автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация технологического процесса измельчения золошлаковой смеси в шаровой мельнице замкнутого цикла для получения органоминеральной добавки в сухие строительные смеси и мелкозернистые самоуплотняющиеся бетоны

На правах рук иси

005055334

ИСАЕВА МАДИНА РИЗВАНОВНА

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗОЛОШЛАКОВОЙ СМЕСИ В ШАРОВОЙ МЕЛЬНИЦЕ ЗАМКНУТОГО ЦИКЛА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОЙ ДОБАВКИ В СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ И МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ САМОУПЛОТНЯЮЩИЕСЯ

БЕТОНЫ

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 НОЯ 2012

ГРОЗНЫЙ-2012

005055334

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Грозненском государственном нефтяном техническом университете имени акад. М.Д. Миллионщикова (ГГНТУ)

Научный руководитель - Доктор технических наук, доцент

Минцаев Магомед Шавалович

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Остроух Андрей Владимирович

Кандидат технических наук, доцент Горюнов Игорь Иванович

Ведущая организация: Учреяадение Российской академии наук Комплексный научно-исследовательский институт РАН (КНИИ РАН), г.Грозный

Защита состоится «22» ноября 2012 г. в 10-00 на заседании диссертационного совета Д.212.126.05 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский проспект д.64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.

Автореферат разослан 7С? 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Михайлова Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эффективность производства напрямую связана с совершенствованием технологических процессов на основе новейших научно-технических достижений. Именно поэтому в последнее время интенсивно развиваются технологии производства новых материалов с использованием добавок органического и минерального происхождения, как на стадии приготовления растворных смесей, так и в процессе создания структур затвердевшего раствора. Анализ влияния добавок органического и минерального происхождения показал, что минеральные тонкодисперсные наполнители способствуют повышению плотности затвердевшего цементного камня, а регулирование поверхностной активности зёрен минерального наполнителя комплексной добавки, позволяет оптимизировать структуру и свойства разбавленных этими добавками цементных растворов без применения высокоинтенсивных технологических приёмов.

Проведенные в Грозненском государственном нефтяном техническом университете исследования показали, что в качестве комплексной добавки эффективно использовать, органоминеральную добавку (ОМД), получаемую в результате механохимической обработки - помола в шаровой мельнице золошлаковой смеси.

Измельчение является одной из основных технологической операцией при производстве строительных материалов. При значительных объемах помола продукта класса минус 100 мкм, базовыми помольными агрегатами являются трубные шаровые мельницы. Одним из факторов, сдерживающих распространение этих мельниц, является низкий их КПД, колеблющийся в пределах 0,5...2 %.

Наиболее перспективным из направлений повышения эффективности работы шаровых мельниц является их перевод в замкнутый цикл измельчения с высокоэффективными сепараторами. Мировой опыт эксплуатации измельчительных агрегатов показывает, что кроме улучшения качества конечного продукта наблюдается повышение производительности установок на 8...25 % в зависимости от применяемой схемы помола и качества конечного продукта.

Экономическая ситуация требует от предприятий более эффективного использования существующего помольного парка, повышения его

3

производительности, получения продукта заданного гранулометрического состава, который в большей степени и предопределяет свойства вяжущего. Решение данной задачи возможно за счет совершенствования процесса измельчения в шаровой мельнице и сепарации продуктов помола во внешнем классифицирующем устройстве. Это позволяет не только повышать энергетическую эффективность процесса измельчения, но и получать готовый продукт с заданным гранулометрическим составом.

Анализ процессов измельчения в шаровых мельницах замкнутого цикла, исследованных целым рядом авторов, как правило, затрагивает вопросы технологической оптимизации режимных и конструктивных параметров агрегатов измельчения, не рассматривая их в контексте автоматизации и автоматического управления.

Эффективное функционирование процессов измельчения возможно только с помощью комплексной автоматизации, которая должна обеспечить такую структурно-функциональную связь технологических элементов, при которой достижение заданной цели всего процесса наиболее вероятно.

Однако задача управления технологическим процессом помола охватывает круг вопросов, связанных с разработкой новых принципов и методов автоматизации. Необходимо использование нового подхода к синтезу системы непрерывного производства органоминеральной добавки в направлении интеграции технологии, технических средств и управления. Только таким образом удается существенно повысить технико-экономические показатели промышленного производства ОМД, избежать влияния значительных колебаний количественных и качественных характеристик сырья, отклонений режимов функционирования отдельных агрегатов на ее качественные характеристики.

Поэтому, поставленная в диссертационной работе Исаевой М.Р. задача разработки методов построения системы автоматизированного управления технологическим процессом промышленного производства органоминеральной добавки, обеспечивающей реализацию существенно новых способов повышения ее качества, является актуальной.

Цель работы: разработка и исследование систем автоматического управления процессами измельчения золошлаковой смеси в шаровых мельницах замкнутого цикла для увеличения выхода органоминеральной добавки с высокими качественными характеристиками

4

Для достижения поставленной цели:

• выполнен анализ зарубежного и отечественного опыта автоматизации процессов измельчения сырья в шаровых мельницах, методов и средств их автоматизации;

• разработан технологический процесс получения новых строительных материалов с повышенными технико-экономическими показателями, за счет использования дешевого и доступного сырья;

• произведен выбор критериальной функции оценки качества процесса измельчения и методов его автоматизации;

• разработана математическая модель шаровой мельницы, как объекта управления.

• разработана структура системы экстремального регулирования шагового типа, аспирационного тракта шаровой мельницы.

• выбраны методы расчета, коррекции и управления локальных автоматических систем режимных параметров шаровой мельницы.

• определено влияние изменения параметров настройки локальных автоматических систем управления на качественные характеристики процессов измельчения;

• выполнена экспериментальная проверка полученных результатов.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов

Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, предложенных в работе, подтверждены всесторонними исследованиями, выполненными с применением современных методов и технических средств.

Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения ряда теоретических положений диссертации в промышленное производство органоминеральной добавки,

Методы исследования

Результаты диссертационной работы получены на основе анализа зарубежного и отечественного опыта автоматизации процессов измельчения сырья в шаровых мельницах, комплексного использования методов теории

автоматическрго управления, теории вероятности и математической статистики, оптимальных систем и математического моделирования.

Научная новизна. Основным научным результатом является развитие теории и практики автоматического управления и оптимизации процессов промышленного производства органоминеральной добавки, которая получается в результате механохимической обработки - помола в шаровой мельнице золошлаковой смеси.

Научная новизна работы заключается в разработке:

- Технологического процесса получения новых строительных материалов с повышенными технико-экономическими показателями, за счет использования дешевого и доступного сырья;

- Критериальной функции оценки качества и требований к математической модели процесса измельчения органоминеральной добавки и методов его автоматизации;

- Математической модели шаровой мельницы, как объекта управления процессом измельчения органоминеральной добавки;

- Математической модели и структуры системы экстремального регулирования шагового типа технологических режимов аспирационного тракта шаровой мельницы.

Основные положения, выносимые на защиту:

Результаты анализа технологии и технических средств обеспечения процесса измельчения золошлаковой смеси в шаровых мельницах замкнутого цикла, для получения органоминеральной добавки, позволяющие выработать научный подход и методические основы разработки моделей, критериальных функций и систем автоматизации, ориентированных на оптимизацию гранулометрического состава органоминеральной добавки и получение ее максимального выхода;

Математическая модель шаровой мельницы, как объекта автоматизированного управления процессом измельчения

органоминеральной добавки, учитывающая физико-механические характеристики сырья, поступающего на переработку, и структуру оптимальной системы управления процессом измельчения.

- Математическая модель системы экстремального регулирования аспирационного тракта шаровой мельницы, методы расчета, коррекции и управления ее режимными параметрами.

Практическая ценность. Результаты исследований в области автоматизации управления процессом измельчения золошлаковой смеси в шаровых мельницах замкнутого цикла, заключаются в том, что они являются практической базой для научно обоснованного выбора структуры, методов и средств автоматизации, критериев оценки и параметров настройки системы управления получением максимального выхода органоминеральной добавки.

Испытание системы и её опытно-промышленная эксплуатация проводилась на бетонном заводе ООО «Элитстрой» (Чеченская республика, Грозненский район, станица Горячеисточненская.).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: научно-методических конференциях МАДИ (г. Москва, 2010-2012г.), кафедре автоматизации производственных процессов МАДИ, всероссийской научно-методической конференции «Инновационные технологии в профессиональном образовании» ГГНТУ (г. Грозный 2011г.), кафедре «Автоматизация и управление» ГГНТУ.

Публикации. Основные научные результаты работы изложены в 10 опубликованных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, насчитывающего 112 наименований, и содержит 178 страниц машинописного текста, 64 иллюстрации, 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность и сформулированы основные цели и задачи исследования.

Первая глава диссертации посвящена анализу работ, связанных с вопросами совершенствования технологии и автоматизации процессов измельчения на промышленных предприятиях по производству тонкодисперсных материалов, определяя тем самым актуальность основных направлений диссертационных исследований.

В современных условиях особенно остро стоит вопрос о повышении качества бетона и железобетонных конструкций. В технологии бетона осуществлен переход к многокомпонентным рецептурам с добавками-регуляторами, используются новые физико-химические процессы, применяется сложное оборудование с элементами автоматизации.

Существенное влияние на структуру бетона оказывают минеральные тонкодисперсные наполнители (МТН). В качестве минеральных добавок (МД) для бетонов используются природные и техногенные вещества в дисперсном состоянии, не растворимые в воде и характеризующиеся крупностью зерен не более 0,16 мм.

В Чеченской Республике накоплены значительные объемы отходов техногенной деятельности, утилизация которых может повести к повышению качественных характеристик бетонных смесей. Имеющиеся в наличии отвалы золошлаковых отходов могут быть эффективно использованы в качестве наполнителей для смешанных вяжущих бетонов, за счет помола золошлаковых смесей с суперпластификатором.

Были проведены исследования по получению органоминеральной добавки (ОМД) путем домола золошлаковой смеси. На рис. 1 приведены значения удельной поверхности ОМД в зависимости от времени помола.

На основании экспериментальных данных были получены трехфакторные квадратичные модели в кодовом и натуральном значениях переменных водопотребности, плотности и прочности цементного камня, содержащего ОМД.

Уравнение водопотребности цементных паст:

8

в кодовом значении переменных:

В = 23,53 - 1,2 XI - 1,01 Х2 + 3,6 ХЗ - 5 XI2 - 0,38 Х22 - 2,3 ХЗ2 + 0,15X1 X2 -0,75 X1 X3 -0,37X2X3 (1.2)

в натуральном значении переменных:

В = 22,1 - 0,74 Н — 0,27 Д + 0,001 8 - 1,6 Н2 - 0,2 Д2 + 0,00189 Н 8 (1.3) Анализ уравнений показывает, что водопотребность цементных паст с ОМД находится в зависимости от количества ОМД и ее удельной поверхности. С увеличением содержания ОМД с удельной поверхностью 100 м2/кг водопотребность цементных паст снижается на 20-25%. С увеличением удельной поверхности ОМД до 900 м2/кг водопотребность цементных паст повышается на 10-12%. На основе полученной квадратичной модели водопотребности была построена номограмма, представленная на рис.2. Уравнение средней плотности равноподвижных цементных паст:

в кодовом значении переменных:

у = 1897,3 - 139,7 XI + 42,5 Х2 - 38,1 ХЗ - 57,4 XI2 - 28,7 Х22 + 2,6 ХЗ2 - 11,2X1 Х2 - 17,5 XI ХЗ + 23,8 Х2 ХЗ. в натуральном значении переменных:

у = 1823,7 - 4,05 Н +22,2 Д +0,04 8 - 89,3 Н2 + 13,1 Д2 - 6,84 Н Д-0,13 Н 8+ 0,036 ДБ.

Анализ уравнений показывает, что с увеличением содержания ОМД до 80% средняя плотность цементных паст снижается на 10-17%.

Рис.2 Зависимость водопотребности цементных паст от удельной поверхности ОМД, содержания добавки С-3 и количества ОМД

Совместное влияние удельной поверхности ОМД, содержание в ней добавки С-3 и количества ОМД в цементных пастах на среднюю плотность цементного камня представлены на графике (рис.3).

Рис.3. Влияние свойств ОМД на среднюю плотность цементного камня

Квадратичная модель прочности цементного камня, содержащего ОМД имеет вид: в кодовом значении переменных:

Я = 38,1 - 16,9 X1 +4,45 Х2- 1,1 ХЗ + 5,9 XI2 - 0,4 Х22 + ХЗ2-2,25 XI Х2 - 0,48 XI ХЗ - 0,5 Х2 ХЗ

в натуральном значении переменных:

К = 38,8+ 1,81 Н + 2,2 Д - 9,7 Н2 + 1,4 Д2 - 1,8 Н Д - 0,013 Н 8 Анализ уравнений показывает, что прочность зависит главным образом не столько от удельной поверхности ОМД, сколько от ее содержания в цементе.

На графике (рис.4) показана зависимость прочности цементного камня от содержания ОМД.

Получение органоминеральной добавки, связано с тонким измельчением золошлаковых смесей. Свойства исходного материала, требования к конечному продукту по дисперсности, предопределяют выбор технологии и конструкции мельниц для тонкого измельчения.

Основными требованиями, предъявляемыми к помольному агрегату, являются максимально возможная производительность;

минимальные энерго- и материалоемкость; возможность управления качеством конечного продукта во время его работы; минимальная стоимость оборудования. Широкое распространение во всем мире получила технологическая система помола (ТСП) в замкнутом цикле на базе шаровой мельницы (ШМ). С разработкой динамических сепараторов (ДС) повысилась энергетическая эффективность данных помольных систем и ТСП «ШМ-ДС» стали занимать доминирующее положение.

Опыт эксплуатации шаровых мельниц говорит о том, что перевод мельниц в замкнутый цикл с сепараторами динамического типа или модернизация замкнутого цикла с заменой традиционных сепараторов на динамические, является существенным резервом в повышении не только эффективности, но и качества конечного продукта.

Процессы измельчения в шаровых мельницах с каждым годом приобретают все большую актуальность. Это определяется, прежде всего, необходимостью введения более тонкого измельчения (до класса 40 мкм и ниже) и возрастанием спроса на продукты обогащения.

Органоминеральная добавка, получаемая в результате механохимической обработки золошлаковых отходов в присутствии суперпластификатора С-3, предназначена для строительных растворов марок М25...М200. Составы ОМД подбираются в зависимости от вида цемента и заполнителя. При этом устанавливается оптимальное содержание минерального и органического компонентов ОМД, обеспечивающее

требуемую подвижность и водоудерживающую способность, растворных смесей и прочность затвердевшего раствора.

Технологический процесс (рис.5), разработанный в данной работе, позволяет получать новый строительный материал с повышенными технико-экономическими показателями за счет использования дешевого и доступного сырья.

Рис.5. Технологическая схема производства ОМД: расходный бункер сырья, 2 - непрерывный транспортер, 3 - барабанная сушилка, 4 - расходный бункер сырья, 5 - непрерывный дозатор сырья, 6 -расходная емкость суперпластификатора, 7 - непрерывный дозатор суперпластификатора, 8 - непрерывный дозатор ОМД, 9 - загрузочная воронка ШМ, 10 - шаровая мельница, 11 - приемный бункер ОМД, 12-воздушный сепаратор.

Для измельчения ОМД применяется шаровая барабанная мельница непрерывного действия однокамерная, работающая в замкнутом цикле с воздушным сепаратором. Повышение эффективности измельчения сырья в шаровых мельницах достигается использованием замкнутого цикла, что позволяет производить более качественный продукт, в сравнении со всеми остальными типами мельниц.

Принцип действия шаровой барабанной мельницы состоит в измельчении материала ударом и частично истиранием свободно падающих мелющих тел во вращающемся барабане. Барабан мельницы заполняют примерно на 1/3 его объема мелющими телами (чугунными или стальными шарами диаметром 40—130 мм либо стальными цилиндриками). Воздух с измельченным материалом просасывается вентилятором из мельницы в сепаратор, где из потока выделяются крупные частицы, направляемые на дополнительный помол в мельницу через конвейерный ленточный дозатор в

загрузочную воронку. Мелкие же фракции выносятся воздушным потоком из сепаратора и осаждаются в циклонах и фильтрах в виде готового продукта и поступают в приемный бункер ОМД.

Анализ влияния добавок органического и минерального происхождения, как на стадии приготовления растворных смесей, так и в процессе создания структуры затвердевшего раствора, показал, что минеральные тонкодисперсные наполнители способствуют повышению плотности затвердевшего цементного камня.

Имеющиеся исследования в области помола различных материалов направлены в первую очередь на оптимизацию технических характеристик самого помольного оборудования, что предопределяет предел его технического совершенствования, не позволяя далее изменять свойства агрегатов, приблизив их технико-экономические показатели ко все более ужесточающимся требованиям производства.

Однако задача управления непрерывным автоматизированным технологическим процессом охватывает круг вопросов, связанных с разработкой новых принципов и методов автоматизации. Только таким образом удается существенно повысить технико-экономические показатели производства, избежать влияния значительных колебаний количественных и качественных характеристик сырья, отклонений режимов функционирования отдельных агрегатов на качественные характеристики готового продукта.

Во второй главе рассмотрены особенности процессов измельчения в шаровых мельницах замкнутого цикла.

Анализ процессов измельчения в шаровых мельницах замкнутого цикла, исследованных целом рядом авторов, как правило, затрагивает вопросы технологической оптимизации режимных и конструктивных параметров агрегатов измельчения, не рассматривая их в контексте автоматизации и автоматического управления. Невозможно точно описать физические процессы, протекающие в измельчительных агрегатах, при функционировании системы измельчения в реальных условиях. Поэтому задача управления таким технологическим процессом охватывает круг вопросов, связанных с разработкой новых принципов и методов автоматизации, повышая тем самым технико-экономические показатели производства.

Для решения задач автоматической оптимизации процесса измельчения необходим целенаправленный анализ особенностей функционирования и области изменения основных параметров шаровой мельницы, определяющих ее качественные характеристики.

Основной задачей исследования процесса измельчения является прогнозирование гранулометрического состава готового продукта в зависимости от гранулометрического состава исходного материала, конструктивных и технологических параметров мельницы и сепаратора.

Оценка производительности шаровых мельниц замкнутого цикла измельчения заключается в определении вновь образованной поверхности при измельчении цементного клинкера. На рис.6 представлена зависимость производительности шаровой мельницы от циркуляционной нагрузки С при различной загрузке барабана мельницы мелющими телами.

При максимально возможной загрузке (р в промышленной шаровой мельнице, равной 0,33 (кривая 4), наблюдается максимальная производительность шаровой мельницы замкнутого цикла.

Статистическая обработка диаграммы помола мельницы, приведенная на рйс.7, позволяет прогнозировать гранулометрический состав готового продукта. Анализ кривых функции 1{(у,с1) показывает, что возрастание количества мелких фракций по длине мельницы у обратно пропорционально их размеру <1. Как видно из положения кривых, при линейном уменьшении размера частиц в измельчаемом материале их относительное содержание в готовом продукте уменьшается в степени большей единицы.

Процесс аспирации шаровых мельниц необходим для выноса мельчайших фракций материала, вызывающих агломерацию частиц, а также налипание измельчаемой шихты на мелющие тела и бронефутеровку мельниц, что приводит к буферному противодействию процессу измельчения. Установлено, что рациональный выбор аспирационного режима, позволяет повысить производительность шаровых мельниц на 20 % . Аэродинамические характеристики аспирационного тракта определяют диапазон изменения объемов просасываемого воздуха, а значит и регулирующие возможности аспирации. Изменяя параметры процесса аспирации, можно регулировать дисперсный состав продуктов измельчения и, соответственно, влиять на эффективность процесса измельчения.

Рис.6. Зависимость производительности шаровой мельницы замкнутого цикла измельчения от циркуляционной нагрузки: 1- <3=0,2; 2- (3=0,25; 3 - ср =0,3; 4-ср= 0,33

Я (у. О)

Рис.7. Изменение дисперсного состава материала по длине шаровой мельницы:

1 -с? =20 мкм; 2-е? =40 мкм; 3-й? =80 мкм

Основными характеристиками процесса аспирации являются объемный расход просасываемого воздуха, масса и гранулометрический состав выносимого им материала. Частицы материала, взвешенные в свободном пространстве камеры, сносятся вдоль ее оси потоком аспирационного воздуха со скоростью V и одновременно оседают под действием силы тяжести со скоростью V гз. Эти параметры зависят от степени загрузки мельницы и частоты ее вращения. Важнейшей

характеристикой газоматериальных потоков является относительное содержание твердой фазы, которое может выражаться концентрацией взвешенных частиц Сг, кг/м.

Взаимосвязь между крупностью входящего в шаровую мельницу и выходящего из нее материала, при различной циркуляционной нагрузке, выражается зависимостью К"08 = /(й0к08) (рис.8). Характер изменения кривых 1... 5, определяющих различную циркуляционную нагрузку, показывает, что с ростом С увеличивается крупность материала на входе и выходе, шаровой мельницы.

Для практического использования результатов анализа влияния параметрических характеристик мельницы на эффективность процесса аспирации, все поле на рис.8 условно разделено на три области. Область I характеризуется низкой эффективностью в связи с тем, что в барабане мельницы находится мелкий материал, который в большей своей массе гасит мелющее воздействие загрузки. Необходимым условием повышения

эффективности процесса измельчения является увеличение параметра К°т за счет оптимизации аспирационного режима мельницы. Область II характеризуется удовлетворительной эффективностью работы всего помольного агрегата. Значения технологических параметров мельницы и

п

материала 008 могут быть приняты за основу при эксплуатации шаровых мельниц замкнутого цикла измельчения.

Ко*. 90 80 70 60 50 40 30 20

. "Л

Рис.8. Связь между качеством входящего в шаровую мельницу и выходящего из нее материала:

1 - с = 50 %; 2 - с = 100 %; 3 - с - 150 %; 4 - с = 200 %; 5 - с = 250 %

Область III характеризуется самой высокой эффективностью работы помольного агрегата: оптимальным аспирационным режимом мельницы, обеспечивающим своевременное удаление мелкой фракции и эффективной работой мелющей среды.

Таким образом, для выдерживания оптимального режима процесса выноса мелких частиц из свободного пространства мельницы (область III) необходима стабилизация ряда параметров самой шаровой мельницы: скорости вращения барабана; производительности непрерывного дозатора, обеспечивающего постоянство загрузки барабана мельницы; режима аспирации с минимальными энергетическими показателями. Поддержание заданных, оптимальных значений этих параметров возможно только с использованием локальных систем регулирования.

В третьей главе даны результаты разработки и реализации автоматизированного способа производства органоминеральной добавки.

На кафедре «Технология строительного производства» Грозненского государственного нефтяного технического университета автором был проведен ряд исследований, позволивших разработать и реализовать следующий автоматизированный способ производства ОМД, описанный ранее (рис.5).

Основной процесс технологической схемы (рис.5) измельчения ОМД с добавлением суперпластификатора С-3, происходит в шаровой барабанной мельнице. Максимально возможный эффект измельчения, связан с получением максимального количества ОМД, при соблюдении его заданных качественных характеристик за счет стабилизации и оптимизации ряда параметров шаровой мельницы локальными САР.

Для решения поставленной задачи следует рассмотреть схемы автоматического регулирования шаровой барабанной мельницей с целью повышения её производительности.

При вращении барабана происходит размол материала в результате ударов шаров и его истирание при перекатывании шаров в слое. С ростом частоты вращения размольная производительность мельницы сначала увеличивается, но при некоторой частоте вращения шары «прилипают» к поверхности брони и производительность резко снижается.

Для автоматического регулирования и поддержания оптимального значения скорости вращения барабана в пределах 0,78 - 0,8пкр, разработана САР скорости вращения барабана ШБМ (рис.9)

На производительность мельницы влияет изменение тонкости помола, увеличивая ее при более грубом помоле и снижая с повышением тонкости помола. Для обеспечения заданной производительности установки необходимо наиболее эффективно использовать мощность, идущую на измельчение материала. Шаровые мельницы отличаются большим расходом энергии; при работе вхолостую, когда расход энергии приблизительно равен расходу энергии при работе мельницы с полной загрузкой, т. е. при измельчении материала. Поэтому работа мельницы с неполной загрузкой неэффективна.

Для подачи материала в загрузочную воронку мельницы служит автоматический дозатор непрерывного действия (рис.10). Дозатор, представляющий собой управляемый электронным контроллером ленточный транспортер с регулируемым асинхронным приводом, снабжен тензометрической весоизмерительной системой (2) и датчиком скорости движения ленты (4), сигналы с которых поступают в контроллер. Контроллер (3) рассчитывает текущую производительность дозатора и, при необходимости, формирует корректирующий сигнал на регулируемый частотный привод (5).

Разработанные локальные системы автоматизации, существенно влияя на стабилизацию режимных показателей технологической схемы измельчения органоминеральной добавки, решают только косвенно главную задачу оптимального управления процессами получения максимального выхода измельченного в шаровой мельнице материала заданного

Рис.9. САР скоростью вращения барабана ШБМ: 1- датчик скорости;2- регулятор скорости;3- электродвигатель

1 - весовой транспортер; 2 — тензодатчик; 3 — контроллер; 4 - датчик скорости движения ленты; 5 - регулируемый частотный привод

гранулометрического состава. Необходима разработка системы автоматической оптимизации обеспечивающей непосредственное управление процессом аспирации с максимальным выносом заданных фракций измельченного материала и минимизацию затрат энергии.

Режим аспирации шаровой мельницы обеспечивает вынос мелких фракций материала, которые вызывают агломерацию частиц и налипание измельчаемой шихты на мелющие тела и бронефутеровку мельницы, приводящих к буферному противодействию процессу измельчения.

Представление аспирационного тракта шаровой мельницы, как объекта управления, позволяет упростить его математическую модель, избирательно отобразив в её структуре и коэффициентах только те параметры установки, которые влияют на ее динамические характеристики.

Наиболее общая схема аспирационного тракта представлена на рис. 11 и включает в себя: воздуходувную машину, загрузочное устройство, аспирационный тракт аспирационного пространства шаровой мельницы, и пылеулавливающее устройство (сепаратор) и заслонку регулирующую расход воздуха вентилятора воздуходувной машины.

Рис.11. Схема аспирации шаровой мельницы: 1 - аспирационный тракт, 2 - воздуходувная машина, 3 - питатель, 4 -сепаратор, 5 — заслонка.

Процесс транспортирования материала в аспирационном тракте обладает специфическими особенностями, которые связанны с концентрацией частиц в потоке и скоростью несущей среды, превышающей значение скорости их оседания. Следствием этого является изменение перепада давления в аспирационном тракте.

Энергетические показатели воздуходувной машины связаны с динамикой, габаритами и общей массой транспортируемого по аспирационному тракту материала и определяются ее мощностью:

N.=QtP,

где £)в - расход несущей среды воздуходувной машины, Р - давление, создаваемое в аспирационном тракте.

Модель, описывающая состояние аспирационного тракта шаровой мельницы должна учитывать многоканальную связь ее переменных: Р2-давления на аэросмесь, создаваемое вентиляторной установкой; Лг-мощности установки; - производительности загрузочного транспортера; {2в- производительности вентиляторной установки; Р/- давления на разгрузочном конце тракта; т- массы аэросмеси с плотностью р.

Уравнения связи модели аспирационного тракта будут выглядеть следующим образом:

<1V &

или

йУ^Бпрп Ес= 5п рп Рс <11 т " т рБп1 " рШп

где 8П, / - площадь и длинна свободного пространства шаровой мельницы Гс — сила сопротивления, перемещению аэросмеси.

На основании этой системы уравнений, построена функциональная схема аспирационного тракта (рис.12).

им 3 р,

Рис.12. Функциональная схема процесса аспирации: ИМ- исполнительный механизм; ШМ- свободное пространство шаровой мельницы; 3- заслонка

Критерием эффективности системы автоматического управления процессом аспирации необходимо принять максимум мощности Мпа, затрачиваемой при этом.

Таким образом выбор способа управления в системе исходит из того, что для подержания постоянной мощности Ыта при переменных в виде расхода аэросмеси ()п = р\8п и движущей активной силе Р=Р, перемещающей материал в свободном пространстве мельницы, необходимо реализовать экстремальную систему регулирования (СЭР) (рис.13).

Г

р1

1

ТН

I- БУ

1'1 —» I

Ар

Т1

Рис.13. Функциональная схема СЭР аспирационного тракта мельницы: ШМ- свободное пространство мельницы; 3- заслонка; ИМ- исполнительный механизм; ЭР - экстремальный регулятор; БУ - блок умножения

В этом случае структура автоматического управления формируется за счет включения экстремального регулятора ЭР в контур управления

мощностью . вентилятора и исполнительного механизма, изменяющего положение заслонки вентиляторной установки.

Основным параметром регулирования в аспирационном тракте является нагрузка аспирационного тракта, которую необходимо поддерживать на максимально возможном уровне при меняющихся внешних условиях.

Описание функционирования СЭР шагового типа показывает, что в них не требуется вычисление производных, а регулятор действует по отклонению от экстремума. В силу этого такие СЭР отличаются простотой конструкции и помехоустойчивостью.

В функциональной схеме СЭР (рис.13) отсутствует элемент, физические свойства которого определяли бы экстремальную зависимость между входной и выходной величинами объекта. Статистическая характеристика с экстремумом формируется в данном случае искусственно за счет перемножения параметров Р и характеризующих процесс аспирации в блоке БУ.

В четвертой главе разработана аналитическая методика расчета локальных систем автоматизации технологической схемы приготовления органоминеральной добавки.

Разработана аналитическая методика расчета динамических процессов автоматических весовых дозаторов с регулированием по расходу при помощи изменения скорости ленты весового транспортера; Исследовалась реакция системы при действии на нее скачкообразного возмущения, изменяющего массу материала на ленте от Со до за время т прохождения скачком всей ее длины 1. Очевидно, что величина ошибки дозирования определяется суммой отклонений расхода от заданного значения за все время переходного процесса

\щсыпт= ¡щсы„т+¡Аасы„т .

(1)

о

о

т

Для дозаторов с и ПИ- регулятором будем иметь:

о„ а, : ТиУ0 тиУ0 с0

2

(2)

2 2 1К 1К а

Из этого условия следует, что в дозаторах с переменной скоростью ленты нельзя ни при каких постоянных значениях настроечных параметров полностью скомпенсировать динамическую ошибку дозирования от действия скачка с массой б,, а задача оптимизации, сводится к выбору параметров К и Ги, обеспечивающих минимум ошибки дозирования.

Найдем параметры системы, при которых динамическая ошибка дозирования полностью компенсируется. Положим ^ = 0, тогда, с учетом (2), условия отсутствия динамической ошибки дозирования примет вид:

Ти /(?,

Таким образом, из полученных соотношений видно, что коэффициент усиления системы для выполнения условия Р = О должен меняться с изменением массы материала на ленте транспортера, что реализовать не сложно, если система регулирования моделируется на компьютере. В противном случае коэффициент усиления определяется, исходя из среднего значения массы на ленте транспортера.

Для решения задачи управления скоростью вращения шаровой мельницы, постоянная времени которой меняется в зависимости от ее загрузки, целесообразно применить самонастраивающуюся систему с эталонной моделью. Самонастраивающиеся системы с эталонной моделью реализуют желаемую динамическую характеристику основной системы, обеспечивая высокое качество процессов управления в широких границах изменения свойств объекта.

Изменение передаточной функции Л \У, (р) эквивалентно подаче на вход основного звена системы, который может быть сформирован с помощью дополнительных связей, содержащих фильтр с передаточной

функцией Фо{р) (рис.14).

Управляющее воздействие в\, поступает в устройство с оптимальной неизменной передаточной функцией №10(р) и на вход фильтра. Фильтр обладает оптимальной передаточной функции замкнутой системы Ф0 (р).

Выходнрй сигнал фильтра вычитается из сигнала всей замкнутой системы вг = Ф0 (р)в,. Разность этих сигналов через звено с коэффициентом усиления К поступает на вход основного звена системы с передаточной функцией 1У2(р).

Рис.14. Структурная схема с дополнительными связями

В рассматриваемой структурной схеме системы поддерживается неизменность передаточных функций замкнутой системы при изменении величины №'2(р).

Основным параметром регулирования в аспирационном тракте является нагрузка аспирационного тракта, которую необходимо поддерживать на максимально возможном уровне при меняющихся внешних условиях.

Описание функционирования СЭР шагового типа показывает, что в них не требуется вычисление производных, а регулятор действует по отклонению от экстремума. В силу этого такие СЭР отличаются простотой конструкции и помехоустойчивостью.

Разработана экстремальная система управления потоком аэросмеси в рабочем пространстве мельницы, которая позволяет обеспечить устойчивость и высокие качественные характеристики процессов аспирации и максимальный вынос материала заданного гранулометрического состава.

Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям автоматизированного способа производства органоминеральной добавки и ее внедрению на действующем бетонном заводе.

Предложены не только структурные решения локальных систем автоматизации, но разработаны методы выбора и расчета управляющих, настроечных параметров и критериальных функций оценки качественных характеристик локальных систем управления дозированием смеси в шаровую мельницу, оборотами мельницы и процессом аспирации.

Принципы, положенные в основу автоматизированной технологии процессов приготовления бетонной смеси с использованием органоминеральной добавки, реализованы в виде комплексной системой автоматизации.

Технологическая схема приготовления бетонной смеси с использованием органоминеральной добавки представляет собой результаты научно-технического инновационного проекта: "Производство сухих строительных смесей и мелкозернистых самоуплотняющихся бетонов на основе техногенного сырья для монолитного строительства". В качестве сырья использовались золошлаки, образующиеся при сгорании угля, в частности отходы, получаемые при эксплуатации ТЭЦ.

Технологическая схема приготовления бетонной смеси с использованием органоминеральной добавки, представленная на рис.15, позволяет произвести: органоминеральную добавку; сухую строительную смесь (ССС); мелкозернистый бетон (МЗБ).

Рис.15. Технологическая схема приготовления сухих строительных смесей и мелкозернистых самоуплотняющихся бетонов на основе техногенного сырья: 1-золошлаковая смесь; 2-мостовой кран с грейферным ковшом; 3-расходный бункер; 4-непрерывный конвейер; 5- барабанная вращающаяся сушилка; 6-шихтозапасник; 7-шнековый конвейер; 8-силос хранения пластифицирующей добавки; 9-весовой дозатор; 10-шаровая мельница; 11-

приемный бункер ОМД: 12- упаковочный аппарат; 13- конвейер выдачи готовой продукции; 14-комната персонала (1-этаж), операторская (2-этаж); 15-силосы ОМД; 16-силосы цемента; 17-БСУ; 18-полузакрытые расходные бункера мелкого заполнителя; 19, 20-емкости хранения сухого и влажного мелкого заполнителя; 21-емкость хранения ОМД; 22-емкость хранения цемента; 23-емкость хранения воды; 24-дозатор воды; 25-бетоносмесители.

Практическая реализация системы управления основывается на современных принципах и технических средствах автоматизации, обладающих расширенными коммуникационными возможностями, поддержкой промышленных интерфейсов типа Profibus, Modbus и др., имеющих открытую архитектуру и широкие вычислительные возможности.

Из существующих SCADA-систем выбрана наиболее перспективная отечественная система Trace Mode, функциональные возможности которой наиболее эффективны для реализации системы. Разработан НМ1-интерфейс для технологической схемы производства БС с использованием ОМД.

Описанная технологическая схема нестандартна по своему содержанию и отличается от классических схем приготовления бетонной смеси введением ряда новых переделов.

Среди отличительных функциональных черт, присущих разработанному интерфейсу, можно выделить следующие: многоэкранность, наличие демо-режима, тиражирование - использование шаблонов, ПДД-регулирование.

Процесс производства бетонной смеси с использованием ОМД представлен в виде мнемосхемы в экранах Trace Mode (рис.16).

Рис.16. Главный экран технологического процесса производства бетонной смеси

Внешний вид главного экрана изображен на рис.16. Он содержит элементы всех остальных экранов, выстроенных в порядке, соответствующем технологической схеме, и позволяет переходить на них щелчком мыши на соответствующем элементе.

Экран помола представлен на рис.17 .

Рис.17. Экран помола Экран помола (рис.17) отображает только состояние шаровой мельницы (М1), а именно: функционирование (включено/выключено) (М1-Р); загрузку в процентах (М1-У); прогресс в процентах (М1-Р), в зависимости от времени помола; время помола (М1-Вр) в секундах; состояние входного клапана (М1-К1); состояние выходного клапана (М1-К2); частоту вращения в оборотах в минуту (М1-Ч).

Экспериментальные исследования и опытная эксплуатация разработанной системы автоматизированного управления процессом приготовления бетонной смеси с использованием ОМД, показали, что производительность технологической линии увеличилась на 25% по сравнению с первоначальным не автоматизированным вариантом, а использование ОМД, снижает стоимость одного кубометра бетонной смеси на 5-6%.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Исследования в области помола различных материалов направлены в первую очередь на оптимизацию технических характеристик самого помольного оборудования, что предопределяет предел его технического

совершенствования, не позволяя далее изменить свойства агрегатов и приблизить их технико-экономические показатели к ужесточающимся требованиям производства. Необходима разработка автоматизированной технологии производства новых материалов на основе добавок органического и минерального происхождения.

2. Анализ влияния добавок органического и минерального происхождения, как на стадии приготовления растворных смесей, так и в процессе создания структуры затвердевшего раствора, показал, что минеральные тонкодисперсные наполнители, и в том числе органоминеральная добавка (ОМД), получаемая помолом в шаровой мельнице золошлаковой смеси, способствуют повышению плотности затвердевшего цементного камня, одновременно снижая себестоимость выпускаемой продукции.

3.Разработанный автоматизированный технологический процесс, позволяет получать новый строительный материал с повышенными технико-экономическими показателями за счет использования дешевого и доступного сырья - золошлаковых отходов.

4. В ближайшее время шаровые мельницы в крупнотоннажных отраслях промышленности для помола различных материалов останутся основными помольными агрегатами.

5. Одним из действенных способов повышения эффективности помола, является измельчение сырья в шаровых мельницах замкнутого цикла, что позволяет производить более качественный продукт по сравнению со всеми остальными типами мельниц.

6.Увеличение эффективности измельчения наблюдается в шаровых мельницах замкнутого цикла.

7. Максимально возможный эффект измельчения, связан с получением максимального количества ОМД, при соблюдении ее заданных качественных характеристик, за счет разработанных в работе систем стабилизации и оптимизации ряда параметров шаровой мельницы локальными САР.

8. Выбор метода автоматизации процесса' аспирации опирается на разработанную модель, отображающую интегральные представления о перемещении неразрывного потока аэросмеси в плотной фазе. Представление шаровой мельницы, как объекта управления, позволило упростить ее математическую модель, интегрально отобразив в ее структуре и коэффициентах только те основные параметры установки, которые влияют на ее динамические свойства.

9. Судя по энергетическим характеристикам аспирационного тракта, способы управления процессами измельчения в шаровой мельнице по отклонению, не оптимальны. Необходима регулярная настройка воздуходувной машины шаровой мельницы на экстремальное значение мощности вентиляторной установки, которое обеспечит максимальный вынос материала.

10. Разработана структура СЭР аспирационного тракта шагового типа. Так как в функциональной схеме СЭР отсутствует элемент, с экстремальной статистической характеристикой, то она формируется искусственно за счет перемножения параметров мощности и производительности вентиляторной установки, характеризующих процесс аспирации.

11. Проведена экспериментальная проверка полученных результатов, которая подтвердила эффективность разработанной автоматизированной технологии производства органоминеральной добавки, увеличив вынос мелкодисперсного продукта на 7-9%.

Публикации в рецензируемых журналах из списка ВАК РФ:

1. Исаева М.Р., Марсов В.И., Минцаев М.Ш., Методы автоматизации процесса производства органоминеральной добавки на основе золошлаковой смеси // Вестник МАДИ (ГТУ). - М.: 2012 г., вып. 3. С. 106-109

2. Исаева М.Р., Васильев Ю.Э., Колбасин A.M. Автоматизация процесса помета золопшаковых смесей //Журнал «Промышленное и гражданское строительство», -М.: вып. 11 , 2012г.. С.63-66

3. Исаева М.Р., Васильев Ю.Э., Колбасин A.M., Автоматизация процесса производства органоминеральной добавки на основе

29

золошлаковой смеси.// Электронный журнал «Науковедение», -М.: вып. 4, 2012г.. С.47-50.

Публикации в других изданиях:

4. Исаева М.Р., Минцаев М.Ш., Батаев Д.К-С., Мажиев Х.Н., Ибрагимова Х.И. Современные микропроцессорные системыуправления и программное обеспечение типа SCADA в производстве строительных материалов. // Сб. науч. тр. Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в строительстве» - Махачкала.: ДГТУ, 2011г.. С. 26-29

5. Исаева М.Р., Минцаев М.Ш., Гематудинов P.A. Организация и управление технологическими процессами строительного производства с использованием SCADA-систем. // Сб. науч. тр. Всероссийской научно-практической конференции «Наука и образование в Чеченской республике: состояние и переспективы развития» - Грозный.: КНИИ РАН , 2011г.. С. 8488

6. Исаева М.Р., Минцаев М.Ш., Пашаев В.В., Хатаев Ю.К. Применение адаптивного метода управления в системах локального регулирования с целью повышения качества производственного процесса. // Сб. науч. тр. Всероссийской научно-методической конференции «Инновационные технологии в профессиональном образовании» - Грозный.: ГГНТУ-2011г.. С.158-160

7. Исаева М.Р., Автоматизация процессов производства строительных смесей с применением современных SCADA-систем. // Сб. науч. тр. кафедры «Автоматизация и управление» - Грозный.: ГТНТУ, 2012г., С.11-15

8. Исаева М.Р., Шухин В.В., Тан Цзэ Юй. Экстремальная система аспирационного тракта пневмосистемы. // Сб. науч. тр. кафедры «Автоматизация и управление» - Грозный.: ГТНТУ, 2012г.. С.24-29

9. Исаева М.Р., Марсов В.И., Шухин В.В., Тан Цзэ Юй. Автоматизированное управление процессами пневмотранспортирования // Сб. науч. тр. кафедры «Автоматизация и управление» - Грозный.: ГГНТУ, 2012г.. С.30-37

10. Исаева М.Р., Марсов В.И., Шухин В.В., Тан Цзэ Юй. Модель процесса пневмотранспортирования мелкодисперсных материалов. // Сб. науч. тр. кафедры «Автоматизация и управление» - Грозный.: ГТНТУ, 2012г.. С.38-45

Издано 12.10.2012 г. Подписано в печать 11.10.2012г.. Формат 60/84 1/16. Бум. офсетная №1. Печ. л. 2 Отпечатано в типографии ГТНТУ Тираж 100 экз.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Грозненский государственный нефтяной технический университет им. акад. М.Д. Миллионщикова» 2012 г. 364902, г.Грозный, ул. А.Авторханова, 14/53

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ С ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИМИ ДОБАВКАМИ.

1.1. Влияние различных добавок на состав и свойства строительных растворов.

1.2. Роль суперпластификаторов в модификации бетонных смесей.

1.3. Разработка органоминеральной добавки на основе золошлаковых смесей.

1 АТехнология тонкого измельчения материалов.

1.5. Анализ эффективности измельчения в шаровых мельницах замкнутого цикла.

1.6. Процессы измельчения в шаровых мельницах.

1.7. Технологическая схема производства органоминеральной добавки.

1.8. Влияние параметров сепаратора на производительность шаровой мельницы.

ВЫВОДЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 2. ПРОЦЕССЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В ШАРОВЫХ МЕЛЬНИЦАХ ЗАМКНУТОГО ЦИКЛА.

2.1. Производительность шаровых мельниц замкнутого цикла.

2.2. Определение гранулометрического состава готового продукта в шаровых мельницах.

2.3. Влияние процесса аспирации шаровых мельниц замкнутого цикла на фракционный состав продуктов помола.

2.4. Разделение материала в динамических сепараторах.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ АСПИРАЦИИ ШАРОВЫХ МЕЛЬНИЦ.

3.1.Локальные системы автоматизации процесса производства органоминеральной добавки на основе золошлаковой смеси.

3.2.0собенности моделей аспирационного тракта.

3.3. Основные аэродинамические характеристики схемы замещения аспирационного тракта.

3.4. Системы регулирования пневмотранспортных потоков по отклонению

3.5. Модель и система автоматического управления аспирационного тракта ШМД.

3.6. Экстремальная система аспирационного тракта.

3.7. Методы и средства измерения параметров процесса пневмотранспортирования.

3.8. Струйный пневматический метод.

3.9. Микроволновый расходомер сыпучих и порошкообразных материалов в потоке.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.

ГЛАВА 4. ЛОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОЙ ДОБАВКИ.

4.1. Структура дозаторов непрерывного действия с регулированием по производительности.

4.2. Дозаторы с управляющим воздействием в виде изменения скорости ленты весового транспортера.

4.3. Определение динамической ошибки дозирования.

4.4. Самонастраивающиеся системы с эталонной моделью.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА БЕТОННОЙ СМЕСИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОМД.

5.1. Цели и задачи экспериментальных исследований.

5.2. Алгоритм системы экстремального регулирования процесса аспирации

5.3. Система автоматизации приготовления бетонной смеси с использованием ОМД.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5.

Эффективность производства напрямую связана с совершенствованием технологических процессов на основе новейших научно-технических достижений. Именно поэтому в последнее время интенсивно развиваются технологии производства новых материалов с использованием добавок органического и минерального происхождения, как на стадии приготовления растворных смесей, так и в процессе создания структуры затвердевшего раствора. Анализ влияния добавок органического и минерального происхождения, показал, что минеральные тонкодисперсные наполнители способствуют повышению плотности затвердевшего цементного камня, а регулирование поверхностной активности зёрен минерального наполнителя комплексной добавки, позволяет оптимизировать структуру и свойства разбавленных этими добавками цементных растворов без применения высокоинтенсивных технологических приёмов.

Проведенные в Грозненском государственном нефтяном техническом университете исследования показали, что в качестве комплексной добавки эффективно использовать, органоминеральную добавку (ОМД), получаемую в результате механохимической обработки - помола в шаровой мельнице золошлаковой смеси.

Измельчение является одной из основных технологической операцией при производстве строительных материалов. При значительных объемах помола продукта класса минус 100 мкм базовыми помольными агрегатами являются трубные шаровые мельницы. Одним из факторов, сдерживающих распространение этих мельниц, является низкий их КПД, колеблющийся в пределах 0,5.2 %.

Наиболее перспективным из направлений повышения эффективности работы шаровых мельниц является их перевод в замкнутый цикл измельчения с высокоэффективными сепараторами. Мировой опыт эксплуатации измельчительных агрегатов показывает, что кроме улучшения качества конечного продукта наблюдается повышение производительности установок на 8.25 % в зависимости от применяемой схемы помола и качества конечного продукта.

Переход на рыночную систему управления экономикой требует от предприятий более эффективного использования существующего помольного парка, повышения его производительности, получения продукта заданного гранулометрического состава, который в большей степени и предопределяет свойства вяжущего. Решение данной задачи возможно за счет совершенствования процесса измельчения в шаровой мельнице и сепарации продуктов помола во внешнем классифицирующем устройстве. Это позволит не только повышать энергетическую эффективность процесса измельчения, но и получать готовый продукт с заданным гранулометрическим составом.

Анализ процессов измельчения в шаровых мельницах замкнутого цикла, исследованных целом рядом авторов, как правило, затрагивает вопросы технологической оптимизации режимных и конструктивных параметров агрегатов измельчения, не рассматривая их в контексте автоматизации и автоматического управления.

Эффективное функционирование процессов измельчения возможно только с помощью комплексной автоматизации, которая должна обеспечить такую структурно-функциональную связь технологических Элементов, при которой достижение заданной цели всего процесса наиболее вероятно.

Однако задача управления технологическим процессом помола охватывает круг вопросов, связанных с разработкой новых принципов и методов автоматизации. Необходимо использование ново'го подхода к синтезу системы непрерывного производства органоминеральной добавки в направлении интеграции технологии, технических средств и управления. Только таким образом удается существенно повысить технико-экономические показатели промышленного производства ОМД, избежать влияния значительных колебаний количественных и качественных характеристик сырья, отклонений режимов функционирования отдельных агрегатов на ее качественные характеристики.

С использованием вычислительной техники изменяется концепция создания систем автоматизации технологических процессов, обуславливая тем самым максимальную интеграцию технологии, технических средств и управления. Это позволяет не только реализовать алгоритмы управления высокой степени сложности в реальном масштабе времени, но и воспроизвести физические структуры неизменяемой части системы в вычислительной среде.

Применение принципа адаптации позволяет искусственно создать эффект приспособления к изменяющимся условиям в автоматической системе. Он применяется в тех случаях, когда сложность управляемого процесса достигает такого уровня, при котором влияние неполной априорной информации об условиях работы системы становится существенным, и невозможно обеспечить заданное качество процессов управления без приспособления системы к изменяющимся условиям функционирования.

Требуется регулярная перенастройка режима работы шаровой мельницы, обеспечивающая максимальную эффективность процесса измельчения.

Для решения задач автоматической оптимизации процесса измельчения необходим целенаправленный анализ особенностей функционирования и области изменения основных параметров шаровой мельницы, определяющих ее качественные характеристики.

Поэтому, поставленная в диссертационной работе задача разработки методов построения системы автоматизированного управления технологическим процессом промышленного производства органоминеральной добавки, обеспечивающей реализацию существенно новых способов повышения ее качества, является актуальной.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Исследования в области помола различных материалов направлены в первую очередь на оптимизацию технических характеристик самого помольного оборудования, что предопределяет предел его технического совершенствования, не позволяя далее изменять свойства агрегатов и приблизить их технико-экономические показатели к новейшим, все более ужесточающимся требованиям производства. Назрела необходимость в разработке автоматизированной технологии производства новых материалов на основе добавок органического и минерального происхождения.

2. Анализ влияния добавок органического и минерального происхождения, как на стадии приготовления растворных смесей, так и в процессе создания структуры затвердевшего раствора, показал, что минеральные тонкодисперсные наполнители способствуют повышению плотности затвердевшего цементного камня. Основное сырье для производства ОМД — золошлаковые отходы - способствует снижению себестоимости выпускаемой продукции.

3. В ближайшее время шаровые мельницы в крупнотоннажных отраслях промышленности для помола различных материалов останутся основными помольными агрегатами.

4. Одним из действенных способов повышения эффективности помола является измельчение сырья в шаровых мельницах замкнутого цикла, что позволяете производить более качественный продукт в сравнении со всеми остальными типами мельниц.

5. Увеличение эффективности измельчения наблюдается в шаровых мельницах замкнутого цикла, оснащенных наклонными перегородками со специальным расположением щелей для пропуска мелких фракций из первой камеры во вторую и отсутствием таких щелей со стороны второй камеры.

6. Выбор метода автоматизации процесса аспирации опирается на разработанную модель, отображающую интегральные представления о перемещении неразрывного потока аэросмеси в плотной фазе. Представление шаровой мельницы, как объекта управления, позволило упростить ее математическую модель, интегрально отобразив в ее структуре и коэффициентах только те основные параметры установки, которые влияют на ее динамические свойства.

7. Судя по энергетическим характеристикам пневмосистемы способы управления по отклонентю не оптимальны. Необходима регулярная настройка воздуходувной машины шаровой мельницы на экстремальное значение мощности вентиляторной установки, которое обеспечит максимальный вынос материала.

8. Разработана структура СЭР аспирационного тракта шагового типа. Так как в функциональной схеме СЭР отсутствует элемент, с экстремальной статистической характеристикой, то она формируется искусственно за счет перемножения параметров Р и Q, характеризующих процесс аспирации.

9. В качестве средств измерения параметров аспирационного тракта использовался струйный пневматический метод и бесконтактный СВЧ -расходомер.

10. Проведена экспериментальная проверка полученных результатов, которая подтвердила эффективность разработанныой автоматизированной технологии производства добавок органического и минерального происхождения, увеличив вынос мекодисперсного продукта на 7-9%.

1. Агейкин Д. И., Костина Е. Н. Датчики контроля и регулирования: Справ, материалы. - М.: Машиностроение, 1965. - 928 с.

2. Адаптивное управление технологическими процессами / Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, С.П. Протопопов и др.- М.: Машиностроение, 1980.-536 с.

3. Акунов В.И. Современное состояние и тенденции совершенствования молотковых дробилок и мельниц /В. И. Акунов// Строительные и дорожные машины. - 1995. - № 1.-С. 11-13.

4. Андреев С.Е. Закономерности измельчения и исчисления характеристик гранулометрического состава /С.Е. Андреев, В.В. Товаров, В. А. Перов. М.: Металлургиздат, 1959. - 437 с.

5. Андреев С.Е. Наивыгоднейшее число оборотов шаровой мельницы // Горный журнал. 1954. - № 10 - С. 44-49.

6. Андреев С.Е Полезная мощность, потребляемая шаровой мельницей при каскадном режиме // Горный журнал. — 1971. — № 12. — С. 52-56.

7. Артамонов A.B. Гранулометрический состав портландцементов центро- бежно-ударного измельчения / A.B. Артамонов, М.С. Гаркави, В.А. Кушка // Цемент и его применение. 2007. — № 2. - С. 67-69.

8. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента. М.: Радио и связь, 1983.- 192 с.

9. Баженов Ю.М. Технология бетона. -М.: Изд-во АСВ, 2002.

10. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс / Б. Банди. —М.: Радио и связь, 1988.-127 с.

11. Мита Н., Хара С., Кондо Р. Введение в цифровое управление. Пер. с японск. М.: Мир, 1994.

12. Михин, A.C. Мельница нового поколения / A.C. Михин, И.З. Вортман, Р. Эймерт // Цемент и его применение. 2007. - № 4. - С. 32-33.

13. Морозов, Е.Ф. О механизме перемещения сыпучих материалов во вращающемся горизонтальном барабане / Е.Ф. Морозов // Изв. ВУЗов Горный журнал. 1983. - № 4. - С. 78-83.

14. Морозов IO.JI. Система управления характеристиками товарного бетона на основе информационных технологий. Строительные материалы №8. М. 2001.

15. Муртазаев С-А.Ю. Эффективные бетоны на основе техногенного сырья для ремонтно-восстановительных работ.- Диссер. На соискание уч.ст. д.т.н. Грозный 2008г.- С.84-90.

16. Новоселов А.И. Автоматическое управление (техническая кибернетика): Уч. пособие для вузов. Л.: Энергия, 1973.- 320 с.

17. Общий курс строительных материалов /Под ред. И.А. Рыбьева. М.: Высшая школа, 1987. - 584 с.

18. Олевский, В.А. О расходе энергии в шаровых и стержневых мельницах / В.А. Олевский // Горный журнал. 1981. -№11.- С. 50-56.

19. Перов, В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых / В.А. Перов, Е.Е. Андреев, Л.Ф. Биленко. М.: Недра, 1990. -301 с.

20. Першин, В.Ф. Машины барабанного типа: основы теории, расчета и конструирования / В.Ф. Першин. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1990. - 168 с.

21. Пироцкий, В.З. Аспирация цементных мельниц / В.З. Пироцкий, B.C. Богданов, B.C. Севостьянов. М.: ВНИИЭСМ, 1984. - 52 с.

22. Пироцкий, В. 3. Технологическая аспирация цементных мельниц /В.З. Пироцкий, В. С. Богданов // Цемент. -1985. № 2. - С. 7-9.

23. Пироцкий, В.З. Освоение на Себряковском цементном заводе помольной установки замкнутого цикла с мельницей размером 3x14 м и циклонным сепаратором ВЦМ-3,5 / В.З. Пироцкий, А.Б. Бреслер, К.Ф. Матвиенко, Н.В. Гонебник. М.: ВНИИЭСМ, 1973. - Вып. 2. - 6-10.

24. Пироцкий, В.З. Технологическая система измельчения для высокодисперсных компонентных цементов / В.З. Пироцкий // Цемент. -1992.-№3.-С. 85-91.

25. Пироцкий, В, 3. Технологические системы измельчения (ТСИ) клинкера: характеристики и энергоэффективность / В. 3. Пироцкий, В. С. Богданов // Цемент и его применение. 1998. - № 6. - С. 12-16.

26. Пироцкий, В.З. Технология измельчения клинкера и добавок / В.З. Пироцкий. -М.: НИИЦемент, 1992. Вып. 103. - 210 с.

27. Пихлъмайер, Э. Модернизация цементных помольных установок / Э. Пихльмайер // Цемент и его применение. 2000. - № 2. — С. 41-45.

28. Попов, JI.H. Применение подмыльного щелока в качестве пластификатора строительных растворов / JI.H. .Попов. М.: Госстройиздат. 1963.

29. Пугачев B.C. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Наука, 1979.

30. Рыбьев И. А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ. -М.: Высшая школа, 1978. 309 с.

31. Сапожников, М.Я. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций / М.Я. Сапожников. М.: Высшая школа, 1971. - 382 с. - ISBN

32. Сатарин, В.М. Движение и обеспыливание газов в цементном производстве / В.М. Сатарин, С.В. Перли. —М.: Госстройиздат, 1960. — 265 с.

33. Технические средства диагностирования. Справочник./ Под ред. В.В.Клюева. М.: Машиностроение, 1989.

34. Тихонов А.Н., Уфимцев М.В. Статистическая обработка результатов экспериментов. М.: изд. МГУ, 1988.

35. А. Уваров, P.P. Шарапов, Д.М. Анненко // Вестник БГТУ им. Г. Шухова / Белгор. гос. технол. ун-т. Белгород, 2008. - № 4. - С.52-54.

36. B.Г. Шухова, Белгород, 2003 г./ Белгор. гос. технол. ун-т. Белгород, 2003.1. C. 205-207.

37. Шарапов P.P. Влияние на процесс измельчения в шаровых мельницах замкнутого цикла измельчения аспирационного режима / P.P. Шарапов // Известия высших учебных заведений. Северокавказский регион. Технические науки. 2008. - № 2. - С. 75-77.

38. Шарапов P.P. Математическое описание дисперсных характеристик сепарированных цементов / P.P. Шарапов, В.Г. Шаптала // Научные исследования, наносистемы и ресурсосберег. технологии в стройиндуст- рии: Междун. науч.-практ. конф. БГТУ им. В. Г. Шухова,

39. Шарапов P.P. Шаровые мельницы замкнутого цикла / P.P. Шарапов. Белгород: Изд-во БГТУ, 2008. - 270 с.

40. Шарапов P.P. Энергетические параметры работы шаровых мельниц замкнутого цикла измельчения / P.P. Шарапов // Известия высших учебных заведений. Северокавказский регион. Технические науки. 2007. -№3.- С. 82-86.

41. Штрассер 3. Современное состояние технологии помола от фирмы KHD Humboldt Wedag AG. / 3. Штрассер // Цемент и его применение. 2002. -№ 1.-С. 27-30.

42. Юнг В.Н. Цементы с микронаполнителями / В.Н. Юнг, A.C. Пантелеев, Ю.М. Бутт, И.Г. Бубенин // Цемент. 1947, № 8.

43. Юнг В.Н. Исследование гидратации дисперсных систем клинкерных минералов с карбонатом кальция и другими добавками / В.Н. Юнг, A.C. Пантелеев, Ю.М. Бутт, И.Г. Бубенин // Труды МХТИ им. Д.И. Менделеева. М.: 1957, - вып.№ 26.