Введение к работе
Актуальность работы. Производство цинка - одно из основных направлений цветной металлургии страны. В 90-ых годах резко увеличилась конкуренция на рынке цинка. Для сохранения своих позиций перед заводами возникла проблема увеличения производства цинка с улучшением его качества и уменьшением затрат на производство, особенно электроэнергию. Это определило необходимость реконструкции заводов с ориентацией на внедрение современных информационных технологий.
Крупнейшими в РФ производителями цинка являются ОАО «Челябинский цинковый завод» и ОАО «Электроцинк». Эти и другие заводы по производству цинка работают по классической гидрометаллургической схеме: обжиг цинковых концентратов, выщелачивание огарка с очисткой растворов и электролитическое осаждение цинка с последующим переплавом катодов. Процесс производства цинка подробно исследован в работах М.Д. Кудимы, А.П. Снурникова, Г.Г. Михайлова, A.A. Лыкасова, Ю.М. Смирнова и др.
Конечной целью процесса электролиза цинка является обеспечение максимального извлечения катодного цинка из нейтрального раствора с минимальными эксплуатационными затратами, которые определяются расходом электроэнергии и рабочей силы, получение товарной продукции с наибольшими потребительскими качествами. На качество процесса электролиза цинка оказывают влияние нестабильность основных параметров и неопределенность параметров рабочего режима, обеспечивающих зону повышенного качества цинка. Все это сдерживает рост объемов катодного цинка и ставит задачи по обеспечению оптимального технологического режима.
В данной работе рассматриваются вопросы построения системы управления технологическим режимом процесса электролиза цинка. Целью разрабатываемой системы управления является идентификация параметров процесса, выработка критериев оценки работы персонала по обслуживанию ванн, повышение чистоты выпускаемого цинка и улучшение технико-экономических показателей процесса электролиза цинка.
Изложенное выше определяет актуальность исследования процесса электролиза цинка в промышленных условиях и необходимость создания высокоэффективной системы управления технологическим режимом процесса электролиза цинка, учитывающей работу вспомогательных и обслуживающих процессов, включающих в себя сдирку цинка с катодов, чистку анодов от марганцового шлама и их правку, чистка электролизных ванн от шлама и влияние концентрации примесей в нейтральном растворе на выход по току катодного цинка.
Цель диссертационной работы. Разработка системы управления технологическим процессом электролиза цинка, позволяющей обеспечить максимальный выход по току цинка в рабочем диапазоне изменения параметров и снизить затраты на электроэнергию и сырьё.
Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
-
исследование и анализ параметров технологического процесса электролиза цинка в промышленных условиях;
-
разработка математической модели функциональной задачи исследования влияния параметров процесса электролиза цинка на выход цинка по току;
-
разработка метода контроля и идентификации параметров процесса электролиза цинка;
-
разработка алгоритмов реализации метода контроля и идентификации показателей процесса электролиза цинка;
-
разработка системы управления технологическим процессом электролиза цинка.
Методы исследования включают в себя математическое моделирование, методы статистической обработки данных, методы идентификации, промышленные исследования, метод пассивного эксперимента. Научная новизна работы:
-
-
Получены новые регрессионные модели зависимостей параметров процесса электролиза цинка (выхода по току цинка от концентрации хлора, кобальта, кадмия и марганца в нейтральном растворе и от концентрации серной кислоты в отработанном электролите; концентрации серной кислоты в отработанном электролите от концентрации цинка в отработанном электролите, от токовой нагрузки, от концентрации в нейтральном растворе цинка; концентрации цинка в нейтральном растворе от плотности нейтрального раствора), которые позволяют в рамках АСУТП осуществлять расчёт оптимального состава примесей нейтрального раствора;
-
Разработан метод контроля и идентификации параметров процесса электролиза цинка, позволяющей в комплексе учитывать технологические данные процесса электролиза цинка, включая эффективную организацию обслуживания электролизных ванн и формирование информации по оптимальному составу примесей нейтрального раствора;
-
Разработаны алгоритмы реализации метода контроля и идентификации параметров процесса электролиза цинка (алгоритм идентификации параметров математической модели процесса электролиза цинка, алгоритм определения выходных параметров процесса электролиза цинка, алгоритм формирования баз данных по обслуживанию электролизных ванн, алгоритм оптимизации подбора состава лигатуры анодов) и найдены оптимальные режимы, обеспечивающие максимальный выход по току катодного цинка и позволяющие снизить затраты на электроэнергию;
-
Разработана функциональная структура системы управления технологическим режимом процесса электролиза цинка, позволяющая оператору технологу выработать управляющие воздействия для процесса анодной плавки по критерию минимизации расхода лигатуры, для процесса обслуживания ванн, а также выработать управляющие воздействия на кислотный режим процесса, при котором выход цинка по току максимален.
Объект исследования: система управления промышленным процессом
электролиза цинка.
Предмет исследования: модели взаимосвязи параметров технологического процесса и алгоритмы обработки технологических данных, обеспечивающие максимальный выход по току и снижение затраты на электроэнергию при управлении процессом электролиза цинка.
Практическая значимость диссертационной работы:
-
-
-
На основании проведенного регрессионного анализа технологического процесса разработаны рекомендации для оператора-технолога по совершенствованию технологического режима в области приведения состава нейтрального раствора к оптимальному (определены оптимальные концентрации примесей в нейтральном растворе, обеспечивающие максимальный выход по току цинка).
-
Разработанный метод контроля и идентификации параметров процесса электролиза цинка может быть использован при разработке и совершенствовании системы управления технологическим режимом процесса электролиза цинка.
-
Разработанная система управления технологическим режимом процесса обеспечивает максимальный выход по току цинка и минимизирует экономические затраты на производство.
-
Ожидаемый экономический эффект от использования в практической деятельности НПК «Югцветметавтоматика» составит 1200 тыс. руб. в год.
Реализация и внедрение результатов. Результаты диссертационной работы приняты к использованию в практической деятельности НПК «Югцвет- метавтоматика» с ожидаемым экономическим эффектом не менее 1200 тыс. руб. в год за счет повышения производительности, снижения расхода анодов на 5 - 7% и увеличения выхода по току на 1 - 1,5 % для цеха производительностью 90 тыс. т/год.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются использованием общепринятой теоретической и методологической баз исследований, методов математической статистики, теории принятия решений, методов прогнозирования, а также соответствием результатов исследований практическим данным работы цеха электролиза цинка завода ОАО «Электроцинк».
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на IX международной научно - практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», Санкт- Петербург, 2010г.; II международной научно - практической конференции «Молодые учёные в решении актуальных проблем науки», Владикавказ, 2011; на ежегодных научно-технических конференциях проводимых в СКГМИ (ГТУ) в 2008 г. - 2011 г.
Личный вклад автора. Основные научные положения, выводы и рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 научных трудах, из них 3 статьи в журналах, включённых в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, 4-х приложений и списка использованной литературы. Содержание диссертации изложено на 116 листах машинописного текста и включает 26 иллюстраций и 2 таблицы. Список литературы содержит 95 наименований.
Похожие диссертации на Исследование процесса электролиза цинка и разработка системы управления технологическим режимом
-
-
-
