способ распределения агломерационной шихты между бункерами

Формула изобретения

Способ распределения агломерационной шихты между бункерами, состоящий в измерении масс и расходов шихты из каждого бункера и циклической поочередной загрузке в бункера шихты, поступающей от общего загрузочного тракта, отличающийся тем, что дополнительно контролируют производительность общего загрузочного тракта, перед началом каждого цикла вычисляют суммарный расход шихты из бункеров и суммарное значение шихты в бункерах, а загрузку шихты в каждый из бункеров производят в течение времени



где суммарный расход шихты из бункеров от первого до (j 1)-го,

где Q_вх производительность общего загрузочного тракта, Т/мин;

T длительность цикла распределения шихты, Т;

Q_j расход шихты из j-го бункера, т/мин;

N количество бункеров;

M_jo масса шихты в j-м бункере в начале очередного цикла, Т;

суммарный расход шихты из всех бункеров, Т/мин;

суммарная масса шихты во всех бункерах в начале очередного цикла, Т;

i 1, 2, 3, числа натурального ряда.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области подготовки руд и предназначено для управления распределением шихты между бункерами аглофабрики.

Рациональное распределение между приемными бункерами агломашин уменьшает сегрегацию шихты по крупности, исключает случаи переполнения и опорожнения бункеров и снижает колеблемость уровней шихты в бункерах.

Известен [1] способ управления распределителем шихты, состоящий в выборе времени цикла распределения на основании анализа количества бункеров и производительности агломашин, а также в расчете для каждого бункера необходимой длительности загрузки при помощи графоаналитического метода. Способ сложен для использования.

Известен [2] способ распределения шихты по приемным бункерам со временем непрерывной загрузки бункера, равным не более 0,15-0,20 от отношения произведения времени пребывания шихты в смесителе на производительность бункера к суммарной производительности всех агломашин. Способ не учитывает количества находящейся в бункерах шихты.

Известен [3] способ распределения шихты по приемным бункерам спекательного отделения, состоящий в измерении расходов шихты из бункеров, уровней шихты, формировании сигналов, соответствующих степени заполнения бункеров, и загрузке шихты в каждый из бункеров в течение времени:



где t_сб время пребывания шихты в смесительном барабане; Q_j расход шихты из j-того бункера; K_j -коэффициент заполнения j-того бункера; N количество бункеров. Недостаток способа состоит в том, что длительность загрузки устанавливается без учета массы шихты в остальных бункерах.

Прототипом предлагаемого решения служит способ распределения шихты между приемными бункерами спектрального отделения [4] состоящий в контроле масс и расходов шихты из каждого бункера и определении времени загрузки каждого бункера как величины, прямо пропорциональной текущей производительности данного бункера Q_j и обратно пропорциональной наличию в нем шихты M_j:

t_j k t_cб Q_j/M_j,

где k коэффициент пропорциональности (k 0,1-0,2); t_сб время нахождения шихты в смесительном барабане. Недостаток прототипа состоит в том, что в нем не учитываются производительность общего загрузочного тракта, а также производительность и масса шихты в остальных бункерах. Следовательно, распределение шихты между бункерами осуществляется нерационально и вызывает излишние колебания уровней шихты в бункерах.

Целью предлагаемого способа является повышение производительности агломашин и качества агломерата за счет снижения колебаний уровней шихты и равномерного ее распределения между бункерами.

Указанная цель достигается тем, что дополнительно контролируют производительность общего загрузочного тракта, перед началом каждого цикла формируют сигналы, соответствующие суммарному расходу шихты из бункеров и суммарному значению массы шихты в бункерах, а загрузку шихты в каждый из бункеров производят в течение времени:



где Q_BX производительность общего загрузочного тракта;

Т длительность цикла распределения шихты;

Q_j расход шихты из j-того бункера;

N количество бункеров;

M_jo масса шихты в j-том бункере перед началом очередного цикла;

суммарный расход шихты из всех бункеров;

суммарная масса шихты во всех бункерах перед началом очередного цикла.

суммарный расход шихты из бункеров от первого до j-1; i 1, 2, 3, числа натурального ряда.

Сущность предлагаемого метода

1. В качестве критерия равномерного распределения шихты между бункерами принято равенство средних значений масс шихты во всех бункерах. Для обеспечения указанного условия при выборе времени загрузки каждого бункера необходимо учитывать соотношения масс шихты и расходов шихты из бункеров. Кроме того, в результате флуктуаций производительности общего загрузочного тракта и изменений расходов шихты из бункеров баланс между общим притоком шихты и суммарным оттоком шихты из бункеров часто нарушается. Это приводит к изменениям средних значений масс шихты в бункерах. Следовательно, при выборе времени загрузки бункеров должен учитываться и данный фактор.

2. Загрузка всей группы бункеров производится за время цикла Т, т. е.

Чем меньше время цикла, тем ниже колеблемость массы шихты в бункерах. Время цикла Т выбирается с учетом скорости перемещения распределителя шихты и допустимой частоты его включения.

3. Примем следующие определения. При балансе между Q_BX и и соответствующих временах загрузки бункеров режим распределения шихты между бункерами может быть стабильным. При стабильном режиме цикле начальные, средние и конечные значения масс шихты в каждом бункере остаются неизменными. Если, кроме того, средние значения масс шихты в бункерах равны между собой, то такой режим является оптимальным.

4. Уравнение материального баланса для j-того бункера имеет вид

M_j(т) M_jo + t_jQ_вх TQ_j, (2)

где M _j(T) масса шихты в j-том бункере цикла;

t_j время загрузки шихты в бункер.

При стабильном режиме M_j(T) M_jo, следовательно, для обеспечения стабильного режима время загрузки шихты в каждый бункер должно быть равным



5. В общем же случае уравнение материального баланса (2), записанное в виде

M_j.вх= M_j.вх+M_j, (4)

где M_j.вх Q_выхt_j; M_j.вых Q_jT; M_j M_j(T)- M_j.o, свидетельствует о том, что из поступавшей в бункер за время t_j массы шихты M_j.вх часть M_j.вых выдается из бункера за время Т, а часть M_j представляет собой изменение массы шихты в бункере за время Т.

6. При рациональном выборе времен загрузки t_j величины _j перераспределяются между бункерами так, что, во-первых, исключается неравенство средних значений масс шихты в бункерах, если оно до этого имелось, и, во-вторых, равномерно распределяется между бункерами общее изменение массы шихты, возникающее при небалансе между Q_вх и Q_вых. В соответствии с этим общее изменение массы шихты в бункере M_j целесообразно представить состоящим из двух составляющих:

_j= _j.cр+_j.вх, (5)

где M_j.ср отклонение среднего значения массы шихты в j-том бункере M_j.ср от среднего значения массы шихты для всей группы бункеров M_ср, т. е.

M_j.ср=M_ср-M_j.ср, (6)

а M_j.вх изменение массы шихты в j-том бункере, обусловленное общим изменением массы шихты M_вх, возникающим при небалансе между общим притоком и суммарным оттоком шихты из бункеров.

7. Среднее значение массы шихты в j-том бункере M_j.ср в предстоящем цикле может быть исходно вычислено для условий стабильного режима (т. е. Q_BX Q_вых и t_j t_j.ст) как ее среднее арифметическое значение:



где M_j.min и M_j.max значения массы перед началом загрузки шихты в бункер и в конце ее загрузки.

Значение M_j.min может быть выражено как



где время от начала цикла до начала цикла до начала загрузки j-того бункера.

Приняв из уравнения (3) и полагая Т и Q_вых постоянными, получим, что

откуда:

Значение M_j.max выражается как

M_j.max M_j.min + (Q_вх-Q_j)t_j.ст.

Приняв согласно указанным условиям Q_BX Q_вых и , получим, что



В итоге среднее значение массы шихты в j-том бункере выражается в виде



Величина M_j.cp является условно прогнозируемой. Она показывает, какое было бы в предстоящем цикле среднее значение массы шихты в j-том бункере, если бы Q_вх равнялось Q_вых, а времена загрузки бункеров соответствовали стабильному режиму.

8. Необходимое же среднее значение массы шихты в каждом бункере из условий равномерного распределения общей шихты между бункерами в стабильном режиме должно быть равно



где общая масса шихты в бункерах в начале цикла.

9. Отклонение M_j.cp от требуемого значения M_cp на основании уравнений (6), (7) и (8) составляет



Следовательно, для выравнивания средних значений масс шихты в бункерах изменение массы шихты в каждом j-том бункере должно быть произведено на величину M_j.ср.

10. При небалансе между общим притоком и оттоком шихты из всей группы бункеров изменение общей массы шихты за время цикла составляет

M_вх= T(Q_вх-Q_вых) (10)

В соответствии с критерием оптимальности этот небаланс массы шихты должен быть распределен между бункерами равномерно. Для этого изменение массы шихты в каждом бункере должно быть произведено на величину M_вх/N или



11. В итоге, как следует из уравнений (4) и (5), время загрузки j-того бункера должно быть принято равным:



а с учетом уравнений (9) и (11):



Уравнение (12) характеризует способ оптимального управления процессом распределения шихты между бункерами. При оптимальном управлении обеспечивается выравнивание средних значений масс шихты в бункерах инвариантно относительно начальных значений масс шихты, расходов шихты из бункеров и производительности загрузочного тракта.

Анализ уравнения (12)

1. В случае неравенства средних значений масс шихты в бункерах (M_j.ср 0), но при балансе между общим притоком и суммарным расходом шихты уравнение (12) имеет вид:



2. Если средние значения масс шихты в бункерах равны, но существует небаланс M_j.вх 0, т.е. , то уравнение (12) приводится к виду:

.

3. В предпусковом режиме, когда начинается заполнение бункеров шихтой, т. е. M_j.o=0, а расходы шихты из бункеров отсутствуют, т.е. Q_j=0, уравнение (12) переходит в равенство:

.

4. Если в предпусковом режиме Q_j=0, но в бункерах уже имеется шихта, уравнение (12) имеет вид



5. При равенстве средних значений масс шихты в бункерах (_j.cp=0) и балансе между общим притоком и суммарным расходом шихты из бункеров уравнение (12) принимает известный вид:



и характеризует стабильный оптимальный режим распределения шихты.

Пример реализации способа

Для применения предложенного способа может служить система (фиг. 1), включающая группу бункеров 1, загрузочное устройство 2, снабженное измерителем его положения 3, измерители массы шихты в бункерах 4, управляющее устройство 5, измерители расходов шихты из бункеров 6 и на общем питающем тракте 7 и вычислительное устройство 8.

Функционирование системы состоит в следующем. Загрузка шихты в бункеры 1 осуществляется загрузочным устройством 2, циклически перемещающимся над бункерами. Из бункеров шихта непрерывно выдается на соответствующие агломашины. Контроль массы шихты в бункерах и расходов шихты из бункеров производится, соответственно, измерителями 4 и 6. Контроль положения загрузочного устройства осуществляется измерителем 3. Сигналы всех измерителей поступают в вычислительное устройство 8, выход которого через управляющее устройство 5 связан с приводом перемещения загрузочного устройства 2.

В вычислительном устройстве 8 перед началом каждого цикла формируются сигналы, соответствующие суммарному значению массы шихты в бункерах и общему расходу шихты из бункеров. На основании указанных сигналов, а также исходно введенных в вычислительное устройство данных о количестве загружаемых бункеров N и времени цикла распределения T определяется необходимое время загрузки шихты в каждый из бункеров.

В начале цикла из вычислительного устройства 8 на вход управляющего устройства 5 поступает управляющий сигнал, определяющий направление перемещения загрузочного устройства. Загрузочное устройство 2 перемещается к очередному по порядку загрузки бункеру. По сигналу измерителя положения 3, свидетельствующему о нахождении загрузочного устройства над указанным бункером, управляющий сигнал снимается, загрузочное устройство останавливается и осуществляет подачу шихты в бункер. По истечении рассчитанного времени загрузки из вычислительного устройства поступает сигнал, по которому осуществляется перемещение загрузочного устройства к очередному бункеру. После загрузки всех бункеров цикл распределения шихты повторяется.

Контрольные примеры

Примем следующие исходные данные:

N=3; T=6 мин;

Q₁=5 т/мин; Q₂=10 т/мин; Q₃=15 т/мин; Q_вых=30 т/мин;

M_1.0=55 т; M_2.0=60 т; M_3.0=65 т; M_об.o=180 т.

Исходный стабильный режим распределения шихты между бункерами графически отображен на фиг. 2, а, б в пределах двух первых циклов (до t=12 мин).

Из уравнения (9) следует, что в этом случае имеются следующие отклонения средних значений масс шихты в бункерах от среднего для группы бункеров значения M_ср=60 т:

_1.cp= -7,5 т; M_2.ср= -10 т; M_3.ср= 17,5 т.

1. Рассмотрим действия по предлагаемому способу, начиная с t=12 мин, при наличии баланса между притоком и оттоком шихты из группы бункеров, т.е. при Q_вх=Q_вых=30 т/мин.

Вычисленные в начале переходного цикла необходимые времена загрузки бункеров в соответствии с уравнением (12) составляют:



Для проверки решения выполним математическое моделирование процессов изменения масс шихты в бункерах в течение переходного цикла. Обозначения масс шихты снабдим двумя индексами, первый из которых соответствует номеру бункера, а второй моменту окончания загрузки бункера. Так M_2.1 масса шихты во втором бункере по истечении времени t₁. Так как расходы шихты постоянны, то изменения масс шихты выражаются линейными уравнениями:

в первом бункере: M_1.1=M_1.0+(Q_вх-Q₁) t₁=55+(30-5)0,75=73,75 т;

M_1.3=M_1.1-Q₁(t₂+t₃)=73,75-5(1,666+ 3,583)=47,5 т.

во втором бункере: M_2.1=M_2.0-Q₂t₁=60-100,75=52,5 т;

M_2.2=M_2.1+(Q_вх-Q₂) t₂=52,5+(30-10)1,666=85,83 т;

M_2.3=M_2.2-Q₂t₃= 85,83-103,583=50 т,

в третьем бункере: M_3.2=M_3.0-Q₃(t₁+t₂)= 65-15(0,75+1,666)=28,75 т;

M_3.3=M_3.2+(Q_вх-Q₃)t₃=28,75+ (30-15)3,583-82,5 т.

Рассмотренный переходный режим графически отображен на фиг. 2, а с момента времени t=12 мин до момента t=18 мин.

Приняв полученные в конце переходного цикла значения масс шихты как исходные для следующего цикла, определим для него необходимые времена загрузки бункера:



Промоделируем изменения масс шихты в бункерах в течение цикла от t=18 мин до t=24 мин:

в первом бункере: M_1.1=47,5+(30-5)1=72,5 т;

M_1.3=72,5-5(2+3)=47,5 т,

во втором бункере: M_2.1=50-101=40 т

M_2.2=40+(30-10)2=80 т;

M_2.3=80-103=50 т,

в третьем бункере: M_3.2=82,5-15(1+2)=37,5 т;

M_3.3=37,5+(30-15)3=82,5 т.

С помощью уравнения (9) можно убедиться, что в результате выполненных действий отклонения средних значений масс шихты в бункерах от M_cp отсутствуют, а установившийся режим распределения шихты является оптимальным. Следовательно, предлагаемый способ действительно обеспечивает выравнивание средних значений масс шихты в бункерах в случае их исходного неравенства. Установленный оптимальный режим графически представлен на фиг. 2, а, начиная с t=18 мин и далее.

2. Допустим, что при прежних исходных данных в предстоящем цикле от t=12 мин до t=18 мин общий приток шихты Q_вх превышает суммарный расход шихты из бункеров Q_вых и равен Q_вх=60 т/мин.

Для перехода к стабильному оптимальному режиму распределения шихты времена загрузки шихты в бункер, вычисленные в соответствии с уравнением (12), равны:

t₁=1,375 мин; t₂=1,833 мин; t₃=2,7916 мин.

Выполним моделирование процессов изменения масс шихты в бункерах в переходном цикле при указанных временах загрузки:

в первом бункере: M_1.1=55+(60-5)1,375=130,625 т;

M_1.3=130,625-5(1,833+2,7916)=107,5 т.

во втором бункере: M_2.1=60-101,375=46,25 т;

M_2.2=46,25+(60-10)1,833=137,9 т;

M_2.3=137,9-102,7916=110 т.

в третьем бункере: M_3.2=65-15(1,375+1,833)=16,88 т;

M_3.2=16,88+(60-15)2,7916=142,5 т.

Данный переходный режим графически представлен на фиг. 2, б с момента времени t=12 мин до момента t=18 мин.

Принимая полученные конечные значения масс шихты в бункерах M_j.3 в качестве исходных M_j.0 для следующего цикла, с помощью уравнения (9) легко убедиться, что в результате выполненных действий отклонения средних значений масс шихты в бункерах от M_cp=120 т отсутствуют.

Следовательно, данный способ обеспечивает выравнивание средних значений масс шихты в бункерах в случае их начального неравенства и при небалансе между общим притоком и суммарным оттоком шихты из бункеров.

Если в следующем цикле общий приток Q_вх и суммарный расход Q_вых шихты становятся равными, то устанавливается стабильный оптимальный режим распределения, а времена загрузки в соответствии с уравнением (12) оказываются равными t₁=1 мин, t₂=2 мин и t₃=3 мин.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются:

1) контроль производительности общего загрузочного тракта;

2) формирование сигналов, соответствующих суммарному расходу шихты из бункеров и суммарному значению массы шихты в бункерах;

3) осуществление загрузки шихты в каждый из бункеров в течение времени t_j, определяемого по уравнению (12).

Сравнение с известными аналогами показывает, что первый и третий признаки являются существенными отличиями.

Базовым образцом для предлагаемого технического решения может служить способ, реализуемый системой автоматической загрузки бункеров [5] Система осуществляет распределение шихты между бункерами по сигналам сигнализаторов уровня шихты, установленных в бункерах. Такое управление является неоптимальным, связано со значительными колебаниями уровней шихты в бункерах и отрицательно сказывается на производительности агломашин и качества агломерата.

Использование предлагаемого способа обеспечит снижение колебаний уровней шихты в бункерах, а следовательно, и снижение сегрегации шихты по крупности. Спекание шихты с более равномерными физическими свойствами обеспечит увеличение производительности агломашин и повышение качества агломерата. Способ обеспечит большой экономический эффект.