Факультет: ФВТИ Специальность: "Компьютерные интеллектуальные системы и сети" Тема: "Автоматизированная система контроля содержания алюминия в потоке боксита" Руководитель:Шевченко О.Г.
Актуальнiсть теми:
У ланцюгу технологiчного процесу отримання алюмiнiю одним з ключових процесiв є збагачувальний процес, який дозволяє видiлити з початкової сировини оксид алюмiнiю, який надалi проходить хiмiчну обробку для отримання чистого металу.
На етапi збагачення дуже важливо витримати правильнi пропорцiї матерiалiв, що використовуються в цьому процесi, iнакше їх недолiк спричинить неповне вироблення оксиду алюмiнiю, а зайва кiлкiсть - зайвi витрати фiнансових коштiв на закуп матерiалiв.
Метою проекту є здiйснення прогнозу в технологiчному процесi збагачення, який би дозволив мiнiмiзувати витрати на матерiали збагачення i повнiстю використати початкову сировину для витягання максимальної вигоди виробництва.
Як початкова сировина використовується високопробна глина, а головним матерiалом при збагаченнi - луг. Система, що розробляється дозволяє в реальному часi визначати концентрацiю оксиду алюмiнiю в глинi, яка поступає по стрiчках конвейєра i передавати данi на наступну ланку технологiчного процесу для прийняття ним остаточного рiшення про кiлькiсть матерiалiв, що подаються в процесi збагачення.
Мета та задачi:
Створення системи автоматичного контролю вмiсту алюмiнiю в потоцi бокситу. Використанi експериментальнi методи дослiдження залежностi концентрацiї алюмiнiю. Система буде впроваджена на глиноземне виробництво. Областю застосування системи є алюмiнiєвi i глиноземнi пiдприємства i заводи. Система дозволяє досягнути максимальної вигоди виробництва.
Наукова новизна:
Науковою новизною роботи е метод розрахунку концентрацii алюмiнiя у бокситi з дiнамiчною поправкою результатiв до умов навколишнього середовища та точних значень концентрацii, що були отриманi за результатами хiманалiзу.
Практичне значення:
Система, що розробляється допоможе вирiшити дуже актуальне питання в областi збагачення алюмiнiю на глиноземних пiдприємствах, а також забезпечить максимальну ефективнiсть виробництва i його екологiчну безпеку при оптимальних фiнансових витратах на придбання сировини.
У даний момент ведеться розробка програмного забезпечення системи i буде виконано впровадження системи на ВАТ Миколаївський Глиноземний Завод (НГЗ).
ЗМIСТ РОБОТИ
Постанова задачi:
Система, що розробляється служить ланкою в технологiчному процесi збагачення алюмiнiю i призначена для прогнозування концентрацiї оксиду алюмiнiю в потоку бокситу для подальшої передачi цiєї iнформацiї на бiльш високий рiвень технологiчного процесу з метою мiнiмiзацiї витрат на ресурси, що використовуються при збагаченнi i максимального вироблення початкової сировини.
Виробничi пiдприємства, що займаються видобутком алюмiнiю за базову сировину використовують високопробну глину (боксит), яка, як правило, закуповується в мiсцях, що є природними джерелами такої глини.
Далi у виробничому циклi проходить ряд процесiв, метою яких є збагачення, тобто шляхом обробки рiзними матерiалами видiлити оксид алюмiнiю з початкового бокситу. Такими процесами є вилужування, сушка та iн.
Головним матерiалом (i найдорожчим) при збагаченнi є луг, кiлькiсть якого необхiдно розрахувати зазделегiдь. При нестачi лугу не всi ресурси бокситу повнiстю використовуються, що небажано для виробництва. При надлишку лугу виникають великi фiнансовi i екологiчнi втрати. Тому для витягання максимальної вигоди з виробництва необхiдний прогноз змiсту оксиду алюмiнiю в бокситi, щоб по цiй концентрацiї можна було розрахувати необхiдну кiлькiсть лугу.
Серед вiдомих методiв визначення концентрацiї можна видiлити наступнi:
1) Використання паспортного значення концентрацiї.
Це значення береться з супровiдних документiв до бокситу, що поставляється, однак воно не є точним i може мiнятися. Наприклад, для постачальника бокситу з Гвiнеї значення концентрацiї оксиду алюмiнiю 40% по паспорту. Насправдi ж межi змiни даного параметра коливаються вiд 37% до 43%. Тому прогноз за паспортним даними використати надто невигiдно.
2) Метод хiманалiзу.
Метод хiманалiзу полягає в наступному: для базового бокситу вiдбираються вручну декiлька проб. Цi проби певним чином перемiшуються i дробляться. Далi внаслiдок хiмiчного експеримента, який проводиться в спецiальних лабораторiях через деякий час (звичайно бiля доби) стане вiдомий результат.
Недолiки методу очевиднi:
* необхiднiсть вiдбору проб глини вручну;
* великий час аналiзу;
* отримання лише середнього значення концентрацiї, яке може мiнятися в межах всього об'єму бокситу;
* висока цiна хiманалiзу;
3) Експрес-метод.
Метод, що виключає нестачi двох попереднiх i що є найбiльш ефективним способом визначення концентрацiї по природному гамма-випромiнюванню вiд бокситу. Саме вiн лежить в основi системи, що розробляється.
Суть методу в наступному: на стрiчки з бокситом (млини) встановлюються прецезiйнi датчики випромiнювання (по одному на стрiчку), якi безперервно передають кiлькiсть розпадiв гамма-квантiв в пристрiй обробки (обчислювальну машину). По цих значеннях, виходячи з рiзних настройок системи i параметрiв зовнiшньої середи, визначається шукана концентрацiя. Достоїнства системи очевиднi, головними з яких є швидкiсть i можливiсть динамiчного визначення концентрацiї, що дуже важливо для технологiчного процесу.
Математична модель процеса:
Принцип дiї системи КАА заснований на функцiональнiй залежностi мiж вмiстом алюмiнiю в бокситах i вмiстом в них природно-радiоактивних елементiв: урану, торiю, радiю i калiю, якi випускають гамма-кванти.
Питома радiоактивнiсть бокситiв в межах одного родовища зберiгається постiйної, що дає принципову можливiсть розпiзнавання цього родовища (країни-постачальника).
При збiльшеннi вмiсту алюмiнiю в бокситах збiльшується i вмiст в них природно-радiоактивних елементiв (радiонуклiдiв), а тому зростає потiк гамма-випромiнювання вiд фiксованого шара бокситiв. Гамма-випромiнювання вiд об'єктiв контролю сприймається радiометричними датчиками i перетворюється в частотний електричний сигнал - частоту проходження iмпульсiв (швидкiсть рахунку).
На рис. 1 показана залежнiсть змiсту оксиду алюмiнiю вiд iнших елементiв в бокситi, складена за окремими результатами хiманалiза для певного родовища бокситу.
На рис. 2 показана залежнiсть змiсту оксиду алюмiнiю вiд сигналу з датчика (тобто вiд потоку гамма-квантiв). По осi Х-шукана концентрацiя, по осi Y-сигнал з датчика.
Потiк гамма-квантiв залежить не тiльки вiд концентрацiї, але i вiд фону зовнiшньої середи, який також може мiнятися i його необхiдно враховувати. Маса i товщина шара бокситу на стрiчцi постiйна, тому в розрахунок вона входити не повинна.
Згодом можуть змiнитися властивостi кристала NaJ(Tl), на якому зробленi прецезiйнi датчики, тому необхiдно не рiдше за один раз в рiк провести градуювання приладу з урахуванням особливостей кристала.
Основною особливiстю системи є дуже велика залежнiсть правильностi результатiв на її виходi вiд поточних настройок. Цi настройки необхiдно провести по хiманалiзу проб бокситу для кожного природного родовища глини. Робити це треба тiльки один раз, коли на пiдприємство поступила партiя бокситу вiд нового постачальника. Тобто по зазделегiдь вiдомому значенню концентрацiї i сигналу з датчика можна набути значення на прямiй (рис. 2.). Якщо вiдомi 2 i бiльш таких значень (тобто вимiрянi 2 i бiльше проб), то по них можна побудувати настроювальну пряму. Також раз в квартал рекомендується проводити вимiрювання фону, для уточнення настроювальною прямою. Пiсля того як всi настройки виконанi, система може починати роботу i по отриманому сигналу з датчика i настроювальної прямої для бокситу конкретного родовища можна обчислити змiст оксиду алюмiнiю, який i є результатом роботи всiєї системи.
Потрiбно також зазначити, що лiнiйний характер залежностi (рис. 2) вiдмiчається тiльки лише в дiапазонi реальних значень концентрацiї: 35-60%. Поза цим дiапазоном характер залежностi перестає бути лiнiйним.
Розглянемо необхiднi для розрахунку концентрацiї рiвняння.
Позначення в рiвняннях:
N - частотний сигнал з датчика (млин з бокситом);
Nф - частотний сигнал вiд датчика при вимiрюваннi фону (пустий млин);
Nост - залишковий сигнал вiд самого датчика (визначається в лабораторiї);
Lambda - коеф. поглинання кристалом датчика випромiнювання вiд об'єкта (визначається в лабораторiї);
N1, N2 - сигнали з датчика при початкової настройцi бокситу по двох пробах;
Ad1, Ad2 - значення концентрацiї при початковiй настройцi бокситу по двох пробах (за результатами хiманалiзу);
Ad - шукана концентрацiя (при сигналi з датчика N);
Для того щоб розрахунки зробити незалежними вiд випромiнювання зовнiшньої середи, необхiдно обчислити приведенi значення сигналiв (Si):
А тепер, для отримання шуканої концентрацiї необхiдно просто пiдставити в рiвняння настроювальної прямої приведене значення сигналу S:
Ad = (Ad2 - Ad1) / (S2 - S1) * (S - S1) + Ad1
Як вже говорилося вище, значення Nф може мiнятися, тому iнодi необхiдно вимiрювати фоновий сигнал i коректувати таким чином настроювальну пряму.
Значення Ad1 i Ad2 виходять в результатi хiманалiзу в процесi первинної настройки системи при використаннi бокситу з нового родовища.
Таким чином на входi системи є наступнi данi:
* значення фонового випромiнювання навколишнього середовища;
* декiлька значень концентрацiї вiдiбраних заздалегiдь проб;
* накопиченi данi сигналу/концентрацiї в архiвi;
* значення гамма-випромiнювання вiд об'єкта дiагностики (бокситу);
* середнє значення концентрацiї для даного постачальника бокситу;
На виходi системи:
* значення концентрацiї, що прогнозується;
* родовище бокситу, що прогнозується (країна постачальника);
Система, що розробляється допоможе вирiшити дуже актуальне питання в областi збагачення алюмiнiю на глиноземних пiдприємствах, а також забезпечить максимальну ефективнiсть виробництва i його екологiчну безпеку при оптимальних фiнансових витратах на придбання сировини.
У даний момент ведеться розробка програмного забезпечення системи i буде виконано впровадження системи на ВАТ Миколаївський Глиноземний Завод (НГЗ).
ВИКОРИСТОВАНI ДЖЕРЕЛА
1) Проспекти ПОВ "WILPO" (www.wilpo.com.pl)
2) Матерiали BretbyGammaTech Corp. (www.bretbygammatech.com)
3) Матерiали лабораторii ЗАТ "ФМ-Сертификат" (www.coal-analysis.com)
4) "Численные методы анализа" Демидович Б.П. и др. М.: 1963г.
5) "Анализ временных рядов" Дж. Бокс, Г.Дженкинс, Издательство "МИР", М.: 1974г.
6) "Случайные процессы" Коваленко И.Н. и др. Справочник., Издательство "Наукова думка" , Киев 1983г.
7) "Комбинаторные методы в теории случайных процессов" Такач Л., Издательство "Мир", М.: 1971г.
8) "Способ наименьших квадратов" Мазмишвили А.И., Издательство "Недра", М.: 1968г.
