Селикова М.В., Вдовиченко И.В.

Использование экономического критерия для оптимизации технологического процесса получения пеностекла из отходов металлургического производства

Целью наших разработок по оптимизации технологического процесса является создание систем, обеспечивающих работу всех агрегатов производства на оптимальном и стабильном режиме с минимальными затратами.

Обобщение результатов ранее проведенных исследований показало, что на конечные свойства пеностекла оказывают влияние: технологические параметры подготовки пенообразующих смесей, их состав и физико-химические свойства, определяе­мые условиями синтеза, теплообмен в дисперсной среде, пиропластическом спеке и пеностекле на различных стадиях его формирования, динамика фазовых превращений, обуслов­ливаемая изменением реологических свойств расплава и его кристаллизацией, реакции взаимодействия между газообразователями и компонентами стекла, условия стабилизации структуры и отжига пеностекла и др. На основе анализа исследований различных схем получения пеностекла установлено, что наиболее важные факторы, от которых зависят ко­нечные свойства пеностекла, обобщенно можно представить четырьмя основными группами: 1) определяемые составом и свойствами исходных компо­нентов; 2) относящиеся к условиям синтеза пенообразующих смесей; 3) определяемые явлениями теплообмена в среде перемен­ного состава и течения силикатного расплава (спеков пенообразующей смеси); 4) зависящие от условий стабилизации ячеистой структу­ры и отжига пеностекла. Обобщая вышесказанное, можно сделать вывод, что конечная цена продукта будет зависеть от затрат на электроэнергию и цены на исходное сырье и его подготовку.

Для выбора наиболее рационального варианта технологической схемы применен экономический критерий, учитывающий качественно-количественные показатели в аппаратах, а также реализацию товарной продукции. Последовательное сравнение конкурирующих вариантов технологических схем возможно путем применения современных математических методов. Организация экспериментальных исследований, обработка и анализ результатов, выполнялись на основе теории планирования эксперимента, теории вероятностей, математического анализа и прикладной статистики. Результаты экспериментов обрабатывались на ПЭВМ с использованием статистического пакета STATISTICA 6.0.

Экономический критерий (прибыль), оценивающий целесообразность переработки тех или иных видов сырья для  получения высококачественного продукта зависит от: реализационной стоимости, конечного продукта, тыс. грн.;

 эксплуатационные затраты, тыс. грн.; нормативный коэффициент; удельные капитальные вложения на единицу продукции, грн/т. Пользуясь этой зависимостью и определялся наиболее экономичный вариант технологии.

         На первом этапе оптимизации технологического процесса проводилась    подготовка исходной информации: анализировались ситовый и минеральный составы исходных компонентов шихты, их стоимость, а также физико-механические свойства минеральных зерен.

На следующем этапе выбираются варианты подготовки и применяемого оборудования, разрабатывается алгоритм и программа расчета на ЭВМ показателей операции подготовки сырья. Окончательный выбор наиболее оптимального варианта производится по критерию экономической прибыли.

         Оценку возможных пределов изменения массовой доли компонентов β, в сырьевых материалах, производим средствами анализа статистических критериев сравнения качественных показателей ограниченных выборок, а также функцией распределения и режимных параметров аппаратов. Режимные параметры отдельных стадий берутся в пределах их номинальных значений. Алгоритм расчета конечных показателей представлен на рис.1

Рис.1 Алгоритм расчета конечных показателей подготовки сырья и термообработки

            Центральным звеном моделирующего алгоритма является имитационная модель в виде схемы расчета массовой доли компонентов необходимых для качественного конечного продукта. Модель входа обеспечивает задание массовой доли SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, Fe₂O₃ и др. оксидов в виде детерминированных или случайных функций времени. Она имитирует выходные качественные характеристики операции подготовки и термообработки с анализом множества случайных результатов, полученных после многократного просчета выходных характеристик основной модели  при

постоянных значениях факторов Xi (цикл по βi). При необходимости модель в

аналитическом виде представляет собой аппроксимирующий полином

где- среднеквадратическое отклонение компонентов в исходных составляющих; - переменные; - коэффициенты полинома.

При оптимизации на основе градиентных методов достаточным является определение коэффициентов только линейной части полинома. Эти коэффициенты определяют направление оптимизации.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований рекомендована оптимальная технология получения высококачественного утеплителя. Экономическая целесообразность применения процесса подготовки сырья в роторных дезинтеграторах связана с тем, что другие дезинтегрирующие аппараты (шаровые, стержневые мельницы) не обеспечивают селективность раскрытия минеральных зерен.

Таким образом, на основе анализа технологии производства пеностекла предложен и апробирован алгоритм для решения задачи по оптимизации процесса, учитывающий цены на сырье и энергозатраты. Используя вычислительную технику, окончательный выбор наиболее приемлемого варианта производится по критерию оптимальности. Оценка шихты  базировалась на критерии максимизации экономического эффекта, отнесенного на 1 т конечного продукта, который объективно отражает современные требования развития предприятия, а также учитывает влияние региональных факторов производства. Экономический оптимум и допустимые пределы отклонений от режима проведения процесса должны определяться на основе показателя интегрального экономического эффекта с учетом всех затрат на производство пеностекла.