Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса, цели и задачи исследования 8
1.1. Анализ отечественного и зарубежного опыта по управлению качеством концентрата 8
1.2. Характеристика особенностей месторождения, организации добычных и обогатительных процессов Лебединского ГОКа 19
1.3. Цели, задачи, методика работы 27
2. Модели и алгоритмы оптимального управления обогатительным комплексом 30
2.1. Структура технологического процесса обогатительной фабрики 30
2.2. Технологическая значимость управляющих воздействий. 35
2.3. Иерархическая система критериев и задач оптиглажьного управления 39
2.4. Алгоритм локальной условной оптимизации 46
2.5. Алгоритм технолого-экономической оптимизации обогатительного комплекса 56
2.6. Идентификация сортов перерабатываемой руды 64
2.7. Структура оптимального управления обогатительным комплексом 68
Выводы 73
3. Экспериментальное определение параметров моделей управления обогатительным комплексом 75
3.1. Методика проведения экспериментальных исследований .. 75
3.2. Построение и анализ регрессионных зависимостей результативных показателей от управляющих воздействий 87
Построение и анализ базовых многомерных плотностей распределения информационных показателей 105
Выводы III
Оперативное управление качеством концентрата .
Условия эффективности управления обогатительным комплексом 113
Алгоритмы одновременного формирования нескольких технологических сортов руды . 116
Организационная структура системы управления качеством концентрата 120
Выводы 126
Заключение 128
Литература 131
Приложения 140
- Анализ отечественного и зарубежного опыта по управлению качеством концентрата
- Характеристика особенностей месторождения, организации добычных и обогатительных процессов Лебединского ГОКа
- Структура технологического процесса обогатительной фабрики
- Методика проведения экспериментальных исследований
Введение к работе
Актуальность темы. Современный технический уровень черной металлургии и задачи по её дальнейшему развитию в свете решений ХХУІ съезда КПСС требуют непрерывного совершенствования способов подготовки и обогащения железных руд, роста производства высококачественного концентрата и снижения его себестоимости.
Повышение качества концентратов на обогатительных фабриках приводит к существенному эконоглическому эффекту в металлургическом переделе. Экономия, полученная при выплавке чугуна, в 3-4 раза превышает затраты, связанные с повышением содержания железа и его стабилизацией в концентрате.
Качество концентрата формируется в результате определенной организации и управления как добычными, так и обогатительными процессами. В современных условиях усложнения горно-геологических факторов, с одной стороны, и оснащения обогатительных фабрик современными средствами контроля и регулирования, с другой, возрастает актуальность и значимость организации и согласования процессов добычи, усреднения и обогащения руды. Следовательно, является актуальной научная задача обоснования принципов и условий эффективного формирования стабильного качества железорудного концентрата.
Целью работы является установление зависимостей показателей качества концентрата от значений параметров управления процессами обогащения и качественного состава перерабатываемой руды и разработка на их основе методики формирования стабильного качества концентрата,обеспечивающей при заданном качестве., высокие технико-экономические показатели горного производства.
Основная идея работы заключается в учете адаптивных воз- мощностей современных обогатительных фабрик при оперативном управлении процессами добычи и усреднения руды.
Научные положения,разработанные соискателем,и новизна. Для организации оптимального управления обогащением железистых кварцитов следует применять разработанные модели и алгоритмы, отличающиеся возможностью регулирования всего комплекса режимных параметров (степени заполнения мельниц, расхода воды в мельницы, плотностей сливов классификаторов и гидроциклонов) в зависимости от изменения качественного состава руды.
Для повышения использования горного и транспортного оборудования в карьере и обеспечения высоких технико-экономических показателей обогащения в отличие от усреднения руды в общем потоке целесообразно посортовое формирование рудопотоков с переменным плановым значением показателя качества с последующей идентификацией сортов руды при их обогащении.
Между качественными характеристиками руды определенных сортов и плотностями многомерных распределений технологических параметров имеются взаимно-однозначные соответствия, позволяющие идентифицировать сорта руды по разработанным алгоритмам, отличающимся использованием многомерных корреляционных таблиц.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций достигается: -корректным использованием методов системного анализа, экономико-математического моделирования,экономико-статистического анализа взаимосвязи технико-экономических показателей работы горно-обогатительного комбината; -обширными экспериментальными исследованиями взаимосвязи качественного состава, параметров управления и результативных показателей процессов обогащения; - положительными результатами внедрения на Лебединском ГОКе основных положений методики формирования стабильного качества концентрата.
Значение работы. Научное значение работы заключается в установлении зависимостей показателей качества продуктов обогащения от параметров управления процессами обогащения и качественного состава перерабатываемой руды для обоснования принципов и условий эффективного формирования стабильного качества концентрата.
Практическое значение состоит в разработке методики формирования стабильного качества концентрата,включающей рекомендации по составу комплекса управляющих воздействий, алгоритмы и программы выбора оптимальных значений параметров управления процессами обогащения, алгоритмы формирования посортовых рудо-потоков, что обеспечивает заданное качество концентрата и рост производительности обогатительной фабрики на 8-13 %,
Реализация выводов и рекомендаций работы. НаЛебединском ГОКе внедрены: рекомендации о выборе в качестве управляющих воздействий для оптимизации функционирования технологических линий обогащения задающих уставок систем автоматического регулирования следующих параметров: степени заполнения мельниц, расхода воды в мельницы, плотности сливов классификаторов; рекомендации о включении системы автоматического регулирования плотности слива гидроциклонов в комплекс управляющих воздействий для оптимизации процессов обогащения; алгоритмы и программы выбора оптимальных значений управляющих воздействий.
Общий годовой экономический эффект составляет 251,5тыс.руб.
Апробация работы. Основные положения и разделы диссертационной работы докладывались на Ученом совете НШША им, Л.Д. Шевякова ( 1975-Х983гг), на Всесоюзных семинарах в г. Киеве (1978, 1979гг), на областных научно-технических конференциях в г. Губкине Белгородской области ( 1980, 1981 гг) и г. Качка-наре Свердловской области ( 1982 г).
Публикация. По теме диссертации опубликовано II научных статей.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 173 стр. машинописного текста, включая 19 рисушюв, 16 таблиц и список литературы из 75 наименований.
Анализ отечественного и зарубежного опыта по управлению качеством концентрата
Современный технический уровень черной металлургии и задачи по её дальнейшему развитию в свете решений ХХУІ съезда КПСС требуют непрерывного совершенствования способов подготовки и обогащения железных руд, роста производства высококачественного концентрата и снижение его себестоимости.
Повышение качества концентрата на обогатительных фабриках приводит к существенному экономическому эффекту при производстве чугуна и стали. Так, экономия, полученная при выплавке чугуна, в 3-4 раза превышает затраты, связанные с повышением содержания железа и его стабилизацией в концентрате / 3.2 /.
По ГОСТу качество продукции - совокупность свойств продукции, обусловливающих её пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с её назначением / 7.1/.
Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 15 августа 1975 года " Об опыте работы партийных организаций и коллективов передовых предприятий промышленности Львовской области по разработке и внедрению комплексной системы управления качеством продукции" /I.I/ послужило началом перехода от систем, ставивших своей целью повышение качества продукции к системам, обеспечивающим комплексное управление качеством.
Методическими указаниями определено, что КС УКП предприятия - это регламентированная нормативными документами совокупность взаимосвязанных организационных, технических, экономических, социальных и идеологических мероприятий, методов и средств, направленных на установление, обеспечение, поддержание и восстановление необходимого уровня качества продукции при её разработке, изготовлении, обращении и эксплуатации или потреблении / 7.3 /. Основные принципы комплексного управления качеством минерального сырья сформулированы и обоснованы в работах / 3.1, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6 /.
Отраслевым стандартом определены 16 функций, посредством которых осуществляется управление качеством / 1.3 /.
Для повышения качества концентрата, формирующегося в системе карьер-обогатительная фабрика, особую важность имеют взаимосвязанные функции планирования, организационно-производственного обеспечения, а также технологического и информационного обеспечения.
Качество концентрата формируется в результате определенной организации и управления добычными и обогатительными процессами. Академик В.В. Ржевский отмечал, что "увязка технологии горных работ с технологией обогащения при условии обеспечения максимальной экономической эффективности всего комплекса является задачей первостепенной важности" /3.1/. Оборудование, технология и режимные параметры обогащения проектируются в расчете на переработку руды стабильного усредненного качества."На практіше технологический режим настраивается на некоторую среднюю руду, представление о которой составляется на основе предшествующего опыта переработки руды и геологического прогноза на будущее. Непостоянство минерального состава руды, направляемой в обогащение, вызывает необходимость частой перестройки отдельных параметров технологического режима. Это усложняет управление процессом и несмотря на все условия не обеспечивает работу фабрики в наивыгоднейшем режиме" /3.26 /.
При отклонении показателей качества руды ( К ) от среднего уровня происходит ухудшение показателей обогащения - снижается качество концентрата (содержание железа), уменьшается производительность мельниц,извлечение железа в концентрат и т.д. / 3.2, 3.6, 3.20, 3.25, 4.1, 4.2, 5.1 /. Существуют и развиваются несколько путей достижения адекватности условий обогащения и качественных особенностей перерабатываемой руды, при которой обеспечивается заданное качество концентрата и высокие технико-экономические показатели производства. Прежде всего, это стабилизация качества руды на заданном уровне, соответствующем существующей технологической схеме, настройке обогатительного оборудования.
В работах / 3.4, 3.7, 4.14, 4.15 / предложены методы расчета годовых и квартальных планов ведения горных работ в режиме усреднения, основанные на применение методов динамического и линейного программирования.
Основным критерием при оперативном планировании является минимизация отклонения содержания полезного компонента в руде, поступающей на обогащение, от планового / 3.4. 3.12, 4.3, 4.4, 4.5 /. Решение задач недельно-суточного и сменного планирования приведено во многих работах / 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10 /.
Характеристика особенностей месторождения, организации добычных и обогатительных процессов Лебединского ГОКа
Исследование зависимостей качества концентрата от параметров управления процессами обогащения и качественного состава перерабатываемой руды, необходимых для разработки методики оперативного управления качеством концентрата, производилось для условий Лебединского горно-обогатительного комбината - одного из крупнейших и типичных представителей предприятий железорудного бассейна Курской магнитной аномалии.
Лебединское месторождение представляет собой крупную горизонтальную пластообразную залежь богатых сидерито-магнетито-вых руд размером до 1200 х 2300 м в плане при средней мощности 22 м. Непосредственно под богатыми рудами залегают железистые кварциты, образующие массив протяженностью до 3 км, вытянутый с юго-запада на северо-восток. Запасы неокисленных кварцитов превышают 1400 млн.тонн /7.4/.
Железистые кварциты представляют собой метаморфические преобразования первично-осадочного происхождения; характеризуются полосчатым строением, которое обусловлено чередованием полосок различных минералов: рудных (магнетитових,гематитових),
нерудных (кварцитных, силикатных, карбонатных) и смешанных.Рудные минералы - магнетит, гематит (железная слюдка), мартит. Основные породообразующие минералы железистых кварцитов представлены кварцем, щелочными амфиболами, куммингтонитом; второстепенные - карбонаты, биотит, хлорит, полевые шпаты, эгирин, тальк, гранат, апатит.
Различные количественные сочетания магнетита, гематита и кварцита с остальными породообразующими минералами выражаются в форме так называемых минералогических видов железистых кварцитов. Все известные на месторождении минералого-петрографичес-кие разновидности по вещественному составу и физикомеханическим свойствам объединяют в следующие технологические типы: 1. Железно-слюдко-магнетитовые железистые кварциты; 2. Щелочно-амфиболо-магнетитовые железистые кварциты; 3. Куммингтонито/-магнетитовые железистые кварциты; 4. Биотито-магнетитовые .железистые кварциты; 5. Малорудные железистые кварциты; 6. Дайки и сланцы; 7. Полуокисленные кварциты с примесью окисленных.
По гранулометрическому составу распространенные на месторождении виды железистых кварцитов обнаруживают существенные различия. Наиболее крупно вкрапленным является магнетитовый железистый кварцит с доломитом, тальком, эгирином и щелочными амфиболами ( средний размер агрегатов магнетита 0,18мм, отдельных зерен 0,073 мм), наиболее тонко вкрапленным - биотито-магне-титовый железистый кварцит (средний размер агрегатов магнетита 0,07 мм, отдельных зерен 0,047мм). Железно-слюдко-магнетнто-вые и куммингтонито-магнетитовые кварциты занимают промежуточное положение.
По прочности межзерновых связей самым слабым является же-лезно-слюдко-магнетитовый кварцит, затем следует щелочно-магне-титовый, кувдмингтонито-магнетитовый и биотито-магнетитовый.
Различия между петрографическими видами железистых кварцитов по величине вкраплений зерен магнетита сказывается в том, что при одной и той же крупности измельчения наиболее богатый концентрат дают самые крупно вкрапленные кварциты, а наиболее бедный - самые тонко вкрапленные.
Коэффициенты крепости кварцитов по шкале Протодьяконова-. для окисленных 6-Ю; полуокисленных 8-12, неокисленных 10-16, размер зерен магнетита колеблется в пределах 0,03-0,3 мм, агрегатов магнетита 0,18-1,5 мм.
Минимальное промышленное содержание железа магнетитового - 16$. Среднее содержание в кварцитах железа общего 34-35%, железа магнетитового - 28 %, Естественная влажность кварцитов 3%.
Обогатительная фабрика Лебединского ГОКа расчитана на переработку железистых кварцитов Лебединского месторождения. Согласно технологической инструкции / 7.4 / на фабрику должна поступать усредненная по геолого-технологическим сортам руда крупностью 0 - 1200 мм.
Для доставки руды на обогатительную фабрику используется комбинированный транспорт. Взорванная руда автосамосвалами ВД - 1200 и Белаз - 548 транспортируется из добычных забоев экскаваторов- ЭКГ - 8 на перегрузочно-усреднительные склады,затем железнодорожным транспортом подается на приемные устройства корпуса дробления. Дробленая руда ленточными конвейерами по наклонной галерее транспортируется в корпус отделения обогащения, где при помощи разгрузочных тележек распределяется по бункерам силосного типа.
Структура технологического процесса обогатительной фабрики
Структурно обогатительная фабрика представляет собой систему последовательно-параллельно соединенных измельчительных, классифицирующих и обогатительных агрегатов. Современные схемы магнитного обогащения железных руд рассмотрим на примере обогатительной фабрики Лебединского ГОКа / 7.4./. Руда транспортируется из карьера железнодорожными составами и разгружается в конусные дробилки корпуса крупного дробления; дробленная руда по системе конвейеров поступает в приемные бункеры корпуса обогащения (рис.2.1 ). Из бункеров руда поступает в мельницы мокрого самоизмельчения (ММС), где измельчается совместно с возвращаемыми галей и песками. В мельницах самоизмельчения измельчащей средой служат крупные куски измельчаемой руды. На выходе мельницы посредством бутары происходит выделение рудной гали и готового измельченного продукта. Галя подается в мельницу рудно-галечного измельчения (МРГ) или возвращается в ММС на доизмель-чение. Измельченный продукт в виде пульпы поступает в классификатор, где разделяется на два класса: пески и слив. Пески направляются в мельницу ММС на доизмельчение, а слив поступает на магнитные сепараторы первой стадии обогащения, где разделяется на два продукта: хвосты, поступающие в цех оборотного водоснабжения, и промпродукт, который поступает в технологический зумпф и затем насосами подается на классификацию в гидроциклоны диамСлив мельницы рудногалечного измельчения поступает на спиральный классификатор, где происходит разделение на пески и слив. Пески направляются на доизмельчение в мельницу МРГ, а слив - на вторую стадию магнитного обогащения, где происходит разделение на хвосты и промпродукт. Хвосты самотеком поступают по лотку в цех оборотного водоснабжения, а промпродукт второй стадии магнитного обогащения объединяется в технологическом зумпфе с обогащенным продуктом первой стадии и насосами 12 ГРК -8 подается на классификацию в гидроциклоны диаметром 350 мм. Пески гидроциклонов направляются на доизмельчение в рудногалечную мельницу МРГ. Для рудногалечных мельниц в качестве измельчающей среды используются крупнопусковые фракции, выделяемые из измельчаемой руды. Слив гидроциклонов поступает на обесшяамливание в депшама-торы, где происходит разделение материала на два продукта: пески и слив. Слив дешяаматоров направляется в общий хвостовой лоток, а сгущенный продукт насосами 8 ГРК-8 подается на магнитные сепараторы третьей стадии магнитного обогащения, где происходит разделение на хвосты и обогащенный продукт. Хвосты направляются в общий хвостовой лоток, обогащенный продукт поступает в технологический зумпф другой полусекции и насосами 12 ГРК-8 подается на третью стадию классификации в гидропиклоны диаметром 350мм.
Пески гидроциклонов самотеком поступают на третью стадию измельчения в рудногалечную мельницу МГР, работающую в замкнутом цикле с односпиральным классификатором типа І КСН-24Б, который служит для выделения из продукта разгрузки мельницы рудного скрапа ( обработанной гали), возвращаемого конвейерами на первую стадию измельчения.
Слив классификатора третьей стадии измельчения поступает на четвертую стадию магнитного обогащения в сепараторы с противоточной ванной.
Обогащенный продукт четвертой стадии обогащения объединяется в технологическом зумпфе с промпродуктом третьей стадии. Хвосты самотеком поступают по лотку в цех оборотного водоснабжения. Слив гидроциклонов третьей стадии классификации поступает в дешламаторы, на полусекции работает три дешламатора. Пески дешламаторов направляются на пятую стадию магнитного обогащения, осуществляемую в сепараторах с полупротивоточной ванной. Слив направляется в общий хвостовой лоток; черновой концентрат обезвоживается на дисковых вакуум-фильтрах типа ДШ 68 х2,5У и разгружается на сборные конвейеры.
Полученный концентрат по системе конвейеров может поступать на склад концентрата и на фабрику окомкования.
Условно фабрику можно разделить на два обогатительных комплекса, каждый из которых состоит из четырех параллельно работающих секций, объединенных сборными конвейерами. По отношению к обогатительному комплексу ставится задача производства кондиционного концентрата с заданным содержанием железа ( р ).
Современные обогатительные фабрики оснащены техническими средствами контроля и регулирования технологических процессов измельчения, классификации и обогащения.
Технической базой автоматизированных систем управления технологическими процессами обогатительных фабрик в настоящее время являются управляющие вычислительные комплексы.
Методика проведения экспериментальных исследований
Для получения количественной определенности моделей спланированы и проведены обширные экспериментальные исследования зависимостей между качественным составом руды ( К ), управляющими воздействиями { U ), результативными ( R ) и информационными (J ) показателями технологических процессов Лебединского ГОКа.
Анализ априорной информации, а также результатов предвари тельных экспериментов показывает, что среди основных качествен ных показателей руды, оказывающих влияние на результативные по казатели обогатительных фабрик с самоизмельчением руды являют ся: содержание железа в исходной руде ( Л ), крупность ( & ), соотношение типов руд по измельчаемости (ju ), а также их ва риации ( о ), то есть К (Ж? k? /uf 6 I . Соотношение типов руд по измельчаемости оказывает наиболее существенное влияние на показатели обогащения, в том числе и на качество концентрата ( jb ) и при доле трудноизмельчаемых кварцитов свы ше 40 % в условиях обогатительной фабрики Лебединского ГОКа ве лика вероятность получения некондиционного концентрата.
В таблице 3.1 приведены зависимости результативных показателей обогащения от соотношения типов руд по измельчаемости, полученные методом регрессионного анализа при постоянных зна Увеличение доли трудноизмельчаемых ( силикатно-магнетитовых) кварцитов до 30 - 40$ вызывает снижение производительности мельниц по руде (рис.3.I ). При этом заметна тенденция к снижению содержания железа в концентрате (рис. 3.2 ) и при доле трудноизмельчаемых кварцитов выше 40 % велика вероятность получения некондиционного концентрата. Увеличение доли магнетитових кварцитов приводит к снижению содержания железа в хвостах (рис. 3.3) увеличению выхода концентрата ( рис. 3.4 ) и извлечению железа в него ( рис. 3.5 ). Доля разубоживающих пород, представленных безрудными и слаборудными кварцитами, дайками и сланцами, в процессе эксперимента изменялась в незначительных пределах. По результатам обработки экспериментальных данных установлено их отрицательное влияние на выход концентрата (рис. 3.6).
С учетом средней доли трудноизмельчаемых кварцитов по месторождению (примерно 30 %), а также необходимости обеспечения различимости условных сортов руды как при их формировании, так и при переработке определены следующие три условных сорта:
Руда каждого исследуемого сорта складировалась на перегрузочном складе отдельным штабелем емкостью 12 тыс. тонн с последующей транспортировкой в два крайних бункера технологической секции обогатительной фабрики А! I, оснащенной средствами автоматического контроля и регулирования. Продолжительности переработки руды каждого выделенного сорта - 4 смены при трехстадиалъ-ной схеме измельчения и 4 смены на одной из полусекций при двухстадиальном измельчении. Управляющие воздействия - задающие уставки системам автоматического регулирования - изменялись через один час по ортогональному центрально-композиционному плану.
Число опытов, необходимое для отыскания условий процесса, зависит от числа факторов (размерности управляющего вектора U ), взаимного их влияния друг на друга и числа уровней каждого фактора. Так в случае полного факторного эксперимента для четырех факторов при установлении трех различных уровней требуется проведение N =3 = 81 опыта. Ортогональный центрально-композиционный план позволяет сократить необходимое число опытов до А/ = 25,что весьма существенно при проведении промышленных экспериментов, специфика которых - трудность обеспечения длительного постоянства качества руды, а также стремление уменьшить ущерб от не оптимально с ти управления во время эксперимента - побуждает сократить длительность экспериментального исследования эффективности обогащения каждого сорта руды.
