Виртуализация трубчатого выщелачивателя при производстве глинозема

Цель – разработка цифрового двойника трубчатого выщелачивателя с программой автоматического расчета качества алюминатного раствора на основе материального баланса для улучшения качества управления процессами гидрохимии на глиноземном комбинате АО «РУСАЛ Ачинск». Визуализация мнемосхемы процесса выщелачивания нефелинового спека выполнена с помощью программного комплекса Wonderware InTouch. Созданы Quick-сценарии для отображения анимации процесса. В качестве входных параметров были приняты температура раствора, расходы спека и оборотного раствора, химический состав сырья. В качестве основных возмущающих воздействий использовали температуру воздуха, вибрации и неисправность оборудования. Выходными параметрами приняты: выходы шлама и алюминатного раствора, потребляемая приводом мощность и кремниевый модуль получаемого раствора. С помощью производственных лабораторных данных сведен материальный баланс спека и оборотного раствора, на его основе разработаны алгоритм моделирования изменений в процессе выщелачивания и программа расчета качества алюминатного раствора с помощью встроенных в InTouch возможностей создания скриптов на собственном языке программирования. Разработан виртуальный двойник трубчатого выщелачивателя на основе действующего аппарата, используемого в АО «РУСАЛ Ачинск». Показано, что программа на основе простой балансовой модели предсказывает качество выходного продукта (алюминатного раствора) при изменении состава сырья (спека и оборотного раствора) и изменении скорости подачи в аппарат сырьевых материалов и отображает результаты расчетов с помощью мнемосхемы процесса. Таким образом, разработанный интерфейс позволяет имитировать различные технологические операции, производимые в трубчатом выщелачивателе: слив раствора, сброс шлама, изменение входных потоков; при этом возможно наблюдать как текущие изменения параметров процесса, так и архивные графики, а также подбирать оптимальный состав сырья для получения алюминатного раствора лучшего качества.

1. Черкасова M. B., Бричкин B. H. Современные тенденции в переработке низкокачественного алюминиевого сырья и их влияние на развитие минерально-сырьевой базы производства глинозема // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. № S1-4. С. 172–180.

2. Bagani M., Balomenos E., Panias D. Nepheline syenite as an alternative source for aluminum production // Minerals. 2021. Vol. 11. Iss. 7. P. 734. https://doi.org/10.3390/min11070734.

3. Моргунов В. В. Технология производства глинозема из бокситов // Международный студенческий научный вестник. 2019. № 6. С. 8. https://doi.org/10.17513/msnv.19842.

4. Абрамов В. И., Туйцына А. А. Цифровые двойники – эффективные инструменты цифровой трансформации компании // Управление бизнесом в цифровой экономике: сб. тез. конф. IV Междунар. конф. (г. СанктПетербург, 18–19 марта 2021 г.). СПб.: Изд-во СПбГУПТД, 2021. С. 33–39.

5. Боровков А. И., Рябов Ю. А. Определение, разработка и применение цифровых двойников: подход центра компетенций НТИ СПбПУ // Цифровая подстанция. 2019. [Электронный ресурс]. URL: http://digitalsubstation.com/blog/2020/04/30/opredelenierazrabotka-i-primenenie-tsifrovyh-dvojnikov-podhodtsentra-kompetentsij-nti-spbpu-novye-proizvodstvennyetehnologii/ (17.02.2022).

6. Боровков А. И., Рябов Ю. А. Цифровые двойники: определение, подходы и методы разработки // Цифровая трансформация экономики и промышленности: сб. тр. науч.-практ. конф. с зарубежным участием (г. Санкт-Петербург, 20–22 июня 2019 г.). СПб.: Изд-во СПбПУ им. Петра Великого, 2019. С. 234–245. https://doi.org/10.18720/IEP/2019.3/25.

7. Комраков А. В., Сухоруков А. И. Концепция цифрового двойника в управлении жизненным циклом промышленных объектов // Сетевой научный журнал «Научная идея». 2017. № 3. [Электронный ресурс]. URL: http://www.nauch-idea.ru/index.php/nomer-3-3/10-3-3/47-kontseptsiya-tsifrovogo-dvojnika-v-upravleniizhiznennym-tsiklom-promyshlennykh-ob-ektov (17.02.2022).

8. Пискажова Т. В., Сидельников С. Б., Белолипецкий В. М., Якивьюк П. Н., Сидельников А. С. «Виртуальный СЛиПП» математическая модель для управления агрегатом СЛиПП и ее визуализация с помощью программных продуктов WinCC 7. 0 и Step 7 // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева. 2015. Т. 16. № 2. С. 140–144.

9. Пискажова Т. В. Программа – имитатор для поддержки принятия технологических решений при получении алюминия // Автоматизация в промышленности. 2010. № 7. С. 41–44.

10. Yurkov V. V., Mann V. Ch., Piskazhova T. V., Nikandrov K. F. Virtual aluminum reduction cell // Light Metals. 2001. Р. 1259–1266.

11. Yakiv'yuk P. N., Piskazhova T. V., Belolipetskii V. M., Nesterov G. A. Virtual casting and rolling lines development // Mechanical and Automation Engineering for Industry 4.0: Materials Science and Engineering. IOP Conference Series. 2019. Vol. 537. Iss. 3. Р. 032094. https://doi.org/10.1088/1757-899X/537/3/032094.

12. Корягин Н. Д., Сухоруков А. И., Медведев А. В. Реализация современных методологических подходов к менеджменту в информационных системах управления: монография. М.: РИО МГТУ ГА, 2015. 148 с.

13. Gupta B. K., Rastogi V. Integration of technology to access the manufacturing plant via remote access system - A part of Industry 4.0 // Selection and peer-review under responsibility of the scientific committee of the First International Conference on Design and Materials: Proceedings. 2021. Vol. 56. Part 6. P. 3497–3505. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.11.135.

14. Бильфельд Н. В., Фелькер М. Н. Разработка технологических мнемосхем на языках высокого уровня // Вестник Пермского университета. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2020. № 1. С. 65–68. https://doi.org/10.17072/1993-0550-2020-1-65-68.

15. Brial V., Tran Hang, Sorelli Luca, Conciatori David, Ouellet-Plamondon C. M. Evaluation of the reactivity of treated spent pot lining from primary aluminum production as cementitious materials // Resources, Conservation and Recycling. 2021. Vol. 170. P. 105584. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2021.105584.

16. Niero D. F., Montedo O. R. K., Bernardin A. M. Synthesis and characterization of nano α-alumina by an inorganic sol–gel method // Materials Science and Engineering: B. 2022. Vol. 280. Р. 115690. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2022.115690.

17. Mahecha-Rivas J. C., Fuentes-Ordoñez E., Epelde E., Saldarriaga J. F. Aluminum extraction from a metallurgical industry sludge and its application as adsorbent // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 310. P. 127374. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127374.

18. Александров А. В., Немчинова Н. В. Роль полиморфных модификаций двухкальциевого силиката нефелиновых спеков при производстве глинозема // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. Т. 20. № 11. С. 170–183. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2016-11-170-183.

19. Арлюк Б. И. Выщелачивание алюминатных спеков. М.: Изд-во «Металлургия», 1979. 80 с.

20. Романов А. А., Салтанаева Е. А. Алгоритмизация и программирование // Научные исследования XXI века. 2020. № 6. С. 111–114.