На правах рукописи
Тараканов Евгений Александрович
Исследование и Разработка устройства контроля наличия посторонних металлических предметов в сырье и материалах горно-металлургического производства
Специальность: 05.11.13 «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Норильск – 2008
Работа выполнена
в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Норильский индустриальный институт»
Научный руководитель:
|
кандидат технических наук, доцент
Вячеслав Иванович Синицын
(г. Норильск)
|
Официальные оппоненты:
|
доктор физико-математических наук,
профессор
Черемисин Александр Алексеевич
(г. Красноярск)
доктор технических наук, профессор
Ловчиков Анатолий Николаевич
(г. Красноярск)
|
Ведущая организация:
|
ООО «Институт гипроникель»
|
Защита состоится «30» октября 2008 г. на заседании диссертационного совета ДМ 212.099.05 в СФУ по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. акад. Киренского, 26, ауд. Г 4-18
Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью организации, просим направлять по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. акад. Киренского, 26, СФУ, ученому секретарю диссертационного совета
ДМ 212.099.05 Е. А. Вейсову.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СФУ
Автореферат разослан «29» сентября 2008 г. И выставлен на сайте СФУ по адресу: http://sfu-kras.ru/science/dissertations.
Ученый секретарь диссертационного совета
кандидат технических наук, профессор
|
 Е. А. Вейсов
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы: На современном этапе развития экономики и бизнеса большое значение имеет снижение себестоимости продукции, в том числе, и за счет снижения затрат на ремонты и обслуживание технологического оборудования. При этом рост производства цветных металлов обуславливает увеличение объемов перерабатываемой руды, и, как следствие, нагрузки на технологическое оборудование. В связи с этим растут потери производства, вызванные простоями оборудования и затратами на его ремонт. Одной из основных причин выхода из строя оборудования является воздействие на него рудозасоряющих металлических предметов, появление которых обусловлено существующей технологией добычи руды. Эти предметы представляют собой элементы крепления горных выработок, фрагменты колосниковых решеток грохотов, футеровки рудоспусков и бункеров, детали машин и механизмов и другие металлические приспособления, используемые в повседневной производственной деятельности. Так за 2005 г. прямые затраты на ремонты технологического оборудования Талнахской обогатительной фабрики (ТОФ) заполярного филиала открытого акционерного общества горно-металлургическая компания «Норильский Никель» (ЗФ ОАО ГМК «Норильский Никель»), вышедшего из строя вследствие воздействия рудозасоряющих металлических предметов, составили около 10 млн. руб., а за 2006 г. около 15 млн. руб.
Основными последствиями этих воздействий являются порывы конвейерных лент (до сотен метров) или разрушение узлов дробильных машин (заклинивание конусной дробильной машины, повреждение самого конуса, а также разрушение шестерней редуктора привода этой машины). Одним из путей решения этой проблемы явилось оснащение конвейерных линий доставки руды магнитными уловителями. Однако это не принесло ощутимых результатов, так как с их помощью удаляются только предметы, лежащие на поверхности транспортируемой руды, и не удаляются немагнитные металлические предметы, представляющие значительную часть металлических рудозасоряющих предметов.
Более эффективным способом решения проблемы снижения количества отказов оборудования является введение в технологические переходы переработки руды высокоэффективных автоматических устройств обнаружения посторонних металлических предметов.
Проведенные на ЗФ ОАО ГМК «Норильский Никель» испытания, анализ перспективных, а также выпускаемых серийно отечественной и зарубежной промышленностью устройств, показал их низкую эффективность, так как использование подобных устройств для контроля богатых медно-никелевых руд, приводит к значительному количеству ложных срабатываний вследствие их низкой селективности.
В связи с этим разработка эффективных устройств обнаружения металлических предметов в потоке транспортируемого сырья и материалов и в настоящее время является актуальной задачей.
Цели и задачи исследования: Целью настоящего исследования является повышение эффективности работы устройств обнаружения металлических предметов. Исходя из указанной цели в работе решаются следующие научные и практические задачи:
исследование и анализ технологических процессов горно-обогатительного производства, требующих обнаружения и удаления посторонних металлических предметов;
анализ и классификация методов и устройств автоматического обнаружения рудозасоряющих предметов;
аналитическое исследование и разработка датчика обнаружения металлических предметов;
разработка методики расчета сигнала и чувствительности вихретокового датчика;
разработка структуры устройства для обнаружения металлических предметов в руде.
Методы исследования: Задачи исследования решались путем комплексного подхода учитывающего как технологические, так и технические стороны проблемы, с помощью аналитических и экспериментальных методов.
В процессе разработки чувствительного элемента для обнаружения металлических включений и его экрана, при расчете электромагнитного поля использовался метод конечных элементов, а при определении выходных параметров датчика метод энергетического баланса, математической статистики и теорема Умова-Пойнтинга.
Оптимизация и синтез элементов устройства обнаружения металлических включений выполнен с применением методов спектрального анализа, теории оптимальной линейной фильтрации сигналов и методов имитационного моделирования.
Все необходимые расчеты проводились с применением программных комплексов Elcut, Matlab, Mathcad.
Научная новизна: полученных результатов заключается в том, что:
на основании проведенных исследований и анализа определены причины засорения руды металлическими предметами и разработана их классификация;
на основании расчетов электромагнитного поля предложено обоснование выбора конструктивного исполнения первичного преобразователя, а также оптимизация размеров и формы его экрана;
предложена методика расчета чувствительности предлагаемых устройств обнаружения металлических включений на фоне руды;
выполнена оптимизация и синтез структуры частотнозависимых узлов устройства обнаружения металлических включений;
разработано новое, защищенное патентом, устройство для обнаружения металлических включений, создана и испытана его лабораторная модель.
Практическая ценность работы состоит в создании новых технических средств для обнаружения металлических включений в руде. Практическая реализация результатов позволит сократить количество отказов и затраты на ремонт технологического оборудования вышедшего из строя, вследствие воздействия на них металлических включений, а также будет способствовать увеличению производительности горно-обогатительного производства.
Результаты диссертационной работы можно использовать на предприятиях горно-металлургической, строительной и в других отраслях промышленности.
На защиту выносятся:
Классификация рудозасоряющих металлических включений по критериям существенным для разработки устройства их обнаружения;
Конструкция первичного преобразователя и его экран;
Методика расчета чувствительности датчика;
Структура устройства обнаружения металлических включений в потоке руды.
Апробация работы.
Полученные автором результаты исследований докладывались на:
Региональной научно-технической конференции «Молодые ученые Норильского промышленного района Российскому северу» г. Норильск 2006 г.;
Научно-практических конференция студентов и аспирантов Норильского индустриального института 2006-2007 г.;
Заседаниях кафедры Э и АТПП ГОУ ВПО «Норильский индустриальный институт».
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в четырех научных работах общим объемом 1,5 печатных листа.
Имеется патент на изобретение RU 2332691 C1, МПК G01V3/11, опубл 27.08.2008, бюл №24. «Устройство для обнаружения металлических предметов в потоке материала» / Синицын В. И., Тараканов Е. А.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы из 70 источников, 50 рисунков и приложений.
Содержание работы
В первой главе представлены результаты исследований и анализ технологических процессов переработки руды, требующих обнаружения и удаления металлических включений. На основании проведенного анализа выявлена актуальность проблемы исключения металлических включений из потока руды, определены цель и задачи исследования. В результате экспериментальных исследований в производственных условиях определены источники и причины засорения руды. Проведена классификация и количественная оценка металлических включений попадающих в руду в процессе ее добычи и переработки.
Вредное воздействие металлических включений на технологическое оборудование переработки руды известно давно и является актуальной проблемой, не решенной полностью до настоящего времени. Научные исследования по данному вопросу были направлены в основном на создание устройств для обнаружения намагничиваемых металлических предметов в руде. Однако в связи с тем, что значительная часть металлических рудозасоряющих предметов является немагнитными, внедрение результатов этих исследований не дало желаемого эффекта. Кроме того, использование подобных устройств при переработке богатых медно-никелевых руд, приводит к значительному количеству ложных срабатываний вследствие их низкой селективности. Оснащение конвейерных линий доставки руды магнитными уловителями также не принесло ощутимых результатов, так как с их помощью удаляются только предметы, лежащие на поверхности транспортируемой руды, и не удаляются немагнитные металлические предметы, и предметы, находящиеся в толще потока руды.
Рост производства цветных металлов обуславливает увеличение объемов перерабатываемой руды, и, как следствие, нагрузку на технологическое оборудование. В таких условиях простои оборудования и затраты на его ремонт приводят к все более ощутимым финансовым потерям.
Следовательно, вопрос о снижении количества отказов технологического оборудования вызванных воздействием металлических предметов представляет актуальность и в настоящее время.
Проанализировав технологию добычи и переработки руды, с точки зрения причин появления посторонних металлических предметов, их размеров и опасности их для производства, предложена классификация металлических предметов по следующим признакам:
причины появления посторонних металлических предметов;
объем;
потери производства.
При этом к причинам появления посторонних металлических предметов относятся: элементы крепления горных выработок, фрагменты колосниковых решеток грохотов, футеровки рудоспусков и бункеров, детали машин и механизмов и другие металлические приспособления, используемые в повседневной производственной деятельности. Выход из строя технологического оборудования вызванный воздействием этих предметов приводит к потерям производства заключающимся в простоях оборудования и затратах на его ремонт.
Исходя их этого, сделан вывод о том, что присутствие посторонних металлических предметов в руде обуславливается существующей технологией ее добычи. В этих условиях, единственным приемлемым решением проблемы является введение в технологические процессы переработки руды высокоэффективных автоматических устройств обнаружения металлических включений.
Таким образом, задачей настоящего исследования является создание устройств контроля сырья и материалов горно-металлургического производства на наличие металлических предметов, обладающих необходимыми для условий производства и технологии свойствами.
В соответствии с этой задачей проведена классификация металлических предметов по признакам существенным для создания таких устройств табл. 1.1.:
Таблица 1.1
|
Классификация металлических предметов по существенным признакам
|
Форма
|
Объем, 
|
Скорость перемещения, 
|
Магнитные свойства
|
Расположение в потоке руды
|
цилиндр
|
большой
( )
|
большая
( )
|
ферромагнитные
|
на поверхности
|
пластина
|
средний
( )
|
малая
( )
|
диа и
парамагнитные
|
в толще
|
кольцо
|
малый
( )
|
|
Анализ технологии переработки руды показал, что наибольший эффект от внедрения этих устройств достигается при контроле потока руды до начала его транспортировки конвейерным траспортом и перед переходами дробления.
Вторая глава содержит анализ и классификацию методов и устройств автоматического обнаружения металлических включений.
На основании анализа физических свойств металлов и руды можно выделить соответствующие им наиболее различимые параметры:
механические – плотность и удельный вес, сжимаемость;
теплофизические – коэффициент теплопроводности;
оптические и радиационные – коэффициент отражения и поглощения;
электрические и магнитные – удельная проводимость, магнитная проницаемость.
Таким образом, по виду физических свойств контролируемых объектов возможны четыре соответствующих метода обнаружения посторонних металлических предметов в потоке руды.
С учетом технологических особенностей горно-обогатительного производства и контролируемого потока руды, установлено, что, наиболее полно им соответствует электромагнитный метод контроля. При осуществлении данного метода металлический предмет возмущает электромагнитное поле (в частных случаях – электростатическое или магнитостатическое) чувствительного элемента, вызывая приращение (возникновение или модуляцию) тока или напряжения в его цепи.
С целью определения наиболее приемлемой конструкции датчика, был выполнен анализ технологических факторов производства, а также научно-технической и патентной литературы. В результате выявлено, что наиболее приемлемым является использование абсолютных индуктивных параметрических датчиков, которые конструктивно могут быть выполнены как проходными, так и накладными. При этом обмотка проходного датчика охватывает поток транспортируемой руды, а витки обмотки накладного датчика расположены в плоскости параллельной потоку руды.
В зависимости от принципа действия, можно выделить шесть основных методов обнаружения металлических предметов с электромагнитным воздействием на контролируемые объекты: индукционный, автогенераторный, импульсный, магнитометрический, радиолокационный метод и метод, основанный на биениях частоты колебаний контрольного и опорного электронных генераторов. На основании приведенной классификации и анализа этих методов установлено, что следует отдать предпочтение автогенераторному методу. Его суть заключается в изменении амплитуды генерируемых электронным контрольным автогенератором колебаний при внесении в рабочее поле индуктивного датчика, включенного в автогенератор, металлического предмета. Изменение амплитуды колебаний вызывается потерями электромагнитной энергии поля датчика затрачиваемой на нагревание металлического предмета наводимыми в нем вихревыми токами.
Был проведен анализ перспективных, а также выпускаемых серийно отечественной и зарубежной промышленностью устройств. Он показал их низкую эффективность, так как они не отвечают разработанным техническим и технологическим требованиям, предъявляемым к таким устройствам в условиях горно-обогатительного производства. Частые отказы в работе таких устройств и их ложные срабатывания обусловлены, в частности, неприемлемой для данных условий контроля структурой.
|
