Управление плотностью питания стержневой барабанной мельницы на стадии измельчения сильвинитовой руды

Большие энергозатраты в процессе измельчения снижают экономическую эффективность рудоподготовки. Особенно актуальным является совершенствование систем управления процессами измельчения сильвинитовой руды при производстве калийных удобрений, объем которых – миллионы тонн ежегодно. Рациональное управление может обеспечить снижение этих затрат и повышение качества готового продукта при относительно небольших капитальных вложениях. Улучшение регулирования процессом измельчения калийной руды достигнуто благодаря использованию дополнительной информации от существующих измерительных приборов и авторской динамической модели процесса измельчения. Описан технологический процесс мокрого измельчения. Консервативная модель динамики построена на традиционных представлениях об отдельных стадиях технологического процесса как самостоятельных звеньях сложного объекта управления – соляной стержневой барабанной мельницы ООО «Еврохим – Усольский калийный комбинат» (Пермский край). На стадии измельчения сильвинитовой руды до флотационной крупности управление мельницей, во взаимодействии с высокоэффективными грохотами, позволяет значительно снизить переизмельчение, которое в конечном итоге ведет к потере полезного компонента. Предложено в инвариантном контуре системы регулирования плотности пульпы использовать информацию о возмущающем воздействии – массовом расходе рециркулирующей продукции. Имитационная модель реализована в системе Simulink среды MATLAB, с помощью которой рассчитаны оценки эффективности предложенной реконструкции системы автоматического регулирования. Оценено управление плотностью потока на выходе мельницы с использованием существующей системы измерения с пропорциональным регулятором и предложенной комбинированной системы. В ходе проведенного исследования установлено, что учет влияния возмущающего воздействия и его компенсация позволяет существенно повысить качество регулирования по сравнению с ручным или пропорциональным управлением. Следовательно, предложенная реорганизация системы автоматического регулирования может быть рекомендована к внедрению на действующем производстве. Использование предлагаемых информационных подходов для совершенствования процесса управления возможно как в других процессах рудоподготовки, так и при измельчении других природных минеральных руд.

Затонский А. В., Беккер В. Ф., Сарамага Ю. О. Управление плотностью питания стержневой барабанной мельницы на стадии измельчения сильвинитовой руды // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 8. – С. 125–140. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_8_0_125.

Затонский Андрей Владимирович¹ — д-р. техн. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: zxenon@narod.ru,
Беккер Вячеслав Филиппович¹ — канд. техн. наук, профессор, профессор, e-mail: bekker@bf.pstu.ru,
Сарамага Юрий Олегович¹ — студент, e-mail: ysaramaga@mail.ru,
¹ Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Березниковский филиал. 

Затонский А.В., e-mail: zxenon@narod.ru.

1. Горлова О. Е., Орехова Н. Н., Колодежная Е. В., Колкова М. С., Глаголева И. В. Обоснование интегративного критерия для прогноза возможности селективной дезинтеграции техногенного сложноструктурного сырья // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. — 2023. — Т. 21. — № 3. — С. 15—26.

2. Жуковский Ю. Л., Малькова Я. М. Классификация способов повышения эффективности процесса измельчения и реализация энергоэффективных алгоритмов управления двухдвигательным электроприводом мельницы // Горное оборудование и электромеханика. — 2022. — № 4 (162). — С. 20—35. DOI: 10.26730/1816-4528-2022-4-20-35.

3. Богданов В. С., Анциферов С. И., Богданов Д. В., Сычев Е. А. Состояние и направления развития техники и технологии измельчения // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. — 2022. — № 7. — С. 110—116. DOI: 10.34031/2071-7318-2022-7-7-110-116.

4. Góralczyk M., Krot P., Zimroz R., Ogonowski S. Increasing energy efficiency and productivity of the comminution process in tumbling mills by indirect measurements of internal dynamics — an overview // Energies. 2020, vol. 13, no. 24, article 6735. DOI: 10.3390/en13246735.

5. Bouchard J., Desbiens A., Poulin É. Reducing the energy footprint of grinding circuits: the process control paradigm // IFAC-PapersOnLine. 2017, vol. 50, no. 1, pp. 1163—1168. DOI: 10.1016/j. ifacol.2017.08.402.

6. Wei D., Craig I. K. Grinding mill circuits — A survey of control and economic concerns // IFAC Proceedings. 2008, vol. 41, no. 2, pp. 1000—1005. DOI: 10.3182/20080706-5-kr-1001.00171.

7. Bazin C., Obiang P. Should the slurry density in a grinding mill be adjusted as a function of grinding media size? // Minerals Engineering. 2007, vol. 20, no. 8, pp. 810—815. DOI: 10.1016/j.mineng. 2007.01.017.

8. Albertos P., Garcia P., Gao Z., Liu T. Disturbance rejection in process control / Proceeding of the 11th World Congress on Intelligent Control and Automation. 2014, pp. 4134—4145. DOI: 10.1109/ WCICA.2014.7053408.

9. Вараксин А. Ю. Двухфазные потоки с твердыми частицами, каплями и пузырями: проблемы и результаты исследований (обзор) // Теплофизика высоких температур. — 2020. — Т. 58. — № 4. — С. 646—669. DOI: 10.31857/S004036442004016X.

10. Осипова Н. В., Певзнер Л. Д. Особенности регулирования измельчительного комплекса при направленном управлении прочностными свойствами рудного материала // Научный вестник Московского государственного горного университета. — 2012. — № 10. — С. 69—74.

11. Hennart S. L. A., Wildeboer W. J., van Hee P., Meesters G. M. H. Identification of the grinding mechanisms and their origin in a stirred ball mill using population balances // Chemical Engineering Science. 2009, vol. 64, no. 19, pp. 4123—4130. DOI: 10.1016/j.ces.2009.06.031.

12. Затонский А. В. Моделирование технологического участка обогатительной фабрики в пакете Matlab // Обогащение руд. — 2014. — № 4. — С. 49—54.

13. Ерыпалова М. Н. Влияние нестационарности объекта управления на параметры установившихся автоколебаний // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. — 2008. — № 4. — С. 50—57.

14. Cleary P. W., Morrison R. D. Prediction of 3D slurry flow within the grinding chamber and discharge from a pilot scale SAG mill // Minerals Engineering. 2012, no. 39, pp. 184—195. DOI: 10.1016/ j.mineng.2012.05.019.

15. Кузяков А. В., Жидовецкий В. Д., Кульчицкий А. А., Русинов Л. А. Функциональные структуры систем управления различными технологическими комплексами цветной металлургии (примеры реализации) // Цветные металлы. — 2023. — № 4. — С. 38—44.

16. Затонский А. В., Уфимцева В. Н. Разработка объектных средств имитационного и многоагентного моделирования производственных процессов // Вестник Астраханского государственного технического университета. Управлениe, вычислительная техника и информатика. — 2018. — № 4. — С. 56—62. DOI: 10.24143/2072-9502-2018-4-56-62.

17. Кафаров В. В., Дорохов И. Н., Арутюнов С. Ю. Системный анализ процессов химической технологии: измельчение и смешение. — М.: Юрайт, 2021. — 440 с.

18. Matsanga N., Nheta W., Chimwani N. A review of the grinding media in ball mills for mineral processing // Minerals. 2023, vol. 13, no. 11, article 1373. DOI: 10.3390/MIN13111373.

19. Бильфельд Н. В. Идентификация нестационарных объектов управления средствами пассивного эксперимента // Научно-технический вестник Поволжья. — 2013. — № 3. — С. 85—90.

20. Беккер В. Ф. Управление технологическими процессами как подсистема управления качеством продукции // Проблемы теории и практики управления. — 2010. — № 10. — С. 78—84.