Введение к работе
Актуальность темы: На современном этапе развития экономики и бизнеса большое значение имеет снижение себестоимости продукции, в том числе, и за счет снижения затрат на ремонты и обслуживание технологического оборудования. При этом рост производства цветных металлов обуславливает увеличение объемов перерабатываемой руды, и, как следствие, нагрузки на технологическое оборудование. В связи с этим растут потери производства, вызванные простоями оборудования и затратами на его ремонт. Одной из основных причин выхода из строя оборудования является воздействие на него рудозасоряющих металлических предметов, появление которых обусловлено существующей технологией добычи руды. Эти предметы представляют собой элементы крепления горных выработок, фрагменты колосниковых решеток грохотов, футеровки рудоспусков и бункеров, детали машин и механизмов и другие металлические приспособления, используемые в повседневной производственной деятельности. Так за 2005 г. прямые затраты на ремонты технологического оборудования Талнахской обогатительной фабрики (ТОФ) заполярного филиала открытого акционерного общества горно-металлургическая компания «Норильский Никель» (ЗФ ОАО ГМК «Норильский Никель»), вышедшего из строя вследствие воздействия рудозасоряющих металлических предметов, составили около 10 млн. руб., а за 2006 г. около 15 млн. руб.
Основными последствиями этих воздействий являются порывы конвейерных лент (до сотен метров) или разрушение узлов дробильных машин (заклинивание конусной дробильной машины, повреждение самого конуса, а также разрушение шестерней редуктора привода этой машины). Одним из путей решения этой проблемы явилось оснащение конвейерных линий доставки руды магнитными уловителями. Однако это не принесло ощутимых результатов, так как с их помощью удаляются только предметы, лежащие на поверхности транспортируемой руды, и не удаляются немагнитные металлические предметы, представляющие значительную часть металлических рудозасоряющих предметов.
Более эффективным способом решения проблемы снижения количества отказов оборудования является введение в технологические переходы переработки руды высокоэффективных автоматических устройств обнаружения посторонних металлических предметов.
Проведенные на ЗФ ОАО ГМК «Норильский Никель» испытания, анализ перспективных, а также выпускаемых серийно отечественной и зарубежной промышленностью устройств, показал их низкую эффективность, так как использование подобных устройств для контроля богатых медно-никелевых руд, приводит к значительному количеству ложных срабатываний вследствие их низкой селективности.
В связи с этим разработка эффективных устройств обнаружения металлических предметов в потоке транспортируемого сырья и материалов и в настоящее время является актуальной задачей.
Цели и задачи исследования: Целью настоящего исследования является повышение эффективности работы устройств обнаружения металлических предметов. Исходя из указанной цели в работе решаются следующие научные и практические задачи:
исследование и анализ технологических процессов горно-обогатительного производства, требующих обнаружения и удаления посторонних металлических предметов;
анализ и классификация методов и устройств автоматического обнаружения рудозасоряющих предметов;
аналитическое исследование и разработка датчика обнаружения металлических предметов;
разработка методики расчета сигнала и чувствительности вихретокового датчика;
разработка структуры устройства для обнаружения металлических предметов в руде.
Методы исследования: Задачи исследования решались путем комплексного подхода учитывающего как технологические, так и технические стороны проблемы, с помощью аналитических и экспериментальных методов.
В процессе разработки чувствительного элемента для обнаружения металлических включений и его экрана, при расчете электромагнитного поля использовался метод конечных элементов, а при определении выходных параметров датчика метод энергетического баланса, математической статистики и теорема Умова-Пойнтинга.
Оптимизация и синтез элементов устройства обнаружения металлических включений выполнен с применением методов спектрального анализа, теории оптимальной линейной фильтрации сигналов и методов имитационного моделирования.
Все необходимые расчеты проводились с применением программных комплексов Elcut, Matlab, Mathcad.
Научная новизна: полученных результатов заключается в том, что:
на основании проведенных исследований и анализа определены причины засорения руды металлическими предметами и разработана их классификация;
на основании расчетов электромагнитного поля предложено обоснование выбора конструктивного исполнения первичного преобразователя, а также оптимизация размеров и формы его экрана;
предложена методика расчета чувствительности предлагаемых устройств обнаружения металлических включений на фоне руды;
выполнена оптимизация и синтез структуры частотнозависимых узлов устройства обнаружения металлических включений;
разработано новое, защищенное патентом, устройство для обнаружения металлических включений, создана и испытана его лабораторная модель.
Практическая ценность работы состоит в создании новых технических средств для обнаружения металлических включений в руде. Практическая реализация результатов позволит сократить количество отказов и затраты на ремонт технологического оборудования вышедшего из строя, вследствие воздействия на них металлических включений, а также будет способствовать увеличению производительности горно-обогатительного производства.
Результаты диссертационной работы можно использовать на предприятиях горно-металлургической, строительной и в других отраслях промышленности.
На защиту выносятся:
-
Классификация рудозасоряющих металлических включений по критериям существенным для разработки устройства их обнаружения;
-
Конструкция первичного преобразователя и его экран;
-
Методика расчета чувствительности датчика;
-
Структура устройства обнаружения металлических включений в потоке руды.
Апробация работы.
Полученные автором результаты исследований докладывались на:
Региональной научно-технической конференции «Молодые ученые Норильского промышленного района Российскому северу» г. Норильск 2006 г.;
Научно-практических конференция студентов и аспирантов Норильского индустриального института 2006-2007 г.;
Заседаниях кафедры Э и АТПП ГОУ ВПО «Норильский индустриальный институт».
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в четырех научных работах общим объемом 1,5 печатных листа.
Имеется патент на изобретение RU 2332691 C1, МПК G01V3/11, опубл 27.08.2008, бюл №24. «Устройство для обнаружения металлических предметов в потоке материала» / Синицын В. И., Тараканов Е. А.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы из 70 источников, 50 рисунков и приложений.
