К.т.н. Кажикенова С.
Ш.
Карагандинский
университет «Болашак»
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПЕРЕДЕЛОВ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Техническая
и технологическая модернизация промышленности тесно связаны с развитием новых и
совершенствованием известных технологий, снижением энергетических затрат на
производство продукции, повышением эффективности производства. Мировая
индустрия, сконцентрировавшая в себе огромное количество предприятий по добыче
руды, выплавке и переработке черных и цветных металлов, химического и машиностроительного
комплексов, заводов точной механики, приборостроения и радиоэлектроники должна
получить дальнейшее развитие. Совершенствование технологических процессов с
учетом комплексного по составу сырья невозможно на основе только традиционных
методов вскрытия причинно-следственных связей в процессах общей технологической
схемы с анализом их материальных и тепловых балансов. В связи с этим нами на
основе информационной энтропии Шеннона разработан метод объединения
разрозненных до сих пор показателей по извлечению ценных компонентов и их содержанию
в промпродуктах по переделам и в целом по технологической схеме с последующим
применением этого метода для анализа и сравнительной оценки
химико-металлургических производств. В качестве исходных данных послужили справочные данные
по содержанию и извлечению элементов, содержащиеся в кратком справочнике по металлургии цветных металлов
авторов Гудима Н. В., Шейн Я. П. [1] и новейшем справочнике под редакцией М.Е. Дрица [2] по
свойствам элементов в двух томах, в котором учтены все последние данные из
зарубежных справочников, монографий и научных статей. С целью проведения сравнительного анализа
конкурирующих схем или отдельно усовершенствуемых операций по единому
обобщенному критерию комплексной завершенности, а также неопределенности,
рассмотрим применение формулы Шеннона
для определения информационного баланса производственных процессов с помощью
показателей извлечения и содержания меди. Для энтропийно-информационного
анализа любых объектов широко используется статистическая формула Шеннона для
выражения неопределенности любой системы [3]:
, (1)
где рi – вероятность
обнаружения какого-либо однородного элемента системы в их множестве 
; 
, 
.
В качестве характеристики вероятности обнаружения главного элемента
системы можно принять его содержание, выраженное в долях единицы. Например, это
содержание извлекаемого химического элемента в соответствующих продуктах. То же
самое относится и к процессу извлечения элемента в тот или иной продукт, так
как в этом случае показатель извлечения тождествен вероятности перехода данного
элемента из одного состояния системы в другое. Если 
– вероятность
обнаружения в продукте или перехода при извлечении контролируемого элемента, то
неопределенность или неожиданность каждого из этих событий равна обратной
величине от его определенной идентификации, то есть 
. В нашем варианте оценки неопределенности поведения только
одного элемента системы эта неопределенность выразится следующей формулой:
. (2)
Определим качество технологических переделов и передельных
продуктов на основании сравнительного анализа конкурирующих схем по
единому обобщенному критерию комплексной неопределенности и завершенности
технологической схемы производства меди. Поскольку извлечение любого компонента
пропорционально его содержанию в исходном веществе и обратно пропорционально
содержанию в продукте, так как по справочным данным [2] для меди 
, а в балансовой руде в среднем 
, то:
.
Получив характеристику комплексной неопределенности технологической схемы
(2) можно с помощью обращенной формулы
, доли единицы (д.е.). (3)
найти
соответствующую ей характеристику комплексной определенности технологической
схемы [4] производства меди. Сопоставление расчетных данных системной
детерминации по новой модели (2), (3) с практическими данными по производству
меди (таблица 1) по объединенному показателю через операции содержания и
извлечения передельных продуктов представлено графически в координатах 
в соответствии с рисунком 1, причем графики расположены
по мере возрастания их корреляции.
Таблица 1 – Извлечение меди в продукты технологических переделов
|
Технология плавки |
Извлечение меди на каждом уровне технологической схемы в продукт, % |
|||||
|
Руду |
Концен- трат |
Штейн |
Черновую медь |
Анодную медь |
Катодную медь |
|
|
Отражательная |
1,0 |
82,50 |
94,9 |
92,80 |
98,30 |
99,99 |
|
медно-серная полупиритная |
1,0 1,0 |
82,70 87,10 |
92,25 89,10 |
92,50 95,20 |
95,70 96,30 |
99,99 99,99 |
|
Электроплавка |
1,0 |
95,00 |
96,60 |
94,35 |
98,70 |
99,99 |
|
в жидкой ванне, ПВС, КФП, «Оутокумпу», КИВЦЭТ, «Норанда», УОРКРА, «Мицубиси» |
1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 |
96,10 92,15 95,20 97,70 96,50 93,30 92,70 92,35 |
97,30 96,25 97,40 98,70 98,10 97,45 97,15 97,10 |
94,70 93,85 94,30 93,20 92,15 93,25 92,85 93,10 |
98,10 98,25 98,30 98,40 98,70 98,65 98,60 98,70 |
99,99 99,99 99,99 99,99 99,99 99,99 99,99 99,99 |
а) медно-серная б) отражательная в) полупиритная
=0,895577 
=0,914404
=0,920873
г) электроплавка д) КВП е) Мицубиси
=0,942072 
=0,952800 
=0,968953
ж) УОРКРА з) Норанда и) ПВЖ
=0,975132 
=0,977863 
=0,978691
к) ПВС л) КИВЦЭТ м) Оутокумпу
=0,979230
=0,982618 
=0,985876
Рисунок
1 – Сравнительная оценка расчетных данных
по новой модели с объединенными показателями содержания и
извлечения технологических переделов по производству меди
Выводы. Предложены новые расчетные формулы для оценки технологической неопределенности и завершенности каждого передела и схемы в целом. Установлена корреляция идеальной иерархической структуры сложных систем со структурой технологических схем реальных металлургических производств. Тем самым решена главная задача по теоретическому обоснованию и практическому применению единых информационных критериев для экспертной оценки конкурирующих технологических схем.
Литература
1 Гудима Н. В., Шейн Я. П. Краткий справочник по металлургии цветных металлов. – М.: Металлургия, 1975. – 536 с.
2. Свойства элементов: Справ, изд. - В 2-х кн. Кн. 1 // Под ред. Дрица М.Е. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд. дом «Руда и Металлы», 2003.- 448с.
3 Shannon C.E. A
mathematical theory of communications // Bell Systems Tech. J. – 1948. – V. 27.
– P. 623-656.
4 Малышев В.П., Оспанов Е.А., Нурмагамбетова А.М., Кажикенова С.Ш. Качество технологических продуктов и процессов их получения // Промышленность Казахстана. – 2008. - № 4. – С. 52-56.