МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА КАЛЬЦИНАЦИИ ГЛИНОЗЕМА ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧАХ БАРАБАННОГО ТИПА

Вопросы моделирования процессов во вращающихся печах барабанного типа в установившихся (статических) режимах изучены достаточно подробно, в то время как в условиях динамики (переходных режимов) они практически не рассмотрены. Для выработки решений по управлению и оптимизации технологических режимов необходимы сведения о динамике процессов. В данной работе исследован процесс кальцинации глинозема, который является завершающей стадией в технологии его получения при всех способах производства. Качественные показатели этого процесса, проводимого во вращающихся печах барабанного типа, оказывают существенное влияние на процесс электролиза алюминия. В работе приведены результаты теоретического построения математических моделей динамики процессов тепло- и массообмена при термообработке исходного гидроксида алюминия. Построено три типа моделей при различных начальных условиях, которые с различной степенью точности описывают основные закономерности процесса. На основании теоретических данных разработана методика экспериментального исследования динамики процесса по основным каналам управления: «загрузка гидрата - температура отходящих газов», «расход природного газа - температура в зоне кальцинации» и «расход природного газа - температура отходящих газов». В результате получены передаточные функции и дифференциальные уравнения процесса по исследуемым каналам. Выполненные исследования показали хорошее соответствие структур теоретических и экспериментальных моделей. Это позволило сформулировать рекомендации по построению АСУТП кальцинации глинозема. Температура в зоне кальцинации воздействует на расход топлива (газа), так как по этому каналу объект обладает меньшим запаздыванием и большим быстродействием; эта температура определяет качество получаемого глинозема. Температуру отходящих газов необходимо поддерживать на требуемом уровне двухконтурной системой, стабилизирующей загрузку гидроксида алюминия и корректирующей температуру газов. Температура в нижней головке печи — интегральный показатель взаимодействия двух потоков: потока горящего газа и встречно движущегося потока материала. Данная температура в установившемся режиме работы печи является контрольным параметром, связанным с качеством получаемого глинозема. При управлении расходом газа необходимо также поддерживать оптимальное соотношение расходов топливо - воздух, обеспечивающее полное сжигание топлива с максимальной эффективностью.

1. Арутюнов В. А., Бухмиров В. В., Крупенников С. А. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей. — М.: Металлургия, 1990. — 239 с.

2. Лапаев И. И., Половников В. Е., Константинов А. М., Белянин В. Е. Материальный баланс процесса прокаливания нефтяного кокса во вращающихся печах / Цветные металлы. 2020. № 3. С. 56-63. DOI:10.17580/tsm.2020.03.08

3. Khan J. A., Pal D., Morse J. S. / Hazardous Waste and Hazardous Materials. 1993. Vol. 10(1). P 81-95.

4. Leger С. В., Cundy Y. A., Sterling A. M. / Environmental Sci. Technol. 1993. Vol. 27. P 677-690.

5. Jin Zhang, Aili Wang, Hengbo Yin. Preparation of graphite nanosheets in different solvents by sand milling and their enhancement on tribological properties of lithium-based grease / Chinese Journal of Chemical Engineering. 2020. Vol. 28. Issue 4. P 1177-1186. DOI:10.1016/j.cjche.2020.01.013

6. Elgharbi S., Horchani-Naifer K., Ferid M. Investigation of the structural and mineralogical changes of Tunisian phosphorite during calcinations / Journal of Thermal Analysis and Calorfmetry 2015. Vol. 119. N 1. P 265-269.

7. Tarleton S., Wakeman R. Filtration: equipment selection, modeling and process simulation. — NY: Elsevier Advanced Ttchnology 1999. — 437 p.

8. Салихов 3. Г., Арунянц Г. Г., Рутковский А. Л. Системы оптимального управления сложными технологическими объектами. — М.: Теплоэнергетик, 2004. — 495 с.

9. Беляев А. И. Металлургия легких металлов. Изд. 6-е, испр. и доп. — М.: Металлургия, 1970. — 367 с.

10. Герасименко Т. Е., Рутковский А. Л., Чибошвили А. В. Компьютерное моделирование процессов термообработки в барабанной вращающейся печи / Изв. вузов. Цветная металлургия. 2014. № 6. С. 52-56.

11. Лисиенко В. Г., Волков В. В., Маликов К. Ю. Улучшение топливоиспользования и управление теплообменом в металлургических печах. — М.: Металлургия, 1988. — 231 с.

12. Hannes Risken. The Fokker - Planck Equation: Methods of Solutions and Applications». 2nd edition. — Springer, 1984. — 452 p. ISBN 3-540-61530-X.

13. Лифшиц E. M., Питаевский Л. П. Физическая кинетика. Т. X. — М.: Наука, 1979. — 528 с.

14. Арунянц Г. Г., Рутковский А. Л., Салихов 3. Г., Столбовский Д. Н. Об одном методе повышения эффективности расчета динамических характеристик объектов управления / Автоматика и телемеханика. 2005. № 4. С. 60-69.

15. Кравцов А. Ф., Зайцев а Е. В., Чуйко Ю. Н. Расчет автоматических систем контроля и регулирования металлургических процессов. — Киев - Донецк: Головное издательство издательского объединения «Вища школа», 1961. — 320 с.

16. Пат. 2752216 Российская Федерация. Способ оптимизации процесса факельного сжигания топлива / Рутковский А. Л., Бутов X. А.; заявитель и патентообладатель ФЕБОУ ВО Северо-Кавказский горно-металлургический институт (госуд. технологический ун-т). — №2021.102793; заявл. 07.02.21; опубл. 23.07.21. Бюл. № 21