Разработка эффективной модели улучшения условий труда процесса шахтной сократительной плавки
УДК 331.461.2(043) : 669.43.22На правах рукописи
САТИМОВА ЕЛЕНА ГРИГОРЬЕВНА
Разработка эффективной модели улучшения условий труда
процесса шахтной сократительной плавки
05.26.01 – охрана труда
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Республика Казахстан Алматы, 2010
Работа выполнена в Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан доктор технических наук Научные руководители Даулетбаков Т.С., кандидат технических наук Меркулова В.П.
доктор технических наук
Официальные оппоненты Долгов П.В., кандидат технических наук Сыздыкова А.Н.
Карагандинский Государственный
Ведущая организация Технический Университет
Защита состоится «27» августа 2010 года в 1430 на заседании диссертационного совета Д 14.61.25 при Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева по адресу: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22, ГМК, ауд. 118.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева.
Автореферат разослан «27» июля 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор М.Т. Жараспаев ВВЕДЕНИЕ Актуальность исследований. Процесс шахтной сократительной плавки, используемый для переработки практически всех попутно получаемых в свинцовом производстве промпродуктов и оборотных материалов, является одним из самых опасных объектов риска. Это связано с тем, что каждый промпродукт и оборотный материал, поступающий на переработку, характеризуется сложным химическим составом и повышенным содержанием меди, свинца, мышьяка, сурьмы и др. металлов, которые перераспределяясь между продуктами плавки, оказывают существенное влияние на условия труда работающих. Переработка сложного, нестабильного по составу исходного сырья в процессе шахтной сократительной плавки сопровождается значительными колебаниями выходов продуктов плавки и концентрирующихся в них вредных веществ. При этом уровень воздействия вредных веществ на условия труда в плавильном цехе резко возрастает. Максимальное воздействие вредных веществ рабочие (особенно плавильщики и крановщики цеха) получают при выпуске жидких продуктов из печи за счет воздействия на них высоких температур жидких расплавов (шлака, штейна, чернового свинца) и повышенных концентраций вредных веществ в атмосфере цеха рабочей зоны, образующихся в результате испарения с поверхности расплава.
Низкие технолого-экономические показатели процесса - извлечение меди в штейн ~ 83 % и свинца в черновой свинец, едва доходящий до уровня ~ 45 % указывают на то, что процесс шахтной сократительной плавки не достаточно эффективен и с точки зрения технологической сути. Устранение указанных недостатков требует проведения дополнительных исследований, направленных как на улучшение условий труда, так и на повышение технолого экономических показателей процесса шахтной сократительной плавки.
Целью работы является улучшение условий труда в рабочей зоне при проведении процесса шахтной сократительной плавки путем разработки эффективной модели управления процессом.
Основная идея работы заключается в улучшении условий труда в рабочей зоне плавильного цеха, уменьшении негативных воздействий меди, свинца, мышьяка и их соединений на рабочий персонал посредством разработанной эффективной технолого-аналитической модели процесса шахтной сократительной плавки.
Задачи исследования:
провести анализ, определить вредные производственные факторы и выработать решения, обеспечивающие улучшение условий труда рабочего персонала;
изучить распределение меди, свинца, мышьяка, сурьмы и их соединений между продуктами плавки и выявить причины и факторы, влияющие на их перераспределение;
установить количественные соотношения меди, свинца, мышьяка и их соединений между входными и выходными материальными потоками в динамике;
провести оценку состава воздуха плавильного цеха на содержание Cu, Pb, As и их соединений, влияющих на состояние условий труда рабочего персонала;
построить количественные математические модели, позволяющие прогнозировать конечные содержания меди, свинца и мышьяка в шлаках в зависимости от различных параметров (температуры, парциального давления кислорода, состава исходной шихты и шлака);
построить общую математическую модель процесса шахтной сократительной плавки и на ее основании определить оптимальные значения входных и выходных технологических параметров процесса, влияющих на условия труда работающих;
разработать информационно-аналитическую систему оперативного контроля технологических параметров процесса шахтной сократительной плавки, позволяющую определять конечные оптимальные концентрации меди, свинца, мышьяка и их соединений в продуктах плавки с выводом и передачи данных на конечную технолого-аналитическую модель управления процессом;
разработать эффективную технолого-аналитическую модель контроля и регулирования технологических параметров процесса, обеспечивающую улучшение условий труда и повышение технолого-экономических показателей процесса шахтной сократительной плавки.
Методы исследования. При проведении исследований использован комплексный научный подход, включающий решение задачи улучшения условий труда рабочего персонала, и повышения технолого-экономических показателей процесса. В работе использованы такие современные физико химические методы исследования как: химический анализ составов продуктов плавок, минералогические исследования фазовых составов получаемых продуктов с применением металлографического, электронно микроскопического и ядерно-гамма резонансного методов анализа. Широко использованы методы математической обработки статистических данных с применением IT-технологий. Для оперативного контроля и регулирования технологических параметров процесса использованы приборы и средства нового поколения: рентгенофлуоресцентный лабораторный прибор РЛП 21Т, оптический пирометр Raytek Raynger 3i и микропроцессорный таймер контроля ВМ 8036.
Объектом исследования является процесс шахтной сократительной плавки свинцового производства ОАО «Казцинк» и его влияние на условия труда обслуживающего персонала.
Предметом исследования является улучшение условий труда рабочего персонала путем обеспечения оптимальных технологических параметров процесса.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
анализ негативного воздействия составов получаемых продуктов на условия труда рабочего персонала, включающий результаты количественных соотношений входных и выходных материальных потоков и распределения меди, свинца, мышьяка и их соединений в них;
разработанные математические модели, прогнозирующие содержание меди, свинца и мышьяка в шлаках в зависимости от состава штейна, шлака и задаваемых технологических параметров процесса (температуры, парциального давления кислорода);
результаты оптимальных значений технологических параметров процесса обеспечивающие улучшение условий труда работающих и полученные с помощью разработанной информационно-аналитической системой процесса шахтной сократительной плавки;
разработанная эффективная технолого-аналитическая модель контроля и регулирования технологических параметров процесса, обеспечивающая улучшение условий труда и повышение технолого-экономических показателей процесса шахтной сократительной плавки.
Научная новизна работы состоит в следующем:
проведен анализ и выявлены опасные факторы, влияющие на условия труда процесса шахтной сократительной плавки. Установлено, что наибольшую степень опасности на условия труда и безопасность людей на рабочем месте оказывают составы штейнов и шлаков;
решены вопросы улучшения условий труда на рабочих местах путем регулирования составов исходных и выходных продуктов плавки в воздухе рабочей зоны и оптимизации технологических параметров процесса шахтной сократительной плавки;
впервые для шахтной сократительной плавки разработан алгоритм управления, блок-схемы проведения математических расчетов и написана программа, позволяющая прогнозировать количество выходных материальных потоков и содержания меди, свинца, мышьяка и их соединений в них, оказывающих существенное негативное воздействие на запыленность воздуха рабочей зоны;
впервые разработана информационно-аналитическая система технологического процесса, направленная на обеспечение нормальных условий труда путем оптимизации его технологических параметров;
впервые разработана эффективная технолого-аналитическая модель, обеспечивающая улучшение условий труда и повышение технолого экономических показателей процесса шахтной сократительной плавки путем контроля, регулирования и стабилизации его технологических параметров.
Реализация результатов работы: разработанная эффективная технолого аналитическая модель рекомендована для внедрения в производство с целью улучшения условий труда рабочего персонала и повышения технолого экономических показателей процесса шахтной сократительной плавки.
Результаты работы внедрены в учебный процесс.
Личный вклад автора. Автором исследован материальный баланс исходных и получаемых потоков, определены количественные соотношения меди, свинца и мышьяка в продуктах плавки и их воздействие на условия труда рабочего персонала. Построены математические модели, прогнозирующие предельные концентрации меди, свинца и мышьяка в продуктах плавки.
Автором впервые разработана эффективная технолого-аналитическая модель, обеспечивающая совместное решение задачи улучшения условий труда процесса, и повышения его технолого-экономических показателей.
Обоснованность и достоверность научных положений обеспечивается:
использованием фундаментальных основ охраны труда, теории пирометаллургических процессов и физической химии;
научно обоснованным выбором объекта исследования, корректностью постановки теоретических задач, достаточным объемом исходных статистических данных принятых к анализу и широким использованием современных IT-технологий к решению задач;
использованием современных физико-химических методов исследований и анализа, применением приборов и технических средств последнего поколения.
Практическая значимость работы. Применение разработанных математических моделей на практике позволит прогнозировать содержание меди, свинца и мышьяка в продуктах плавки. Стабилизация содержания меди, свинца, мышьяка и их соединений в продуктах плавки за счет оптимизации технологических параметров обеспечит благоприятные условия для улучшения условий труда при шахтной сократительной плавке.
Использование информационно-аналитической системы в совокупности с разработанной схемой экспресс-анализа составов исходной шихты и выходных продуктов плавки позволит оперативно контролировать предельные концентрации вредных веществ в атмосфере цеха рабочей зоны, улучшить условия труда, нормализовать микроклимат в цехе, стабилизировать работу вентиляционных систем, а также повысить технолого-экономические показатели шахтной сократительной плавки.
Применение разработанной эффективной технолого-аналитической модели на практике обеспечит высокую безопасность процесса за счет автоматического его управления и сведет к минимуму участие человеческого фактора. При этом одновременно достигается улучшение как условий труда и безопасности рабочего персонала, так и технолого-экономических показателей процесса.
Апробация работы. Результаты работы доложены на Международной научной конференции «Образование и наука без границ». Прага, 2009 г.;
I Международной научно-практической конференции «Повышение качества преподавания информационных технологий в ВУЗах: пути и возможности». Алматы, 2010 г.;
II-ой Международной научно-практической конференции «Научный прогресс на рубеже тысячелетий», Прага, 2010 г.
Связь диссертации с планами НИР. Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева.
Публикации по теме диссертации: Опубликовано 8 научных трудов: из них 1 учебное пособие, 3 статьи, 4 тезиса докладов на Международных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы из 106 наименований, содержит 136 страниц компьютерного набора, в том числе 32 рисунка, таблиц и 5 приложений.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Анализ деятельности свинцового производства ОАО «Казцинк» показал, что процесс шахтной сократительной плавки, предназначенный для переработки попутно получаемых в процессе производства свинца продуктов, характеризующихся повышенным содержанием вредных веществ, является одним из опасных источников риска. В процессе шахтной сократительной плавки основными вредными выбросами, влияющими на условия труда, безопасность людей на рабочих местах, и окружающую среду являются медь, свинец, мышьяк, сурьма и сернистый ангидрид. Наличие и высокие концентрации этих веществ в помещениях, в продуктах свинцового производства оказывают существенное влияние на условия труда и здоровье работающих. Наибольшее воздействие высоких температур и вредных веществ получают плавильщики и крановщики, которые принимают непосредственную негативную нагрузку при выпуске жидких продуктов плавки из печи и перемещении их в цехе. В целях обеспечения нормальных условий труда на производстве, периодичностью один раз в месяц и декаду, проводится систематический контроль воздуха рабочих мест. Контроль проводится в тех точках и местах, которые представляют наибольшую степень опасности для работающих, и в первую очередь, для плавильщиков и крановщиков. Схема систематического контроля воздуха рабочих мест, проводимых на производстве, показана в таблице 1.
Таблица 1 – Схема систематического контроля воздуха рабочих мест Определяемые Участок и точки компоненты 1.Колошниковая площадка, Пыль, As, t? C, в середине. Влажность, Pb 2.Крановый пролет, Пыль, As, t? C, в середине. Влажность, Pb 3.Тельферный пролет, Пыль, As, t? C, в середине. Влажность, Pb 4.Мельничное отделение, Пыль, As, t? C, у мельницы Влажность, Pb Нетрудно видеть, что существующий контроль не обеспечивает должного анализа остальных вредных веществ и соединений, которые могут не только образовываться в процессе плавки, но и оказывать существенное влияние на условия труда и здоровье работающих. К примеру, наличие других составляющих вредных веществ нетрудно видеть из результатов составов исходных и получаемых продуктов плавки показанных в таблице 2.
Таблица 2 - Характеристика состава исходной шихты и получаемых продуктов шахтной сократительной плавки Наименование продуктов Содержание компонентов, % мас.
Cu Pb Zn Fe S SiO2 As Sb Состав исходной шихты:
Медно-цинковая руда Флюсовая руда 2,85 0,42 4,0 28,9 33,9 12,7 – – Конвертерный шлак – 0,93 – – 1 70,7 – – 2-ые щелочные плавы 3,83 33,5 4,54 10,6 – 15,7 2,3 0, Бедный штейн Н.о.
0,03 23,4 9,3 – – 0,53 0, Медные шликеры До 1,4 0, 20,8 4 11,4 16,7 – 23,3 19,5 1,74 – 11,1 5 3,16 0, 28,3 9,29 – Продукты плавки:
Черновой свинец 92,0 0,01 0,01 Н.о 3,07 – 1,1 1, Штейн 38,5 25,7 4,45 9,1 11,9 – 4,25 0, Шлак 1,38 8,35 21,5 Н.о. 25,5 0,16 0, 0, Пыль 24,6 8,3 Н.о. Н.о. Н.о. 2,29 0, 7, Для проведения анализа и оценки влияния вредных веществ на условия труда при шахтной сократительной плавке вначале необходимо иметь представление о количественном их соотношении в исходных и получаемых продуктах плавки. Анализ среднемесячных результатов составов продуктов плавок – штейна, шлака, чернового свинца и пыли за год показал, что их среднемесячные составы сильно разнятся между собой. Это свидетельствует о том, что рабочий персонал, обслуживающий процесс, в каждом месяце получает различную нагрузку вредных веществ на свой организм. При этом если оценить ежесуточный уровень воздействия вредных веществ на рабочий персонал, то можно предположить, что это воздействие окажется намного существенней. Данное предположение подтверждается динамикой данных ежесуточного изменения количества меди, свинца и мышьяка в продуктах плавки, которая показана на рисунке 1.
Установлено, что количественное изменение значений свинца в штейне, шлаке и пыли, на фоне изменения аналогичных значений меди и мышьяка во всех рассматриваемых продуктах плавки, выражено более ярко. Особенно сильные колебания свинца наблюдаются в шлаках и пыли. Значительные колебания меди отмечены в пыли. Интересным представляется факт, что характер кривой, отображающий ежесуточное изменение свинца в штейне практически повторяет ход изменения кривой меди в нем. Это свидетельствует о том, что в процессе шахтной сократительной плавки отношение содержания меди к свинцу в штейне практически остается постоянным и соответствует значению ~ 1,5. Аналогичная картина наблюдается и по количественному Количество металлов, т/сут.
Количество металлов, т/сут. Количество металлов, т/сут.
0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 31.08. 31.08.09 31.08. 05.09. 05.09.09 05.09. 10.09. 10.09.09 10.09. B А С 15.09. 15.09.09 15.09. Дни месяца Дни месяца Дни месяца 20.09. 20.09.09 20.09. мышьяка в продуктах плавки, т/сут.
А – в штейне;
В – в пыли;
С – в шлаке 25.09. 25.09.09 25.09. 30.09. 30.09.09 30.09. As Pb Cu As As Pb Cu Pb Cu Рисунок 1 – Динамика изменения количества меди, свинца и изменению меди и свинца в пыли: характер изменения хода кривой выхода меди в пыли повторяет ход изменения выхода свинца в нем.
Из полученных результатов можно заключить, что в процессе шахтной сократительной плавки, получаемые продукты плавки содержат повышенные количества Cu, Pb и As, значения которых в течение месяца сильно меняются и подвергаются значительным колебаниям. При этом следует ожидать, что при выпуске продуктов плавки из печи, концентрации Cu, Pb и As в атмосфере воздуха рабочей зоны, образующиеся в результате их испарения с поверхности расплава, будут не стабильными и также подвергаться значительным колебаниям, а в отдельные сутки даже превышать предельно-допустимые их концентрации. В результате уровень воздействия их на условия труда и здоровье рабочего персонала намного возрастает.
Установлено, что наибольшее негативное воздействие на условия труда и безопасность рабочего персонала в цехе оказывают количественные соотношения меди, свинца и мышьяка, концентрирующиеся в штейне, шлаке и черновом свинце. При нарушении технологического режима содержание каждого из этих металлов в продуктах плавки резко увеличивается, что приводит к 2-3 кратному превышению их ПДК в атмосфере воздуха рабочей зоны. В результате негативное их воздействие на здоровье обслуживающего персонала возрастает, что приводит к нарушению иммунной системы, осложнений в кровообращении, нарушений опорно-двигательных функций и в конечном итоге полной утрате работоспособности.
Показано что, при анализе условий труда и безопасности процесса шахтной сократительной плавки принципиальное значение имеет определение количественного соотношения получаемых в процессе плавки штейна и пыли.
В результате математической обработки статистических промышленных данных о среднесуточном количестве и составах исходной шихты, штейна и пыли (всего 185 точек) построены уравнения множественной корреляции, позволяющие прогнозировать количества штейна и пыли от состава исходной шихты. Полученные уравнения имеют вид:
Gшт. = – 27,687 + 0,784Cu + 1,869Pb + 6,248Zn + 3,87Fe – 2,723S – 3,556As – – 1,56 СаО + 6,336SiO2, r = 0,64;
(1) Gп. = 0,223 – 0,214Cu + 0,336Pb – 1,082Zn – 0,61Fe + 1,98S – 2,636As + + 0,619CaO – 0,035SiO2, r = 0,695, (2) где, Gшт., Gп. – количество штейна и пыли;
Cu, Pb, Zn, Fe, S, As, СаО и SiO2 – содержание меди, свинца, цинка, железа, серы, мышьяка, оксида кальция и кремнезема в исходной шихте.
При определении концентраций свинца и мышьяка в атмосфере воздуха рабочих мест необходимо иметь сведения и о других их соединениях. Это имеет принципиальное значение с точки зрения охраны труда, так как полученные результаты дают возможность оценить воздействие на рабочий персонал не только указанных металлов, но и их соединений, присутствующих в продуктах плавки. Для решения поставленной задачи в работе проведены исследования по изучению фазового состава штейнов и шлаков, полученных в процессе шахтной сократительной плавки. В результате минералогических исследований установлено, что медь, свинец и мышьяк в штейне и шлаке находятся в различных соединениях и представлены в виде сульфидов, оксидов и интерметаллидов (соединения меди с мышьяком и сурьмой и др.). При этом до 80 % меди в штейне, от общего ее содержания в нем, обнаружено в виде сульфида, 15 % в соединении с мышьяком и 5 % - в виде ферритов. В шлаках медь, в основном, присутствует в виде оксида и сульфида, в незначительной степени обнаружены ее соединения с мышьяком и сурьмой. Свинец, как в штейнах, так и в шлаках присутствует в виде своего оксида и сульфида.
Для определения конечных содержаний меди, свинца и мышьяка в штейне и шлаке построены математические модели, позволяющие прогнозировать содержания меди, свинца и мышьяка в шлаках в зависимости от составов штейна и шлака. Полученные уравнения имеют вид:
От состава штейна:
(Cu) = -0,153 +0,0039[CuCu2S] + 0,015[Pb] + 0,0045[Fe] + 0,0098[S], r = 0,65, (3) (Pb) = 0,0654- 0,0246[CuCu2S]+ 0,076[Pb] - 0,0192[Fe] + 0,013[S], r = 0,51, (4) (As) = 0,0396 - 0,001[CuCu2S] + 0,0072[Pb] + 0,0029[Fe] - 0,0089[S] + + 0,008[As], r = 0,63. (5) От состава шлака:
(Cu) = 1,16-0,0196(SiO2) - 0,009(CaO), r = 0,43, (6) (Pb) = 9,254-0,054(SiO2) - 0,109(Feобщ.) - 0,196(CaO), r = 0,62, (7) (As) = 0,42 + 0,17(Cu) - 0,0115(Feобщ.), r = 0,44, (8) где (Cu), (Pb), (As), (SiO2), (CaO), (Feобщ.) – содержание меди, свинца, мышьяка, кремнезема, оксида кальция и общего железа в шлаке, %;
[CuCu2S], [Pb], [Fe], [S], [As] – содержание сульфидной меди, свинца, железа, серы и мышьяка в штейне, %.
Уравнения (3) – (8) адекватно описывают промышленный эксперимент и могут быть использованы на практике для прогнозирования конечного содержания меди, свинца и мышьяка в шлаке в зависимости от составов штейнов и шлаков.
Для установления оптимальных значений технологических параметров процесса, обеспечивающих нормальные условия труда и повышение технолого экономических показателей процесса, в работе разработана информационно аналитическая система. Структура системы и назначения блоков, составляющих основу разработанной системы, показана на рисунке 2.
Математическая обработка данных и расчеты, проводимые в каждом блоке системы, осуществляются с использованием IT-технологий. При этом для каждого блока разработан свой алгоритм и блок-схема расчета. Система имеет Выходные параметры Входные параметры Шахтная сократительная плавка Что делает блок? Что получаем?
Блок-схема. Проводит Сортировка исходных данных Блок статистической информа предварительный анализ и и подготовка их к обработке ции и предварительного анализа обработку данных Распределение металлов между Клиентское продуктами плавки, выходы Блок-схема. Рассчитывает Блок расчета материального приложение продуктов плавки и количество распределение и количес- баланса процесса металлов в них тво металлов в продуктах Блок-схема. Проводит Уравнения корреляции, позво анализ парных корреля Блок прогнозирования метал- ляющие прогнозировать содер ций, определяет содержа лов в продуктах плавки жания Cu, Pb, As в шлаке от ния металлов в шлаке от состава штейна и шлака различных параметров Блок-схема. Математиче- Оптимальные значения вход Блок моделирования и оп ское моделирование про- ных и выходных параметров тимизации процесса цесса процесса Вывод данных Рисунок 2 – Состав и структура информационно-аналитической системы процесса шахтной сократительной плавки дополнительную схему оперативного контроля и регулирования технологиче ских параметров процесса.
Оперативный экспресс-анализ составов продуктов плавки проводится с помощью портативного рентгенофлуорисцентного прибора РЛП – 21Т, который позволяет оперативно определять широкий спектр металлов и компонентов в твердых пробах в течение нескольких минут. Результаты замеров мгновенного экспресс-анализа составов исследуемых проб передаются в микропроцессорный таймер контроля ВМ 8036, который, в зависимости от установленных ограничений, выдает решения для регулирования конечных технологических параметров.
Оперативный контроль температурных режимов продуктов плавки проводится в разовом и стационарном режимах с помощью оптического пирометра Raytek Ranger 3i. Разовые замеры проводятся при выпуске жидких продуктов плавки из печи, а стационарные - с помощью оптических пирометров, установленных на корпусе печи, посередине шлакового, штейнового расплавов и на уровне летки выпуска чернового свинца.
Результаты разовых замеров температуры шлакового расплава в печи показали, что она сильно завышена и составляет ~1340? С. Также сильно завышены температуры штейна и чернового свинца, которые составляют 1000? С и 700? С соответственно. Повышенные температуры продуктов плавки оказывают существенное воздействие на условия труда рабочего персонала.
В результате проведенных расчетов в работе установлен оптимальный состав шлака: 21 % СаО, 30 % SiO2 и 24 % Feобщ., обеспечивающий снижение температуры шлакового расплава с 1579 К до 1528 К. Это достигнуто путем корректировки состава исходной шихты за счет вывода из её состава конвер терного шлака. Обеспечение этих условий дает возможность поддерживать оп тимальные содержания меди, свинца и мышьяка в получаемых продуктах плав ки, при которых достигаются нормальные условия труда рабочего персонала.
Оптимизация технологических параметров одновременно обеспечивает и высокое селективное извлечение меди и свинца в целевые продукты: извлече ние меди в штейн повышается с 83 % до 96,6 %;
извлечение свинца в черновой свинец повышается до 60 %, против 45 %, а мышьяка в пыль - достигает 76 %, против 43 %, получаемых при существующей технологии.
Принципиальная схема конечной технолого-аналитической модели контроля и регулирования технологическими параметрами процесса с целью его оптимизации представлена на рисунке 3. В разработанной модели предусмотрен блок статистической информации исходных технологических показателей процесса и параметры условий труда. В состав блока входит: база данных исходной статистической информации и параметры условий труда;
база сравнительного анализа результатов и справочный модуль.
База данных исходной статистической информации и параметров условий труда включает в себя сбор статистической информации исходных данных, проведение анализа и первичную их обработку. База оснащена специальным хранилищем, где хранятся данные параметров условий труда, применительно к процессу шахтной сократительной плавки. Такой подход позволяет проводить Коррекция Шахтная сократительная плавка процесса Приборы контроля и Выходные Входные измерения параметры параметры ИАС База данных исходной статистической Блок статистической информа- информации и по параметрам условия ции и предварительного анализа труда и безопасности Блок расчета материального Микропроцессорный баланса процесса База таймер контроля Справочный сравнительного ВМ 8036 модуль анализа Блок прогнозирования металлов в продуктах плавки Вывод результатов Светозвуковая Блок моделирования и сигнализация оптимизации процесса Превышение Светозвуковая нормы сигнализация Вывод данных Управленческие решения Принятие решения Рисунок 3 – Схема эффективной технолого-аналитической модели процесса шахтной сократительной плавки оценку влияния на условия труда рабочего персонала тех критических значений технологических параметров, которые выходят за рамки математической обра ботки при сортировке промышленного массива и не участвуют при дальнейшем анализе и расчетах, как это принято в информационно-аналитической системе при определении оптимальных параметров процесса. В металлургической практике такие всплески составов продуктов плавок (критические точки) могут образовываться в результате залповых неучтенных выбросов - при загрузке влажной шихты, в процессе нарушения технологического режима (повышение значений температуры и парциального давления кислорода и др.). В результате математической обработки промышленных данных с участием критических то чек можно определить содержание и количество вредных веществ, концентри рующихся в получаемых продуктах плавки. Количественное соотношение по лученных при этом результатов с параметрами условий труда позволит прово дить оперативную оценку уровня нагрузки вредных веществ на рабочий персо нал в динамике, класс их опасности и принимать необходимые меры и решения для устранения негативных последствий. В качестве принимаемых мер могут быть, как коррекция технологических параметров процесса, так и меры по из менению количества вентилируемого воздуха в рабочее помещение.
База сравнительного анализа предназначена для оценки полученных ре зультатов по концентрациям меди, свинца, мышьяка и сурьмы в атмосфере цеха и продуктах плавки с их нормативными значениями по ПДК и санитарными нормами микроклимата. Для этого база снабжена справочным модулем, где хранятся данные по физико-химическим свойствам и ПДК вредных веществ и их соединений, характерных для свинцового производства. При превышении значений концентраций меди, свинца и мышьяка в атмосфере воздуха рабочей зоны срабатывает светозвуковая сигнализация, оповещающая о необходимости принятия экстренных мер по предотвращению наблюдаемых отрицательных отклонений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертационной работе научно обоснованы и показаны пути улучшения условий труда процесса шахтной сократительной плавки, как одном из объек тов, представляющих наибольшую степень риска. Решение поставленной зада чи осуществлено на основании комплексных исследований включающий ана лиз и выявление опасных производственных факторов влияющих на условия труда и здоровье рабочего персонала, а также изыскание путей повышения тех нолого-экономических показателей процесса. В процессе проведенных иссле дований основной упор был сделан на определение воздействия технологиче ских параметров процесса на условия труда и здоровье рабочего персонала.
Изучено влияние составов исходных и получаемых продуктов плавки, темпера туры плавки, количественных соотношений входных и выходных материаль ных потоков, содержания и количества в них меди, свинца, мышьяка и их со единений.
На основании проведенных исследований и полученных результатов раз работана эффективная технолого-аналитическая модель, обеспечивающая улучшение условий труда и повышение технолого-экономических показателей процесса шахтной сократительной плавки путем контроля, регулирования и стабилизации его технологических параметров. В процессе разработки данной модели получены новые научные данные, суть которых заключается в следую щем.
1. Впервые научно обоснованы и разработаны принципы построения эф фективной технолого-аналитической модели, обеспечивающей улучшение ус ловий труда и повышения технолого-экономических показателей процесса шахтной сократительной плавки путем контроля, регулирования и управления входными и выходными технологическими параметрами процесса. Разработан ный состав и структуру модели можно применять и к другим объектам свинцо вого производства с учетом их специфики.
2. Установлены закономерности распределения меди, свинца, мышьяка и сурьмы в исходной шихте и получаемых продуктах плавки. Построены матема тические модели, позволяющие прогнозировать конечные содержания меди, свинца и мышьяка в шлаках в зависимости от составов штейна, шлака, темпе ратуры и парциального давления кислорода.
3. Для определения оптимальных значений входных и выходных техноло гических параметров процесса, обеспечивающих нормальные условия труда в процессе шахтной сократительной плавки, проведено математическое модели рование процесса шахтной сократительной плавки. Определены оптимальные значения выходных параметров меди, свинца и мышьяка в получаемых продук тах плавки – штейне, шлаке, пыли и черновом свинце. Установлен оптималь ный состав шлака - 21% СаО, 30 % SiO2 и 24 % Feобщ., обеспечивающийся за счет снижения температуры шлакового расплава с 1579 К до 1528 К. Обеспече ние этих условий дает возможность поддерживать оптимальные содержания меди, свинца и мышьяка в получаемых продуктах плавки, при которых дости гаются нормальные условия труда рабочего персонала. Оптимизация техноло гических параметров одновременно обеспечивает и высокое селективное из влечение меди и свинца в целевые продукты: извлечение меди в штейн повы шается с 83 % до 96,6 %;
извлечение свинца в черновой свинец повышается до 60 %, против 45 %, а мышьяка в пыль - достигает 76 %, против 43 %, получае мых по существующей технологии.
4. Впервые для шахтной сократительной плавки разработана схема опера тивного контроля и регулирования входных и выходных параметров процесса с помощью приборов и технических средств нового поколения (рентгенофлуо рисцентный прибор РЛП – 21 Т, оптический пирометр Raytek Ranger 3i, много функциональный микропроцессорный таймер контроля ВМ 8036).
5. Для оперативного управления процессом в работе впервые разработана и построена информационно-аналитическая система, которая в совокупности с разработанной схемой оперативного контроля и регулирования технологиче ских параметров, составляет фундаментальную основу общей эффективной технолого-информационной модели. Система последовательно, в единой цепи, проводит все необходимые математические расчеты и определяет оптимальные значения технологических параметров, которые обеспечивают нормальные ус ловия труда, и выдает конечные результаты на пульт управления конечной тех нолого-аналитической модели.
6. Годовой экономический эффект от внедрения разработанной технолого аналитической модели составляет 5 116 704,5 долл. США.
7. Разработанные в работе принципы построения количественных матема тических моделей и математического моделирования, используются в учебных процессах:
кафедры «Металлургия цветных и черных металлов им.И.А.Онаева»
КазНТУ им.К.И.Сатпаева при проведении занятий по курсам «Металлургия свинца и цинка», «Переработка техногенного и вторичного сырья»;
кафедры «Компьютерные технологии» АИЭС при проведении практи ческих и лабораторных занятий по курсу «Использование информационных технологий в промышленных предприятиях».
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1 Досмухамедов Н.К., Меркулова В.П., Сатимова Е.Г., Даулетбаков Т.С., Калмукамбетов А.О. Переработка промышленных отходов и повышение эколо гической безопасности производства // Промышленность Казахстана. – 2009. – № 6(57). – С. 30-33.
2 Сатимова Е.Г. Утилизация и переработка отходов цветной металлургии // Образование и наука без границ: тр. Междунар. конф. – Прага, 2009. – Т. 17. – С. 51-53.
3 Сатимова Е.Г. Операционные системы: LINUX. Решение задач структур ной и функциональной организации. Учебное пособие. – Алматы: АИЭС, 2009.
– 174 с.
4 Досмухамедов Н.К., Меркулова В.П., Даулетбаков Т.С., Сатимова Е.Г.
Условия поддержки экологической безопасности: Утилизация и переработка отходов. – Поиск-Ізденіс. – 2010. – №1. – С. 90-94.
5 Досмухамедов Н.К., Даулетбаков Т.С., Сатимова Е.Г. Количественный анализ меди, свинца и мышьяка в продуктах шахтной сократительной плавки // Научный прогресс на рубеже тысячелетий: тр. Междунар. конф. – 2010. – Т. 26.
– С. 3-6.
6 Сатимова Е.Г., Попенкова Е.А. Применение новых информационных технологий виртуализации в образовании // Повышение качества преподавания информационных технологий в ВУЗах: пути и возможности: тр. I Междунар.
науч.-практ. конф. – Алматы, 2010. – С. 253-256.
7 Досмухамедов Н.К., Сатимова Е.Г. К вопросу экологизации техноло гических процессов цветной металлургии // Поиск-Ізденіс. – 2010. – №1. – С.
103-110.
8 Досмухамедов Н.К., Даулетбаков Т.С., Сатимова Е.Г. Определение пре дельных концентраций меди, свинца и мышьяка в выбросах шахтной сократи тельной плавки // Актуальные проблемы современных наук: тр. Междунар.
конф. – Прага, 2010. – Т. 27. – С. 47-49.
ТЙІН САТИМОВА ЕЛЕНА ГРИГОРЬЕВНА орасын ндірісіндегі шахталы ысарта балыту процесіндегі жмыс орныны ауіпсіздігін лайтатын эффективті моделді жасау 05.26.01 – ебек орау мамандыы Зерттеу зектілігі. Шахталы ысарта балыту процесінде бастапы шикізатты крделі рамына байланысты зиянды заттарды кп блігі алына тын німдер арасында блініп таралады. Бл жадайда мыс, орасын, мырыш жне оларды оспаларыны зиянды сері жмысшы азымына лая тседі.
Сондытан белгіленген металдарды алынатын німдерді рамындаы сан млшерін анытау негізгі мселелерді бірі болып саналады жне де осымша зерттеулерді жргізуді ажет етеді.
Зерттеу объектісі. «Казцинк» АА-ны орасын ндірісіні рамына кіретін шахталы ысарта балыту процесі.
Жмысты масаты. Шахталы ысарта балыту процесіні жне ондаы жмыс орныны ауіпсіздігін лайтатын эффективті моделді жасау.
Зерттеу дістері. Жмыста жмысшыларды ауiпсiздiк мселесіні ше шу тйіні кешендi ылыми жолын олдану арылы процестi экологизациялау нтижесінде шешілген. Зерттеу барысында азіргі замана сай физика-химия лы жне математикалы дістер мен талдаулар кеінен олданылан. Матема тикалы талдау мен есептеулер жргізуде IT-технологиялары пайдаланылан.
Негізгі конструктивті, технологиялы жне технико-эксплуатация лы мінездемелері:
1) шахталы ысарта балыту процесіндегі сйы балымаларды температураларын анытау масатымен шахталы пешке оптикалы Raytek Raynger 3i пирометрлері орнатылан. Пирометрлер пештегі штейн, ож жне аралы орасын балымаларыны орта шегіне орналастырылан;
2) сйы балымаларды рамындаы жмысшы азасына сер ететін мыс, орасын, мырыш жне оларды осылыстарыны млшерін жедел трде анытау шін лабораторлы рентгенофлуоресценттік РЛП 21Т приборы олда нылан;
3) шахталы ысарта балыту процесі кезінде жмыс орныны жне жмысшыларды ауіпсіздігін лайту шін процесті техникалы крсеткіш терін оптималдау ажет. Бл жадайда ожды рамындаы СаО, SiO2 жне FeO млшері 21%, 28%, 24% болуы керек. Осы жадайда процесті температу расы 1340?С-дан 1200?С-а дейін тмендеп, сйы балыма рамындаы адам ауіпсіздігіне кері серін тигізетін мыс, орасын, мырыш жне оларды осы лыстарыны азайыуна алып келеді;
4) шахталы ысарта балыту процесі кезінде жмыс орныны жне жмысшыларды ауіпсіздігін лайту шін жмыста растырылан инфор мациялы жне эффективті моделдер олдану арылы іске асыруа болады.
Енгізу дрежесі. Зерттеу нтижелері «Казцинк» АА мен «Южполиме талл» ндірістік Корпорациясында енгізуге сынылан.
Пайдалану аймаы. Зерттеу нтижелері (ожды рамындаы мыс, орасын жне мырыш млшерін болжайтын математикалы моделдер, процес ті техникалы параметрлерін оптималдайтын информациялы-талдау моделі, процесті адаалауа жне басару жйесіні сапасын жоарлата алатын эффек тивті модел) технолого-техникалы жаынан жоары дегейде жабдыталан орасын ндіріс салаларына сынылады.
Жмыс нтижелері. Процесті оптимизациялау жне жедел басару ма сатымен жмыста апаратты-аналитикалы жйе тыш рет растырылан.
Жаа жйе бір-бірімен тыыз байланысан р блокты математикалы есептеу лері мен талдауларын кезекпен ткізіп алынан нтижелерді орытындыларын басару пультіне жібереді.
Шахталы ысарта балыту процесі шін тыш рет деуге тсетін жне алынатын балымаларды рамын, температурлы режимдерін анытай тын жедел баылау мен реттеуді слбасы игерілген. Балымаларды рамын даы мысты, орасынны жне мырышты млшерін жедел анытау шін рентгенофлуорисценттік РЛП-21Т приборы олданылан.Сйы німдерді температуралары оптикалы Raytek Ranger 3i пирометріні кмегімен аны талан. лшенген параметрлерді крсеткіштерін баылау жне реттеу кп функционалды 8036 ВМ микропроцессорлы таймерді кмегімен іске асан.
Тиімді технолого-апаратты модельді рамына бастапы статистика лы мліметтерді деу жне ауіпсіздік шарттарыны параметрлері бойынша лгілерін анытайтын блок енгізілген. Мыс, орасын, мырыш жне оларды оспаларыны процестен алынан сйы балымалардаы млшерлерін норма тивтік крсеткіштерімен салыстыру шін блока анытама блогы осылып тір келген. Аталмыш заттарды млшерлері нормативтік крсеткіштерінен ауыт ан кезінде жары жне дыбыс беретін прибор белгі береді. Бл жадайда ауіпсіздікті сатау масатымен жедел шешім абылданады.
Экономикалы тиімділігі. Жмыста растырылан тиімді технолого аналитикалы модельді олданып, процесті технологиялы параметрлерін оптимизациялау жне баылау арылы тулігіне осымша 2,233 т мыс, 0,267 т орасын алуа болады. Моделді ндіріске енгізген кездегі процесті жылды экономикалы тиімділігі 5 116 704 АШ долларын райды.
Зерттеу объектісін дамыту туралы болжамды сыныстар:
Жмыста растырылан тиімді технолого-аналитикалы модель жмыс шыларды ауіпсіздігін лде айда жоарлатады. Модельді рамына кіретін рбір блогыны ммкіншіліктері кп. Мысалы, р блокты ттенше жадайлар жніндегі мліметтермен немесе ортаны оршау жніндегі нормативтік крсет кіштермен жабдытайтын болса, онда жалпы модель процесті осы айтылан мселелерге тигізетін серін болжай алады. Сонымен атар жаа модельді ылыми негіздерін баса да металлургиялы процестерге олдануа болады.
RESUME SATIMOVA YELENA GRIGORIEVNA Working out of effective model of improvements of working conditions and safety of process mine reduce fusion of lead manufacture 05.26.01 – a labour safety Urgency of researches. In the process of mine reduction swimming trunks at processing difficult on structure of initial raw materials, the significant amount of harmful substances is distributed between fusion products. Negative influence of such metals as copper, lead, arsenic and their connections on working conditions and safety of the working personnel thus increases. Therefore studying of a quantitative parity of the specified metals and an establishment of their limiting concentration in products of fusion demands carrying out of additional researches.
Object of research are process mine reduction fusion of lead manufacture Open Joint-stock company "Kazzinc".
The work purpose is improvement of working conditions and safety mine re duction swimming trunks by working out of effective tehnologo-analytical model of management by process. The subject of research is to improve working conditions and safety of workers and optimization of process parameters.
Research method. In work the complex scientific approach uniting the decision of a question of improvement of working conditions and safety of the working personnel by ecologyly of process is used. Modern physical and chemical and mathematical methods of research and the analysis with application of IT technologies are widely used.
Research problems:
The analysis of dangerous production factors is carried out and the deci sions providing safety of process are developed;
Distribution of harmful substances between products of fusion is studied and the reasons and the factors influencing redistribution of copper, lead, arsenic and antimony between fusion products are established;
Dynamics of a quantitative parity of harmful substances between entrance and target material streams is investigated;
Mathematical modelling of process mine reduction swimming trunks for the purpose of definition of optimum values of copper, lead, arsenic and their connec tions in fusion products is studied;
The estimation of influence of the harmful substances concentrating in штейне, slag and a dust on a condition of working conditions and safety of the work ing personnel is spent;
The mathematical models allowing operatively to supervise and regulate the maintenance of copper, lead and arsenic in slags are constructed;
The information-analytical model of the operative control of technological parametres of process is developed;
The effective model of the control and regulation by the technological process, providing improvement of working conditions and safety mine contractile swimming trunks is developed.
Introduction degree. An effective techno-analytical model used in the learning process in the workplace and provides better working conditions, safety and tech economic indicators of mine contractile melting.
Results of work. For efficient management of the work of the first designed and built information-analytical system, which is the scientific basis for the common good techno-information model and allows consistently in the chain to hold all the necessary mathematical calculations with the conclusion of the final data on the con trol panel.
For the first time mine contractile fusion scheme of operational control and management of input and output parameters of the process. Operational control of the content of copper, lead and arsenic in the starting material and the fusion products by using X-ray laboratory instrument SFM - 21 T. Measurements of the temperature of liquid smelting products - slag melt, matte and lead bullion, carried out an optical py rometer Raytek Ranger 3i high accuracy. The regulation of these parameters by using a multifunctional microprocessor timer control BM 8036.
For the rapid identification of concentrations of copper, lead, arsenic in the at mosphere of the working area of the plant an effective techno-information model in cluded block the initial process of statistical information and the parameters of work ing conditions and safety. For a comparative analysis of current results on the content of copper, lead, arsenic and other metals and their compounds in the products of melting of similar regulations of their data on MPC uses a background module.
Economic efficiency. Using an effective techno-analytical model in the shaft of contractile fusion will provide an opportunity for an additional 2,233 tons of copper and 0.267 tons of lead per day. This annual economic effect from introduction of the model is 5,116 704.5 USD.
Look-ahead offers on development of object of research: Developed techno analytical model of effective management of mine contractile melting, which in cludes a comprehensive study of the effect of technological and research input and output process parameters, can significantly improve working conditions and safety of workers. Despite the complete solution of the problem and achieve the main objec tive, technological and analytical model is constructed in such a way that each key system, a part of it, has branched chain, to expand its borders. The boundaries of pos sible models can be enhanced through the development and add to it additional units or databases that are relevant to the process of mine contractile melting. For example, in the composition of the developed model can be developed and include a block or a database to monitor and prevent the negative effects that lead to emergency situa tions.
The structure of the techno-analytical model sufficiently universal and can be used to optimize the technological parameters of any metallurgical process.
Подписано в печать «26» июля Формат 60х84 1/16. Бумага ксероксная Объем 1,0 печ. л. Тираж 100 экз.
Издание Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева Издательский центр КазНТУ им. К.И. Сатпаева, г. Алматы, ул. Ладыгина,