Введение к работе
Аісгуальность работы определяется необходимостью дальнейшего совершенствования системы управления технологическими процессами предприятий горно-металлургического комплекса.
Известно, что в технологической цепи от добычи минерального сырья до получения конечного продукта - особое место занимает проблема контроля и управления качеством исходного материала и продуктов его переработки.
Широко используемые для этой цели традиционные аналитические методы во многих случаях оказываются не в состоянии удовлетворять современные требования добывающих и металлургических предприятий из-за низкой производительности и отсутствием возможности автоматизации.
Существенно большими возможностями для создания систем управления качеством добываемого и перерабатываемого сырья обладают геофизические, в первую очередь, ядерно-геофизические методы измерений.
К настоящему времени эти методы уже получили распространение на ряде предприятий горно-металлургического комплекса. Причем их эффективная отдача отмечена на разных стадиях технологии переработки сырья: от рудоподготовки до сортировки готовой продукции.
Несмотря на имеющееся продвижение в области теоретического и экспериментального обоснования ключевых моментов в технологиях дистанционной квалиметрии минерального сырья, по-прежнему существует немало причин, препятствующих внедрению геофизических методов в практику добычи и переработки минерального сырья.
Кроме традиционного отставания в аппаратурном оснащении, можно говорить о практическом отсутствии специализированной геофизической службы на предприятиях горно-металлургического цикла, особенно на предприятиях по добыче и переработке хромитовых и марганцевых руд, сырья для производства огнеупоров и некоторых других видов минерального сырья, включая уголь и кокс.
Основная цель настоящей работы заключалась в теоретическом и экспериментальном обосновании применимости и практическом подтверждении высокой эффективности ядерно-геофизических методов для дистанционного контроля и управления качеством минерального сырья и продуктов его переработки применительно к условиям предприятий черной металлургии.
В соответствии с намеченной целью в диссертации рассмотрены задачи, решения которых характеризуются научной новизной:
Обоснована (теоретически и экспериментально) технология гамма-абсорбционного дозирования продуктов переработки минерального сырья квазибннарного состава с произвольным распределением массовой доли металла и переменной толщиной конвейерного потока.
Рассчитаны основные параметры корреляции между массовыми долями полезных компонент и эффективными атомными номерами марганцевых и хромитовых руд.
Сформулированы условия, позволяющие реализовать технологию гамма-абсорбционного контроля количества однородного по составу мате* риала, перемещающегося на конвейерной ленте мимо пункта просвечивания.
Исследованы редкометальные особенности ( рентгенорадиометриче-ский и нейтронно-активациопный анализ) металлургических шлаков ряда ферросплавных предприятий на Урале, в Казахстане и на Украине, обнаружено значительное количество скандия в золотоотходах Рефтинской ГРЭС.
Предложен способ корректировки результатов нейтронно-акти-вационного анализа на ванадий в Качканарских титано-магнегитовых рудах в связи с мешающим влиянием радионуклида Аг*.
Предложена и разработана методика комбинированных (тензомет-рическое взвешивание и акустическая локация) измерений для дистанционного контроля зольности энергетических углей.
- Теоретически оценена величина «рельефной помехи» в непрерывном
варианте гамма-абсорбционного контроля качества квазибинарного сырья.
- Показано (теоретически и экспериментально), что аппаратурный
параметр гамма-спектрометрического варианта просвечивания не зависит
от флуктуации рельефа, перемещающегося мимо пункта контроля потока
минерального сырья, а функционально связан только с массовой долей по
глотителя.
Теоретически получено соотношение, связывающее между собой основные параметры технологии гамма-абсорбционных измерений.
Предложен и обоснован способ градуирования аппаратуры, основанный на использовании главных параметров распределения сопоставляемых величин.
В диссертации сформулированы и защищаются следующие научные положения:
1. Определены экспериментальным путем и подтверждены теоретическими расчетами устойчивые функциональные связи измеряемого параметра ослабления потока гамма-излучения с эффективными атомными номерами минерального сырья квазибинарного состава, что позволяет использовать гамма-абсорбционные измерения в системах контроля и управления его качеством.
-
Стабилизация массовой толщины исследуемого материала при выполнении гамма-абсорбционных измерений в режиме «on line», является необходимым условием для их применения в системах технологического контроля качества минерального сырья.
-
Градуирование приборов технологического контроля качества минерального сырья целесообразно производить путем построения алгоритма функциональной связи измеряемого и аппаратурного параметров через основные статистические характеристики распределения сопоставляемых величин. Что позволяет обеспечить высокую точность выполнения несовместных измерений.
-
Использование геофизических датчиков в системах автоматизированного управления технологическими процессами горно-металлургического производства позволяет оптимизировать их рабочие режимы путем получения оперативной и достоверной информации, добиваясь при этом значительной экономии энергоресурсов и минерального сырья.
-
Комплексные геофизические исследования техногенных отходов крупного промышленного производства дают их наиболее полную технологическую оценку и могут быть использованы для подготовки исходных данных при проектировании и создании новых производств с использованием нетрадиционных источников минерального сырья.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается совпадением расчетов сданными лабораторных и опытных исследований, а также промышленным внедрением рассмотренных в работе методик и технологий.
Подготовлены и утверждены на внутриведомственном уровне метрологические аттестаты гамма-абсорбционных измерений массовых долей оксида хрома, марганца, кальция в рудном сырье и продуктах его переработки, а также нейтронно-активацнонного метода определения марганца и ванадия в технологических пробах.
Имеются акты контрольных сопоставлений результатов ядерно-геофизических измерений с хим. анализами в специально отобранных пробах, проведенных совместно с Центральными заводскими лабораториями Донского и Качканарского ГОКов, Никопольского, Лктюбинского, Ключевского завода ферросплавов, Кульдурского бруентового рудника и др.
Практическая значимость работы заключается в создании теоретической и опытно-экспериментальной базы для подготовки к промышленному вігедрению технологий контроля и управления качеством рудного сырья с использованием ядерно-геофизических методов.
Накоплен значительный опыт практического использования результатов научных исследований на крупном промышленном производстве.
Особенно следует отметить созданную под научным руководством автора и успешно действующую в течении нескольких лет на Никопольском заводе ферросплавов автоматизированную систему управления качеством шихтовых материалов. По данным независимой экспертизы, выполненной специалистами «Южгипросталь», промышленная эксплуатация указанной системы позволила только за 9 месяцев (апрель-декабрь 1993 г.) сэкономить более 11 млн. квт. час. электроэнергии на 5-й и 6-й электропечах цеха№1 НГЗФ.
Полученные в результате внедрения научных разработок обширные практические и статистические данные позволили оптимизировать технологические показатели процессов обогащения хромитовых, марганцевых, бруситовых руд, шихтоподготовки при производстве марганцевых, железорудных и хромовых агломератов, обжига огнеупорного сырья.
Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на научно-технических конференциях, совещаниях и семинарах в разное время, начиная с 1980 г., в частности:
«Комплексная система контроля качества руд на горно-обогатительных комбинатах» (отраслевая НТК, г. Качканар, 1980).
«Интенсификация и повышение эффективности горных и геологоразведочных работ для обеспечения минеральным сырьем промышленности Урала» (НТК СГИ, г. Свердловск, 1982).
«Повышение эффективности горных и геологоразведочных работ на основе технического перевооружения и улучшения технологического производства» (НТК СГИ, г. Свердловск, 1983).
«Технология открытой разработки месторождений полезных ископаемых» (НТК молодых ученых и специалистов, г. Апатиты, 1984).
«Совершенствование геологоразведочных работ, технологии и техники добычи и переработки полезных ископаемых на Урале» (НТК СГИ, г. Свердловск, 1984).
«Геофизические методы разведки и опробования руд черных металлов» (семинар при ВДНХ, павильон «Металлургия», г. Москва, 1985).
«Совершенствование технологии и техники горных и геологоразведочных работ на Урале» (НТК СГИ, г. Свердловск, 1985).
«Состояние и перспективы производства электротехнического пе риклаза повышенного качества» (НТС ВОСТИО, г. Свердловск, 1987).
«Ускорение научно-технического прогресса в горном деле и геоло гии на основе применения новых технологий» (НТК СГИ, г. Свердловск 1987).
- «Технология гамма-абсорбционных измерений для контроля качест
ва горнорудного сырья» (экспонат ВДНХ, бронзовая медаль, г. Москва,
1987).
- «Разработка технологии контроля качества хромитовых руд»
(конкурс молодежных работ в области пауки, техники, производства, ди
плом лауреата, г. Свердловск, 1988).
Отдельные вопросы но теме исследования в разное время (1986-1996 г.г.) рассматривались на семинарах при лаборатории оценки качества минерального сырья института горного дела и кафедры ядерной геофизики Уральской горно-геологической академии (г. Екатеринбург), в рабочем порядке на совещаниях при технических руководителях Лкпобипского (Казахстан), Ключевского (Свердловская область), Челябинского электрометаллургического комбината (г. Челябинск) и Донского горнообогатительного комбината(г. Хромтау, Казахстан).
Специальные вопросы, связанные с утилизацией техногенного сырья обсуждались при участии автора со специалистами горно-химических предприятий в Марганецком ГОКе (Украина) и Чкаловске (Таджикистан), медеплавильного комбината в Кировограде, а также с ВНИИХТ (г. Москва), горно-геологическом университете (г. София, Болгария) и Уральского института металлов (г. Екатеринбург).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 32 работах, опубликованных в разных изданиях в течении 1982-1996 г.г. и в 16 отчетах по госбюджетным и хоздоговорным НИР, находящимся в фондах института горного дела и Уральской государственной горно-геологической академии.
Автор считает своим долгом выразить признательность и благодарность за полезные дискуссии, помощь при выполнении и подготовке работы к защите д.т.н., проф. Бастану П.П., сотрудникам кафедры ядерной геофизики УГГТА и Уральского института металлов, работникам Ключевского, Актюбинского и Никопольского завода ферросплавов, Челябинского электрометаллургического, комбината, а также сотрудникам лаборатории ядерной геофизики ИГУрО РАН.