Анотація до роботи:

Шпильовий Л. В. Автоматичне управління процесом згущення суспензій рідкіснометалічних руд для підвищення якості вихідних продуктів радіального згущувача. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 – автоматизація технологічних процесів. – Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2007.

Дисертація присвячена розв’язанню актуальної наукової задачі – підвищення ефективності автоматичного управління технологічним процесом згущення суспензій руд рідкісних металів та продуктів їх збагачення в радіальному згущувачі шляхом удосконалення принципів і способів управління на основі встановлення закономірностей згущення сфлокульованих суспензій.

Проведено теоретичне та експериментальне дослідження процесу згущення як об’єкту автоматичного управління. Установлено екстремальний характер залежностей швидкості осадження дисперсної фази сфлокульованої суспензії й густини стисненого осаду від питомих витрат флокулянту, виявлено факт дрейфу екстремуму від величини рН суспензії. Розроблені способи екстремального керування режимом осадження дисперсної фази суспензії. Показано, що густина суспензії, яка вивантажується з лійки згущувача, визначається параметрами ущільненого осаду і суспензії зони стиснення і забезпечується регулюванням співвідношення витрат дисперсної фази в осаді й згущеному продукті.

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій дано нове вирішення актуального наукового завдання підвищення ефективності автоматичного управління технологічним процесом згущення суспензій рідкіснометалічних руд та продуктів їх збагачення шляхом удосконалення системи автоматичного управління роботою радіального згущувача з периферійним приводом на основі встановлених закономірностей осадження сфлокульованої суспензії й консолідації осаду в умовах зміни фізико-хімічних властивостей дисперсійного середовища та особливостей змішування осаду в розвантажувальній лійці згущувача.

Найважливіші наукові та практичні результати роботи є такими.

1. Низькі техніко-економічні показники роботи радіальних згущувачів є наслідком зокрема недостатньо ефективного управління процесом згущення. Відомі методи автоматичного керування не дозволяють мінімізувати втрати концентрату зі зливом згущувача і дисперсію згущеного продукту, знизити витрати дорогих реагентів, оскільки розроблені без урахування екстремального характеру залежності швидкості осадження дисперсної фази від питомих витрат флокулянту та її дрейфу, а також примусової подачі ущільненого осаду і його змішування із суспензією в розвантажувальній лійці.

2. Розроблено нову структуру моделі об’єкта управління – процесу згущення суспензії рідкіснометалічних руд в радіальному згущувачі з периферійним приводом, – яка на відміну від відомих, що включають субпроцеси осадження дисперсної фази та консолідації осаду на дні згущувача, ґрунтується на гіпотезі про змішування ущільненого осаду із суспензією зони стиснення в розвантажувальній лійці радіального згущувача та враховує особливості розвантаження згущувача: існування в згущувачі субпроцесів транспортування ущільненого осаду і змішування його із суспензією зони стиснення, що забезпечило вищу точність математичного опису безперервного процесу згущення, і розроблення досконалішої комплексної системи автоматичного управління радіальним згущувачем.

3. Експериментально встановлено закономірності субпроцесів осадження сфлокульованої суспензії, стиснення й ущільнення осаду для різних типів концентратів і відходів збагачення кольорових та рідкіснометалічних руд в умовах одночасного комплексного впливу основних вхідних параметрів процесу. Уперше встановлено, що радіальний згущувач за каналами управління «витрати флокулянту – швидкість осадження дисперсної фази» та основного збурення «величина рН – швидкість осадження дисперсної фази» має екстремум швидкості осадження від питомих витрат флокулянту, який дрейфує при зміні величини рН. Визначені умови, за яких екстремальний характер залежностей і дрейф екстремуму має враховуватися при розробці алгоритмів ефективного управління радіальним згущувачем, уперше обґрунтована доцільність застосування екстремального управління процесом осадження дисперсної фази для підвищення ефективності автоматизованого управління процесом згущення сфлокульованої суспензії. Обґрунтовано вибір швидкості осадження дисперсної фази суспензії в якості цільової функції оптимізації процесу згущення.

4. Показано, що екстремальне управління процесом осадження польовошпатового концентрату можна реалізувати на базі принципу керування витратами флокулянту за основним збуренням – величиною рН суспензії живлення. Моделюванням встановлена залежність оптимальних керуючих впливів для польовошпатового концентрату від величини рН. Комп’ютерним моделюванням роботи системи екстремального управління встановлено, що реалізація розробленого способу управління за алгоритмом (7) дозволяє на 52,2 % знизити вміст концентрату в зливі та на 19,8 % витрати флокулянту (порівняно з ручним управлінням).

5. Розроблено спосіб екстремального управління режимом осадження цирконового концентрату за каналом «витрати флокулянту (ПАА) – швидкість осадження суспензії», який реалізує принцип крокового пошуку екстремуму на фізичній моделі згущувача, що суттєво скорочує тривалість пошуку. Шляхом комп’ютерного моделювання роботи СЕУ в середовищі Visual Basic 6.0 установлено, що час пошуку екстремуму має стійкий характер при дрейфі статичної характеристики в межах ±50 % від номінального значення і досягається за 9-12 кроків. У випадку довільних та короткочасних змін статичних характеристик об’єкта управління час пошуку є мінімальним (36-48 хв) при відхиленні цих характеристик у межах ±25 %, що сповна відповідає технологічним вимогам. Реалізація алгоритму екстремального управління дозволяє на 34 % знизити втрати цирконового концентрату в зливі згущувача порівняно з ручним управлінням, а витрати флокулянту на 15,0 %.

6. Уперше розроблено аналітичну модель розвантаження радіального згущувача, яка, на відміну від існуючих уявлень про механізм ущільнення дисперсної фази, базується на гіпотезі про змішування ущільненого осаду із суспензією зони стиснення в розвантажувальній лійці й адекватно описує фізичні процеси в радіальному згущувачі. Еквівалентна схема субпроцесу змішування може бути представлена як складена з елементів транспортного запізнювання і повного перемішування. Аналіз моделі показав, що густина згущеного продукту, який вивантажується з лійки згущувача, визначається параметрами ущільненого осаду і суспензії зони стиснення та залежить від співвідношення витрат дисперсної фази в осаді й згущеному продукті. Мінімальна дисперсія заданої густини згущеного продукту досягається, як уперше встановлено, шляхом автоматичної підтримки заданого співвідношення масових витрат ущільненого осаду й згущеного продукту і коригування цього співвідношення за густиною згущеного продукту.

7. Уперше розроблено спосіб комбінованого автоматичного управління процесом згущення суспензій руд рідкісних і кольорових металів, який поєднує принципи автоматичного керування за збуренням і відхиленням. При цьому новизна контуру керування за збуренням полягає в тому, що керуючий вплив – зміна витрат згущеного продукту – формується за співвідношенням масових витрат ущільненого осаду і згущеного продукту, а новизна контуру регулювання за відхиленням полягає в корекції цього співвідношення за густиною згущеного продукту. Результати комп’ютерного моделювання роботи комбінованої системи стабілізації густини згущеного продукту показали, що якість перехідних процесів в САР відповідає технологічним вимогам; дисперсія вихідного сигналу «густина згущеного продукту» при управлінні за розробленим алгоритмом знижується в 1,6 разу порівняно з управлінням за збуренням.

8. Уперше у формі передавальної функції розроблено аналітичну модель субпроцесу транспортування ущільненого осаду до розвантажувальної лійки радіального згущувача з периферійним приводом, яка з достатньою точністю (похибка ±7…8 %) описує динаміку процеса. Модель зміни висоти шару ущільненого осаду для випадку одночасного впливу швидкості транспортування та витрат дисперсної фази на вході в зону ущільнення представлена у вигляді двох паралельно сполучених ланок: аперіодичної ланки та ланки запізнювання. Автоматична стабілізація висоти шару ущільненого осаду забезпечується розробленим новим способом, який реалізує принцип управління за відхиленням шляхом зміни частоти обертання ферми згущувача. Дослідження математичної моделі системи стабілізації, синтезованої за допомогою програмного пакету GenieDAQ, показало, що дисперсія вихідного сигналу «висота шару ущільненого осаду» при управлінні за розробленим алгоритмом знижується у 2,3 разу порівняно з базовим режимом (ручне управління); якість перехідних процесів в САР відповідає технологічним вимогам.

9. Алгоритми та програмне забезпечення систем автоматизації, що реалізують розроблені та захищені патентами на винаходи принципи і способи управління процесом згущення, використані в технічному проекті збагачувальної фабрики рідкіснометалічних руд ВАТ «ММК ім. Ілліча», розробленому інститутом «УкрНДПІпромтехнології» (м. Жовті Води). Очікуваний економічний ефект від упровадження комплексної системи управління процесом згущення польовошпатового концентрату в умовах підприємства складає 194 тис. грн. на рік.

Публікації автора:

1. Шпильовий Л. В. Моделювання процесів консолідації дисперсної фази суспензії хвостів збагачення рідкіснометалевих руд // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. НГУ. – Дніпропетровськ, 2004. – Вип. 21 (62). – С. 92-100.

2. Шпильовий Л. В. Особливості автоматизації радіального згущувача // Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості: Зб. доповідей Міжнародної науково-технічної конференції, Кривий Ріг, 18-22 травня 2004 р. – Вісник КТУ. – Кривий Ріг: КТУ, 2004. – Т. 2. – С. 195-200.

3. Шпильовий Л. В. Аналітична модель процесу транспортування ущільненого осаду в радіальному згущувачі // Вісник КТУ: Зб. наук. праць. – Кривий Ріг: КТУ, 2005. – Вип. 10. – С. 119-123.

4. Шпильовий Л. В. Математична модель та алгоритм екстремального управління процесом осадження дисперсної фази суспензії // Автоматика. Автоматизація. Електротехнічні комплекси і системи. – Херсон: ХТУ, 2006. – № 2(18). – С. 38-44.

5. Шпильовий Л. В. Екстремальне управління режимом осадження дисперсної фази промислових суспензій // Вісник КТУ: Зб. наук. праць. – Кривий Ріг: КТУ, 2006. – Вип. 3(13). – С. 150-155.

6. Шпильовий Л. В., Білецький В. С., Сергєєв П. В. Математичне моделювання процесу осадження твердої фази хвостів флотації рідкіснометалічних руд // Вісник КТУ. – Кривий Ріг: КТУ, 2004. – Вип. 3. – С. 131-135.

7. Білецький В. С., Шпильовий Л. В. Оптимізація режиму осадження твердої фази у згущувачі // Складні системи і процеси. – Запоріжжя, 2002. – № 2. – С. 78–82.

8. Білецький В. С., Шпильовий Л. В. Обґрунтування інформативності сигналу активної потужності електроприводу ферми згущувача // Наук. вісн. НГУ. – Дніпропетровськ, 2006. – № 7. – С. 43-46.

9. Білецький В. С., Шпильовий Л. В. Аналітична детермінована модель процесу згущення суспензії в радіальному згущувачі // Наук. вісн. НГУ. – Дніпропетровськ, 2006. – № 2. – С. 40-44.

10. Моркун Н. В., Шпильовий Л. В. Оптимальне управління процесом осадження твердої фази хвостів флотації рідкіснометалічних руд // Вісник КТУ: Зб. наук. праць. – Кривий Ріг: КТУ, 2006. – Вип. 2(12). – С. 147-150.

11. Шпильовий Л. В. Проблеми і технічні рішення з автоматизації радіального згущувача // Труды Международной научно-технической конференции «Горная электромеханика и автоматика». – Т. 1. – Донецк: ДонНТУ, 2003. – С. 302-309.

12. Шпилевой Л. В., Белецкий В. С. Автоматизация процессов сгущения на обогатительных фабриках // V Конгресс обогатителей стран СНГ, Москва, 23-25 марта 2005 г. – М.: Альтекс, 2005. – Т. IV. – С. 296.

13. Белецкий В. С., Шпилевой Л. В. Интенсификация осаждения шламов тантал-ниобиевых руд // Благородные и редкие металлы: Труды IV Международной конференции «Благородные и редкие металлы. БРМ-2003», Донецк, 22-26 сентября, 2003. – Донецк, 2003. – С. 252-253.

14. Спосіб автоматичного керування роботою радіального згущувача: Пат. 65883 А Україна: МКІ B01 D21/00 / Шпильовий Л. В. – № 2003065709; Заявл. 20.06.03; Опубл. 15.04.04; Бюл. № 4. – 2 с.

15. Спосіб автоматичного керування процесом осадження твердої фази: Пат. 65879 А Україна: МКВ³ В01 D21/00 / Шпильовий Л. В., Білецький В. С. – № 2003065623; Заявл. 01.09.03; Опубл. 15.04.04; Бюл. № 4. – 2 с.

16. Спосіб автоматичного керування процесом осадження дисперсної фази суспензії в згущувачі: Пат. 76294 Україна: МКІ В01 D21/00 / Шпильовий Л. В. – № 20040706308; Заявл. 28.07.04; Опубл. 17.07.06; Бюл. № 7. – 3 с.

17. Спосіб автоматичного керування процесом згущення пульпи: Пат. 61372 А; Україна: МКВ⁵ В01 D21/00 / Шпильовий Л. В., Білецький В. С. – № 2003010230; Заявл. 09.01.03; Опубл. 17.11.03; Бюл. № 11. – 2 с.

Особистий внесок автора в роботах, виконаних у співавторстві: [6, 7] – формулювання ідеї роботи, постановка мети та задач дослідження, обґрунтування методики експериментального дослідження процесу та вибір плану експерименту, проведення лабораторних експериментів і експериментів на пілотній установці, аналіз одержаних результатів та формулювання основних наукових положень і висновків; [8] – теоретичні та експериментальні дослідження, методика експериментів, обробка й аналіз результатів; [9] – розробка моделі процесу змішування ущільненого осаду із суспензією в розвантажувальній лійці; [10] – розробка і дослідження математичної моделі процесу, розробка алгоритмів управління та САУ процесом згущення; [12, 13] – вибір незалежних факторів планованого експерименту, дослідження математичної моделі процесу та обґрунтування принципів побудови автоматизованої системи управління процесом згущення; [15, 17] ідея й обґрунтування моделюванням способів автоматичного управління процесом згущення.