, Q_ф.коп - текущее и откорректированное значения расхода влажного флюса; т/г; Q_ш - текущее значение расхода влажной шихты; K_в.ш., K_в.ф. - коэффициенты потерь массы шихты и массы флюса от испарения содержащейся в них влаги; q_СаОш, q_СаОф - содержания SiO₂ и СaO в шихте и во флюсе, %; R_A.з. - заданная основность агломерата; Δq_Fe.А.пр = q_Fe.АЗ - q_Fe.П.Пр прогнозируемого содержания железа в агломерате q_Fe.А.Пр=q_Fe.АЗ - отклонение прогнозируемого содержания железа в агломерате q_Fe.А.пр от заданного значения q_Fe, %; Δq_Fe.А.доп - допустимое отклонение содержания железа в агломерате от заданного значения: прогнозируемое содержание железа в агломерате; K_мех - коэффициент, учитывающий механические потери массы шихты; q_Fe.ш, q_Fe.ф - содержания железа в шихте и во флюсе, %, K_пш и K_пф - коэффициенты потерь масс шихты и флюса при прокаливании.

Способ индивидуальной корректировки расхода флюса в агломерационную шихту, включающий непрерывный контроль расходов и дозирование компонентов шихты, оперативный периодический контроль химических и физических показателей шихты и флюса и определение прогнозируемой основности агломерата, отличающийся тем, что при отклонении прогнозируемой основности от заданного значения расход флюса в шихту устанавливают по следующей зависимости:

при условии
где Q_ф, Q_ф.кор - текущее и откорректированное значения расхода влажного флюса, т/ч;
Q_ш - текущее значение расхода влажной шихты, т/ч;
К_в.ш, К_в.ф - коэффициенты потерь массы шихты и массы флюса от испарения содержащейся в них влаги;
q_CaO.ш, q_CaO.ф - содержания SiO₂ и CaO в шихте и во флюсе, %;
P_А.з - заданная основность агломерата;
Δq_Fe.А.пр= q_Fe.А.з-q_Fe.А.пр - отклонение прогнозируемого содержания железа в агломерате q_Fe.А.пр от заданного значения q_Fe.А.з, %;
Δq_Fe.А.доп - допустимое отклонение содержания железа в агломерате от заданного значения,
при этом прогнозируемое содержание железа в агломерате определяют по следующей зависимости:

где К_мех - коэффициент, учитывающий механические потери массы шихты;
q_Fe.ш, q_Fe.ф - содержания железа в шихте и флюсе, %;
К_п.ш, К_п.ф - коэффициенты потерь масс шихты и флюса при прокаливании.