Способ контроля пористости известняково-нефелинового спека Советский патент 1992 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к контролю физико- химических характеристик полупродуктов металлургического производства, и может найти применение в промышленности строительных материалов.

Известен способ контроля качества гли- ноземсодержащего спека, заключающийся в том, что облучают пробу рентгеновским излучением, регистрируют дифракционную картину, измеряют интенсивность дифракционных максимумов составляющих пробы, в том числе интенсивности дифракционных максимумов для межплоскостных расстояний 2,95 A(l2.95), 4,25A(l425). 3,92А(з,92), 1,91А(И,91)и4,85А(1485), и контроль качества спека осуществляют по отношению

УА1203 7Т-Т

1

1 +К1

12,95

+4ii+ + i

где Ki.K2.K3.K4-эмпирически найденные коэффициенты пропорциональности.

Известен способ контроля качества гли- ноземсодержащего спека (авт.св.981877, 1982), заключающийся в том, что производят съемку дифрактограммы пробы, измеряют интенсивности дифракционных максимумов от составляющих пробы, производят измерение интенсивностей дифракционных максимумов, двухкальциевого силиката для межплоскостных расстояний, равных 1.94А и 1,98м. и алюмината натрия для межплоскостных расстояний, равных

J

оэ

GO СО 00

hO

2.95А и 4.25А, а контроль осуществляют по соотношению

11,94 М,25

-гГ

11,9812,95

гдеН.94, li,98,1а,95,14,25-представляют собой соответственно указанные интенсивности, Оба рассмотренных способа контроля имеют два основных недостатка: во-первых, по предлагаемым формулам оцениваются величины стандартного извлечения глинозема () из спека по различным соотношениям интенсивностей дифракционных максимумов, и те и другие зависят от минералогического и химического состава перерабатываемого в спек сырья, и, таким образом, можно ожидать, что при колебании с войств сырья нарушатся предлагаемые зависимости; во-вторых, далными способами оценивается качество отдельных пооб спека, следовательно, в промежутках между отборами проб о качестве спека, выходящего из печи, информации нет, о нем можно судить лишь по результатам анализа последней пробы, что не обеспечивает точности контроля всего продукта.

Известен способ контроля пористости спека, заключающийся в том, что периодически отбирают пробы Спека на выходе из печи перед холодильником, каждую пробу взвешивают, помещают в мерный сосуд, заливают отмеренным количеством воды, сливают воду из сосуда, измеряют объем слитой воды, вычисляют объем воды, оставшейся в порах спека, вычитая из отмеренного количества воды слитой воды, и определяют отношение величины объема воды в порах спека к массе пробы спекз.

Этот способ контроля лишен первого недостатка способов, описанных выше, так как пористость характеризует степень оплавленности, т.е. качество термической обработки сырья, обеспечиваемого процессом спекания. Недостаток, связанный с оценкой качества лишь отдельных проб, что не позволяет судить о пористости всего потока обработанного материала, сохраняется и в этом способе. Описанный способ контроля пористости в дальнейшем для простоты назван объемным контролем на пористость.

Целью изобретения является увеличение производительности глинозема за счет повышения точности определения.пористости спека, выходящего из печи.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля пористости, в котором

периодически отбирают пробы спека на выходе из печи перед холодильником, каждую пробу взвешивают, помещают в мерный сосуд, заливают отмеренным количеством

воды, сливают воду из сосуда, измеряют объем слитой воды, вычисляют объем воды, оставшейся в порах спека, вычитая из отмеренного количества воды объем слитой воды, и определяют величину отношения

объема воды в порах спека к массе пробы спека, дополнительно непрерывно измеряют температуру спека на выходе из печи, ток привода печ и, температуру воздуха, поступающего в печь из холодильника, и давление воздуха под слоем спека в холодильнике, вычисляют значения пористости спека, выходящего из печи, по формуле

Пв(г)К1-К2 l(T-T)-K3tB(r)-К4 tc(r)-Ks Р(г),

где г-текущее время;

Т - заданный промежуток времени;

tc( т) - температура спека на выходе из печи;

Р( т) - давление воздуха под слоем спека в холодильнике;

tB( 7) - температура воздуха, поступающего в печь холодильника; |(Ј-Т)-ток привода печи;

Ki-Ks настроечные коэффициенты, периодически на заданном интервале времени фиксируют значения пористости, определяемые в пробах и вычисляемые по формуле в моменты отбора проб, определяют средние на.интервале значения тех и других пористостей, рассчитывают разность между найденными средними значениями пористостей и, если величина разности по- ложительная, увеличивают, а если отрицательная, уменьшают значения вычисляемой по формуле Пористости на величину, пропорциональную этой разности.

Предлагаемый способ контролд пори- стости епека в отличие от прототипа позволяет оценивать пористость выходящего из печи спека не только в моменты отбора проб, но и в промежутках между ними, за счет чего достигается более точный конт- .роль пористости спека.

Так как существуют датчики непрерывного измерения параметров tc,tu, Р и , частота койтроля пористости по данному способу не ограничена и зависит лишь от устройства, на котором реализуются вычислительные операции; если это устройство создано на элементах аналоговой техники, то контроль может быть непрерывным, если на цифровой технике, то частота контроля

будет определяться назначенной в вычислительном устройстве частотой опроса датчиков. В рассматриваемом примере использованы данные и полученные результаты по исследованию процесса спекания известняково-нефеличовой шихты на Ачинском глиноземном комбинате. Процесс спекания шихты проводят во вращаю- щейся печи с колосниковым холодильником, при этом непрерывно измеряют температу- ру спека, выходящего из печи и поступающего в холодильник, температуру воздуха, подаваемого в печь из холодильника, давление воздуха под слоем спека в холодильнике, ток привода печи, а также с периодом Тк 2 ч отбирают пробы спека на выходе из печи, над которыми проводят объемный контроль на пористость согласно прототипу. Формула, используемая для вычислений пористости спека, имеет вид

П(г) К1-К2 |(г-30)-Кз te(r)-К4 tc(r)-K5 Р(Т),(1)

где R.-1 56.0; Ка 0,016: К3 - 0,063: К4 - 0.32; К5 0,35.

В формуле (1) заданный промежуток времени Т равен 30 мин, это означает, что в формуле используют результаты измерения тока привода, который был зафиксирован на 30 мин раньше по отношению к текущему моменту времени т. Для определения величины коррекции, вычисленной по формуле (1) пористости, вычисляют средние за 5 сут величины порйстостей, определенные по результатам объемного контроля проб на пористость (см. формулу 2) и по результатам вычислений порйстостей по формуле (1) (см.формулу 3) в моменты отбора проб:

N 1

n0(N)/60.

(2)

Песр У riy{N)/60. N 1

(3)

где П0(М), П(М) - соответствующие измерения порйстостей; 60 - количество проб за 5 сут с учетом того, что пробы отбирают 1 раз в 2 ч. Величину коррекции вычисляемой по- ристости определяют по формуле ,

Ап (Поср-пВСр)-г,

(4)

где Z - коэффициент пропорциональности, определяемый настройкой на объекте.

Итак, периодически через каждые 5 сут увеличивают или уменьшают в зависимости от знака А П вычисляемую по формуле (1)

пористость на А П; практически это осуществляют, перерассчитывая в формуле (1) значение коэффициента Ki:

Ki Ki + Д П,

(5)

5 10 15 20

25

30 5

0

5

0

5

такая коррекция расчетных значений пористости позволяет приблизить расчетные пористости к получаемым по результатам объемного контроля пористости.

На фиг.1 приведены графики изменения во времени пористости спека. График 1 построен по результатам обычного объемного контроля пористости проб с периодом в 2 ч, график 2 - по результатам специального эксперимента с учащенным объемным контролем пористости проб с периодом отбора 30 мин, график 3 - по результатам измерений параметров tc,tB,P,l с реализацией предлагаемого способа.

Для данных графиков среднеквадрати- ческое отклонение объемного контроля пористости от учащенного составило о 5,54, а среднеквадратическое отклонение пористости, определяемой по предлагаемому способу, от учащенного объемного контроля пористости составило ог 2,36. Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает значительное повышение точности измерения пористости спека.

В формуле (1) использованы параметры Te,t6,P,l по следующим причинам. Физически связь пористости с температурой спека объясняется тем, что оплавленность зависит от этой температуры, аналогично пористость связана с температурой воздуха из холодильника, так как воздух получает тепло от спека. Давление воздуха под слоем спека связано с пористостью ввиду того, что с изменением пористости спека изменяется насыпной вес слоя спека в холодильнике и, следовательно, изменяется давление воздуха, продуваемого через слой спека. Ток привода, вращающего в печь, изменяется при изменении крутящего момента печи, который, в свою очередь, будет зависеть от состояния материала в печи.

Использование в формуле (1) не текущих результатов измерений тока привода (г), а запомненных со сдвигом 30 мин l(r- 30), объясняется тем, что ток привода характеризует состояние материала не на выходе из печи, а в самой печи. Величина временного сдвига в 30 мин найдена по экспери- ментальным данным {см.таблицу) в результате расчетов взаимно корреляционной функции между пористостью спека и током привода печи и определена по месту расположения экстремума этой функции

(Солодовников. Введение в статистическую динамику систем автоматического управления. М.-Л.: Гос.издат.технико-теоретической литературы, 1952, с. 160). Величина временного сдвига зависит от размеров печи и скорости ее вращения. Для печей, применяемых в глиноземном производстве, временной сдвиг находится в пределах 10- 40 мин.

Величины коэффициентов в формуле (1) определены обработкой данных таблицы. Методом наименьших квадратов. Этот метод позволяет перебором всевозможных сочетаний значений коэффициентов найти такие величины этих коэффициентов, которые обеспечивают минимум суммы квадратов отклонений величины вычисляемой по формуле (1) пористости от полученной при помощи объемных анализов проб спека на пористость согласно прототипу. Величины коэффициентов Ki- Кэ для каждой конкретной печи будут различны, так как они зависят от конструкции печи, температурных и динамических режимов процесса.

Для печей глиноземного производства эти коэффициенты лежат в широких пределах, что объясняется разнообразием печей; так, например, применяются печи длиной 50-185 м. Коэффициенты Ki-Ks охватывают соответственно диапазоны

Ki 0,009-0,9,

К.2 0,01-3,0,.

Кз 0,2-2,0,

К4 0,2-0,9,

КБ 25,0-95,0.

Исходные данные, приведенные в таблице, получены на вращающейся печи путем снятия показаний с приборов записи результатов измерений тока привода I, температуры вторичного воздуха tB, температуры спека tc, давления под с лоем спека в холодильнике Р и отбором и выполнением объемных анализов проб спека на пористость (П).

Интервал времени, за который производится усреднение величин пористостей по формулам (2) и (3), и, соответственно, коррекция пористости, вычисляемой по формуле (1), определяется эмпирически. Этот интервал зависит от конкретных особенностей технологического процесса. При его выборе исходят из того, что за этот интервал не должно быть значительных длительных отклонений в одну сторону результатов вычислений пористости по формуле от результатов объемного контроля проб на пористость.

На фиг.2 показаны схемы технологического объекта и устройства, реализующего предлагаемый способ контроля пористости. Технологический объект включает

вращающуюся печь 1 с колосниковым холодильником 2 и приводом 3. Технологический объект функционирует следующим образом. Шихта непрерывно подается в печь с холодного конца, с противоположно0 го конца подается воздух и сжигаемое топливо. Печь приводится во вращение приводом. За счет вращения печи шихта продвигается по печи, постепенно нагреваясь и претерпевая физико-химические пре5 враа1ения, в результате которых на оыходе из печи получает спек, самотеком поступающий в холодильник. В холодильнике спек перемещается по колосниковым решеткам за счет их движения. Охлаждение спека осу0 ществляется воздухом, продуваемым через решетки и сквозь слой спека. Устройство контроля состоит из измерителя давления воздуха под слоем спека 4, измерителя температуры воздуха 5, поступающего из холо5 дильника в печь, измерителя температуры спека 6, измерителя тока привода 7, пробо- отборного устройства 8, устройства объемного контроля пористости проб 9, вычислительного устройства 10 и самопи0 шущего прибора записи вычисляемой пористости 11. Измерители 4-7 соединены с входами вычислительного устройства 10, другой вход которого соединен с выходом устройства объемного контроля пористости

5 9; вход последнего соединен с пробоотбор- ным устройством 8; выход вычислительного устройства 10 соединен с входом самопишущего прибора 11. Измерители 4-7 передают результаты измерений соответствующих

0 параметров в вычислительное устройство 10, которое производит расчет пористости спека. выходящего из печи, по формуле (1) с периодом опроса измерителей 4-7, равным 1 мин (принят для примера). Пробоот5 борным устройством 8, представляющим собой ковш, вручную раз в 2 ч отбирают пробы спека, которые доставляют к устройству объемного контроля пористости 9. В устройстве 9 определяют пористости

0 проб, величины которых вводят в вычислительное устройство 10. В устройстве 10 с учетом вводимых величин пористостей проб, вычисляемых по формуле (1), производится расчет величин коррекции (П) вы5 числяемой пористости в соответствии с формулами (2-4) и вносится изменение в формулу (1) коэффициента Ki по формуле (5). Вычисляемые значения пористости с выхода вычислительного устройства поступают на вход самопишущего прибора 11, который

фиксирует значения пористости на диаграмме.

Устройство объемного контроля пористости 9, обслуживаемое операторов включает весы, разделительную воронку (мерный сосуд), снабженную краном и закрепленную в штативе, и бюретку. Объемный контроль пористости производят следующим образом, Каждую пробу взвешивают на весах и затем помещают в ворон- ку. Наполняют водой бюретку до заданной отметки и отмеренным количеством воды из бюретки заливают пробу в воронке при закрытом кране; затем кран открывают, выливают воду из воронки в бюретки, вычитая из отмеренного количества воды объем воды в бюретке, определяют объем воды, оставшейся в порах спека, и, отнеся эту величину к массе пробы спека, получают величину пористости пробы спека (q.e ).

Блок-схема алгоритма логических и вычислительных операций, обеспечивающего определение пористости спека по предлагаемому способу и заложенного в программе вычислительного устройства 10, показа- на па фиг.З. В блоке 1 реализуется ввод измеряемых величин параметров tc,to,P,l, пористости проб По и значений параметров (заданных или начальных): заданного промежутка времени Т (мин), на котором запоминают результаты измерений I; индексированных переменных l(l) (,2,...,30), в которых запоминаются результаты измерений I за последние 30 мин; переменной цикла, на которбм запоминают значения I, периода времени между двумя отборами проб Тс (мин); переменной тц, определяющей текущее время, отсчитываемое от мо едчта отбора последней пробы: переменной К, определяющей признак ввода ре- зультатэ объемного контроля пористости пробы (KL 1 - введен, К 0 - не введен); переменной цикла, определяющего пятису- точный(бО-пробный) период усреднения результатов измерений пористости. В блоке 2 последний индексированной переменной II(т) присваивается значение текущего измерения токэ привода. В блоках 3-5 организован цикл переприсваивания значений индексированным переменным ll(i) на каж- дом проходе алгоритма (т.е. 1 раз в минуту), который обеспечивает запоминание измерений параметра за 30 последних минут. В блоке 6 переменной присваивается- значение 1, что позволяет на следую- щем проходе алгоритма повторять цикл переприс ваивания значений И{1). В блоке 7 сравнивают переменную гц с Тс; если гц не превышает Тс. то управление передается

блоку 8, где Гц увеличивается на величину дискретности счета по алгоритму (1 мин): если же Гц ТС. т.е. наступил момент отбора следующей пробы, то управление передается блоку 9, в котором переменной ПУ(М) присваивается текущее вычисленное значение пористости, и управление передается блоку 10. В блоке 10 переменной тц присваивается значение 2, обеспечивающее при последующих проходах алгоритма возобновление отсчета периода времени между отборами проб. От блоков 8,10 управление передается блоку 11. В блоке 11 переменная KL сравнивается с 1; если равна 1 (KL 0), ввод результата объемного контроля пористости не произведен и управление передается блоку 17; если KL 1 (результат введен), управление передается блоку 12. В блоке 12 переменной KL присваивается значение О, что обеспечивает при последующих проходах алгоритма обходить блоки 12-16 до момента следующего введения значения объемной пористости. От блока 12 управление передается блоку 13. В блоке 13 переменная N сравнивается с числом проб за пятисуточный промежутокусреднения, если N не достигло 60, управление передается блоку 14, где N увеличивается на единицу, если , то управление передается блоку 15, в котором рассчитываются: средние за период усреднения значения пористостей проб ПоСр и соответствующих вычисляе- ПЕ

мых пористостей ПВСр. определяемых по результатам измерений tc,tB,P.l; коррекция вычисляемой пористости А П; значение коэффициента К1 с учетом этой разницы. От блока 15 управление передается блоку 16, в котором N присваивается значение 1, что позволяет при последующих проходах алгоритма обходить блоки 15,16 до момента истечения следующего пятисуточного периода усреднения. От блоков 14,16управление передается блоку 17. В блоке 17 происходит присвоение переменной тока привода ( г- -Т) значений индексированной переменной (), которая в соответствии с алгоритмом содержит информацию о том, какой была величина тока привода 30 мин назад а также вычисляются значения текущей пористости в соответствии с формулой (1); затем управление передается блоку 18 в котором производится вывод информации в виде сигнала о величине текущей вычисляемой пористсоти. По алгоритму, описанному выше, вычислительное устройство повторяет расчеты с периодом 1 мин. Сигнал о величине текущей пористости с выхода вычислительного устройства поступает на самопишущий прибор.

В описанном примере устройства применены: в качестве измерителя температуры воздуха - термоэлектрический преобразователь типа ТХА; в качестве измерителя температуры спека - пирометр спектрального отношения Спектропир в качестве измерителя давления воздуха под слоем спека - сильфонный напоромер типа НСП; в качестве самопишущего прибора - автоматический прибор следящего уравновешивания типа КС. В качестве вычислительного устройства применена вычислительная машина типа М6000.

Использование изобретения повышает оперативность и точность определения пористости спека; за счет этого достигается более точное управление процессом спекания, что приводит к повышению извлечения и выпуска глинозема из спека.

Формула изобретения Способ контроля пористости известня- ково-нефелинового спека, получаемого при спекании возвращающейся печи с колосниковым холодильником, заключающийся в том, что периодически отбирают пробы спека на выходе из печи перед холодильником, каждую пробу взвешивают, помещают в мерный сосуд, заливают отмеренным количеством воды, сливают воду из сосуда, измеряют объем слитой воды, вычисляют объем воды, оставшейся в порах спека, вычитая из отмеренного количества воды объем слитой воды, и определяют отношение величины объема воды в порах спека к массе пробы

спека, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения пористости спека, выходящего из печи, дополнительно непрерывно измеряют температуру

спека на выходе из печи, ток привода печи, температуру воздуха, поступающего в печь из холодильника, и давление воздуха под слоем спека в холодильнике, вычисляют значения пористого спека, выходящего из

печи, по формуле

П(г)К1-К2 Г(г-Т)-Кз ts{r)- -К4 tc(r)-Ks P(r),

где г-текущее время;

Т - заданный промежуток времени; tc(fr) - температура спека; (г -Т) - ток привода; Р( г) - давление воздуха под слоем спе- ка в холодильнике;

tB( т) - температура воздуха из холодильника:

Ki-Ks - настроенные коэффициенты, периодически на заданном интервале вре- мени фиксируют значения пористости, определяемые в пробах и вычисляемые по формуле в моменты отбора проб, определя - ют средние значения тех и других пористо- стей, в заданном интервале времени, рассчитывают разность между найденными средними значениями пористостей и при положительной величине разности увеличивают, а при отрицательной уменьшают значения вычисляемой по формуле пористости пропорционально этой разности.

Of-

F

X№08

fbwrnzK

-J

S

L- J

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к контролю физико химических характеристик полупродуктов металлургического производства, и может найти применение в промышленности строительных материалов. Периодически отбирают пробы спека и определяют отношение величины обьема воды, заполняющей поры спека, к массе пробы спека. Затем дополнительно непрерывно измеряют температуру спека на выходе из печи, ток привода печи,- температуру воздуха, поступающего в печь из холодильника, и давление воздуха под слоем спека в холодильнике. По этим измерениям определяют по формуле пористость спека, выходящего из печи, и значения вычисляемой пористости корректируют по результатам определения пористости в пробах спека. 3 ил., 1 табл iCO

д. „ / // / A ° y: .y., f . y

с л

2 /J

т л

P

JU-Tt

Of

II a rt

У

28CC8Z.l

АЛчШъйЪ

,. Wft,fat.t

-Г KlVo)

х5гг.

r-Ј

ftV-jfsp:

Я 9-МВ$ An Z flei -nnj

/- «Л А/7

i

-IfIfr-V 2M)

fit Kt -fo i (c-Ti Kt tg{)K, tcft) Kr.f(};

ft .y

(c3twpcf tt« fluff)/

(otTbxef J

tr3

ftfT.

s