SU1699577A1

SU1699577A1 - Способ автоматического управлени процессом приготовлени углеродистых масс в смесител х периодического действи

Info

Publication number: SU1699577A1
Application number: SU904780698A
Authority: SU
Inventors: Александр Сергеевич Будзинский; Евдокия Павловна Шадрина; Светлана Петровна Тишина
Priority date: 1990-01-09
Filing date: 1990-01-09
Publication date: 1991-12-23

Abstract

Изобретение относитс к автоматическому управлению процессами смешивани и может быть использовано при приготовлении смесей сыпучих компонентов со св зующим в электродном производстве. Цель изобретени - повышение точности стаби лизации заданного качества углеродистых масс. Дл достижени цели отбирают пробы каждого из сыпучих компонентов наполнител и св зующего. Измер ют содержание каждой контролируемой фракции в каждом компоненте, определ ют долевое содержание каждого компонента в наполнителе. Определ ют относительную массу св зующего , удерживаемую каждой контролируемой фракцией каждого компонента в центробежном температурном поле. Позы св зующего и каждого компонента определ ют по формулам ZCB (K Ј xj Јai, 5ij )/ 1 1 1 /(1 +К Ј xj if a ij (5ц ) -М 1

Description

Изобретение относитс к автоматическому управлению процессами смешивани и может быть использовано при приготовлении смесей сыпучих компонентов со св зующим , в первую очередь в производстве

углеродистых масс в электродном производстве .

Известен способ управлени процессом приготовлени углеродистых масс, в котором твердые углеродистые материалы после измельчени и рассева подают в сортовые бункера, а затем их дозируют в смесительную машину вместе со св зующим.

В св зи с тем, что гранулометрический состав сыпучих компонентов измен етс в широких пределах случайным образом при посто нной дозировке измен етс гранулометрический состав наполнител (смеси сы- пучих компонентов). Это приводит к колебани м и выходу за допустимые границы качественных показателей углеродистых масс.

Известен способ автоматического управлени процессом приготовлени углеродистых смесей путем отбора проб каждого из сыпучих компонентов шихты, измерени содержани каждой контролируемой фракции в каждом компоненте, определени долевого содержани каждого сыпучего компонента в смеси с помощью математической модели и регулировани расхода сы- пучих компонентов по результатам вычислений.

Этот способ учитывает изменение гранулометрического состава исходных компонентов . Однако кроме гранулометрического состава сыпучих компонентов измен етс случайным образом их пористость и форма, что также снижает точность стабилизации заданного качества углеродистых масс.

Известен способ автоматического управлени процессом приготовлени углеродистых масс путем отбора проб каждого из сыпучих компонентов наполнител , измерени содержани каждой контролируемой фракции в каждом компоненте, определени долевого содержани каждого компонента в наполнителе с помощью математической модели и регулировани расхода сыпучих компонентов по результатам вычислений, В известном способе дополнительно измер ют удельную поверхность каждой фракции в каждой пробе , и в зависимости от совокупности измеренных параметров регулируют расходы сыпучих компонентов и св зующего.

Случайные изменени во времени физико-химических свойств св зующего и на- полнител сказываютс на

в зкопластических свойствах углеродистой массы. Например, при посто нном расходе св зующего на единицу площади поверхности повышенна химическа активность св зующего и наполнител в момент первичного контакта вызывает активное физико-химическое структурирование св зующего на поверхности наполнител , что приводит к несмачиванию св зующим оставшейс части наполнител , т.е. к некоторому недостатку св зующего в массе и изменению (выходу за допустимые пределы ) в зко пластических свойств углеродистой массы. Пониженна химическа активность св зующего и наполнител при посто нном расходе св зующего на едиг.ицу площади поверхности приводит к наличию в массе избыточного объема св зующего и также измен ет в зко ппасти- ческие свойства углеродистой массы.

Известен также способ автоматическо0 го управлени процессом приготовлени углеродистых масс в котором дополнительно измер ют удельную поверхностную энергию каждой фракции каждого компонента и измен ют расход св зующего на единицу поверхнс5 сти каждой фракции каждого компонента в зависимости от удельных поверхностных энергий.

Дополнительное измерение удельной поверхностной энергии каждой контролиру0 емой фракции каждого компонента и корректировка расхода св зующего в зависимости от измеренных величин способствуют образованию более равномерного адсорбционного сло св зующего на

5 поверхности частиц наполнител с учетом изменени энергетического состо ни частиц наполнител , что уменьшает колебани в зкопластических свойств углеродистой массы.

0 При этом адсорбционные свойства наполнител характеризуютс косвенным параметром - удельной поверхностной энергией.

Адсорбционна способность наполни5 тел по отношению к св зующему зависит как от содержани различных функциональных групп на поверхности частиц, реагирующих со св зующим, так и от числа контактов в единице объема массы. Углеро0 диста масса представл ет собой высокона- полненную трехфазную дисперсною систему, в которой жидка фаза (св зующее) представлена как в виде адсорбционного сло , наход щегос в физико-химическом

5 взаимодействии с поверхностью частиц (т.е. так называемого структурированного сло ), так и в виде капилл рных манжеток, образующихс в местах контакта частиц наполнител . Капилл рные манжетки представл ют

0 собой не структурированные объемы св зующего , которые ст гиваютс к местам контакта силами поверхностного нат жени св зующего.

Удельна поверхностна энерги , как

5 косвенна характеристика адсорбционной способности, Не учитывает образование капилл рных манжеток, количество которых зависит от числа контактов в углеродистой массе (как дисперсной системе) и содержание функциональных групп на поверхности

частиц наполнител , имеющих повьниенное сродство к св зующему.

Таким образом управление с учетом удельной поверхностной энергии не полностью учитывает эффект адсорбционного взаимодействи наполнител и св зующего , что сказываетс на точности стабилизации заданного качества углеродистой массы.

Цель изобретени - повышение точности стабилизации заданного качества углеродистой массы.

Поставленна цель достигаетс тем, что в известном способе автоматического управлени процессом приготовлени углеродистых масс путем отбора проб каждого из сыпучих компонентов наполнител , измерени содержани каждой контролируемой фракции в каждом компоненте, определени долевого содержани каждого сыпучего компонента в смеси с помощью математической модели и изменени доз сыпучих компонентов и св зующего по результатам вычислений, дополнительно отбирают пробу св зующего, определ ют относительную массу св зующего, удерживаемую каждой контролируемой фракцией каждого компонента в центробежном температурном поле , и необходимые дозы св зующего и каждого сыпучего компонента определ ют в зависимости от совокупности измеренных параметров по формулам

ZCB

К 2 XJ Ё а ij 5 ij

nm

+K 2 xj Ј ац -($,j

Xi

M

M (1)

(2)

Jnm

1 + К 2 J 2) а у д ij

1 1 i 1

где ZCB. - необходима доза св зующего, кг;

Zj - необходима доза сыпучего компонента j-ro вида, кг (j 1,2п);

М - заданное количество углеродистой массы (массы замеса), кг;

Xj - содержание сыпучего компонента j-ro вида в наполнителе, доли единицы;

aij - содержание i-й контролируемой фракции j-м компоненте, доли единицы;

дij - относительна масса св зующего , удерживаема i-й фракцией j-ro компонента в центробежном температурном поле, безразмерна относительна величина;

К - экспериментальный коэффициент, завис щий от вида используемого прессового оборудовани .

Таким образом предлагаемый способ отличаетс от известного операци ми отбора пробы св зующего и определени относительной массы св зующего, 5 удерживаемой каждой контролируемой фракцией каждого компонента в центробежном температурном поле.

Определение относительной массы св зующего , удерживаемой каждой контроли10 руемой фракцией каждого компонента в центробежном температурном поле, вл етс новым параметром. Его применение в качестве параметра управлени при приготовлении углеродистых масс и приведенные

15 зависимости ранее неизвестны.

Св зующее при контакте с сыпучим наполнителем может находитьс в углеродистой массе в адсорбированном и капилл рном состо ни х.

20Адсорбционный (структурированный)

слой св зующего как бы экранирует твердую поверхность и находитс в физико-химическом взаимодействии с поверхностью частиц. При этом также происходит пропит25 ка частиц св зующим, т.е. адсорбционный слой может частично или полностью проникать в открытые псры, доступные дл макромолекул св зующего.

Капилл рное св зующее может нахо30 дитьс в углеродистой массе также в различном состо нии. Если св зующего относительно немного, то под действием капилл рных сил оно собираетс в местах контакта между частицами, образу

35 дискретные мостики (фиг. 1а). Св зующее в зоне контакта частиц, образующее манжеты или мостики, не сообщающиес между собой, называетс капилл рно-стыковым или капилл рно-разобщенным. С увеличе40 кием содержани св зующего в сыпучем наполнителе возникает так называемое канатное состо ние (фиг. 16). При дальнейшем увеличении содержани св зующего им заполн етс все поровое

45 пространство, но в порах, которые выход т на поверхность, имеютс вогнутые мениски, благодар которым возникает и передаетс гидростатическое давление (фиг. 1в).

Следует отметить, что из углеродистой

50 массы формируют заготовки, которые в дальнейшем обжигают до температуры 900-1200°С. При этом избыток св зующего, не св занный с наполнителем, вытекает из заготовок, и легкие фракции удал ютс из

55 св зующего через поры. Технологическими исследовани ми установлено, что оптимальное содержание св зующего в углеродистоймассесоответствует капилл рно-стыковому состо нию (фиг, 1а).

Масса св зующего, удерживаема фракцией в центробежном температурном поле, состоит из двух частей. Массы адсорбционного (структурированного) сло св зу- ющего, удерживаемого силами физико-химического взаимодействи с поверхностью частиц, и массы капилл рных манжеток, образующихс в местах контакта частиц и удерживаемых силами поверхностного нат жени св зующего. Такое количество св зующего в углеродистой массе соответствует капилл рно-стыковому состо нию (фиг. 1а), т.е. оптимальному содержанию .

Разделив массу св зующего, удерживаемую фракцией, на массу фракции, получим относительное значение этой величины,

Измерение указанного параметра и учет его количественной характеристики при определении доз сыпучих компонентов и св зующего с помощью предлагаемых зависимостей позвол ет повысить точность стабилизации заданного качества приготавливаемых углеродистых масс в услови х измен ющихс характеристик исходных компонентов наполнител и св зующего.

Предлагаемый способ заключаетс в следующем.

Отбирают пробы каждого вида сыпучего компонента и определ ют содержание каждой контролируемой фракции в каждом компоненте .

Отбирают пробу св зующего и определ ют относительную массу св зующего, удерживаемой каждой фракцией каждого компонента в центробежном температурном псле.

Дозу каждого сыпучего компонента и дозу св зующего рассчитывают по зависимост м (1) и (2) и ввод т в качестве уставок в дозаторы сыпучих компонентов и св зующего .

На фиг.1 показано св зующее в зоне контакта частиц; на фиг.2 - схема автоматической системы управлени процессом приготовлени углеродистой массы,

Система содержит пробоотборники 1- 1П каждого вида сыпучего компонента, св занные с анализатором 2-2п содержани каждой контролируемой фракции в каждом компоненте и блоком 3 вычислени содержани каждого сыпучего компонента в наполнителе .Анализаторы4-4п относительной массы св зующего, удерживаемой фракцией в центробежном температурном поле, соединены с пробоотборником 5 св зующего, с анализаторами 1...1П и с блоком 6 вычислени относительного количества св зующего. Блоки 7 и 8 вычислени количества св зующего и каждого вида сыпучего компонента на заданное количество углеродистой смеси соединены через блоки 9-9п задани дозы с дозаторами 10-1 On сыпучих компонентов и через блок 1 задани

дозы с дозатором 12 св зующего.

Количество элементов 1, 2, 4, 9 и 10 зависит от числа сыпучих компонентов, вход щих в состав наполнител и дозируемых из самосто тельных емкостей (сортовых

бункерйв) 13 в смеситель 14, в которой из емкости 15 подают св зующее (пек).

Способ осуществл етс следующим образом .

Пробоотборники 1i-1n отбирают пробы

каждого вида сыпучего компонента. Из пробоотборников пробы поступают в анализаторы 2i-2n содержани каждой контролируемой фракции в каждом компоненте .

Измер ют текущее содержание каждой контролируемой фракции в каждом компоненте:

матрица {aij}, где 1 1,2т;

J 1.2п;

т - число контролируемых фракций в исходных сыпучих компонентах;

п - число исходных компонентов.

Из анализаторов 21-2п значение содержани каждой контролируемой фракции в каждом компоненте ввод т в блок 3 вычислени нового содержани каждого вида сыпучего компонента в наполнителе, обеспечивающего заданное содержание

контропьных фракций в наполнителе. В блок 3 через вход А также ввод т информацию о заданном содержании контрольных фракций в наполнителе. В блоке 3 производитс вычисление нового содержани каждого вида сыпучего компонента в наполнителе, вектор {xj} наход т решением системы уравнений:

i

j i

s

Xj , К 1 , 2 .... гти ,(3)

- Xi 1

j 1

(4)

0

где a содержание в j-м сыпучем компоненте Мк-й контрольной фракции, доли единицы;

xj - содержание j-ro вида сыпучего компонента в наполнителе, доли единицы;

b/j). - заданное из технологических ус- ловий содержание /а -и контрольной фракции в наполнителе, доли единицы:

fik} вектор разномерностью mi, элементы которого j«k определ ют номера контрольных фракций в наполнителе;

mi - число контрольных фрл-ц й в наполнителе .

Вычисленные в блоке 3 значени содержани каждого вида сыпучего k. мпонеитз ч наполнителе направл ют в блоки 6 и 7

Пробоотборник 5 отбирает пробу св зующего . Из пробоотборника 5 проба покупает в анализаторы 4i-4n, туда ле из анализаторов 2i-2n направл ют разделенную на фракции крупности пробу каждого сыпучего компонента. В анализаторах 4t- .o определ ют относительную массу св зующего , удерживаемую каждой контролируемой фракцией каждого компонента в центробежном температурном поле.

матрица { д ц }, где( 1, 2,.. , m), (j 1, 2п)

Полученную информацию из блоков 4i-4n ввод т в блок 6. В блоке 6 на основании сведений о содержании каждого вида сыпучего компонента в наг олнмтеле(из блока 3), сведений о степени удерживани св зующего каждой фракцией каждого компонента (из блоков 4i-4n) и сведений о содержании каждой контролируемой фракции в каждом компоненте (из блоков 2i-2 1} через блок 3) вычисл ют относительное количество св зующего на единицу массу нэ- полнител

Рев К 2, XJ Ё a ij d,,

J 1 i 1

где qCB относительное кол нество св зующего на единицу массы напоанлтел , цол единицы;

К - экспериментальный коэффициент, завис щий от вида используемого прессового оборудовани ;

д у - относительна масса св зующего, удерживаема i-й фракцией j-ro компонента в центробежном температурном поле, безразмерна относительна величина

Полученное значение из блока 6 передают в блок 7. В блок 7 также поступает вычисленные в блоке 3 значени содержани сыпучих компонентов в наполнителе На основании этих сведений в блоке 7 вычисл ют долевые содержани св зующего и каждого вида сыпучего компонента Б изготовл емой углеродистой массе.

Сев. q ев

+ q ев

1 г q ев

(j 1,2 ...п).

где Сев. - требуемое содержание св зующего в углеродистой массе ропм единицы,

CKj требуемое содержание j-ro вида исходного сыпучего компонент в «гперод /i- стой массе, доли единицы

Вычисленные значени содержании св зующего и сыпучих компонентов в углеродистой массе из блока 7 направлю ел j блок 8, куда также ввод т информацию о заданном количестве углеродистой мнссы В блоке 8 вычисл ют требуемые дозы дл Ь оозчгоров св зующего и сыпучих компонен- -, , вторые обеспечат производство тоебу 8мсго кол -естрз углеродистой массы заданного качества

ZCB Сев М1 Zj - Ciq M; C0-1.2. ...п).

i до 2.гв необходима доза св зующего, Zxj необходима доза сыпу его компо- лГй , to вида, kf

заданное количество углеродистой

0 ,--аССЬ ч

Расе данные значени доз сыпучсг; комтгэчтсе -п 5 ока 8 ввод т в устройства зад. Э, - i оз соответствующих дозаторов ., Нгссчигачное значриие дозы

0 в устоойствэ 11 задани дозь jcisaTOpv 12 свчзуюидвго

А ь ь т- -зстор содаржан л контоолируе- MHV -bpavb i T Рл пол чей нг осмосе ситозого мв аБ SHSi изс Разнес . чеек сит соотвст5 ствуют Осззмерам коьтрол1,оУ8мых фракций ЈУС фракций определ етс автоматически. 1изз1 ,л ,лзоа5л аи в ГОСНИЗПе

Дл-з ь1 исл чг льныч опера диС, ипо1тЬ зуе С ЭВМ типа CM 1d10

3Определение от оситетьной массь1 св зующего v.eoxi/-аемо фракцией в цент- роое1- снег i темпера ;рном , произзод т иг эппапгг, гт-1 о оеделе - Ро1хода жид- .хО.тодвижных фс, из гластическоП

о naccf угл АЬЖП-2 (ГОСТ 17621-72).

Лп лисН АЗХчП-Г гредст |аг1чет собой ельн.й с. скорость воощени котл- ) О С изг-теч ь в шиоских пределах В рерч ней i dOTii вглг у ргглены два цилмнд ( р |-См;хгус огелых па рона, ьчури которых располагаетс апсулы с исст; кемымч пробами Те 1пер т /ра пат онол может ре гулиросатьс v c cGi inЗ РОЗЗТЬСЯ в пределах 60 -800°С Снаружи аппарат закрыт метзлличе5 ским кожухом Се.чг слухит дл° удгпени излишка св з ющего,

Олределэнме относительной массы са - з юа,его, уцарж ваемой фракцией в цент робежро 1 температурном поле производ т

0 образом

Готов т пробу углеродистой массы Берут навеску контоолиоуемог Фракции мае сой 4 г и сгчб1 1И8ают с наваской св зующего 5 мзссой около 2 г ( 2 2 5) г при температуре Лообу помешают в кагсугу иустанав- л вают внутрь патрона термостабилизацию температуры в патроне на 40 2°С При достижении заданной температур от двигатель пртщ ющий вал с заданным числом оборотов. При этом излишек св зующего под действием центробежных сил удал етс через сетку из пробы. Через определенное врем двигатель выключают, капсулу с пробой извлекают из патрона и взвешивают.

Расчет определ емой величины производ т по формуле

«- -;;-

где дц - относительна масса св зующего, удерживаема 1-й фракцией j-ro компонента в центробежном температурном поле, безразмерна относительна величина;

Pi) - масса обработанной пробы вместе с капсулой, г;

Рк - масса чистой капсулы, г;

Рф - масса навески контролируемой фракции,

Рф const, г.

Использование предлагаемого способа позволит повысить сквозной выход годного на 1,5% и сократить возврат зеленых заготовок на 10%.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и

Способ автоматического управлени процессом приготовлени углеродистых масс в смесител х периодического действи путем отбора проб каждого из сыпучих компонентов наполнител , измерени содержани каждой контролируемой фракции в каждом компоненте, определени долевого содержани каждого сыпучего компонента в смеси с помощью математической модели и изменени доз сыпучих компонентов и св зующего по результатам вычислений, отличающийс тем, что, с целью

0

повышени точности стабилизации заданного качества углеродистой массы, дополнительно отбирают пробу св : ующего, определ ют относительную массу св зующего , удерживаемую каждой контролируемой фракцией каждого компонента в центробежном температурном поле, а необходимые дозы св зующего и каждого сыпучего компонента определ ют по формулам

ZCB

М

Zj

1 + к 2) 2 а и з и

j i 1 1

где ZCB - необходима доза св зующего, кг; Z - необходима доза сыпучего компонента j-ro вида, кг (j 1, 2, ...п);

М - заданное количество углеродистой массы (масса замеса) кг;

X - содержание сыпучего компонента j-ro вида в наполнителе, доли единицы;

aij - содержание 1-й контролируемой фракции в j-м компоненте, доли единицы; 5 ц - относительна масса св зующего , удерживаема 1-й фракцией j-ro компонента в центробежном температурном поле, безразмерна относительна величина;

а

В

Фиг.1

/3;

V V

П

4 f $

Вход 5

Ь

Фаг.2

Углеродиста масса

Claims

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом приготовления углеродистых масс в смесителях периодического действия путем отбора проб каждого из сыпучих компонентов наполнителя, измерения содержания каждой контролируемой фракции в каждом компоненте, определения долевого содержания каждого сыпучего компонента в смеси с помощью математической модели и изменения доз сыпучих компонентов и связующего по результатам вычислений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации заданного качества углеродистой массы, дополнительно отбирают пробу связующего, определяют относительную массу связую5 щего, удерживаемую каждой контролируемой фракцией каждого компонента в центробежном температурном поле, а необходимые дозы связующего и каждого сыпу10

Z СВ чего компонента определяют по формулам

К S XI S а ί) · д и

---м

1 + К 2 XJ S а I] · д IJ 1=1 1=1 * η m

1 + К 2 X Σ а ц ό ₍₎ j = 1 i = 1 где Zcb - необходимая доза связующего, кг; Zj - необходимая доза сыпучего компонента j-ro вида, кг (j = 1, 2, ...п);

М - заданное количество углеродистой 25 массы (масса замеса) кг;

X] - содержание сыпучего компонента J-ro вида в наполнителе, доли единицы;

aij - содержание l-й контролируемой фракции в j-м компоненте, доли единицы;

30 <5 ц - относительная масса связующего, удерживаемая l-й фракцией J-ro компонента в центробежном температурном поле, безразмерная относительная величина;

35 К - экспериментальный коэффициент.

зависящий от вида используемого прессового оборудования.

Фиг.1

Фи г. 2